自控課後答案 二到六章僅供參考

2022-10-14 22:39:03 字數 5306 閱讀 6628

《自動控制理論第2版(夏德鈐)》習題答案詳解

第二章2-1 試求圖2-t-1所示rc網路的傳遞函式。

(a),,則傳遞函式為:

(b) 設流過、的電流分別為、,根據電路圖列出電壓方程:

並且有聯立三式可消去與,則傳遞函式為:

2-2 假設圖2-t-2的運算放大器均為理想放大器,試寫出以為輸入,為輸出的傳遞函式。

(a)由運算放大器虛短、虛斷特性可知:,,

對上式進行拉氏變換得到

故傳遞函式為

(b)由運放虛短、虛斷特性有:,,

聯立兩式消去得到

對該式進行拉氏變換得

故此傳遞函式為

(c),且,聯立兩式可消去得到

對該式進行拉氏變換得到

故此傳遞函式為

2-3 試求圖2-t-3中以電樞電壓為輸入量,以電動機的轉角為輸出量的微分方程序和傳遞函式。

解:設激磁磁通恆定

2-4 一位置隨動系統的原理圖如圖2-t-4所示。電動機通過傳動鏈帶動負載及電位器的滑動觸點一起移動,用電位器檢測負載運動的位移,圖中以c表示電位器滑動觸點的位置。另一電位器用來給定負載運動的位移,此電位器的滑動觸點的位置(圖中以r表示)即為該隨動系統的參考輸入。

兩電位器滑動觸點間的電壓差即是無慣性放大器(放大係數為)的輸入,放大器向直流電動機m供電,電樞電壓為,電流為i。電動機的角位移為。

解: 2-5 圖2-t-5所示電路中,二極體是乙個非線性元件,其電流與間的關係為。假設電路中的,靜態工作點,。試求在工作點附近的線性化方程。

解: 2-6 試寫出圖2-t-6所示系統的微分方程,並根據力—電壓的相似量畫出相似電路。

解:分別對物塊、受力分析可列出如下方程:

代入、得

2-7 圖2-t-7為插了乙個溫度計的槽。槽內溫度為,溫度計顯示溫度為。試求傳遞函式(考慮溫度計有貯存熱的熱容c和限制熱流的熱阻r)。

解:根據能量守恆定律可列出如下方程:

對上式進行拉氏變換得到

則傳遞函式為

2-8 試簡化圖2-t-8所示的系統框圖,並求系統的傳遞函式。

解:(a) 化簡過程如下

傳遞函式為

(b) 化簡過程如下

傳遞函式為

2-9 試簡化圖2-t-9所示系統的框圖,並求系統的傳遞函式。

解:化簡過程如下

系統的傳遞函式為

2-10 繪出圖2-t-10所示系統的訊號流程圖,並根據梅遜公式求出傳遞函式。

系統的傳遞函式為

2-11 試繪出圖2-t-11所示系統的訊號流程圖,並求傳遞函式和(設)。

解:系統訊號流程圖如圖所示。

題2-11 系統訊號流程圖

2-12 求圖2-t-12所示系統的傳遞函式。

解:(a) 系統只有乙個回環:,

在節點和之間有四條前向通道,分別為:,,,,相應的,有:

則(b) 系統共有三個回環,因此,,

兩個互不接觸的回環只有一組,因此,

在節點和之間僅有一條前向通道:,並且有,則

2-13 確定圖2-t-13中系統的輸出。

解:採用疊加原理,當僅有作用時,,

當僅有作用時,,

當僅有作用時,,

當僅有作用時,

根據疊加原理得出

第三章3-1 設系統的傳遞函式為

求此系統的單位斜坡響應和穩態誤差。

解:當輸入為單位斜坡響應時,有

, 所以有

分三種情況討論

(1)當時,

(2)當時,

(3)當時,

設系統為單位反饋系統,有

系統對單位斜坡輸入的穩態誤差為

3-2 試求下列單位反饋控制系統的位置、速度、加速度誤差係數。系統的開環傳遞函式為

(1) (2)

(3) (4)

解:(1);

(2);

(3);

(4)3-3 設單位反饋系統的開環傳遞函式為

若輸入訊號如下,求系統的給定穩態誤差級數。

(1),(2),(3)

