第三章-4-状态方程的解
- 格式:pdf
- 大小:859.86 KB
- 文档页数:65
第三章 习 题3-1 解:设定熵压缩过程的终态参数为222S T p 和、,而定温压缩过程的终态参数为222S T p '''和、,根据给定的条件可知: 1222T T p p ='='; 又因为两个终态的熵差为S ∆,固有:21222222lnlnlnT T Mcp p mRT T mc S S S pgp='-'=-'=∆所以有:)exp(12pmCS T T ∆-=对于定熵压缩过程有:kkkkT p T p 212111--=所以:)exp()exp(])1(exp[()(11112112gpk kmR S p mRS M p mck S k p T T p p ∆-=∆-=-∆==-3-2解:设气体的初态参数为1111m T V p 和、、,阀门开启时气体的参数为2222m T V p 和、、,阀门重新关闭时气体的参数为3333m T V p 和、、,考虑到刚性容器有:321V V V ==,且21m m =。
⑴当阀门开启时,贮气筒内压力达到51075.8⨯Pa ,所以此时筒内温度和气体质量分别为:K 25366.78.752931212=⨯==p p T Tkg T R V p m m 0.2252932870.02710751g 1121=⨯⨯⨯===⑵阀门重新关闭时,筒内气体压力降为 5104.8⨯Pa ,且筒内空气温度在排气过程中保持不变,所以此时筒内气体质量为: kg T R V p T R V p m g g 216.025.366287027.0104.852333333=⨯⨯⨯==所以,因加热失掉的空气质量为:kg m 0.0090.2160.225m m Δ32=-=-=3-3 解:⑴气体可以看作是理想气体,理想气体的内能是温度的单值函数,选取绝热气缸内的两部分气体共同作为热力学系统,在过程中,由于气缸绝热,系统和外界没有热量交换,同时气缸是刚性的,系统对外作功为零,故过程中系统的内能不变,而系统的初温为30℃,所以平衡时系统的温度仍为30℃。
第三章 线性控制系统的能控性和能观性3-3-1 判断下列系统的状态能控性。
(1)⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=01,0101B A (2)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=111001,342100010B A (3)⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=020011,100030013B A (4)⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1110,0000000011111B A λλλλ 【解】:(1)[]2,1011==⎥⎦⎤⎢⎣⎡-==n rankU AB BU c c ,所以系统完全能控。
(2)[]⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---==7111111010012B A ABBU c 前三列已经可使3==n rankU c ,所以系统完全能控(后续列元素不必计算)。
(3)A 为约旦标准型,且第一个约旦块对应的B 阵最后一行元素全为零,所以系统不完全能控。
(4)A 阵为约旦标准型的特殊结构特征,所以不能用常规标准型的判别方法判系统的能控性。
同一特征值对应着多个约旦块,只要是单输入系统,一定是不完全能控的。
可以求一下能控判别阵。
[]2,111321031211312113121121132=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡==c c rankU B A BA AB BU λλλλλλλλλλλ,所以系统不完全能控。
3-3-2 判断下列系统的输出能控性。
(1) ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=xy u x x 011101020011100030013 (2) []⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=x y u x x 0011006116100010【解】: (1)已知⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=020011,100030013B A ,⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=011101C ,⎥⎦⎤⎢⎣⎡=0000D []⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=111300002B CA CAB CB D前两列已经使[]22==m B CA CAB CB D rank ,所以系统输出能控。
第三章 时序逻辑1.写出触发器的次态方程,并根据已给波形画出输出 Q 的波形。
解:2. 说明由RS 触发器组成的防抖动电路的工作原理,画出对应输入输出波形解:3. 已知JK 信号如图,请画出负边沿JK 触发器的输出波形(设触发器的初态为0)1)(1=+++=+c b a Qa cb Q nn4. 写出下图所示个触发器次态方程,指出CP 脉冲到来时,触发器置“1”的条件。
解:(1),若使触发器置“1”,则A 、B 取值相异。
(2),若使触发器置“1”,则A 、B 、C 、D 取值为奇数个1。
5.写出各触发器的次态方程,并按所给的CP 信号,画出各触发器的输出波形(设初态为0)解:6. 设计实现8位数据的串行→并行转换器。
B A B A D +=DC B A K J ⊕⊕⊕==Q AQ B Q D Q C Q E Q F Q7. 分析下图所示同步计数电路解:先写出激励方程,然后求得状态方程状态图如下:该计数器是五进制计数器,可以自启动。
8. 作出状态转移表和状态图,确定其输出序列。
解:求得状态方程如下故输出序列为:000119. 用D 触发器构成按循环码(000→001→011→111→101→100→000)规律工作的六进制同步计数器解:先列出真值表,然后求得激励方程PS NS 输出N0 0 0 0 0 1 00 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1化简得:逻辑电路图如下:n Q 2n Q 1n Q 012+n Q 11+n Q 10+n Q n n n nn n n n n n nnQ Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Z 121002*********+==+==+++nnn nnn nnnn QQ Q D QQ Q D QQ Q Q D 121211121122+====+==+++10. 用D 触发器设计3位二进制加法计数器,并画出波形图。
3.1 线性定常系统的能控性线性系统的能控性和能观测性概念是卡尔曼在1960年首先提出来的。
当系统用状态空间描述以后,能控性、能观测性成为线性系统的一个重要结构特性。
这是由于系统需用状态方程和输出方程两个方程来描述输入-输出关系,状态作为被控量,输出量仅是状态的线性组合,于是有“能否找到使任意初态转移到任意终态的控制量”的问题,即能控性问题。
并非所有状态都受输入量的控制,有时只存在使任意初态转移到确定终态而不是任意终态的控制。
还有“能否由测量到的由状态分量线性组合起来的输出量来确定出各状态分量”的问题,即能观测性问题。
并非所有状态分量都可由其线性组合起来的输出测量值来确定。
能控性、能观测性在现代控制系统的分析综合中占有很重要的地位,也是许多最优控制、最优估计问题的解的存在条件,本章主要介绍能控性、能观测性与状态空间结构的关系。
第一节线性定常系统的能控性能控性分为状态能控性、输出能控性(如不特别指明便泛指状态能控性)。
状态能控性问题只与状态方程有关,下面对定常离散系统、定常连续系统分别进行研究(各自又包含单输入与多输入两种情况):一、离散系统的状态可控性引例设单输入离散状态方程为:初始状态为:用递推法可解得状态序列:可看出状态变量只能在+1或-1之间周期变化,不受的控制,不能从初态转移到任意给定的状态,以致影响状态向量也不能在作用下转移成任意给定的状态向量。
系统中只要有一个状态变量不受控制,便称作状态不完全可控,简称不可控。
可控性与系统矩阵及输入矩阵密切相关,是系统的一种固有特性。
下面来进行一般分析。
设单输入离散系统状态方程为:(3-1)式中,为维状态向量;为纯量,且在区间是常数,其幅值不受约束;为维非奇异矩阵,为系统矩阵;为维输入矩阵:表示离散瞬时,为采样周期。
初始状态任意给定,设为;终端状态任意给定,设为,为研究方便,且不失一般性地假定。
单输入离散系统状态可控性定义如下:在有限时间间隔内,存在无约束的阶梯控制信号,,,能使系统从任意初态转移到任意终态,则称系统是状态完全可控的,简称是可控的。