中国科学院自动控制原理-2000答案
自动控制原理课后习题及答案
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2-9系统的微分方程组为
式中 、 、 、 、 均为正的常数，系统地输入量为 ，输出量为 ，试画出动态结构图，并求出传递函数 。
解答：
2-12简化图示的动态结构图，并求传递函数 。
解答：(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
2-13简化图示动态结构图，并求传递函数 。
解答：
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
1-6题图1-6是仓库大门自动控制系统的示意图，试说明该系统的工作原理，并画出其方框图。
题1-6图仓库大门自动控制系统示意图
解答：
（1）仓库大门自动控制系统方框图：
（2）工作原理：控制系统的控制任务是通过开门开关控制仓库大门的开启与关闭。开门开关或关门开关合上时，对应电位器上的电压，为给定电压，即给定量。仓库大门处于开启或关闭位置与检测电位器上的电压相对应，门的位置是被控量。
(f)
第三章时域分析法
3-1已知一阶系统的传递函数
今欲采用负方馈的方法将过渡过程时间 减小为原来的0.1倍，并保证总的放大倍数不变，试选择 和 的值。
题3-1图
解答：
闭环传递函数：
由结构图知：
由
3-2已知系统如题3-2图所示，试分析参数b对输出阶跃过渡过程的影响。
题3-2图
解答：
系统的闭环传递函数为：
当大门所处的位置对应电位器上的电压与开门（或关门）开关合上时对应电位器上的电压相同时，电动机不动，控制绞盘处于一定的位置，大门保持在希望的位置上，如果仓库大门原来处于关门位置，当开门开关合上时，关门开关对应打开，两个电位器的电位差通过放大器放大后控制电动机转动，电动机带动绞盘转动将仓库大门提升，直到仓库大门处于希望的开门位置，此时放大器的输入为0，放大器的输出也可能为0。电动机绞盘不动，大门保持在希望的开门位置不变。反之，则关闭仓库大门。
中国科学技术大学自动控制原理习题及解答
自动控制原理习题及其解答第一章（略） 第二章例2-1 弹簧，阻尼器串并联系统如图2-1示，系统为无质量模型，试建立系统的运动方程。
解：(1) 设输入为y r ，输出为y 0。
弹簧与阻尼器并联平行移动。
(2) 列写原始方程式，由于无质量按受力平衡方程，各处任何时刻，均满足∑=0F ，则对于A 点有021=-+K K f F F F其中，F f 为阻尼摩擦力，F K 1，F K 2为弹性恢复力。
(3) 写中间变量关系式220110)()(y K F Y Y K F dty y d f F K r K r f =-=-⋅=(4) 消中间变量得 020110y K y K yK dtdy f dt dy f r r=-+- (5) 化标准形 y dt dy T =+00其中:5T =2-2示。
θ ，摆球质量为m 。
h mg dtd l m --=θθsin )(22其中，l 为摆长，l θ 为运动弧长，h 为空气阻力。
（3）写中间变量关系式)(dtd lh θα= 式中，α为空气阻力系数dtd l θ为运动线速度。
（4）消中间变量得运动方程式0s i n 22=++θθθmg dt d al dtd ml （2-1) 此方程为二阶非线性齐次方程。
（5）线性化由前可知，在θ ＝0的附近，非线性函数sin θ ≈θ ，故代入式（2-1）可得线性化方程为022=++θθθmg dt d al dtd ml 例2-3 已知机械旋转系统如图2-3所示，试列出系统运动方程。
ω 。
f M f +ωf M = θ，则由于dtd θω= 代入方程得二阶线性微分方程式f M dt d f dtd J =+θθ22 例2-4 设有一个倒立摆安装在马达传动车上。
如图2-4所示。
图2-2 单摆运动图2-3 机械旋转系统倒立摆是不稳定的，如果没有适当的控制力作用在它上面，它将随时可能向任何方向倾倒，这里只考虑二维问题，即认为倒立摆只在图2-65所示平面内运动。
(完整版)自动控制原理课后习题及答案
第一章绪论1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优弊端.解答： 1 开环系统(1)长处 :构造简单，成本低，工作稳固。
用于系统输入信号及扰动作用能早先知道时，可获得满意的成效。
(2)弊端：不可以自动调理被控量的偏差。
所以系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。
