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自动控制原理第二章习题课答案.ppt

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黄家英自动控制原理第二版第二章习题答案 ppt课件

黄家英自动控制原理第二版第二章习题答案 ppt课件

G(s) G1 G2 1HG2
B2.17 求图B2.17所示闭环控制系统的传递函数Φ(s)=Y(s)/R(s) 和Φe(s)=E(s)/R(s)。
B2.17 解：由梅森公式
:
T
1
n
p k k , 这里
k 1
n4
L 1 G 2H 1,
L 2 G 4H 2,
L 3 G 6H 3,
L 4 G 3G 4G 5H 4 ,
u c 2作为输出，应用网络的
复阻抗法：
U 1(s)
U 1 ( s )(
(R
2
C 1s
1
1 R1
)
)
C 1s
1
1 R1
R
2
1 C 2s
U c2
U 1 ( s )( 1
(R
2
1 C 1s
1 R1
)
)
1 C 1s
1 R1
R
2
1 C 2s
U c2
U U c 1 1 ( ( s s ) ) R 1 R 2 C 1 C 2 s 2 (R C 1 1 C R 2 1 s R 1 2 C 2 C 1 R 1 ) s 1
L 5 G 1G 2G 3G 4G 5G 6H 5 ,
L 6 G 7G 3G 4G 5G 6H 5 ,
L 7 G 1G 8G 6H 5
L 8 G 8H 1H 4,
L 9 G 7H 1G 8G 6H 5 ,
1G 2H 1G 4H 2G 6H 3G 3G 4G 5H 4G 1G 2G 3G 4G 5G 6H 5 G 7G 3G 4G 5G 6H 5G 1G 8G 6H 5G 8H 1H 4G 7H 1G 8G 6H 5 G 2H 1G 4H 2G 2H 1G 6H 3G 4H 2G 6H 3G 4H 2G 8H 1H 4 G 7H 1G 8G 6H 5G 4H 2G 1G 8G 6H 5G 4H 2G 2H 1G 4H 2G 6H 3

自动控制理论第二章习题答案

自动控制理论第二章习题答案
Q=K P
式中 K 为比例常数， P 为阀门前后的压差。若流量 Q 与压差 P 在其平衡点 (Q0 , P0 ) 附近作微小变化，试导出线性化
方程。 解：
设正常工作点为 A，这时 Q0 = K P0
在该点附近用泰勒级数展开近似为：
y
=
f
(
x0
)
+

df (x) dx

x0
(
x
−
x0
)
即 Q − Q0 = K1 (P − P0 )
其中 K1
= dQ dP P=P0
=
1K 2
1 P0
2-7 设弹簧特性由下式描述：
F = 12.65 y1.1
其中，是弹簧力；是变形位移。若弹簧在变形位移附近作微小变化，试推导的线性化方程。 解：
设正常工作点为 A，这时 F0
=
12.65
y1.1 0
在该点附近用泰勒级数展开近似为：
2-3 试证明图2-58(ａ)的电网络与(b)的机械系统有相同的数学模型。
2
胡寿松自动控制原理习题解答第二章
图 2-58 电网络与机械系统
1
解：（a）：利用运算阻抗法得： Z1
=
R1
//
1 C1s
=
R1 C1s
R1
+
1 C1s
=
R1 = R1 R1C1s + 1 T1s + 1
Z2
=
R2
+
1 C2s
(C2
+
2C1 )
du0 dt
+ u0 R
=
C1C2 R
d 2ui dt 2

自动控制原理课后习题答案第二章

自动控制原理课后习题答案第二章

第二章2-3试证明图2-5(ａ)的电网络与(b)的机械系统有相同的数学模型。

分析首先需要对两个不同的系统分别求解各自的微分表达式，然后两者进行对比，找出两者之间系数的对应关系。

对于电网络，在求微分方程时，关键就是将元件利用复阻抗表示，然后利用电压、电阻和电流之间的关系推导系统的传递函数，然后变换成微分方程的形式，对于机械系统，关键就是系统的力学分析，然后利用牛顿定律列出系统的方程，最后联立求微分方程。

