华工 自动控制原理平时作业 参考解答过程
自动控制原理(第三版)答案华南理工出版社彭康拥陈来好专题培训课件
自动控制原理第二章习题分析2-3
在主通路上按信号传递关 系和方向列出输入输出以 及最主要的考察对象 优先考虑最主要的计算关 系
自动控制原理第二章习题分析2-4
Cs Rs
1
k3 s
s
k1k2
k3 s
k4 Ts1
Tks4 1k5
s
k1k2
k3 s
自动控制原理第二章习题分析2-8(a)
U o(s) U i(s)
G1 1
G2 G2
G 3G 4
1 G 3G 4H 2 G 3G 4
1 G 3G 4H 2
H1 G4
1
G1 1
G2 G2
G 3G 4
1 G 3G 4H 2 G 3G 4
1 G 3G 4H 2
H1 G4
1
G 3G 4H 2
自动控制原理第二章习题分析
( c ) .2ZR2 // C12s,Z1 R1
G
(
s)
Uo (s) Ui(s)
Z2 Z1
R2 R1
(
1 R2C2s1
)
(d ) Z i R1
Zo
R3
R 5
R 2
//
1 C 1s
//
1 C2
s
R 4
k4 Ts1
Ts2
k2k3k4sk1k2k3k4 k2k3k4 1sk1k2k3k4
k3k4k5
自动控制原理第二章习题分析2-5
2
5:e
c eω , u
u
华工自动控制原理平时作业参考解答过程
自动控制原理作业1．试将下列系统的结构图化简（本题10分）（说明：本题考查对第二章第三节系统结构图化简及等效变换的掌握程度，该类题目有两种求解方法。
第一种求解方法可参见课本44~47页的例题2-11、2-12、2-13等。
第二种方法可利用46页公式2-82，两种方法结果一样。
）2. 已知单位负反馈系统的开环传递函数如下，试确定使系统稳定的开环放大系数K 的取值范围。
（本题10分）()(1)(4)K KG s s s s =++（说明：本题考查对 第三章第一节 劳斯稳定判据的理解和应用，可参见课本67页例题3-6。
一样的求解思路）3.已知单位负反馈系统开环传递函数210()+（s 2）=G s s 。
（本题20分） 1）试判断该系统属于几型系统。
2）系统的开环放大系数K 是多少 3）试判断该系统是否稳定。
4）试求在输入信号2()5=r t t 作用下，系统的稳态误差是多少。
（说明：本题考查对第三章第六节 稳态误差相关知识的理解和计算。
可参见课本105页表3-6的总结及例题3-16。
）4. 某单位负反馈系统的开环传递函数如下，试求解以下性能指标：峰值时间p t ，调解时间s t ，超调量%σ。
（本题15分） ()10() 3.16G s s s =+5. 已知某系统的开环传递函数10()(21)(81)k G s s s =++，试绘制系统的对数幅频特性图，要求画图标明转折频率及斜率变化，必过点等必要数据，给出必要的计算过程与说明。
（本题15分）（说明：本题考查对 第五章第四节 系统开环频率特性的绘制要点，可参见课本213~217页，对绘制步骤有详细的说明，绘制要点是确定低频渐近线斜率、转折频率、及转折后斜率的变化量。
可参看课本作业题5-8。
一样的求解思路）6. 已知系统的开环传递函数()(1)(5)gk K G s s s s =++，绘制该系统的根轨迹。
（本题10分）（说明：本题考查对 第四章第二节 系统根轨迹的绘制要点的理解，可参见课本141~155页的内容和例题4-4,4-14等。
自动控制原理习题答案详解
自动控制原理习题答案详解自动控制原理习题详解（上册）第一章习题解答1-2日常生活中反馈无处不在。
人的眼、耳、鼻和各种感觉、触觉器官都是起反馈作用的器官。
试以驾车行驶和伸手取物过程为例，说明人的眼、脑在其中所起的反馈和控制作用。
答：在驾车行驶和伸手取物过程的过程中，人眼和人脑的作用分别如同控制系统中的测量反馈装置和控制器。
在车辆在行驶过程中，司机需要观察道路和行人情况的变化，经大脑处理后，不断对驾驶动作进行调整，才能安全地到达目的地。
