控制工程基础习题解答教学提纲.ppt

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1、控制工程基础习题解答第二章习题解第二章习题解第二章习题解第二章习题解2-112-11：试求题图试求题图2-112-11所示有源电路网络的传递函数。所示有源电路网络的传递函数。第二章习题解第二章习题解第二章习题解第二章习题解第二章习题解第二章习题解2-122-12：试求题图试求题图2-122-12所示机械系统的传递函数。所示机械系统的传递函数。第二章习题解第二章习题解第二章习题解第二章习题解第二章习题解第二章习题解2-132-13：证明题图证明题图2-132-13中（中（a a）与（）与（b b）表示的系统是相似系统。）表示的系统是相似系统。第二章习题解第二章习题解第二章习题解第二章习题解2-1

2、42-14：试用增量方程表示线性化后的系统微分方程关系式。试用增量方程表示线性化后的系统微分方程关系式。第二章习题解第二章习题解2-152-15：如题图如题图2-152-15所示系统，试求所示系统，试求（1 1）以）以Xi(s)为输入，分别以为输入，分别以X0(s)，Y(s)，B(s)，E(s)为输出的传递函数；为输出的传递函数；（2）以）以N(s)为输入，分别以为输入，分别以X0(s)，Y(s)，B(s)，E(s)为输出的传递函数。为输出的传递函数。G1G2HXiX0+-+ENYB第二章习题解第二章习题解G1G2HX0+ENYB-1第二章习题解第二章习题解2-172-17：试求函数试求函数

3、f(t)的的拉氏变换拉氏变换2-182-18：试画出题图试画出题图2-182-18系统的方块图，并求出其传递函数。系统的方块图，并求出其传递函数。第二章习题解第二章习题解+-1/M2s2k2+D2s+-Fi(s)X0(s)1/(M1s2+D1s+k1)FaXa(s)FaX0(s)第二章习题解第二章习题解2-192-19：某机械系统如题图某机械系统如题图2-192-19所示，试求：所示，试求：+-D3s+-Fi(s)1M1s2+D1s+k1FaY1(s)1M2s2+D2s+k2Y2(s)，第二章习题解第二章习题解2-202-20：如题图如题图2-202-20所示系统，试求所示系统，试求F1(s)

4、，F2(s)，F3(s)，。第二章习题解第二章习题解2-242-24：试求题图试求题图2-242-24所示机械系统的传递函数。所示机械系统的传递函数。2-252-25：试求题图试求题图2-252-25所示机械系统的传递函数。所示机械系统的传递函数。第二章习题解第二章习题解2-262-26：试求题图试求题图2-262-26所示系统的传递函数所示系统的传递函数。第二章习题解第二章习题解2-162-16：如题图如题图2-162-16所示系统，试求所示系统，试求第二章习题解第二章习题解3-7 解：1、系统的闭环传递函数为由传递函数的形式可以看出该系统为一个二阶系统，阻尼比（说明该系统为欠阻尼二阶系统）

5、，无阻尼自振角频率，阻尼自振角频率。上升时间 峰值时间 最大超调量 调整时间 系统进入的误差范围时，系统进入的误差范围时，第三章习题解第三章习题解2、当 时，系统的闭环传递函数为阻尼比，无阻尼自振角频率1.当K1/4时，01，系统为欠阻尼二阶系统。而且K越大，系统响应的振幅越大，即超调量越大，峰值时间越短，调整时间几乎不随K的值变化2.当K1/4时，1，系统为临界阻尼二阶系统。系统没有超调3.当0K1，系统为过阻尼二阶系统。系统没有超调,且过渡过程时间较长。第三章习题解第三章习题解39 设有一系统其传递函数为设有一系统其传递函数为 为使系统对 阶跃响应有阶跃响应有5的超调量和的超调量和2s的调

6、整时间，求的调整时间，求和和n为多少？为多少？解：由题知解：由题知系统对单位阶跃响应有系统对单位阶跃响应有 假设系统进入假设系统进入 的误差范围时，的误差范围时，根据以上两式，可以求得根据以上两式，可以求得0.69，n2.17 rad/s。第第三三章习题解章习题解311 单位反馈系统开环传递函数为单位反馈系统开环传递函数为 ，系统阻尼比系统阻尼比为为0.157，无阻尼自振角频率，无阻尼自振角频率3.16 rad/s。现将系统改为如题图。现将系统改为如题图311所示，使阻尼比为所示，使阻尼比为0.5，试确定，试确定Kn值。值。解：题图解：题图311所示系统的闭环传递函数为所示系统的闭环传递函数为