2闭环系统⑴长处：不论因为扰乱或因为系统自己构造参数变化所惹起的被控量偏离给定值，都会产生控制作用去消除此偏差，所以控制精度较高。
它是一种按偏差调理的控制系统。
在实质中应用宽泛。
⑵弊端：主要弊端是被控量可能出现颠簸，严重时系统没法工作。
1-2什么叫反应？为何闭环控制系统常采纳负反应？试举例说明之。
解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反应。
闭环控制系统常采纳负反应。
由1-1 中的描绘的闭环系统的长处所证明。
比如，一个温度控制系统经过热电阻（或热电偶）检测出目前炉子的温度，再与温度值对比较，去控制加热系统，以达到设定值。
1-3试判断以下微分方程所描绘的系统属于何种种类（线性，非线性，定常，时变）？2 d 2 y(t)3 dy(t ) 4y(t ) 5 du (t ) 6u(t )（1）dt 2 dt dt（2） y(t ) 2 u(t)（3）t dy(t) 2 y(t) 4 du(t) u(t ) dt dtdy (t )u(t )sin t2 y(t )（4）dtd 2 y(t)y(t )dy (t ) （5）dt 2 2 y(t ) 3u(t )dt（6）dy (t ) y 2 (t) 2u(t ) dty(t ) 2u(t ) 3du (t )5 u(t) dt（7）dt解答： （1）线性定常（2）非线性定常 （3）线性时变（4）线性时变（5）非线性定常（6）非线性定常（7）线性定常1-4 如图 1-4 是水位自动控制系统的表示图， 图中 Q1，Q2 分别为进水流量和出水流量。
控制的目的是保持水位为必定的高度。
2000级自动控制原理试题及答案(B卷)
中南大学期终考试试题2001~2002 学年第一学期《自动控制原理》(B卷)专业、班学生姓名记分一、1．求Fig1.1系统的传递函数（题10分）F ig 1.12. 已知单位反馈系统的开环幅相曲线或Bode图如Fig1.2所示，其中p为开环传递函数在右半平面的极点个数，v为开环传递函数中的积分环节个数，判断各系统的稳定性。
（15分）(b)-18-9F ig.1.2二、Fig.2所示控制系统，要求其单位阶跃响应的超调量为16.3%，峰值时间等于1秒。
确定前置放大器的增益K及速度负反馈系数τ，并求系统的稳态误差系数Kp、Kv、Ka。
（20分）F ig.2三、系统的开环传递函数)52()()(2++=SSSKSHSG，作出其根轨迹图，并求出K的稳定范围。
（20分）四、设单位反馈系统的开环传递函数为)1)(12.0)(11.0(10)(+++=SSSSG，作出系统的Bode图，并求出系统的剪切频率cω与相位裕量。
（20分）五、试求Fig.6所示系统的临界放大系数Kc及稳定误差系数Kp、Kv、Ka，图中G h(S)为零阶保持器，采样周期T=1s。
（15分）F ig.62001~2002 学年第一学期《自动控制原理》(B 卷)参考答案一、1．求Fig1.1系统的传递函数（题10分）解：根据Mason 公式可直接得系统的传递函数为：12345123452123451()()()()()()1()()()()()()()()()()()()G s G s G s G s G s G s G s G s H s G s G s H s G s G s G s G s G s H s =++解：a ）N ＝1，故Z ＝N+P ＝2≠0，根据频域稳定判据知系统不稳定；b ）N ＝－1，故Z ＝N+P ＝0，根据频域稳定判据知系统稳定；c ）N ＝0，故Z ＝N+P ＝0，根据频域稳定判据知系统稳定；d ）N ＝1，故Z ＝N+P ＝2≠0，根据频域稳定判据知系统不稳定；e ）N ＝0，故Z ＝N+P ＝0，根据对数稳定判据知系统不稳定。
自动控制原理试题及答案[2]
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自动控制原理：参考答案及评分标准一、 单项选择题(每小题1分，共20分)1。
系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究,称为（ C ）A.系统综合B.系统辨识C.系统分析D.系统设计2. 惯性环节和积分环节的频率特性在（ A ）上相等。
A 。
幅频特性的斜率 B.最小幅值 C.相位变化率 D.穿越频率3. 通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为（ C ）A.比较元件B.给定元件 C 。
