自動(dòng)控制原理習(xí)題及答案doc

1、第 60 頁(yè) 共 60 頁(yè)第一章 習(xí)題答案1-1 根據(jù)題1-1圖所示的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)工作原理圖 (1) 將a，b與c，d用線連接成負(fù)反饋狀態(tài)；(2) 畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。解 （1）負(fù)反饋連接方式為：，； （2）系統(tǒng)方框圖如圖解1-1 所示。1-2 題1-2圖是倉(cāng)庫(kù)大門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖。試說(shuō)明系統(tǒng)自動(dòng)控制大門(mén)開(kāi)閉的工作原理，并畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題1-2圖 倉(cāng)庫(kù)大門(mén)自動(dòng)開(kāi)閉控制系統(tǒng)解 當(dāng)合上開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，電橋會(huì)測(cè)量出開(kāi)門(mén)位置與大門(mén)實(shí)際位置間對(duì)應(yīng)的偏差電壓，偏差電壓經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，將大門(mén)向上提起。與此同時(shí)，和大門(mén)連在一起的電刷也向上移動(dòng)，直到橋式測(cè)量電路達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)

2、停止轉(zhuǎn)動(dòng)，大門(mén)達(dá)到開(kāi)啟位置。反之，當(dāng)合上關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤(pán)使大門(mén)關(guān)閉，從而可以實(shí)現(xiàn)大門(mén)遠(yuǎn)距離開(kāi)閉自動(dòng)控制。系統(tǒng)方框圖如圖解1-2所示。1-3 題1-3圖為工業(yè)爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理圖。分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題1-3圖 爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖解 加熱爐采用電加熱方式運(yùn)行，加熱器所產(chǎn)生的熱量與調(diào)壓器電壓的平方成正比，增高，爐溫就上升，的高低由調(diào)壓器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置所控制，該觸點(diǎn)由可逆轉(zhuǎn)的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。爐子的實(shí)際溫度用熱電偶測(cè)量，輸出電壓。作為系統(tǒng)的反饋電壓與給定電壓進(jìn)行比較，得出偏差電壓，經(jīng)電壓放大器、功率放大器放大成后，作為控制電動(dòng)機(jī)的電樞

3、電壓。 在正常情況下，爐溫等于某個(gè)期望值°C，熱電偶的輸出電壓正好等于給定電壓。此時(shí)，故，可逆電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)壓器的滑動(dòng)觸點(diǎn)停留在某個(gè)合適的位置上，使保持一定的數(shù)值。這時(shí)，爐子散失的熱量正好等于從加熱器吸取的熱量，形成穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài)，溫度保持恒定。當(dāng)爐膛溫度°C由于某種原因突然下降(例如爐門(mén)打開(kāi)造成的熱量流失)，則出現(xiàn)以下的控制過(guò)程：控制的結(jié)果是使?fàn)t膛溫度回升，直至°C的實(shí)際值等于期望值為止。CC 系統(tǒng)中，加熱爐是被控對(duì)象，爐溫是被控量，給定量是由給定電位器設(shè)定的電壓（表征爐溫的希望值）。系統(tǒng)方框圖見(jiàn)圖解1-3。 1-4 題1-4圖是控制導(dǎo)彈發(fā)射架方位的電位器式

4、隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖。圖中電位器、并聯(lián)后跨接到同一電源的兩端，其滑臂分別與輸入軸和輸出軸相聯(lián)結(jié)，組成方位角的給定元件和測(cè)量反饋元件。輸入軸由手輪操縱；輸出軸則由直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)采用電樞控制的方式工作。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出系統(tǒng)的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。題1-4圖 導(dǎo)彈發(fā)射架方位角控制系統(tǒng)原理圖解 當(dāng)導(dǎo)彈發(fā)射架的方位角與輸入軸方位角一致時(shí)，系統(tǒng)處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)搖動(dòng)手輪使電位器的滑臂轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)輸入角的瞬間，由于輸出軸的轉(zhuǎn)角,于是出現(xiàn)一個(gè)誤差角，該誤差角通過(guò)電位器、轉(zhuǎn)換成偏差電壓，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在驅(qū)動(dòng)導(dǎo)彈發(fā)射架轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)輸出軸帶動(dòng)電位器的滑臂轉(zhuǎn)過(guò)一定