证明：(a)根据复阻抗概念可得：即取A、B两点进行受力分析，可得：整理可得：经比较可以看出，电网络（a）和机械系统（b）两者参数的相似关系为2-5 设初始条件均为零，试用拉氏变换法求解下列微分方程式，并概略绘制x(t)曲线，指出各方程式的模态。

(1)(２)2-7 由运算放大器组成的控制系统模拟电路如图2-6所示，试求闭环传递函数Uｃ(ｓ)／Ｕｒ(ｓ)。

图2-6 控制系统模拟电路解：由图可得联立上式消去中间变量U1和U2,可得：2-8 某位置随动系统原理方块图如图2-7所示。

已知电位器最大工作角度，功率放大级放大系数为K3,要求：(1) 分别求出电位器传递系数K0、第一级和第二级放大器的比例系数K1和K2；(2) 画出系统结构图；(3) 简化结构图，求系统传递函数。

图2-7 位置随动系统原理图分析：利用机械原理和放大器原理求解放大系数，然后求解电动机的传递函数，从而画出系统结构图，求出系统的传递函数。

解：（1）（2）假设电动机时间常数为Tm，忽略电枢电感的影响，可得直流电动机的传递函数为式中Km为电动机的传递系数，单位为。

又设测速发电机的斜率为，则其传递函数为由此可画出系统的结构图如下：--（3）简化后可得系统的传递函数为2-9 若某系统在阶跃输入r(t)=1(t)时，零初始条件下的输出响应，试求系统的传递函数和脉冲响应。

分析：利用拉普拉斯变换将输入和输出的时间域表示变成频域表示，进而求解出系统的传递函数，然后对传递函数进行反变换求出系统的脉冲响应函数。

自动控制原理简明教程第二版第二章习题答案.ppt

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(2) 对微分方程进行非零状态下的拉氏变换；
2 d c ( t ) dc ( t ) 3 2 c ( t ) 2 r ( t ) 2 dt dt
2 s C ( s ) sc ( 0 ) c ( 0 ) 3 { sC ( s ) c ( 0 )} 2 C ( s ) 2 R ( s )
1 L a 1 G G H G G 1 2 1 1 2
与前向通路的P1（增益=-1）对应的余子式Δ1? 与前向通路的P2（增益=G3G2）对应的余子式Δ2?
G H 1 1G 1 2 1
2 1
n G 1 G G H P P G 1 32 121 1 1 22 ( s ) p k k 1 G G H G G k 1 121 12
2-14(a) 试用梅森公式求下图的传递函数C(s)/R(s).
n P G G 1 11 12 ( s ) p kk 1 G G H G G k 1 12 1 12
2-14(a) 试用梅森公式求下图的传递函数C(s)/R(s).
计算输入信号下的闭环传递函数,令N(s)=0,则此时:
第二步：求传递函数 2 C ( s ) s 4 s 2 s 1 2 G ( s ) 1 1 R ( s )( s 1 ) ( s 2 ) ( s 1 ) ( s 2 ) s 1 s 2
第三步：写出复数域的脉冲响应形式
1 2 C ( s ) G ( s )( R s ) G ( s ) 1 s 1s 2 第四步：写出时间域的脉冲响应形式 1 2 1 1 t 2 t c ( t ) L C ( s ) L 1 ( t ) e e 1 s 2 s

自动控制原理第二章习题答案详解

自动控制原理第二章习题答案详解

习题习题2-1 列写如图所示系统的微分方程习题2-1附图习题2-2 试建立如图所示有源RC网络的动态方程习题2-2附图习题2-3 求如图所示电路的传递函数, 并指明有哪些典型环节组成（a）(b)(c)习题2-3附图习题2-4 简化如图所示方块图, 并求出系统传递函数习题2-4附图习题2-5 绘制如下方块图的等效信号流图, 并求传递函数图（a）图(b)习题2-5附图习题2-6 系统微分方程组如下, 试建立对应信号流图, 并求传递函数。