7、由该传递函数知系统为二阶系统，无阻尼自振角频率由该传递函数知系统为二阶系统，无阻尼自振角频率n3.16 rad/s。根据已知条件根据已知条件0.5，代入上式，可以求得，代入上式，可以求得Kn0.216。第第三三章习题解章习题解318单位反馈系统的开环传递函数为单位反馈系统的开环传递函数为 ，其中其中K0，T0。问放大器增益减少多少方能使系统单位阶跃响应的最。问放大器增益减少多少方能使系统单位阶跃响应的最大超调由大超调由75降到降到25？解：系统的闭环传递函数为解：系统的闭环传递函数为 系统的阻尼比系统的阻尼比 无阻尼自振角频率无阻尼自振角频率 设最大超调设最大超调Mp1为为75时，对应的放大器

8、增益为时，对应的放大器增益为K1，最，最大超调大超调Mp2为为25时，对应的放大器增益为时，对应的放大器增益为K2。第第三三章习题解章习题解325 两个系统传递函数分别为两个系统传递函数分别为 和和 ，当输入信号为当输入信号为1（t）时，试说明输出到达各自稳态值）时，试说明输出到达各自稳态值63.2的先后。的先后。解：解：输入输入 拉普拉斯变换拉普拉斯变换对系统一：输出的像函数为对系统一：输出的像函数为 将上式进行拉普拉斯反变换，得输出的原函数为将上式进行拉普拉斯反变换，得输出的原函数为 上式中，令上式中，令xo1(t)263.2%，可以求得，可以求得t2s，即输入，即输入后后2 s，输出就到

9、达其稳态值的，输出就到达其稳态值的63.2。（稳态值为（稳态值为2）第第三三章习题解章习题解对系统二：输出的像函数为对系统二：输出的像函数为 将上式进行拉普拉斯反变换，得输出的原函数为将上式进行拉普拉斯反变换，得输出的原函数为 上式中，令上式中，令xo2(t)63.2%，可以求得，可以求得t1s，即输入后，即输入后1 s，输出就到达其稳态值的，输出就到达其稳态值的63.2。（稳态值为（稳态值为1）因此，系统二先到达稳态值的因此，系统二先到达稳态值的63.2。（说明：该题实际上就是比较两个惯性环节的时间常（说明：该题实际上就是比较两个惯性环节的时间常数的大小。）数的大小。）第第三三章习题解章习题

10、解329 仿型机床位置随动系统方块图，求系统的阻尼比，无阻仿型机床位置随动系统方块图，求系统的阻尼比，无阻 尼自振角频率，超调量，峰值时间及过渡过程时间。尼自振角频率，超调量，峰值时间及过渡过程时间。解：由图可知，该系统为单位反馈系统解：由图可知，该系统为单位反馈系统 开环传递函数为开环传递函数为 闭环传递函数为闭环传递函数为 无阻尼自振角频率无阻尼自振角频率 阻尼比阻尼比 第第三三章习题解章习题解超调量超调量 峰值时间峰值时间 系统进入系统进入 的误差范围时，的误差范围时，调整时间调整时间 系统进入系统进入 的误差范围时，的误差范围时，第第三三章习题解章习题解43 求下列函数的幅频特性，相频

11、特性，实频特性和虚频求下列函数的幅频特性，相频特性，实频特性和虚频特性。特性。（1）（2）解解：（：（1）幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：实频特性：实频特性：虚频特性：虚频特性：第第四四章习题解章习题解（2）幅频特性：幅频特性：相频特性：相频特性：实频特性：实频特性：虚频特性：虚频特性：第第四四章习题解章习题解44 系统的传递函数为系统的传递函数为 ，当输入为，当输入为 时，求系统的稳态输出。时，求系统的稳态输出。解：解：可以把输入的余弦形式信号转换为正弦形式信号，当可以把输入的余弦形式信号转换为正弦形式信号，当给一个线性系统输入正弦信号时，其系统将输出一个与输给一个线性系统输入正弦信

12、号时，其系统将输出一个与输入同频率的正弦函数，输出信号幅值与相位取决于系统的入同频率的正弦函数，输出信号幅值与相位取决于系统的幅频特性和相频特性。幅频特性和相频特性。系统的频率特性为：幅频特性 相频特性 第第四四章习题解章习题解输入信号：输入信号：输出的稳态幅值：输出的稳态幅值：输出达稳态时相位：输出达稳态时相位：系统的稳态输出：系统的稳态输出：第第四四章习题解章习题解 题图题图46均是最小相位系统的开环对数幅频特性曲线，均是最小相位系统的开环对数幅频特性曲线，写出其开环传递函数。写出其开环传递函数。46解：解：（a）图示为0型系统，开环传递函数频率特性为：由图可得转角频率1=1/400，T1