5、的角度，直至?xí)r，偏差電壓，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)，導(dǎo)彈發(fā)射架停留在相應(yīng)的方位角上。只要，偏差就會(huì)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，控制的結(jié)果是消除偏差，使輸出量嚴(yán)格地跟隨輸入量的變化而變化。系統(tǒng)方框圖如圖解1-4所示。1-5 采用離心調(diào)速器的蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如題1-5圖所示。其工作原理是：當(dāng)蒸汽機(jī)帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)圓錐齒輪帶動(dòng)一對(duì)飛錘作水平旋轉(zhuǎn)。飛錘通過(guò)鉸鏈可帶動(dòng)套筒上下滑動(dòng)，套筒內(nèi)裝有平衡彈簧，套筒上下滑動(dòng)時(shí)可撥動(dòng)杠桿，杠桿另一端通過(guò)連桿調(diào)節(jié)供汽閥門(mén)的開(kāi)度。在蒸汽機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，飛錘旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與彈簧的反彈力相平衡，套筒保持某個(gè)高度，使閥門(mén)處于一個(gè)平衡位置。如果由于負(fù)載增大使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速下降，則飛錘因離

6、心力減小而使套筒向下滑動(dòng)，并通過(guò)杠桿增大供汽閥門(mén)的開(kāi)度，從而使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速回升。同理，如果由于負(fù)載減小使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速增加，則飛錘因離心力增加而使套筒上滑，并通過(guò)杠桿減小供汽閥門(mén)的開(kāi)度，迫使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速回落。這樣，離心調(diào)速器就能自動(dòng)地抵制負(fù)載變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在某個(gè)期望值附近。指出系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。題1-5圖 蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)解 在本系統(tǒng)中，蒸汽機(jī)是被控對(duì)象，蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速是被控量，給定量是設(shè)定的蒸汽機(jī)希望轉(zhuǎn)速。離心調(diào)速器感受轉(zhuǎn)速大小并轉(zhuǎn)換成套筒的位移量，經(jīng)杠桿傳調(diào)節(jié)供汽閥門(mén)，控制蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)方框圖如圖解1-5所示

7、。1-6 攝像機(jī)角位置自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)如題1-6圖所示。當(dāng)光點(diǎn)顯示器對(duì)準(zhǔn)某個(gè)方向時(shí)，攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)跟蹤并對(duì)準(zhǔn)這個(gè)方向。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量及給定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題1-6圖 攝像機(jī)角位置隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖解 控制系統(tǒng)的任務(wù)是使攝像機(jī)自動(dòng)跟蹤光點(diǎn)顯示器指示的方向。當(dāng)攝像機(jī)方向角與光點(diǎn)顯示器指示的方向一致時(shí)，自整角機(jī)輸出，交流放大器輸出電壓，電動(dòng)機(jī)靜止，攝像機(jī)保持原來(lái)的協(xié)調(diào)方向。當(dāng)光點(diǎn)顯示器轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，時(shí)，自整角機(jī)輸出與失諧角成比例的電壓信號(hào)（其大小、極性反映了失諧角的幅值和方向），經(jīng)電位器后變成，經(jīng)放大器放大后驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)減速器帶動(dòng)攝像機(jī)跟蹤光點(diǎn)顯示器的指向，使偏差