),(d )(d )(),(d )(d ),()()()(),()(),(d )(d )(),()()(54435553422311121t y tt y T t x k t x k tt x t y k t x t x t x t x k t x t x k tt x t x t y t r t x +==--==+=-=τ习题2-7 利用梅逊公式直接求传递函数。

习题2-7附图习题2-8 求如图所示闭环传递函数, 并求(b)中)(s H x 的表达式, 使其与(a)等效。

图（a ）图（b）习题2-8附图习题2-9 求如下各图的传递函数（a）(b)(c)习题2-9附图习题2-10 已知某些系统信号流图如图所示, 求对应方块图（a ）(b)(c)(d)习题2-10附图习题答案习题2-1答案：解:设外加转矩M 为输入量,转角θ为输出量,转动惯量J 代表惯性负载,根据牛顿定律可得:θθθ1122d d d d k t f M tJ --=式中,1,1,k f 分别为粘性阻尼系数和扭转弹性系数,整理得:M k t f tJ =++θθθ1122d d d d习题2-2答案：解: 设r u 为输入量,c u 为输出量,,,,21i i i 为中间变量,根据运算放大器原理可得:1221d d R u i R u i t u c i r c c ===消去中间变量可得: r c c u R Ru t u C R 122d d -=+ 习题2-3答案： 解: (a)11111111221212211121121120++=+++=+++=+++=Ts Ts s R R R C R s C R R sC R sC R sC sC R R sC R u u i β其中:221121,R R R C R T +==β, 一阶微分环节，惯性环节.(b)21121212111221122011//1R R s C R R R s C R R R sC R R R sC R R u u i+++=++=+= 11111111212121221121111++=+∙++∙+=+++=Ts Ts s C R R R R s C R R R R R R s C R R s C R αα其中 α=+=21211,R R R T C R , 一阶微分环节，惯性环节.(c)s C R s C R s C R s C R s C R sC R R sC sC R u u i 21221122112211220)1)(1()1)(1(1//11+++++=+++= 由微分环节，二阶振荡环节组成。

自动控制原理 第二章习题答案

自动控制原理 第二章习题答案

2-1试建立如图 所示电路的动态微分方程。

解：输入u i 输出u ou 1=u i -u oi 2=C du 1 dt )- R 2(u i -u o )=R 1u 0-CR 1R 2( du i dt dt du oC ＋ - u i o R 1R 2 i 1 i i 2u 1i 1=i-i 2 u o i= R 2u 1 i 1= R 1 = u i -u o R 1 dt d (u i -u o ) =C C d (u i -u o ) dtu o - R 2 = u i -u o R 1 CR 1R 2 du o dt du idt +R 1u o +R 2u 0=CR 1R 2 +R 2u i(a)i=i 1+i 2 i 2=C du 1 dtu o i 1= R 2 u 1-u o = L R 2 du o dt R1i= (u i -u 1) (b)C＋-iu o R 1R 2i 1 ii 2Lu 1 = R 1 u i -u 1 u o +C R 2 du 1 dtu 1=u o + L R 2 du o dtdu o dt R 1R 2 L du o dt + CL R 2 d 2u o dt 2 = - - u i R 1 u o R 1 u o R 2 +C )u o R 1R 2 L du o dt ) CL R 2 d 2u o dt 2 = + +( u i R 1 1 R 11 R 2+(C+ 解：2-2 求下列函数的拉氏变换。