13、=1/2，T2=1/200，T3=1/4000。低频段，0时，有 求得K01000 开环传递函数为：第第四四章习题解章习题解（b）图示为0型系统，开环传递函数频率特性为：由图可得转角频率T1=1/100 低频段，0时，有 求得K03.98 开环传递函数为 第第四四章习题解章习题解（c）图示为型系统，开环传递函数频率特性为：由图可得转角频率1=1/100，T1=1/1000 10时，有L()=0，即 可以求得K2近似等于100。开环传递函数为 第第四四章习题解章习题解（d）图示为型系统，开环传递函数频率特性为：由图可得转角频率1=1/10，T1=1/2，T2=1/80，T3=1/200。1时，有

14、L()=40，即 可以求得K1近似等于100。开环传递函数为 第第四四章习题解章习题解（e）图示为0型系统，开环传递函数频率特性为：由图可得转角频率1=2，T1=20，T2=10。低频段，0时，有 求得K010 开环传递函数为 第第四四章习题解章习题解412 下面的传递函数能否在题图412中找到相应的乃式图？（1）0时，时，对应图C。第第四四章习题解章习题解0 0 由以上三式得到K的范围为空，说明该系统不稳定。第第五五章习题解章习题解S4 13524S31050S23024S142S02455 设闭环系统特征方程如下，试确定有几个根在右半设闭环系统特征方程如下，试确定有几个根在右半S平面。平面

15、。（1）解：（1）劳斯阵列 第一列全为正，没有根在S右半面。第第五五章习题解章习题解（2）劳斯阵列 S4 11080S3224S2-280S1104S080 第一列有一个数为负，变号两次（由2到-2一次，-2到104一次），因此有两个根在S右半面。第第五五章习题解章习题解（3）劳斯阵列 S31-15S200126S1 0S0126第一列有一个数为负，变号两次（由到 一次，到126一次），因此有两个根在S右半面。第第五五章习题解章习题解（4）劳斯阵列 S51-3-4S4 3-9-12S30120-18S2-15/2-12S1-186/5S0-12第一列变号一次，因此有一个根在S右半面。第第五五章

16、习题解章习题解5-6 5-6 用乃氏判据判断下列系统的稳定性。用乃氏判据判断下列系统的稳定性。用乃氏判据判断下列系统的稳定性。用乃氏判据判断下列系统的稳定性。（1）解：（1）开环特征方程 没有根在s的右半面，说明开环稳定。开环频率特性 0时，时，乃式图与实轴交点处：乃式图与虚轴交点处：第第五五章习题解章习题解乃式图如下：由图可以看出，乃式图包围（1,j0）点，所以系统闭环不稳定。jVRe(-1,j0)(-45,j0)第第五五章习题解章习题解（2）开环特征方程 没有根在s的右半面，说明开环稳定。开环频率特性 0时，时，（注意：本题中含有（s-1），它的相角变化是从180度到270度）当K0时，乃

17、氏图实部恒为负，图形在虚轴左侧，并且乃氏图除原点外与虚轴没有其它交点，除原点外与负实轴还有一个交点，此时 乃氏图如下 第第五五章习题解章习题解乃式图由图可以看出：当1K0时，乃式图与实轴交点在（1,j0）点和原点之间，乃式图不包围（1,j0）点，所以系统闭环稳定。当K0时，乃氏图实部恒为正，图形在虚轴右侧，并且乃氏图除原点外与虚轴没有其它交点，除原点外与正实轴还有一个交点，此时 乃氏图如下 若将s作为左根处理，则开环稳定，闭环稳定的条件是 由图可以计算出 所以当K0时闭环系统不稳定。第第五五章习题解章习题解（3）解：（1）开环特征方程 有根在s的右半平面，说明开环不稳定。开环频率特性 0时，时