8、減小，直到攝像機(jī)與光點(diǎn)顯示器指向重新達(dá)到一致時(shí)為止。測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行速度反饋，用以改善系統(tǒng)性能。系統(tǒng)中，攝像機(jī)是被控對(duì)象，攝像機(jī)的方向角是被控量，給定量是光點(diǎn)顯示器指示的方向角。系統(tǒng)方框圖如圖解1-6所示。1-7 題1-7圖(a)，(b)所示的系統(tǒng)均為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。假設(shè)空載時(shí)兩系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端電壓均為110V，試問(wèn)帶上負(fù)載后，圖(a)，(b)中哪個(gè)能保持110V不變，哪個(gè)電壓會(huì)低于110V，為什么?題1-7圖 電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖解 帶上負(fù)載后，開(kāi)始由于負(fù)載的影響，(a)與(b)的端電壓都要下降，但圖(a)中所示系統(tǒng)能恢復(fù)到110伏而圖(b)系統(tǒng)卻不能。理由如下： 圖(a)系統(tǒng),當(dāng)

9、低于給定電壓時(shí)，其偏差電壓經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)D轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速器帶動(dòng)電刷，使發(fā)電機(jī)F的激磁電流增大，發(fā)電機(jī)的輸出電壓會(huì)升高，從而使偏差電壓減小，直至偏差電壓為零時(shí)，電機(jī)才停止轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，圖(a)系統(tǒng)能保持110伏不變。 圖(b)系統(tǒng)，當(dāng)?shù)陀诮o定電壓時(shí)，其偏差電壓經(jīng)放大器后，直接使發(fā)電機(jī)激磁電流增大，提高發(fā)電機(jī)的端電壓，使發(fā)電機(jī)G 的端電壓回升，偏差電壓減小，但不可能等于零，因?yàn)楫?dāng)偏差電壓為 0時(shí)，=0，發(fā)電機(jī)就不能工作。即圖(b)所示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓會(huì)低于110伏。1-8 題1-8圖為水溫控制系統(tǒng)示意圖。冷水在熱交換器中由通入的蒸汽加熱，從而得到一定溫度的熱水。冷水流量變化用流量計(jì)測(cè)量。試?yán)L制

10、系統(tǒng)方塊圖，并說(shuō)明為了保持熱水溫度為期望值，系統(tǒng)是如何工作的？系統(tǒng)的被控對(duì)象和控制裝置各是什么？解 工作原理：溫度傳感器不斷測(cè)量交換器出口處的實(shí)際水溫，并在溫度控制器中與給定溫度相比較，若低于給定溫度，其偏差值使蒸汽閥門(mén)開(kāi)大，進(jìn)入熱交換器的蒸汽量加大，熱水溫度升高，直至偏差為零。如果由于某種原因，冷水流量加大，則流量值由流量計(jì)測(cè)得，通過(guò)溫度控制器，開(kāi)大閥門(mén)，使蒸汽量增加，提前進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)按冷水流量進(jìn)行順饋補(bǔ)償，保證熱交換器出口的水溫不發(fā)生大的波動(dòng)。 其中，熱交換器是被控對(duì)象，實(shí)際熱水溫度為被控量，給定量（希望溫度）在控制器中設(shè)定；冷水流量是干擾量。題1-8圖 水溫控制系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)方塊圖如

11、圖解1-8所示。這是一個(gè)按干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)。1-9 許多機(jī)器，像車床、銑床和磨床，都配有跟隨器，用來(lái)復(fù)現(xiàn)模板的外形。題1-9圖就是這樣一種跟隨系統(tǒng)的原理圖。在此系統(tǒng)中，刀具能在原料上復(fù)制模板的外形。試說(shuō)明其工作原理，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。 解 模板與原料同時(shí)固定在工作臺(tái)上。X、Y軸直流伺服馬達(dá)接受控制器的指令，按輸入命令帶動(dòng)工作臺(tái)做X、Y方向運(yùn)動(dòng)。模板隨工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，觸針會(huì)在模板表面滑動(dòng)，跟隨刀具中的位移傳感器將觸針感應(yīng)到的反映模板表面形狀的位移信號(hào)送到跟隨控制器，控制器的輸出驅(qū)動(dòng)Z軸直流伺服馬達(dá)帶動(dòng)切削刀具連同刀具架跟隨觸針運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)毒呶恢门c觸針位置一致時(shí)，兩者位置偏差為零，Z軸伺服馬達(dá)停止