（1）t t t f 4cos 4sin )(+= （2）te t tf 43)(+= （3）t te t f --=1)(（4）te t tf 22)1()(-= 解：(1) f(t)=sin4t+cos4tL [sin ωt ]= ωω2+s 2=s s+42+16L [sin4t+cos4t ]= 4s 2+16s s 2+16+s ω2+s 2L [cos ωt ]=解：(2) f(t)=t 3+e 4t 解：L [t 3+e 4t ]= 3!s 41s-4+ 6s+24+s 4s 4(s+4)=(3) f(t)=t n e atL [t n e at ]=n!(s-a)n+1(4) f(t)=(t-1)2e 2tL [(t-1)2e 2t ]=e -(s-2)2(s-2)3解：解：2-3求下列函数的拉氏反变换。

自动控制原理及其应用_课后习题答案_2[1]


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 力所示 试采用复数阻抗法写出它们的传 递函数。 C 递函数。
R2 ui R1 －∞ ＋ ＋ R3
uo R4 R5
UO (R2R3SC+R2+R3)(R4+R5) = － UI R1(R3SC+1)R5 R2R3 (R4+R5)(R2+R3)( SC+1) R2+R3 =－ － R1R5(R3SC+1) R5 UO(R3SC+1) R4+ R5 =－ － R2R3SC+R2+R3 R5 R5 UO UO UI R4+ R5 R4+ R5 =－ － R3 R1 R3 R2 ＋ SC R3 SC＋ 1 ＋ R2 ＋ 1 R3 ＋ SC
IL R2 UL sL ＋ Cs UO
-
I
C
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 试采用复数阻抗法写出它们的传递函数。 所示 试采用复数阻抗法写出它们的传递函数。 电路等效为: 解:电路等效为 电路等效为 UO =－ R2 ＋R3 R2 SC＋1 UI UO =－ R1 1 R2· SC ＋ 1 R3 R2＋ SC
s=0
1 s
(2-4-2)
求下列微分方程。 求下列微分方程。
d3y(t) d2y(t) dy(t) 初始条件: 初始条件 3 +4 dt2 +29 dt =29, dt · y(0)=0 , y(0)=17 , · · y(0)=-122 解:
2-5-a 试画题 图所示电路的动态结构图 并 试画题2-1图所示电路的动态结构图 图所示电路的动态结构图,并 求传递函数。 求传递函数。 ＋ uc － 解:ui=R1i1+uo ，i2=ic+i1 duc ic=C dt UI(s)=R1I1(s)+UO(s) I2(s)=IC(s)+I1(s) UI(s)-UO(s) =I1(s) 即: R1

自动控制原理第二章课后习题答案（免费）

自动控制原理第二章课后习题答案（免费）自动控制原理第二章课后习题答案（免费）离散系统作业注明：*为选做题2-1 试求下列函数的Z 变换（1）()E z L =();n e t a = 解：01()[()]1k k k z E z L e t a z z z aa∞-=====--∑ （2） ();at e t e -= 解：12211()[()][]1...1atakT k aT aT aTaT k z E z L e t L ee z e z e z z e e z∞----------=====+++==--∑2-2 试求下列函数的终值：（1）112();(1)Tz E z z --=-解： 11111()(1)()1lim lim lim t z z Tz f t z E z z---→∞→→=-==∞- （2）2()(0.8)(0.1)z E z z z =--。

解：211(1)()(1)()0(0.8)(0.1)lim lim lim t z z z z f t z E z z z →∞→→-=-==--2-3* 已知()(())E z L e t =,试证明下列关系成立：（1）[()][];n z L a e t E a=证明：()()nn E z e nT z∞-==∑00()()()()[()]n n n n n n z z E e nT e nT a z L a e t a a ∞∞--=====∑∑ （2）()[()];dE z L te t TzT dz=-为采样周期。

证明：11100[()]()()()()()()()()()nn n n n n n n n n L te t nT e nT zTz ne nT z dE z de nT z dz dz e nT n zne nT z ∞∞---==∞-=∞∞----======-=-∑∑∑∑∑所以：()[()]dE z L te t Tzdz=- 2-4 试求下图闭环离散系统的脉冲传递函数()z Φ或输出z 变换()C z 。

