自动控制原理及其应用后习题答案
自动控制原理及其应用试卷与答案
21.一线性系统，当输入是单位脉冲函数时，其输出象函数与传递函数相同。
22.输入信号和反馈信号之间的比较结果称为偏差。
23.对于最小相位系统一般只要知道系统的 开环幅频特性 就可以判断其稳定性。
24.设一阶系统的传递G(s)=7/(s+2)，其阶跃响应曲线在t=0处的切线斜率为2。
25.当输入为正弦函数时，频率特性G(j ω)与传递函数G(s)的关系为s=j ω。
26.机械结构动柔度的倒数称为动刚度。
27.当乃氏图逆时针从第二象限越过负实轴到第三象限去时称为正穿越。
28.二阶系统对加速度信号响应的稳态误差为1/K 。
即不能跟踪加速度信号。
29.根轨迹法是通过开环传递函数直接寻找闭环根轨迹。
30.若要求系统的快速性好，则闭环极点应距虚轴越远越好。
21.对控制系统的首要要求是系统具有.稳定性。
22.在驱动力矩一定的条件下，机电系统的转动惯量越小，其.加速性能越好。
23.某典型环节的传递函数是21)(+=s s G ，则系统的时间常数是 0.5 。
24.延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使相频特性发生变化。
25.二阶系统当输入为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒为2ζ/?n 。
26.反馈控制原理是检测偏差并纠正偏差的原理。
27.已知超前校正装置的传递函数为132.012)(++=s s s G c ，其最大超前角所对应的频率=m ω 1.25。
28.在扰动作用点与偏差信号之间加上积分环节能使静态误差降为0。
29.超前校正主要是用于改善稳定性和快速性。
30.一般讲系统的加速度误差指输入是静态位置误差系数所引起的输出位置上的误差。
21.“经典控制理论”的内容是以传递函数为基础的。
22.控制系统线性化过程中，变量的偏移越小，则线性化的精度越高。
23.某典型环节的传递函数是21)(+=s s G ，则系统的时间常数是 0.5 。
24.延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使相频特性发生变化。
25.若要全面地评价系统的相对稳定性，需要同时根据相位裕量和幅值裕量来做出判断。
自动控制原理完整版课后习题答案
1 请解释下列名字术语：自动控制系统、受控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。
解：自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成；受控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。
如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。
外扰是系统的输入量。
给定值：受控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值参考输入即为给定值。
反馈：将系统的输出量馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较的过程。
2 请说明自动控制系统的基本组成部分。
解：作为一个完整的控制系统，应该由如下几个部分组成：①被控对象：所谓被控对象就是整个控制系统的控制对象；②执行部件：根据所接收到的相关信号，使得被控对象产生相应的动作；常用的执行元件有阀、电动机、液压马达等。
③给定元件：给定元件的职能就是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参考量）；④比较元件：把测量元件检测到的被控量的实际值与给定元件给出的参考值进行比较，求出它们之间的偏差。
常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置和电桥等。
⑤测量反馈元件：该元部件的职能就是测量被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，一般需要将其转换成为电量。
常用的测量元部件有测速发电机、热电偶、各种传感器等；⑥放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。
如电压偏差信号，可用电子管、晶体管、集成电路、晶闸管等组成的电压放大器和功率放大级加以放大。
⑦校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，用以改善系统的性能。
常用的校正元件有电阻、电容组成的无源或有源网络，它们与原系统串联或与原系统构成一个内反馈系统。