12、。系統(tǒng)中，刀具是被控對(duì)象，刀具位置是被控量，給定量是由模板確定的觸針位置。系統(tǒng)方框圖如圖解1-9所示。最終原料被切割加工成模板的形狀。1-10 題1-10圖(a)，(b)所示均為調(diào)速系統(tǒng)。 (1) 分別畫(huà)出圖(a)、圖(b)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的方框圖。給出圖(a)正確的反饋連線方式。(2) 在恒值輸入條件下，圖(a)、圖(b)中哪個(gè)是有差系統(tǒng)，哪個(gè)是無(wú)差系統(tǒng)，說(shuō)明其道理。題1-10圖 調(diào)速系統(tǒng)工作原理圖解 (1)系統(tǒng)方框圖如圖解1-10所示。題1-10圖(a)正確的反饋連接方式如題1-10圖(a)中虛線所示。(2) 題1-10圖(a)的系統(tǒng)是有差系統(tǒng)，題1-10圖(b)的系統(tǒng)是無(wú)差系統(tǒng)。題1-10圖(a

13、)中，當(dāng)給定恒值電壓信號(hào)，系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的恒定是以發(fā)電機(jī)提供恒定電壓為條件，對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)激磁繞組中電流一定是恒定值。這意味著放大器前端電壓是非零的常值。因此，常值偏差電壓存在是系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提，故系統(tǒng)有差。題1-10圖(b)中，給定恒定電壓，電動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)激磁繞組中的勵(lì)磁電流恒定，這意味著執(zhí)行電動(dòng)機(jī)處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，放大器前端電壓必然為0，故系統(tǒng)無(wú)差。1-11 題1-11圖為谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖。在谷物磨粉的生產(chǎn)過(guò)程中，有一個(gè)出粉最多的濕度，因此磨粉之前要給谷物加水以得到給定的濕度。圖中，谷物用傳送裝置按一定流量通過(guò)加水點(diǎn)，加水量由自動(dòng)閥門(mén)控制。加水過(guò)程中，谷物

14、流量、加水前谷物濕度以及水壓都是對(duì)谷物濕度控制的擾動(dòng)作用。為了提高控制精度，系統(tǒng)中采用了谷物濕度的順饋控制，試畫(huà)出系統(tǒng)方塊圖。題1-11圖 谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖解 系統(tǒng)中，傳送裝置是被控對(duì)象；輸出谷物濕度是被控量；希望的谷物濕度是給定量。系統(tǒng)方框圖如圖解1-11 所示。這是一個(gè)按干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)。在分析系統(tǒng)的工作原理時(shí)，應(yīng)注意控制裝置各組成部分的功能，以及在系統(tǒng)中如何完成其相應(yīng)的工作，并能用方框圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類方法很多，其中最常見(jiàn)的是按系統(tǒng)輸入信號(hào)的時(shí)間特性進(jìn)行分類，可分為恒值控制系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)。 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是：系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的；系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度要

15、高（穩(wěn)態(tài)誤差要?。?；系統(tǒng)的響應(yīng)過(guò)程要平穩(wěn)快速。這些要求可歸納成穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字。習(xí) 題1-1 根據(jù)題1-1圖所示的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)工作原理圖 (1) 將a，b與c，d用線連接成負(fù)反饋狀態(tài)；(2) 畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。1-2 題1-2圖是倉(cāng)庫(kù)大門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖。試說(shuō)明系統(tǒng)自動(dòng)控制大門(mén)開(kāi)閉的工作原理，并畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題1-2圖 倉(cāng)庫(kù)大門(mén)自動(dòng)開(kāi)閉控制系統(tǒng)1-3 題1-3圖為工業(yè)爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理圖。分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題1-3圖 爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖 1-4 題1-4圖是控制導(dǎo)彈發(fā)射架方位的電位器式隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖。圖中電位器、并聯(lián)后跨接