反馈元件 D 。
放大元件4. ω从0变化到+∞时，延迟环节频率特性极坐标图为( A )A.圆 B 。
半圆 C 。
椭圆 D.双曲线5. 当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时,电动机可看作一个（ B ）A 。
比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D 。
惯性环节6. 若系统的开环传 递函数为2)(5 10+s s ，则它的开环增益为（ C ） A.1 B 。
2 C.5 D 。
107. 二阶系统的传递函数52 5)(2++=s s s G ,则该系统是( B ） A 。
临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C 。
过阻尼系统 D 。
零阻尼系统8。
若保持二阶系统的ζ不变，提高ωn ，则可以（ B ）A.提高上升时间和峰值时间B.减少上升时间和峰值时间C 。
提高上升时间和调整时间 D.减少上升时间和超调量9。
自动控制原理及答案
一、试求图中所示RC网络的传递函数，为输入，为输出。
[点击查看答案]答：，二、化简方框图，并求系统的传递函数。
[点击查看答案]答：三、根据下列单位反馈系统的开环传递函数为，确定使系统稳定的K值的范围。
[点击查看答案]答：特征方程系统稳定四、系统开环传递函数为，绘制根轨迹。
[点击查看答案]答：（1）（2）实轴上根轨迹（3）渐近线（4）求分离点特征方程（舍去）(5)求与虚轴的交点代入特征方程五、设系统开环频率特性的极坐标图如图所示，试判断闭环系统的稳定性。
[点击查看答案]答：P=0 N=-2 N=P-Z Z=2闭环系统不稳定开环系统稳定开环系统稳定P=0 N=0 N=P-Z Z=0闭环系统稳定一、试求图中所示RC网络的传递函数，为输入，为输出。
[点击查看答案]答：二、化简方框图，并求系统的传递函数。
[点击查看答案]答：三、已知二阶系统的开环传递函数（1）若欲使该系统的阻尼比，试确定值；（2）求系统在单位阶跃信号输入下的最大超调量和调整时间。
[点击查看答案]答：四、系统开环传递函数为，绘制根轨迹。
[点击查看答案]答：（1）（2）实轴上根轨迹（3）分离点五、设系统开环频率特性的极坐标图如图所示，试判断闭环系统的稳定性。
开环系统稳定在s平面右半部有一个开环极点[点击查看答案]答：（1）P=0 N=0 N=P-Z Z=0 闭环系统稳定（2）P=1 N=1 N=P-Z Z=0 闭环系统稳定一、假设图中的运算放大器为理想放大器，试写出为输入，为输出的传递函数。
[点击查看答案]答：，，二、化简方框图，并求系统的传递函数。
[点击查看答案]答：三、系统的框图如图a所示，试计算在单位斜坡输入下的稳态误差。
如在输入端加入一比例微分环节，如图b所示，试证明当适当选取a值后，系统跟踪斜坡输入的稳态误差可以消除。
（a）（b）[点击查看答案]答：四、系统开环传递函数为，绘制根轨迹。
[点击查看答案]答：（1）（2）实轴上根轨迹（3）分离点（舍去）（4）出射角五、已知最小相位系统的开环对数幅频特性的渐近线如图所示，试写出系统的开环传递函数。
自动控制原理部分习题参考答案
Js 2 1 （2） e d () ed 1 ( ) ed 2 ( ) 0 0； 2 s 0 Js K 1 s K 2 s s ( s a) as Kh T T T 3-12（1） S K ；（2） S a ；（3） S h 2 2 2 s as K s as K s as Kh G ( s ) T L 3-13 S H 1 G L (s) K T s ( s 1) 500 T T T 3-14（1） S K （2） S K ； （3） S G 1 1； 2 1 2 s ( s 1) 500 T K1 s s 500 3-15（1） （a） h 0.01 ； （b） h 0.364 ； （c） h 0.099 ；
2-8 2-9
2-10（1） G c1 ( s ) （2）
K T2 T3
R1C1 s 1 U (s) R C s 1 ， G c2 ( s ) 2 2 2 RC1 s U 1 ( s) RC 2 s
( s ) K ( 2 s 2 1s 1) ，其中 U r ( s ) T4 s 4 T3 s 3 T2 s 2 T1s 1
