自动控制理论(邹伯敏)第二章答案
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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:2221212112212211212112212122111()1()111oiR u C s R R C C s R C R C R C s R u R R C C s R C R C R C C sR C s R C s+++++==+++++++即220012121122121212112222()()i i o id u du d u duR R C C R C R C R C u R R C C R C R C u dt dt dt dt++++=+++取A 、B 两点进行受力分析,可得:o 112()()()i o i o dx dx dx dx f K x x f dt dt dt dt -+-=- o 22()dx dxf K x dt dt -= 整理可得:2212111221121212211222()()o o i i o id x dx d x dx f f f K f K f K K K x f f f K f K K K x dt dt dt dt ++++=+++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1112221211,,,K f R K f R C C2-5 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) ;)()(2t t x t x =+(2))。
自动控制原理第二章到第七章课后习题答案第二章2-1试求下图所示电路的微分方程和传递函数。
解:(a )根据电路定律,列写出方程组:001Li R c L R C di L u u dtu R i i dt Ci i i ⋅+==⋅==+⎰消除中间变量可得微分方程:20002i d u du L L C u u dt R dt⋅⋅+⋅+=对上式两边取拉氏变换得:2000()()()()i LL C U s s U s s U s U s R⋅⋅⋅+⋅⋅+= 传递函数为022()1()()1i U s R G s L U s R Ls LCRs s LCs R ===++++ (b )根据电路定律,列写出方程组:12011()i i u i R R idt C u u i R =++-=⎰消除中间变量可得微分方程:121012i R R Ru u idt R R C+=-⎰ 对上式两边取拉氏变换得:2012()(1)()(1)i U s R Cs U s R Cs R Cs +=++传递函数为0212()1()()1i U s R CsG s U s R Cs R Cs+==++2-3求下图所示运算放大器构成的电路的传递函数。
解:(a )由图(a ),利用等效复数阻抗的方法得22111(s)1(s)()1o i R U R Cs Cs G U s R R Cs ++==-=-+(b )由图(b ),利用等效复数阻抗的方法得222121211221211111(s)()1(s)1()1o i R U C s R R C C s R C R C s G U s R C s R C s R C s++++==-=-+2-5试简化下图中各系统结构图,并求传递函数()()C s R s 。
2-6试求下图所示系统的传递函数11()()C s R s ,21()()C s R s ,12()()C s R s 及22()()C s R s 。
《自动控制理论 第2版》习题参考答案第二章2-1 (a)()()1121211212212122112+++⋅+=+++=CS R R R R CS R R R R R R CS R R R CS R R s U s U (b)()()1)(12221112212121++++=s C R C R C R s C C R R s U s U 2-2 (a)()()RCs RCs s U s U 112+= (b) ()()141112+⋅-=Cs R R R s U s U (c) ()()⎪⎭⎫⎝⎛+-=141112Cs R R R s U s U 2-3 设激磁磁通f f i K =φ恒定()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++=Θφφπφm e a a a a m a C C f R s J R f L Js L s C s U s 2602 2-4()()()φφφπφm A m e a a a a m A C K s C C f R i s J R f L i Js iL C K s R s C +⎪⎭⎫⎝⎛++++=260232-5 ()2.0084.01019.23-=⨯--d d u i2-8 (a)()()()()3113211G H G G G G s R s C +++= (b) ()()()()()31243212143211H G H G G G H G G G G G G s R s C +++++=2-9 框图化简中间结果如图A-2-1所示。
图A-2-1 题2-9框图化简中间结果()()()()52.042.018.17.09.042.07.023++++++=s k s k s s s R s C 2-10()()4232121123211G H G G H G G H G G G G s R s C ++-+=2-11 系统信号流程图如图A-2-2所示。
图A-2-2 题2-11系统信号流程图()()()()2154214212654212215421421321111H H G G G G G G G H G G G G G s R s C H H G G G G G G G G G G s R s C -++=-++=2-12 (a)()()()adgi abcdi agdef abcdef cdhs R s C +++-=11(b) ()()()1221211222112++++=s C R C R C R s C R C R R s R s C2-13 由选加原理,可得()()()()()()[]s D H G G s D G s D G s R G G G H G H s C 3121221221221111--+++=第三章3-1 分三种情况讨论 (a) 当1>ζ时()()()()()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+----+-=-+-=---=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-⎪⎭⎫ ⎝⎛---221221222211112121,122ζζζζωζωζωζζωζζωζζωζζt t n n nn n n e e t t c s s (b) 当10<<ζ时()()()⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----+-=---+---=-+-=---=---22222222222121121sin 