第二章习题解答
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第二章 2-3 设系统传递函数为
342)(2sssG
初始条件0/)0(,1)0(dtdcc。求单位阶跃输入r(t)=1(t)时,系统的输出响应c(t)。 【解】系统传递函数与微分方程是一一对应的,故通过传递函数先求出微分方程,然后通过拉氏变换的方法求解微分方程。
系统对应的微分方程为 4()3()2()cctctrt 在给定的非零初始条件下,进行拉氏变换 22(43)()(0)(0)4(0)ssCsscccs
整理后
2221()(43)(43)sCssssss
部分分式展开后,拉氏反变换 111223242/35/25/6()[()][][](43)(43)13255326ttsctLCsLLssssssssee
2-4 在图2-48中,已知G(s) 和H(s)两方框对应的微分方程分别为
()2()5()4()3()6()ctctetbtbtct
图2-48 习题2-4系统结构框图 且初始条件为零,试求传递函数C(s)/R(s)。 【解】求出每个方框的传递函数,利用反馈等效的方法求C(s)/R(s)。 根据定义可得 5()2Gss,6()43Hss
255()5()25(43)10075(2)56()1()()(2)(43)30411361(2)(43)CsGssssRsGsHsssssss
2-5 图2-49是由电阻、电容和运算法放大器组成的无源网络和有源网络,试列写以Vin(t)
)(sH)(sG)(sR)(sE)(sC)(sB5 为输入量,Vout(t)为输出量的传递函数。 (a) (b) (c) (d) 图2-49 习题2-5电路图
【解】(a) 1211211,1RZRZCsRCsCs
221121212
11()1()11ZCsRCsGsRZZRCCsRCsCs
(b) 21122211RZRZRCsRCs 22221112
11()1RZRCsRGsZRRRCs
(c) 32321123232321()(1)1()1()1RRRRCsCsZRZRRCsRRCsRRCs 3232322
11132
(1)()11()()1RRCsRRCsRZRCsGsZRRRRCs
(d) 本题和(b)、(c)做法图通,因为反馈通路有接地的部分。根据理想运放的假定,负端输入为虚地和虚开。设R2和R3中间节点的电压为V,则有
C1R
2R
inVoutV
3R
C1
R
2R
inVoutV
C1R2R
inVoutV
3R
Vin V
ou
1C2CR12
2301/inoutVVRRVVVVRRCs 由此,得2123311()inoutRVVRVVCsRRR
在两式中消去V,可得到Vin与Vout的关系式
232311()outin
VRRRRCsVR
2-6设弹簧特性由下式描述 1.165.12yF
其中,F是弹簧力,y是变性位移。若弹簧在变性位移0.25附近做微小变化,试推导△F的线性化方程。
2-8 已知系统结构图如图2- 51所示,试通过结构图等效变换求系统的传递函数C(s)/R(s)。
(c) (d) (e) (f) )(2sH)(3sG)(1sH
)(sR)(sC
)(1sG)(2sG
)(3sG)(sH
)(sR)(sC
)(1sG
)(2sG
)(2sG)(sH
)(sR)(sC)(1sG
)(sG)(sH)(sR
)(sC
)(sB10 (g) 图2-51 习题2-8 结构图
【解】 (a) 121234()()1()()GGCsRsGGGG, (b) 122212()()1()GGGCsRsGHH
© ()10(1)()1CsGHRsHGH, )(sG)(sH)(sR)(sC)(sB10
)(2sG)(sH
)(sR)(sC)(1sG
)(sG)(sH)(sR
)(sC
)(sB10
)(3sG)(1sH)(sR)(sC)(1sG
)(2sH
)(2sG (d) 122()()1GGCsRsGH (e) 1323133()()1GGGGCsRsGGGH 2-10 画出图2-53中各系统结构图对应的信号流图,并用梅逊增益公式求各系统的传递函数C(s)/R(s)和C(s)/N(s)。 【解】(a) 信号流图如下
132314241323
()()1GGGGGGGGCs
RsGGGG
)(2sG2()()HsGs
)(sR)(sC)(1sG
)(2sG2()()HsGs
)(sR)(sC)(1sG
)(2sG)(sH
)(sR)(sC)(1sG
11
G
2G1RC
1
N3G
4G
11
)(3sG)(sH
)(sR)(sC
)(1sG
)(2sG()1()CsNs
(c) 信号流图如下
` 求C(s)/R(s)
112225345112
,,LGGHLGGLGGpGG
,1231314511LLLLLGG
12451225451245
(1)()()1GGGGCsRsGGHGGGGGGHGG
求C(s)/N(s) 1122253451322145245
,,,,1,1LGGHLGGLGGpGpGGGGG
23451225451245
()(1)()()1GGGGCsNsGGHGGGGGGHGG
2-11 试用梅逊增益公式求图2-54中各系统信号流图的的传递函数C(s)/R(s)。
【解】 (a) 四条回路,3,4不接触,两条前向通路,第二余项1+G3 123453123421231352352
(1)()()1GGGGGGCsRsGGGGHGGGHGGHGGH
11G
2G
1RC1
N3G
4GH1
5G
4G3
G
1G
2G
1H)(sR)(sC1
1
5G
2H1 (b) 三条回路,两条回路不接触,两条前向通路,两个余项匀不为1 12341232331223312312313
(1)1(1)()()1GGGGfGGfGfCsRsGGfGffGGffGff
© ()(1)()1CsabcdfchagdRsaechaech dca
b
e)(sR
)(sC1
g1
f
h
4G3
G
1G
2
G
3f)(sR)(sC1
1f
2f1