16、到同一電源的兩端，其滑臂分別與輸入軸和輸出軸相聯(lián)結(jié)，組成方位角的給定元件和測(cè)量反饋元件。輸入軸由手輪操縱；輸出軸則由直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)采用電樞控制的方式工作。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出系統(tǒng)的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。題1-4圖 導(dǎo)彈發(fā)射架方位角控制系統(tǒng)原理圖題1-5圖 蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)1-5 采用離心調(diào)速器的蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如題1-5圖所示。其工作原理是：當(dāng)蒸汽機(jī)帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)圓錐齒輪帶動(dòng)一對(duì)飛錘作水平旋轉(zhuǎn)。飛錘通過(guò)鉸鏈可帶動(dòng)套筒上下滑動(dòng)，套筒內(nèi)裝有平衡彈簧，套筒上下滑動(dòng)時(shí)可撥動(dòng)杠桿，杠桿另一端通過(guò)連桿調(diào)節(jié)供汽閥門(mén)的開(kāi)度。在蒸汽機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，飛錘

17、旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與彈簧的反彈力相平衡，套筒保持某個(gè)高度，使閥門(mén)處于一個(gè)平衡位置。如果由于負(fù)載增大使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速下降，則飛錘因離心力減小而使套筒向下滑動(dòng)，并通過(guò)杠桿增大供汽閥門(mén)的開(kāi)度，從而使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速回升。同理，如果由于負(fù)載減小使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速增加，則飛錘因離心力增加而使套筒上滑，并通過(guò)杠桿減小供汽閥門(mén)的開(kāi)度，迫使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速回落。這樣，離心調(diào)速器就能自動(dòng)地抵制負(fù)載變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在某個(gè)期望值附近。指出系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。1-6 攝像機(jī)角位置自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)如題1-6圖所示。當(dāng)光點(diǎn)顯示器對(duì)準(zhǔn)某個(gè)方向時(shí)，攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)跟蹤并對(duì)準(zhǔn)這個(gè)方向。試分析系統(tǒng)的工作

18、原理，指出被控對(duì)象、被控量及給定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題1-6圖 攝像機(jī)角位置隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖1-7 題1-7圖(a)，(b)所示的系統(tǒng)均為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。假設(shè)空載時(shí)兩系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端電壓均為110V，試問(wèn)帶上負(fù)載后，圖(a)，(b)中哪個(gè)能保持110V不變，哪個(gè)電壓會(huì)低于110V，為什么?題1-7圖 電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖1-8 題1-8圖為水溫控制系統(tǒng)示意圖。冷水在熱交換器中由通入的蒸汽加熱，從而得到一定溫度的熱水。冷水流量變化用流量計(jì)測(cè)量。試?yán)L制系統(tǒng)方塊圖，并說(shuō)明為了保持熱水溫度為期望值，系統(tǒng)是如何工作的？系統(tǒng)的被控對(duì)象和控制裝置各是什么？1-9 許多機(jī)器，像車床、銑床和磨床，都配有跟隨器，用來(lái)復(fù)

19、現(xiàn)模板的外形。題1-9圖就是這樣一種跟隨系統(tǒng)的原理圖。在此系統(tǒng)中，刀具能在原料上復(fù)制模板的外形。試說(shuō)明其工作原理，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題1-8圖 水溫控制系統(tǒng)原理圖1-10 題1-10圖(a)，(b)所示均為調(diào)速系統(tǒng)。 (1) 分別畫(huà)出圖(a)、圖(b)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的方框圖。給出圖(a)正確的反饋連線方式。(2) 在恒值輸入條件下，圖(a)、圖(b)中哪個(gè)是有差系統(tǒng)，哪個(gè)是無(wú)差系統(tǒng)，說(shuō)明其道理。題1-10圖 調(diào)速系統(tǒng)工作原理圖1-11 題1-11圖為谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖。在谷物磨粉的生產(chǎn)過(guò)程中，有一個(gè)出粉最多的濕度，因此磨粉之前要給谷物加水以得到給定的濕度。圖中，谷物用傳送裝置按一定流量通過(guò)加水點(diǎn)，