1121sin 1211cos 221,1ζζζωζωζωζωζωζζωζωζωζωζζωζζζωζωζωarctg t et t e t et t c j s j s n tnnn t nn tnnn n n n n(c) 当1=ζ时设系统为单位反馈系统,有()()()()()2222nn n r s s s s R s c s R s E ωζωζω+++=-= 系统对单位斜坡输入的稳态误差为 ()nn n n s sr s s s s s s im e ωζωζωζω22212220=+++⋅⋅=→ 3-2 (1) 0,0,50===a v p K K K (2) 0,,==∞=a v p K K K K(3) 10,,K K K K a v p =∞=∞= (4) 0,200,==∞=a v p K KK K 3-3 首先求系统的给定误差传递函数()101.0)11.0()(11)()(2+++=+==Φs s s s s G s R s E s e 误差系数可求得如下()()()0)101.0()12.0(20)101.0(2lim lim 1.0)101.0()12.0(10lim lim 0101.0)11.0(lim lim 322202202220012000=+++-++=Φ==+++=Φ==+++=Φ=→→→→→→s s s s s s ds d C s s s s ds d C s s s s s C s e s s e s s e s(1) 0)(R t r =,此时有0)()(,)(0===t r t r R t r s s s ,于是稳态误差级数为()0)(0==t r C t e s sr ,0≥t(2) t R R t r 10)(+=,此时有0)(,)(,)(110==+=t r R t r t R R t r s s s ,于是稳态误差级数为()1101.0)()(R t rC t r C t e s s sr =+= ,0≥t (3) 221021)(t R t R R t r ++=,此时有t R R t rt R t R R t r s s 212210)(,21)(+=++= ,2)(R t r s = ,于是稳态误差级数为 ())(1.0)(!2)()(21210t R R t r C t rC t r C t e s s s sr +=++= ,0≥t 3-4 首先求系统的给定误差传递函数()5001.0)11.0()(11)()(2+++=+==Φs s s s s G s R s E s e 误差系数可求得如下()⎪⎭⎫⎝⎛++-=-=-t e t t c s n t n nn n 21222,1ωωωωω()()()232220220222001200050098)5001.0()12.0(1000)5001.0(100lim lim 5001)5001.0()12.0(500lim lim 05001.0)11.0(lim lim =+++-++=Φ==+++=Φ==+++=Φ=→→→→→→s s s s s s ds d C s s s s ds d C s s s s s C s e s s es s e stt r t t rt t r s s s 5sin 25)(5cos 5)(5sin )(-===稳态误差级数为()[][][]tt tC t C C t e sr 5cos 1015sin 109.45cos 55sin 25224120 -⨯++⨯=-⨯+⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯-=- 3-5 按技术条件(1)~(4)确定的二阶系统极点在s 平面上的区域如图A-3-1 (a) ~ (d)的阴影区域。
《自动控制理论》(二)第二章测试题一、选择题1、方框图化简时,并联连接方框总的输出量为各方框输出量的( ) A .乘积 B .代数和 C .加权平均 D .平均值2、决定系统传递函数的是系统的( ) A .结构 B .参数 C .输入信号 D .结构和参数3、终值定理的数学表达式为( ) A .)(lim )(lim )(0s X t x x s t →∞→==∞B .)(lim )(lim )(s X t x x s t ∞→∞→==∞C .)(lim )(lim )(0s sX t x x x t ∞→→==∞D .)(lim )(lim )(0s sX t x x s t →∞→==∞4、梅森公式为( ) A .∑=∆nk k k p 1B .∑=∆∆nk k k p 11C .∑=∆∆nk k11D .∑∆∆kkp 15、斜坡输入函数r(t)的定义是( )A .t t r =)(B .)(1·)(0t x t r =C .2)(at t r =D .vt t r =)(6、单位抛物线输入函数 r(t) 的数学表达式是 r(t) =( ) A . at 2 B . Rt 2 C .1/2t 2 D . t 27、单位阶跃函数的拉氏变换是( ) A . B . C .1/sD . 18、比例微分控制器中,微分时间常数越大,则系统的( )A .动态偏差越小B .动态偏差越大C .振荡越小D .过渡过程缩短 9、同一系统,不同输入信号和输出信号之间传递函数的特征方程( ) A .相同 B .不同 C .不存在 D .不定 10、控制系统中 , 基本环节的划分,是根据( ) A .元件或设备的形式 B .系统的物理结构 C .环节的连接方式D .环节的数学模型11、单位斜坡函数 r(t) 的数学表达式是 r(t)= ( ) A . a 2t B . t 2 C . t D . vt12、若受控对象存在较大的延迟和惯性,效果较好的控制方式是( )A .比例控制B .积分控制C .比例微分控制D .比例积分控制13、 PI 控制器的传递函数形式是 ( ) A . 5+3s B . 5+4s2 C .D .14、决定系统静态性能和动态性能的是系统传递函数的 ( )A .零点和极点B .零点和传递系数C .极点和传递系数D .零点、极点和传递系数15、令线性定常系统传递函数的分母多项式为零,则可得到系统的 ( ) A .代数方程 B .特征方程 C .差分方程D .状态方程16、研究自动控制系统时常用的典型输入信号是( )A .脉冲函数B .斜坡函数C .抛物线函数D .阶跃函数17、PID 控制器的传递函数形式是( )A .5+3sB .5+3s 1C .5+3s+3s 1D .5+1s 118、拉氏变换将时间函数变换成( ) A .正弦函数B .单位阶跃函数C .单位脉冲函数D .复变函数19、线性定常系统的传递函数,是在零初始条件下( ) A .系统输出信号与输入信号之比 B .系统输入信号与输出信号之比C .系统输入信号的拉氏变换与输出信号的拉氏变换之比D .系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比 20、PID 控制器中,积分控制的作用是( ) A .克服对象的延迟和惯性 B .能使控制过程为无差控制 C .减少控制过程的动态偏差D .使过程较快达到稳定21、PD 控制规律指的是( )。