3 请说出什么是反馈控制系统，开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？解：反馈控制系统即闭环控制系统，在一个控制系统，将系统的输出量通过某测量机构对其进行实时测量，并将该测量值与输入量进行比较，形成一个反馈通道，从而形成一个封闭的控制系统；开环系统优点：结构简单，缺点：控制的精度较差；闭环控制系统优点：控制精度高，缺点：结构复杂、设计分析麻烦，制造成本高。
自动控制原理课后习题答案.docx
(西安电子科技大学出版社)习题2-1试列写题2-1图所示各无源网络的微分方程.M 0= 2.39VJ 11= 2.19X 10∙A ,试求在工作点(w 0, i 0｝附近方=/(〃，的 规性化方程。
2-7设晶网管三相桥式全控整漉电路的怆入房为控制角α,输出r 为空战整流电压口,它们之间的 关系为 式中,U ⑷是整流电压的理想空竣(«•试推导其线性化方程式.2-8 ∙系统由如下方程祖组成，其中Xr(S)为输入，XKS)为输出，试绘制系统构造图，并求出闭 环传递函数。
2-9系统的微分方程组如下其中r 、K l . K- K 、、/、K 、、T 均为正常数，试建设系统构造图，并求系统的传递函数C(S)/R(s).图2-2图有双M 冷 ⑵(W <»U.之间的关系为i* =l0P(e""∕0.026-l),假设系统工作点在 2-6如题2∙6图所示电路，.极耳啦J4非钻盛曲F ，其电流L 和电压2-10试化简即2-10图所示的系统构造图.并求传递函数C(S)11R(S), K(S) C(S)/ C(S) R(S) 筑书规图所材 Gl C(S) G,卡G 5佛与函数 国S) C(S) G) 5 “七； Hl 弟统 £(S) M(S)2-16零初 设某 2-17 g (t) = 7-5e 6f . 咫2∙ 15图求系统 的传速函数, 始条件下的输出响试求该系统的传递 2-18系统的 W'> I 控制系统构造t f 1*1 2-16 W 系统构造图 R(S) ΛU) 2-15 E(S) C (Λ I I - L_rτ∏J ∙13图 系统G:" r ,(5) E(S)凤 F) R ⑸M ⑸松) ⅛4和脉冲响应函数, 单位脉冲响应为。
自动控制原理及其应用试卷与答案
⾃动控制原理及其应⽤试卷与答案21.⼀线性系统，当输⼊是单位脉冲函数时，其输出象函数与传递函数相同。
22.输⼊信号和反馈信号之间的⽐较结果称为偏差。
23.对于最⼩相位系统⼀般只要知道系统的开环幅频特性就可以判断其稳定性。
24.设⼀阶系统的传递G(s)=7/(s+2)，其阶跃响应曲线在t=0处的切线斜率为 2 。
25.当输⼊为正弦函数时，频率特性G(j ω)与传递函数G(s)的关系为 s=jω。
26.机械结构动柔度的倒数称为动刚度。
27.当乃⽒图逆时针从第⼆象限越过负实轴到第三象限去时称为正穿越。
28.⼆阶系统对加速度信号响应的稳态误差为 1/K 。
即不能跟踪加速度信号。
29.根轨迹法是通过开环传递函数直接寻找闭环根轨迹。
30.若要求系统的快速性好，则闭环极点应距虚轴越远越好。
21.对控制系统的⾸要要求是系统具有 .稳定性。
22.在驱动⼒矩⼀定的条件下，机电系统的转动惯量越⼩，其 .加速性能越好。
23.某典型环节的传递函数是21)(+=s s G ，则系统的时间常数是 0.5 。
24.延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使相频特性发⽣变化。
25.⼆阶系统当输⼊为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒为 2ζ/n 。
26.反馈控制原理是检测偏差并纠正偏差的原理。
27.已知超前校正装置的传递函数为132.012)(++=s s s G c ，其最⼤超前⾓所对应的频率=m ω 1.25 。
28.在扰动作⽤点与偏差信号之间加上积分环节能使静态误差降为0。
29.超前校正主要是⽤于改善稳定性和快速性。
30.⼀般讲系统的加速度误差指输⼊是静态位置误差系数所引起的输出位置上的误差。
21.“经典控制理论”的内容是以传递函数为基础的。
22.控制系统线性化过程中，变量的偏移越⼩，则线性化的精度越⾼。
23.某典型环节的传递函数是21)(+=s s G ，则系统的时间常数是 0.5 。
24.延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使相频特性发⽣变化。
自动控制原理及其应用试卷与答案
⾃动控制原理及其应⽤试卷与答案21.⼀线性系统，当输⼊是单位脉冲函数时，其输出象函数与传递函数相同。
22.输⼊信号和反馈信号之间的⽐较结果称为偏差。
23.对于最⼩相位系统⼀般只要知道系统的开环幅频特性就可以判断其稳定性。