20、加水量由自動(dòng)閥門(mén)控制。加水過(guò)程中，谷物流量、加水前谷物濕度以及水壓都是對(duì)谷物濕度控制的擾動(dòng)作用。為了提高控制精度，系統(tǒng)中采用了谷物濕度的順饋控制，試畫(huà)出系統(tǒng)方塊圖。題1-11圖 谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖第 二 章 習(xí) 題2-1 試求圖示電路的微分方程和傳遞函數(shù)。題2-1圖2-2 移恒速控制系統(tǒng)的原理圖如圖所示，給定電壓ur為輸入量，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為輸出量，試?yán)L制系統(tǒng)的方框圖，并求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。（ML為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，J為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，f為粘性摩擦系數(shù)，Ra和La分別為電樞回路的總電阻和總電感，Kf為測(cè)速發(fā)電機(jī)的反饋系數(shù)）。題2-2圖題2-3圖2-3 圖示電路，二極管是一個(gè)非線性元件，其電流和電壓之

21、間的關(guān)系為，假設(shè)系統(tǒng)工作在u0=2.39V，i0=2.19×10-3A平衡點(diǎn)，試求在工作點(diǎn)（u0,i0）附近f ()的線性化方程。2-4 試求圖示網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)，并討論負(fù)載效應(yīng)問(wèn)題。題2-4圖2-5 求圖示運(yùn)算放大器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。題2-5圖2-6 已知系統(tǒng)方框圖如圖所示，試根據(jù)方框圖簡(jiǎn)化規(guī)則，求閉環(huán)傳遞函數(shù)。題2-6圖2-7 分別求圖示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)、題2-7圖題2-8圖2-8 繪出圖示系統(tǒng)的信號(hào)流圖，并求傳遞函數(shù)2-9 試?yán)L出圖示系統(tǒng)的信號(hào)流圖，求系統(tǒng)輸出C(s)。題2-9圖題2-10圖2-10 求圖示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C(s)/R(s)。2-11 已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞

22、函數(shù)1. 試用MATLAB求取系統(tǒng)的閉環(huán)模型；2. 試用MATLAB求取系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)模和閉環(huán)零極點(diǎn)。2-12 如圖所示系統(tǒng)1. 試用MATLAB化簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)圖，并計(jì)算系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)；2. 利用pzmap函數(shù)繪制閉環(huán)傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)圖。題2-12圖第二章 習(xí)題答案2-1 (1) 其中： ， 傳遞函數(shù)為: (2) 其中： ， ， 傳遞函數(shù)為:2-2 解: (1) 比較器 (2) 放大器 (3) 速度反饋 (4) 電樞回路 (5) 電動(dòng)機(jī)軸上的力矩平衡 機(jī)電時(shí)間常數(shù) .電框回路的電磁時(shí)間常數(shù)2-3 2-4 其中： 兩個(gè)環(huán)節(jié)之間有負(fù)責(zé)效應(yīng)。 (b)其中： 兩個(gè)環(huán)節(jié)之間無(wú)負(fù)責(zé)效應(yīng)。2-5 (a) 其中：

23、(b) 其中： (c) 其中：， ， (d) 這是準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)，當(dāng) 時(shí)2-6 (a) (b) 2-7 2-8 信號(hào)流圖如下: 2-9 信號(hào)流圖如下:2-10 (a) 五個(gè)回環(huán), 四個(gè)互不接觸的回環(huán), 四條前向通道 (b) 四個(gè)回環(huán), 一對(duì)互不接觸回環(huán), 二條前向通道第 三 章 習(xí) 題3 1 已知系統(tǒng)在零初始條件下的脈沖響應(yīng)函數(shù)如圖所示，求其傳遞函數(shù)。題3-1圖3 2 系統(tǒng)在作用下，系統(tǒng)響應(yīng) 為，試求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。3 3 設(shè)單位反饋的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)試求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和各項(xiàng)性能指標(biāo)。3 4 設(shè)單位反饋二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如圖所示。試確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。題3-4圖3 5 單位反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)