解:首先求系統的給定誤差傳遞函式

誤差係數可求得如下

(1),此時有,於是穩態誤差級數為

, (2),此時有,於是穩態誤差級數為

, (3),此時有,,於是穩態誤差級數為

, 3-4 設單位反饋系統的開環傳遞函式為

若輸入為,求此系統的給定穩態誤差級數。

解:首先求系統的給定誤差傳遞函式

誤差係數可求得如下

以及則穩態誤差級數為

3-6 系統的框圖如圖3-t-1a所示,試計算在單位斜坡輸入下的穩態誤差的終值。如在輸入端加入一比例微分環節(參見圖3-t-1b),試證明當適當選取a值後,系統跟蹤斜坡輸入的穩態誤差可以消除。

解:系統在單位斜坡輸入下的穩態誤差為:,加入比例—微分環節後

可見取,可使

3-7 單位反饋二階系統,已知其開環傳遞函式為

從實驗方法求得其零初始狀態下的階躍響應如圖3-t-2所示。經測量知,,。試確定傳遞函式中的參量及。

解:由圖可以判斷出,因此有

代入,可求出

3-8 反饋控制系統的框圖如圖3-t-3所示,要求

(1)由單位階躍函式輸入引起的系統穩態誤差為零。

(2)整個系統的特徵方程為

求三階開環傳遞函式,使得同時滿足上述要求。

解:設開環傳遞函式為

根據條件(1)可知:;

根據條件(2)可知:,,。

所以有3-9 一單位反饋控制的三階系統,其開環傳遞函式為,如要求

(1)由單位斜坡函式輸入引起的穩態誤差等於2.0。

(2)三階系統的一對主導極點為。

求同時滿足上述條件的系統開環傳遞函式。

解:按照條件(2)可寫出系統的特徵方程

將上式與比較,可得系統的開環傳遞函式

根據條件(1),可得

解得,於是由系統的開環傳遞函式為

3-10 已知單位反饋控制系統的開環傳遞函式為

試求在下列條件下系統單位階躍響應之超調量和調整時間。

(1)(2)(3)

解:系統單位階躍響應的象函式為

(1)將, s代入式中可求出,,為欠阻尼系統,因此得出

,, (2)將, s代入式中可求出,,,為欠阻尼系統,因此得出

, s,

(3)將, s代入式中可求出,,過阻尼,無最大超調量。因此只有s。

3-11 系統的框圖如圖3-t-4所示,試求當a=0時,系統的之值。如要求,是確定a的值。

(1)當a=0時, 則系統傳傳遞函式為,其中,,所以有。

(2)不變時,系統傳函式為,要求,則有,所以可求得求得。

3-12 已知兩個系統的傳遞函式,如果兩者的參量均相等,試分析z=1的零點對系統單位脈衝響應和單位階躍響應的影響。

1. 單位脈衝響應

(a) 無零點時

(b)有零點時

比較上述兩種情況,可見有零點時,單位脈衝響應的振幅較無零點時小,而且產生相移,相移角為。

2.單位階躍響應

(a) 無零點時

(b)有零點時

加了的零點之後,超調量和超調時間都小於沒有零點的情況。

3-13 單位反饋控制系統的框圖如圖3-t-5所示。假設未加入外作用訊號時,系統處於零初始狀態。如果不考慮擾動,當參考輸入為階躍函式形式的速度訊號時,試解釋其響應為何必然存在超調現象?

單位反饋控制系統的框圖如圖3-t-5所示。假設未加入外作用訊號時,系統中存在比例-積分環節,當誤差訊號時,由於積分作用,該環節的輸出保持不變,故系統輸出繼續增長,知道出現時,比例-積分環節的輸出才出現減小的趨勢。因此,系統的響應必然存在超調現象。

3-14 上述系統,如在為常量時,加於系統的擾動為階躍函式形式,是從環節及物理作用上解釋,為何系統的擾動穩態誤差等於零?如擾動為斜坡函式形式,為何擾動穩態誤差是與時間無關的常量?