同样，人在取物的过程中，需要根据观察到的人手和所取物体间相对位置的变化，调整手的动作姿势，最终拿到物体。
可以想象蒙上双眼取物的困难程度，即使物体的方位已知。
1-3 水箱水位控制系统的原理图如图1-12所示，图中浮子杠杆机构的设计使得水位达到设定高度时，电位器中间抽头的电压输出为零。
描述图1-12所示水位调节系统的工作原理，指出系统中的被控对象、输出量、执行机构、测量装置、给定装置等。
图1-12 水箱水位控制系统原理图答：当实际水位和设定水位不相等时，电位器滑动端的电压不为零，假设实际水位比设定水位低，则电位器滑动端的电压大于零，误差信号大于零（0e >），经功率放大器放大后驱动电动机M 旋转，使进水阀门开度加大，当进水量大于出水量时（12Q Q >），水位开始上升，误差信号逐渐减小，直至实际水位与设定水位相等时，误差信号等于零，电机停止转动，此时，因为阀门开度仍较大，进水量大于出水量，水位会继续上升，导致实际水位比设定水位高，误差信号小于零，使电机反方向旋转，减小进水阀开度。
这样，经反复几次调整后，进水阀开度将被调整在一适当的位置，进水量等于出水量，水位维持在设定值上。
在图1-12所示水位控制系统中，被控对象是水箱，系统输出量水位高，执行机构是功率放大装置、电机和进水阀门，测量装置浮子杠杆机构，给定和比较装置由电位器来完成。
1-4 工作台位置液压控制系统如图1-13所示，该系统可以使工作台按照给定电位器设定的规律运动。
华南理工大学网络教育自动控制原理随堂练习答案讲解
第一章绪论当前页有10题，你已做10题，已提交10题，其中答对10题。
1. 闭环系统的特点不包含下列哪项（）。
A •负反馈B •控制精度较低C .可减少或消除偏差D .适应性好答题：' A. '* B. ' C. D.（已提交）参考答案：B问题解析：2. 系统采用负反馈形式连接后，则（）。
A•一定能使闭环系统稳定B •系统动态性能一定会提高C •一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除D •需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能答题：A.釦” [2|c. ^M D.（已提交）参考答案：D问题解析：3. 自动控制系统中测量被控量并进行信号转换，再反馈到输入端的元件是（）。
A •比较元件B •校正元件C •测量反馈元件D •执行元件答题： A. B. * C. D.（已提交）参考答案：C问题解析：4. 火炮自动瞄准系统的输入信号是任意函数，这就要求被控量高精度地跟随给定值变化，这种控制系统叫（）。
A. 恒值调节系统B.离散系统C.随动控制系统D.数字控制系统答题：匚]A. B. * C.「I ID.（已提交）参考答案：C问题解析：5. 随动系统对（）要求较高。
A. 快速性B.稳定性C.准确性D.振荡次数答题：f A. ' B. ' C. D.（已提交）参考答案：A问题解析：6. 衡量系统稳态精度的重要指标时（）A •稳定性B •快速性C •准确性D •安全性答题：• A. B. C. D.（已提交）参考答案：C问题解析：7. 自动控制系统的主要特征是（）。
A •在结构上具有负反馈通路，以求得偏差信号B .由偏差产生控制作用以便纠正偏差C •系统开环D .控制的目的是减少或消除偏差答题：# A. * B. C. * D.（已提交）参考答案：ABD问题解析：8. 自动控制系统按照不同的分类原则有不同的分类结果，下列系统哪些是按照同一原则进行分类的（）。
A •连续系统B •程序控制系统C •恒值控制系统D •随动系统答题： A.庁I B. C.二I D.（已提交）参考答案：BCD问题解析：9. 自动控制系统按描述元件的动态方程分（）。
华工自动控制原理平时作业参考解答过程