24.设⼀阶系统的传递G(s)=7/(s+2)，其阶跃响应曲线在t=0处的切线斜率为 2 。
25.当输⼊为正弦函数时，频率特性G(j ω)与传递函数G(s)的关系为 s=jω。
26.机械结构动柔度的倒数称为动刚度。
27.当乃⽒图逆时针从第⼆象限越过负实轴到第三象限去时称为正穿越。
28.⼆阶系统对加速度信号响应的稳态误差为 1/K 。
即不能跟踪加速度信号。
29.根轨迹法是通过开环传递函数直接寻找闭环根轨迹。
30.若要求系统的快速性好，则闭环极点应距虚轴越远越好。
21.对控制系统的⾸要要求是系统具有 .稳定性。
22.在驱动⼒矩⼀定的条件下，机电系统的转动惯量越⼩，其 .加速性能越好。
23.某典型环节的传递函数是21)(+=s s G ，则系统的时间常数是 0.5 。
24.延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使相频特性发⽣变化。
25.⼆阶系统当输⼊为单位斜坡函数时，其响应的稳态误差恒为 2ζ/n 。
26.反馈控制原理是检测偏差并纠正偏差的原理。
27.已知超前校正装置的传递函数为132.012)(++=s s s G c ，其最⼤超前⾓所对应的频率=m ω 1.25 。
28.在扰动作⽤点与偏差信号之间加上积分环节能使静态误差降为0。
29.超前校正主要是⽤于改善稳定性和快速性。
30.⼀般讲系统的加速度误差指输⼊是静态位置误差系数所引起的输出位置上的误差。
21.“经典控制理论”的内容是以传递函数为基础的。
22.控制系统线性化过程中，变量的偏移越⼩，则线性化的精度越⾼。
23.某典型环节的传递函数是21)(+=s s G ，则系统的时间常数是 0.5 。
24.延迟环节不改变系统的幅频特性，仅使相频特性发⽣变化。
自动控制原理及其应用课后习题第五章答案
ω
20 0 -20
10 ωc
1
2 -20dB/dec
ω
-60dB/dec
10 ≈1 ω2 0.5 c
ω c=4.5
5 ≈1 ω c=7.9 ω 0.01 c3
第五章习题课 (5-17)
-20
低频段曲线： 低频段曲线： 20lgK=20dB φ (ω ) 0 ω1=5 ω2=15 -90 相频特性曲线： 相频特性曲线： -180 -270 φ ( )= -90o ω ω=0 φ ( )= -270o ω ω=∞
-60dB/dec
ω
第五章习题课 (5-2)
10(s+0.2) 1.33(5s+1) (5) G(s)= s2(s+0.1)(s+15)=s2(10s+1)(0.67s+1) 解： 低频段曲线： 低频段曲线： 20lgK=2.5dB
第五章习题课 (5-7)
5-7 已知奈氏曲线，p为不稳定极点个数， 已知奈氏曲线， 为不稳定极点个数 为不稳定极点个数， υ为积分环节个数，试判别系统稳定性。 为积分环节个数，试判别系统稳定性。 Im υ=2 (b) p=0 (a) p=0 Im υ=0
ω=0 Re -1 0 ω=0+ -1 0 ω=0 Re
第五章习题课 (5-1)
5-1(1) 已知单位负反馈系统开环传递函数， 已知单位负反馈系统开环传递函数， 当输入信号r(t)=sin(t+30o)，试求系统的稳态 当输入信号 ， 输出。 输出。 10 G(s)=(s+1) 10 解： φ(s)= (s+11) 10 = 10 = 10 ω A( )= 2 2 112+1√ 122 =0.905 √ 11 +( ) √ ω φ ( )=-tg-1ω =-tg-1 1 =-5.2o ω 11 11 cs(t)=0.9sin(t+24.8o)
自动控制原理课后习题答案第一章
1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。
在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。
图1-2 液位自动控制系统解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度不变。
工作原理：当电位电刷位于中点（对应r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度r c ，一旦流入水量或流出水量发生变化时，液面高度就会偏离给定高度r c 。
当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度r c 。
反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度r c。