在為常量的情況下,考慮擾動對系統的影響,可將框圖重畫如下

圖a-3-2 題3-14系統框圖等效變換

根據終值定理,可求得為單位階躍函式時,系統的穩態誤差為0,為單位斜坡函式時,系統的穩態誤差為。

從系統的物理作用上看,因為在反饋迴路中有乙個積分環節,所以系統對階躍函式的擾動穩態誤差為零。在反饋迴路中的積分環節,當輸出為常量時,可以在反饋端產生乙個與時間成正比的訊號以和擾動訊號平衡,就使斜坡函式的擾動輸入時,系統擾動穩態誤差與時間無關。

3-15 已知系統的特徵方程如下,試用勞斯判據檢驗其穩定性。

(1)勞斯表有則系統系統穩定。

(2)勞斯表有勞斯陣列第一列符號改變兩次,根據勞斯判據,系統有兩個極點具有正實部,系統不穩定。

(3)勞斯表有勞斯陣列第一列符號改變兩次,根據勞斯判據,系統系統有兩個極點具有正實部,系統不穩定。

(4)勞斯表有系統處於穩定的臨界狀態,由輔助方程可求得系統的兩對共軛虛數極點。

3-16 根據下列單位反饋系統的開環傳遞函式,確定使系統穩定的k值的範圍。

(1)k>0時,系統穩定。 (2)k>0時,系統不穩定。 (3)03-17 已知單位反饋控制系統的開環傳遞函式為請在以k為橫座標,為縱座標的平面上,確定系統為穩定的區域。

系統的特徵方程為

列寫勞斯表,得出系統穩定應滿足的條件

由此得到和應滿足的不等式和條件

根據列表資料可繪製為橫座標、為縱座標的曲線,閉環系統穩定的引數區域為圖a-3-3中的陰影部分。

圖a-3-3 閉環系統穩定的引數區域

3-18 已知單位反饋控制系統的開環傳遞函式為試求系統的臨界增益之值及無阻尼振盪頻率值。

根據單位反饋系統的開環傳遞函式得到特徵方程

列寫勞斯表

根據勞斯判據可得

系統穩定的值範圍為

當、時,系統有一對共軛虛數極點,此時產生等幅振盪,因此臨界增益以及。

根據勞斯表列寫時的輔助方程

解得系統的一對共軛虛數極點為,系統的無阻尼振盪頻率即為。

時的輔助方程

解得系統的一對共軛虛數極點為,系統的無阻尼振盪頻率為。

第四章4-2設已知單位反饋系統的開環傳遞函式如下,要求繪出當開環增益變化時系統的根軌跡圖,並加簡要說明。

(1) 系統開環極點為0,—1,—3,無開環零點。實軸與上有根軌跡,漸近線相角,漸近線與實軸交點,由可得出分離點為,與虛軸交點。常規根軌跡如圖a-4-2所示。

圖a-4-2 題4-2系統(1)常規根軌跡

(2) 方法步驟同上,實軸上有根軌跡,,,分離點,與虛軸交點。常規根軌跡如圖a-4-3所示。

圖a-4-3 題4-2系統(2)常規根軌跡

4-3設單位反饋系統的開環傳遞函式為(1)試繪製系統根軌跡的大致圖形,並對系統的穩定性進行分析。(2)若增加乙個零點,試問根軌跡圖有何變化,對系統穩定性有何影響?

(1)實軸上有根軌跡,,由可得出分離點為,與虛軸交點為常規根軌跡如圖a-4-4(a)所示。從根軌跡圖可見,當便有二個閉環極點位於右半平面。所以無論取何值,系統都不穩定。

資料庫課後習題答案 僅供參考

6 資料庫執行和維護 資料庫投入執行標誌著開發任務的基本完成和維護工作的開始。這一階段主要是收集和記錄實際系統執行的資料,資料庫執行的記錄用來評價資料庫系統的效能,從而進一步調整和優化資料庫。5.張紅超提供 概念模型的表示方法有很多,其中最常用的是實體 聯絡 entity relationship,...

建設法規與合同管理作業答案第二次僅供參考

注 紅色標示內容為必做內容,其它為選做內容。如果大題為紅標題,表面該大題都為必做。本學期作業共3次。本次作業為第二次。第五章工程合同管理導論 一 填充題 1.合同管理是工程專案管理的核心,合同管理貫穿於工程實施的全過程。2.專案採購模式的定義是 對建設專案的合同結構 職能範圍劃分 責任權利 風險等進...

石油煉製第二章到第六章的總結

化工07 2班石油煉製第二章到第六章的總結 請老師幫我們選出考試的範圍,用乙個符號標出,例如如下的 也懇請老師給我們修正,有遺漏就幫我們新增上去,呵呵,程老師辛苦你啦哦,再發回來,我再發給同學們,當然也會發給一班的同學一起用。第二章石油及其產品的組成和性質 1 餾程 初餾點到終餾終點這一溫度範圍稱油...