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)(2sssG

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

11

)(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

4GH1

5G

4G3

G

1G

2G

1H)(sR)(sC1

1

5G

2H1 (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