自动控制原理作业1．试将下列系统的结构图化简（本题10分）（说明：本题考查对第二章第三节系统结构图化简及等效变换的掌握程度，该类题目有两种求解方法。
第一种求解方法可参见课本44~47页的例题2-11、2-12、2-13等。
第二种方法可利用46页公式2-82，两种方法结果一样。
）2. 已知单位负反馈系统的开环传递函数如下，试确定使系统稳定的开环放大系数K 的取值范围。
（本题10分）()(1)(4)K K G s s s s =++ （说明：本题考查对 第三章第一节 劳斯稳定判据的理解和应用，可参见课本67页例题3-6。
一样的求解思路）3.已知单位负反馈系统开环传递函数210()+（s 2）=G s s 。
（本题20分） 1）试判断该系统属于几型系统。
2）系统的开环放大系数K 是多少3）试判断该系统是否稳定。
4）试求在输入信号2()5=r t t 作用下，系统的稳态误差是多少。
（说明：本题考查对第三章第六节 稳态误差相关知识的理解和计算。
可参见课本105页表3-6的总结及例题3-16。
）4. 某单位负反馈系统的开环传递函数如下，试求解以下性能指标：峰值时间p t ，调解时间s t ，超调量%σ。
（本题15分） ()10() 3.16G s s s =+5. 已知某系统的开环传递函数10()(21)(81)k G s s s =++，试绘制系统的对数幅频特性图，要求画图标明转折频率及斜率变化，必过点等必要数据，给出必要的计算过程与说明。
（本题15分）（说明：本题考查对 第五章第四节 系统开环频率特性的绘制要点，可参见课本213~217页，对绘制步骤有详细的说明，绘制要点是确定低频渐近线斜率、转折频率、及转折后斜率的变化量。
可参看课本作业题5-8。
一样的求解思路）6. 已知系统的开环传递函数()(1)(5)g k K G s s s s =++，绘制该系统的根轨迹。
（本题10分） （说明：本题考查对 第四章第二节 系统根轨迹的绘制要点的理解，可参见课本141~155页的内容和例题4-4,4-14等。
华南理工第一学期自动控制原理平时作业
b)滞后校正;优点：提高系统稳态精度；提高系统相对稳定性。缺点：降低系统响应速度。
1．试将下列系统的结构图化简（本题10分）
（说明：本题考查对 第二章第三节 系统结构图化简及等效变换的掌握程度，该类题目有两种求解方法。第一种求解方法可参见课本44~47页的例题2-11、2-12、2-13等。第二种方法可利用46页公式2-82，两种方法结果一样。）
答：化简如下：
2.已知单位反馈系统的开环传递函数如下，试确定使系统稳定的开环放大系数K的取值范围。（本题10分）
由ν =0 ，故低频渐进线的斜率K= 0dB/dec
2) 系统的对数幅频特性图如下：
因 在ω1 =1处，由低频渐进线L(ω)= 20lg K = 20lg 100 =40(Db)
6.试绘制下列两幅图的根轨迹。（本题10分）
（说明：本题考查对 第四章第二节 系统根轨迹的绘制要点的理解，可参见课本141~159页的内容。）
2）对控制系统采用频率法校的概念及特点，两种校正分别对系统有何作用。
答：
①串联超前校正概念：利用超前校正网络的相位超前特性来增大系统的相位裕量，以达到改善系统瞬态响应的目的。为此，要求校正网络最大的相位超前角出现在系统的截止频率(剪切频率)处。
通过所加校正装置，改变系统开环频率特性的形状，使校正后系统的开环频率特性具有如下特点：
（说明：本题考查对 第三章第一节 劳斯稳定判据的理解和应用，可参见课本67页例题3-6。一样的求解思路）
3.已知单位负反馈系统开环传递函数 。（本题20分）
1）试判断该系统属于几型系统。
2）系统的开环放大系数K是多少？
3）试判断该系统是否稳定。
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。
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自动控制原理作业