系统方块图如图所示：1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统? （１）222)()(5)(dt t r d t t r t c ++=；（２）)()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++； （３）dt t dr t r t c dt t dc t )(3)()()(+=+； （４）5cos )()(+=t t r t c ω； （５）⎰∞-++=t d r dt t dr t r t c ττ)(5)(6)(3)(；（６）)()(2t r t c =；（７）⎪⎩⎪⎨⎧≥<=.6),(6,0)(t t r t t c解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，所以该系统为非线性系统。
自动控制原理及其应用部分习题解答
自动控制原理及其应用部分习题解答第一章1－12 电力系统接线如下图所示，试写出线路及各变压器高、低压绕组的额定电压。
题1－12附图【解答】1. 线路额定电压G至变压器T1、变压器T3两段：6.3/1.05=6（kV）；。
T3出线段：0.4/1.05=0.38（kV）2. 变压器额定电压(高压绕组/低压绕组)T1：6.3/242（kV）( 6.0×1.05=6.3、220×1.1=242)；T2：220/38.5（kV）( 220×1.0=220、35.0×1.1=38.5)； T3：6.3/0.4（kV）( 6.0×1.05=6.3、0.38×1.05=0.4)。
1－13 电力系统接线如下图所示，试写出发电机及各变压器高、低压绕组的额定电压。
题1－13附图【解答】解法参见题1－12的解答： 1.发电机G:10.5（kV）；2.变压器T1:10.5/242(Kv)、T2：220/121/38.5(Kv)、T3：35/10.5(Kv)、T4：220/121kV。
1－14 某有载调压变压器的电压为110±8×1.25％/11kV，按最大和最小负荷时计算出的变压器低压侧归算到高压侧的电压侧分别为107 kV和108 kV。
若变压器低压侧最大和最小负荷时要求的电压分别为10.5kV和10kV，试选择其分接头。
【解答】由题意，得最大负荷时选择最接近U1Tmax的分接头为：110+2×1.25＝112.5kV；最小负荷时选择最接近U1Tmin的分接头为：110+7×1.25＝118.75kV；拟选的分接头都在变压器的分接头范围内。
按所选分接头计算低压母线的实际电压如下：所以，所选有载调压变压器的分接头：最大负荷时选择2档，最小负荷时选择7档，能够满足调压要求。
1－15 某大厦主变压器装机容量为3000kV·A，直接启动的异步电动机为75kW，请估算柴油发电机选多大为宜？【解答】按两种方式分别试选。
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解:F(s)(s2+1) s=+j =A1s+A2 s=+j
A1=1, A2=-5 A3=F(s)s s=0 =1
F(s)=
1 s
+
s s2+1
+
-5 s2+1
2-3-4 函数的拉氏变换。
(4)
F(s)=
s+2 s(s+1)2(s+3)
=
2 3
+ 112
e-3t-
3 4
e-t-
t 2
e-t
解:f(t)=
ic=C
duc dt
UI(s)=R1I1(s)+UO(s)
CC
ic
＋ －ui
i1
R1 R2
＋ i－2uo
I2(s)=IC(s)+I1(s)
IC(s)=CsUC(s)
即: UI(sR)-1UO(s)=I1(s) [UI(s)-UO(s)]Cs=IC(s)
sC 1 R1
UUOI((ss))=
1(+R1(1＋ R11＋sCs)CR)2R2=
A1=sY(s) s=0
(2-4-2) 求下列微分方程。
d3y(t) d2y(t) dy(t) dt3 +4 dt2 +29 dt =29,
初始条件:
y(0)=0 , y·(0)=17 , ·y·(0)=-122
解:Байду номын сангаас
2-5-a 试画题2-1图所示电路的动态结构图,并
求传递函数。
＋ uc －
解:ui=R1i1+uo ，i2=ic+i1
UL(s)=sLIL(s)
I1(s)=IL(s)+IC(s)
I2(s)=
UO(s) R2
即：I1(s)=
UI(s)+UC(S) R1
IL(s)=I1(s)-IC(s)
IC(s)=CsUC(s)
I1(s)=
UO(s) R2
IC(s)=
UC(s) Cs
Ui
-
1 I1
IL
R1
-
IC
UO R2
UL sL ＋
(s+1s)+22(s+3)est
+
s=0
s(ss++21)2est s=-3
+
lsim-1
d[
s(ss++23)est ds
]
=
2 3
+
1 12
e-3t+slim-1[
(-s(2s-24+s3-6)2)est+