24、環(huán)傳遞函數(shù)如下，試求系統(tǒng)的靜態(tài)位置、速度、加速度誤差系數(shù)。（1） (2) (3) 題3-6圖 (4) 3 6 圖示系統(tǒng)傳遞函數(shù)為誤差e定義為r c ，且系統(tǒng)穩(wěn)定，試確定系統(tǒng)在階躍信號(hào)作用下穩(wěn)態(tài)誤差為零的充分條件。求出系統(tǒng)在等加速度信號(hào)作用下穩(wěn)態(tài)誤差為零時(shí)的形式。3 7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖（a）所示，試計(jì)算在單位斜坡輸入信號(hào)下的穩(wěn)態(tài)誤差，如果在輸入端加入一比例微分環(huán)節(jié)如圖（b），試證明適當(dāng)選擇參數(shù)a后，系統(tǒng)跟蹤斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差可以消除。(b)(a)題3-7圖3 8 單位反饋控制系統(tǒng)，要求（1）由單位階躍函數(shù)輸入引起的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零；（2）整個(gè)系統(tǒng)的特征方程為，求滿足上述條件的三階開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。3

25、9 單位反饋控制的三階系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，如要求 （1） 由單位斜坡函數(shù)輸入引起的穩(wěn)態(tài)誤差為0.5；題3-10圖（2） 三階系數(shù)的一對(duì)主導(dǎo)極點(diǎn)為，求同時(shí)滿足上述條件的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。3 10 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，試求當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)的和之值，如要求=0.7，試確定參數(shù)。3 11 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下，試確定系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)K的取值范圍。 （1） （2） (3) (4) 3 12 單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 試求：（1）系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)K的取值； （2）閉環(huán)極點(diǎn)均位于垂線的左邊，此時(shí)K應(yīng)取何值。3 13 已知單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試確定系統(tǒng)參數(shù)K和使系統(tǒng)穩(wěn)定的區(qū)域。3 14 單位反饋控制系統(tǒng)的

26、開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 試確定系統(tǒng)臨界增益K之值及響應(yīng)的振蕩頻率。題3-15圖315 一復(fù)合控制系統(tǒng)如圖所示，其中為給定信號(hào)的前饋裝置特性，為擾動(dòng)前饋裝置特性，欲使輸出與擾動(dòng)無(wú)關(guān)，并且輸出完全復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)，試確定和的表達(dá)式。316 設(shè)有一系統(tǒng)其閉環(huán)傳遞函數(shù)為假設(shè)，試用MATLAB求系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)317 對(duì)于典型二階系統(tǒng)考慮時(shí)，分別為0.1，0.3，0.5，0.7，和1。試用MATLAB求出系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)，并在圖上求出各項(xiàng)性能指標(biāo)318 試?yán)肕ATLAB求下列系統(tǒng)的單位斜坡響應(yīng)第三章 習(xí)題答案3-1 故傳遞函數(shù)為：3-2 當(dāng)時(shí)，初始條件為零，則 輸入信號(hào) S所以 其傳遞函數(shù)3-3解： 則 ： 由

27、公式 可得系統(tǒng)單位階躍響應(yīng) 各項(xiàng)性能指標(biāo)： 超調(diào)量 上升時(shí)間 峰值時(shí)間 調(diào)節(jié)時(shí)間 振蕩次數(shù) （考慮的誤差帶）3-4 解：由圖3-49可知： 即 聯(lián)立求解得 系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳函 3-5 （1）， （2）, , （3）， （4），3-6 系統(tǒng)在階躍信號(hào)作用下穩(wěn)態(tài)誤差為“0”的充分條件為： 系統(tǒng)在加速度信號(hào)作用下穩(wěn)態(tài)誤差為“0”時(shí)3-7 單位斜坡信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 當(dāng)選時(shí)，。3-8 (1)當(dāng)系統(tǒng)為I型系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為： (2) 當(dāng)系統(tǒng)為II型系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：3-9 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) 3-10 解：當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)，3-11 解：（1） （2）無(wú)論K取何值，系統(tǒng)都不穩(wěn)定 （3） （