自动控制原理第2章课后习题及解答


uc
= R1RL2C ur
2-3 证明图 2-34 (a) 所示的力学系统和图 2-34 (b) 所示的电路系统是相似系统（即 有相同形式的数学模型）。
图 2-34 系统原理图
解
(a) 取A、B两点分别进行受力分析，如图解2-3(a)所示。对A点有
k2 (x − y) + f 2 (x − y) = f1 ( y − y1 )
9
- 17 -
(3)
X (s) =
1
s(s + 2)3 (s + 3)
(4) X (s) =
s +1
s(s 2 + 2s + 2)
解
(1) x(t) = et−1
(2)
原式
=
2 3
⋅
s
2
3 + 32
x(t) = 2 sin 3t 3
(3)
原式 ＝ −1 + 1 − 3 + 1 + 1 2(s + 2)3 4(s + 2)2 8(s + 2) 24s 3(s + 3)
+
1 C2R2
uc
=
du
2 r
dt 2
+
2 CR
dur dt
+
1 C2R2
ur
(c) 由图解 2-2（c）可写出
Ur (= s) R1 [I1(s) + I2 (s)] + (Ls + R2 )I2 (s) (6)
1 Cs
I1
(s)
=
(Ls
+
R2
)I2
(s)
(7)

自控原理习题解答(第二章)


[答2 （ 31 ） 1 ） ] (t) x(t) (t) Tx T sx(s) x (s) 1 1 1 T x (s) 1 T s 1 s T 1 t 1 T 1 1 T x ( t ) L x (s) L e 1 s T T
答2 4(c)
e y (s) e x (s) C2 1 1 I(s) R 1 R2 C1s C 2s R 2 C 1 C 2 s 2 C 1s 1 R 2 C1 C 2 s C1 2 (R1 R 2 )C1C 2 s C 2 s C1s (R1 R 2 )C1C 2 s C 2 C1 R 2 C1 C 2 s C1 (R1 R 2 )C1C 2 s C 2 C1 (R1 R 2 )C1C 2 s C 2 C1 R 2 C1 C 2 C1 s K d Td s C 2 C1 C 2 C1 K (R1 R 2 )C1C 2 s (R1 R 2 )C1C 2 s Td s 1 T s 1 1 1 C 2 C1 C 2 C1 为实际微分环节 惯性环节 1 I(s) （R 2 ) C 2s
X(s) G1 G1 H3 H2 H1
-
Y(s) G2
G3
G4 X(s)
G1
-
-
G2 H3
-
Y(s) G3 G4
-
H2
G4 H3
1 2e 2t e t cos 3t 3s2 2s 8 8 A s 1 2 s(s 2)(s 2s 4) s 0 2 4 3s2 2s 8 B (s 2) 2 2 s(s 2)(s 2s 4) s 2
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力所示,试采用复数阻抗法写出它们的传
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)
UI(s)
-
IC(s)
sC
＋ I2(s)
1
＋
R1 I1(s)
R2 UO(s)
UUOI((ss))=
1(+R1(1＋ R11＋sCs)CR)2R2=
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
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)=
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。
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]=
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(RR22SC+1)+ RR31)
R2
R3
=－
1 R1
((R2RSC2 +1)+uRi 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
∴
iL=
uo R2
i1=iL+ic
ic=Cddut c
Ui(s)=R1I1(s)+UC(s) UC(s)=UO(s)+UL(s)
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)
(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
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)
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)
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)
UI(s)
-
( R11＋sC )R2
UO(s)
I1(s)=
UO(s) R2
IC(s)=
UC(s) Cs
Ui
-
1 I1
Hale Waihona Puke ILR1-IC
UO R2
UL sL ＋
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
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)
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:
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