18、，乃式图与实轴交点处：乃式图与虚轴交点处：5-8 5-8 设设 ，试确定闭环系统稳定时的，试确定闭环系统稳定时的K临界值。临界值。解：闭环特征方程 劳斯阵列为S210S110K10S00系统临界稳定条件为：10K10解得K的临界值为K0.1第第五五章习题解章习题解5-9 对于下列系统，画出伯德图，求出相角裕量和增益裕 量，并判断其稳定性。（1）解：开环频率特性为 转角频率 幅频特性 相频特性 第第五五章习题解章习题解c1/Kg第第五五章习题解章习题解开环特征方程 没有根在s的右半面，说明开环稳定。令 解得 相角裕量 令 解得 增益裕量 相位裕量是负值，增益裕量小于1，说明系统闭环不稳定。第第五

19、五章习题解章习题解5-16 设单位反馈系统的开还传递函数为 试确定使系统稳定的K值范围。解：闭环特征方程 劳斯阵列为 S312S23KS1(6K)/30S0K系统稳定条件：解得：0K6第第五五章习题解章习题解5-20 设单位反馈系统的开还传递函数为 试确定使系统稳定的K值范围。解：解：闭环特征方程 劳斯阵列如下 S315S26KS1(30K)/60S0K系统稳定条件 解得：0K30 第第五五章习题解章习题解5-24 确定题图5-24所示系统的稳定条件。解：用梅逊公式求得该系统的闭环传递函数为 闭环特征方程 劳斯阵列为S31S2K1K2K3K4S10S0K1K2K3K4第第五五章习题解章习题解系

20、统稳定条件 解得 第第五五章习题解章习题解63 某单位反馈系统闭环传递函数为 试证明该系统对斜坡输入的响应的稳态误差为零。证明：对于单位反馈系统，前向通道传递函数斜坡输入 拉式变换 系统的误差 第第六六章习题解章习题解根据终值定理，系统的稳态误差为得证该系统对斜坡输入的响应的稳态误差为零。第第六六章习题解章习题解68 对于如图68所示系统，试求 时系统的稳态误差；当 时，其稳态误差又是什么？解：首先判别系统的稳定性 特征方程没有正根，说明该系统稳定。由于系统是单位反馈系统，误差与偏差相等。当时 扰动引起的稳态误差为第第六六章习题解章习题解输入引起的稳态误差ess1为零，因此系统的稳态误差为 当

21、时，输入引起的稳态误差为扰动引起的稳态误差为系统总的稳态误差为 第第六六章习题解章习题解611 某单位反馈系统，其开环传递函数为（1）试求静态误差系数；（2）当输入为 时，求系统稳态误差。解：（1）静态位置误差系数 静态速度误差系数 静态加速度误差系数（2）当输入为 拉式变换 第第六六章习题解章习题解由于系统是单位反馈系统，误差与偏差相等。系统的稳态误差为 当 时，当 时，当 时，第第六六章习题解章习题解612 对于如图68所示系统，试求（1）系统在单位阶跃信号作用下的稳态误差；（2）系统在单位斜坡作用下的稳态误差；（3）讨论Kh和K对ess的影响。解：开环传递函数（1）当 时，系统的稳态误差

22、（2）当 时，第第六六章习题解章习题解（3）由（1）（2）可得，Kh和K对系统在单位阶跃信号作用下的稳态误差ess没有影响；系统在单位斜坡作用下时，Kh增大，K减小都会增加系统的响应稳态误差。第第六六章习题解章习题解73 单位反馈系统校正前 校正后 试分别画出其对数幅频特性图，标明 、斜率及转折点坐标值，并计算校正前后的相角裕度，说明其稳定性。解：校正前 转角频率120rad/s，280rad/s第第六六章习题解章习题解解得c44.6rad/s校正前的相角裕度相角裕度为负，校正前系统不稳定；幅频特性如图中黑线。第第七七章习题解章习题解120rad/s 时，280rad/s时，校正后 转角频率1

23、0.1rad/s，22 rad/s，320rad/s，480 rad/s10.1rad/s 时，22 rad/s时，320rad/s时，480rad/s时，第第七七章习题解章习题解解得c6.08rad/s校正后的相角裕度相角裕度为正，校正后系统稳定。幅频特性如图中红线。第第七七章习题解章习题解第第七七章习题解章习题解710 某最小相位系统校正前后开环幅频特性分别如题图710所示，确定 校正前后的相位裕量各位多少，以及校正网络的传递函数。解：校正前 相角裕量 校正后 相角裕量 校正网络的传递函数 第第七七章习题解章习题解715 系统如题图715所示，试加入串联校正，使其相位裕量为65。（1）用超前网络实现；（2）用滞后网络实现。解：开环频率特性如下 计算可得幅频穿越频率 相位裕量 可知该系统不稳定。第第七七章习题解章习题解此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