1．试将下列系统的结构图化简（本题10分）
（说明：本题考查对第二章第三节系统结构图化简及等效变换的掌握程度，该类题目有两种求解方法。
第一种求解方法可参见课本44~47页的例题2-11、2-12、2-13等。
第二种方法可利用46页公式2-82，两种方法结果一样。
）
2. 已知单位负反馈系统的开环传递函数如下，试确定使系统稳定的开环放大系数K 的取值范围。
（本题10分）
()(1)(4)
K K G s s s s =++ （说明：本题考查对 第三章第一节 劳斯稳定判据的理解和应用，可参见课本67页例题3-6。
一样的求解思路）
3.已知单位负反馈系统开环传递函数210()+（s 2）
=
G s s 。
（本题20分） 1）试判断该系统属于几型系统。
2）系统的开环放大系数K 是多少？
3）试判断该系统是否稳定。
4）试求在输入信号2()5=r t t 作用下，系统的稳态误差是多少。
（说明：本题考查对第三章第六节 稳态误差相关知识的理解和计算。
可参见课
本105页表3-6的总结及例题3-16。
）
4. 某单位负反馈系统的开环传递函数如下，试求解以下性能指标：峰值时间p t ，调解时间s t ，超调量%σ。
（本题15分） ()
10() 3.16G s s s =+
5. 已知某系统的开环传递函数10()(21)(81)
k G s s s =++，试绘制系统的对数幅频特性图，要求画图标明转折频率及斜率变化，必过点等必要数据，给出必要的计算过程与说明。
（本题15分）
（说明：本题考查对 第五章第四节 系统开环频率特性的绘制要点，可参见课本213~217页，对绘制步骤有详细的说明，绘制要点是确定低频渐近线斜率、转折频率、及转折后斜率的变化量。
可参看课本作业题5-8。
一样的求解思路）
6. 已知系统的开环传递函数()(1)(5)g k K G s s s s =
++，绘制该系统的根轨迹。
（本题10
分） （说明：本题考查对 第四章第二节 系统根轨迹的绘制要点的理解，可参见课本141~155页的内容和例题4-4,4-14等。
）
7.简答题（本题20分）
1、为保证系统达到预期控制效果，往往会在系统中增加校正装置，常用的校正装置主要有超前校正装置，滞后校正装置以及滞后-超前校正装置3种。
请简述这3种校正装置的区别及各自对系统的校正作用。
答:
1.超前校正装置的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。
通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。
一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。
2.滞后校正装置通过加入滞后校正环节，使系统的开环增益有较大幅度增加，同时又使校正后的系统动态指标保持原系统的良好状态。
它利用滞后校正环节的低通滤波特性，在不影响校正后系统低频特性的情况下，使校正后系统中高频段增益降低，从而使其穿越频率前移，达到增加系统相位裕度的目的。
3.滞后-超前校正装置适用于对校正后系统的动态和静态性能有更多更高要求的场合。
施加滞后-超前校正环节，主要是利用其超前部分增大系统的相位裕度，以改善系统的动态性能；利用其滞后部分改善系统的静态性能。
2、为了毫不失真地从采样信号中恢复原连续信号，采样的过程必须遵循香农采样定理，同时还必须用到零阶保持器。
请简述二者的概念并简要介绍零阶保持器的作用。
答: 香农采样定理：为了不失真地恢复模拟信号，采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍。
零阶保持器：是指实现采样点之间插值的元件。
零阶保持器基于时域外推原理，能够把采样信号转换成连续信号。
其作用是将离散信号转换为连续信号，这个连续信号近似的重现了作用在采样器上的信号。