R C K K R 2 C 2 K 1 K m RC1 K 2 1 , 1 C1 R1 C 2 R2 , 2 C1C 2 R1 R 2 , T1 1 1 1 m K1 K1 K m R2 2 C1C 2 K 2 K p RC1 (Tm C 2 R 2 ) K 1 K p K m C1C 2 R1 R 2 K1 K p K m RC1C 2 ( RT p RTm K 2 K p Tm R 2 ) K1 K p K m
1 s 2 (s a)
自动控制原理习题解答
第三章3－3 已知各系统的脉冲响应，试求系统的闭环传递函数()s Φ：()()1.25(1)()0.0125;(2)()510sin 445;(3)()0.11t t k t e k t t t k t e --==++=-解答： （1） []0.0125()() 1.25s L k t s Φ==+（2）[])222223222()()5sin 4cos 4544451116s L k t L t t t s s s s s s s s ⎡⎤Φ==+⎢⎥⎣⎦⎫=++⎪++⎭⎫++⎪⎝⎭=⎛⎫+ ⎪⎝⎭（3）[]()111()()0.1110313s L k t s s s s ⎡⎤⎢⎥Φ==-=⎢⎥+⎢⎥+⎣⎦ 3-4 已知二阶系统的单位阶跃响应为)6.1sin(5.1210)(1.532.1︒-+-=t t h et试求系统的超调量σ%，峰值时间tp和调节时间ts.解答：因为0<ξ<1，所以系统是欠阻尼状态。
阻尼比ξ=cos(1.53︒)=0.6，自然频率26.0/2.1==w n， 阻尼振荡频率wd=6.16.01212=-⨯=-=ξw w n d1． 峰值时间tp的计算96.16.1===ππwt dp2． 调节时间t s 的计算9.226.05.35.3=⨯==w t ns ξ3． 超调量σ%的计算%48.9%1006.0%100%221/6.01/=⨯=⨯=-⨯---eeππξξσ3-5设单位反馈系统的开环传递函数为)6.0(14.0)(++=s s s s G ，试求系统在单位阶跃输入下的动态性能。
解答：方法一：根据比例-微分一节推导出的公式)135(6.014.0)12/()1()(+⨯⨯+=++=s s s s s s K s G w T n d ξ1)5.2(4.0114.0)6.0(14.01)6.0(14.0)2()(1)()(22222+++=+++=+++++=+++=+=s s s s s s s s s s s zs z S G s G s s s w w s w nn dn ξφ)1()](1[12)1sin(1)(222222ξξξξξξξπψξddnddndnn ddn tarctg z arctg z r t w r t h www w zw e n d -+--+-=-+-=ψ+-+=-把z=1/Td=2.5,1=wn,5.0=ξd 代入可得)3.8323sin(5.005.11)7.9623sin(5.005.11)( ---=--+=t e t t e t t h峰值时间的计算0472.1)1(2=-=ξξβdddarctg ，-1.6877=ψ158.312=--=ξβψdndpwt超调量得计算%65.21%10011%22=⨯--=-ξξξσddetrpd调节时间得计算29.6)ln(21ln )2ln(2131222=--+-+=-ww w z t ndn n d sd z ξξξ方法二：根据基本定义来求解闭环传递函数为114.0)6.0(14.01)6.0(14.0)(1)()(2+++=+++++=+=s s s s s s s s S G s G s s φ当输入为单位阶跃函数时 )232()21(21.0)232()21(2)21(116.01)1(14.0)(22++-++++-+=++--+=+++=s s s s s s s s s s s C s s 得单位阶跃响应)23sin(1.0)23cos(1)(2121t t t h e et --⨯--=)3.8423sin(121+-=-t et )0(≥t 1． 峰值时间tp的计算 对h(t)求导并令其等于零得-0.5023)23cos()23sin(3.843.842121=⨯+-+︒-︒-t e t ep p t t p p3)23tan(3.84=+︒t p t p =2.9 2. 超调量σ%的计算%100)()()(%⨯∞∞-=h h h t p σ=17.49%3. 调节时间t s 得计算05.0)84.523sin(21≤-⨯-t est s5.33=t s 3-6.已知控制系统的单位阶跃响应为6010()10.2 1.2t t h t e e --=+- ，试确定系统的阻尼比ζ和自然频率n ω。