(s+2)test s2+3s ]
(2-4-1) 求下列微分方程。
A2=(s+2)Y(s) s=-2 A3=(s+3)Y(s) s=-3
4 s2+16
+
s s2+16
=
s+4 s2+16
(2) f(t)=t3+e4t
解:L[t3+e4t]=
3! s3+1
+
1 s-4
3! = s4
+
1 s-4
(3) f(t)=tneat
解:L[tneat]=
n! (s-a)n+1
(4) f(t)=(t-1)2e2t 解:L[(t-1)2e2t]=e-(s-2)(s2-2)3
)
R1
－
∞ ＋
＋
C
uo
∴
C(S)=
UUOI((SS))=－
R2
RSC2＋1＋R3 R1
R2
R3
ui
=－
R1+R3+R2R3CS R1(R2SC+1)
R1
C
－
∞ ＋
＋
uo
2-6-b 用运算放大器组成的有源电网络如
力所示,试采用复数阻抗法写出它们的传
递函数。
C
R2
R3
ui R1
－
∞ ＋
uo
＋
R4
R5
UR1I==－－UU(ROIR=4=2－＋+－RRR4(RR5+R1R)3＋SR5R(2RR4CRRR5+325(2RU13R5R+SR1O33RC(5SSUR3+CC)O3R(+S+(RRR2CR1+－232)+2+RSR+1RRC3R3))32＋R+S(3RR1C54R)4R+++315RRSR)C535U)＋O1
Cs UC=UO+UL
2-6-a 用运算放大器组成的有源电网络如图 所示,试采用复数阻抗法写出它们的传递函数。
解:电路等效为:
=－
UO R2SRC2＋1＋R3
UR1I =－
UO RR22＋·SS1C1C＋R3
=－( R1(RR22SC+1)+ RR31)
R2
R3
=－
1 R1
((R2RSC2 +1)+uRi 3
d2y(t) dt2 +5
dy(t) dt
+6y(t)=6
，初始条件：
y(0)=y·(0)=2 。
A1=1 , A2=5 , A3=-4 ∴ y(t)=1+5e-2t-4e-3t
解:s2Y(s)-sY(0)-Y(′0)+5sY(s)-5Y(0)+6Y(s)=
1 s
∴
Y(s)=
6+2s2+12s s(s2+5s+6)
u1=i1R1 i1=iL+ic
uL=LdditL
ic=C
duc dt
=d(udi-tuo)
iL=i2=
uo R2
习题课一 (2-2)
求下列函数的拉氏变换。
(1) f(t)=sin4t+cos4t
解:∵L[sinwt]=
w w2+s2
L[coswt]=
s w2+s2
∴L[sin4t+cos4t]=
解:f(t)=(s+s1)2est
s=-2+lsim-1
d[ ds
s s+2
est]
=-2e-2t+slim-1(ss+t2
est+
2 (s+2)2
est)
=-2e-2t-te-t+2e-t
=(2-t)e-t-2e-2t
2-3-3 函数的拉氏变换。
∴ f(t)=1+cost-5sint
F(s)=
2s2-5s+1 s(s2+1)
第二章习题课 (2-1a)
2-1(a) 试建立图所示电路的动态微分方
程。
＋ uc －
i1=i2-ic C
解：
＋ u－1u=i[
uo R2
-CRd1(Ru2dit-uo＋ － u) o]R1+uo
＋ －ui
CC
i1
R1 R2
ic
＋ i－2uo
输Ruuo21入Ru=i1i=量+1RuC为o1dRdutu1o-RiC，1ddR输tui2i2+R出=u1uRRo量Ro22+2为=CRudd2uotu。oRi+i1CcR=dd2Cuu+t iiu=Rddoutu1RRc1+2=2udo(udi-tuo)
第二章习题课 (2-1b)
2-1(b) 试建立图所示电路的动态微分方
＋－iu1程=iu。LuRR=o21+CLRC2RddL2utdod2tu2Lo+R2Cid＋ －dcu=utooddut c=
CL R2
i2=
dd2tu2 o+C
duo dt
uo R2
ui=u1+uo
输入量为ui，输出量为uo。
R2+R1R2sC R1+R2+R1R2sC
2-5-b 试画出题 2-1图所示的电路 的动态结构图,并 求传递函数。
R1
＋
－ui
C
L
＋ R2 －uo
解：ui=R1I1+uc uc=uo+uL uL=LdditL
∴
iL=
uo R2
i1=iL+ic
ic=Cddut c
Ui(s)=R1I1(s)+UC(s) UC(s)=UO(s)+UL(s)
2-3-1 函数的拉氏变换。
F(s)=(s+1s+)(1s+3)
解：A1=(s+2)(s+1s)+(s1+3)
= -1
s=-2
A2=(s+3)
s+1 (s+1)(s+3)
=2
s=-3
F(s)=
2 s+3
-
1 s+2
f(t)=2e-3t-e-2t
2-3-2 函数的拉氏变换。
F(s)=(s+1)s2(s+2)