28、4）3-12 解：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí) （2）當(dāng)時(shí)，閉環(huán)極點(diǎn)均位于直線的左邊3-13 解：，3-14 解：系統(tǒng)臨界增益 ，響應(yīng)的振蕩頻率為 3-15 解：，3-16 解：系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)第 四 章 習(xí) 題4-1 已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下，試?yán)L制系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的根軌跡圖，對(duì)特殊點(diǎn)要加以簡(jiǎn)單說(shuō)明。 4-2已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為1 試?yán)L制系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的根軌跡圖，求取分離點(diǎn)和會(huì)合點(diǎn)；2 試證明系統(tǒng)的根軌跡為圓的一部分。4-3已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為1 試?yán)L制系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的根軌跡圖；2 為了使系統(tǒng)的階躍響應(yīng)呈現(xiàn)衰竭振蕩形式，試確定的取值范圍。4-4 設(shè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為1 試分別確

29、定使系統(tǒng)的根軌跡有一個(gè)、兩個(gè)和三個(gè)實(shí)數(shù)分離點(diǎn)的值；分別畫(huà)出相應(yīng)的根軌跡圖；2 采用MATLAB繪出該系統(tǒng)的不同值下的根軌跡圖。4-5 設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的1 繪制系統(tǒng)的根軌跡圖；2 如果系統(tǒng)增加一個(gè)開(kāi)環(huán)零點(diǎn)，試?yán)L制和時(shí)系統(tǒng)的根軌跡圖，并討論增加零點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。4-6 已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為1 繪制系統(tǒng)的根軌跡；2 確定系統(tǒng)穩(wěn)定的取值范圍；3 采用MATLAB繪制系統(tǒng)的根軌跡。4-7 已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為1 繪制系統(tǒng)的根軌跡；2 計(jì)算當(dāng)增益為何值時(shí)，系統(tǒng)的阻尼比最小，并求此時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)；3 求取當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)及性能指標(biāo)（超調(diào)量和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間）；4 采用MATLAB來(lái)驗(yàn)證你的

30、結(jié)果。4-8 已知負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為1 試?yán)L制系統(tǒng)的根軌跡圖；2 求系統(tǒng)穩(wěn)定的取值范圍；3 確定系統(tǒng)響應(yīng)為等幅振蕩的值和振蕩頻率。4-9已知負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試?yán)L制以為參變量的根軌跡圖。4-10 已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為1 繪制系統(tǒng)的根軌跡圖；2 求根軌跡與虛軸交點(diǎn)的值和振蕩頻率；3 當(dāng)阻尼比時(shí)，求系統(tǒng)的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)。4-11已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為1 試?yán)L制時(shí)系統(tǒng)的根軌跡圖；2 判斷點(diǎn)是否在根軌跡上；3 求出當(dāng)時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的的單位階躍響應(yīng)。4-12 試采用根軌跡法確定下列特征方程的根4-13已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為1 試采用MATLAB繪制系統(tǒng)的根軌跡圖；2

31、 求取系統(tǒng)穩(wěn)定的取值范圍。4-14 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為1 試?yán)L制和從零變到無(wú)窮大時(shí)的根軌跡族；2 當(dāng)時(shí)，繪制以為參變量的根軌跡。4-15 設(shè)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試分別畫(huà)出正反饋系統(tǒng)和負(fù)反饋系統(tǒng)的根軌跡圖，并指出它們的穩(wěn)定情況有何不同？第四章 習(xí)題答案4-1 解：（1）有三條根軌跡，起始于，；終止于和兩個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)處實(shí)軸上的根軌跡為，漸近線，當(dāng)時(shí)，與虛軸交點(diǎn)為當(dāng)時(shí)，有分離點(diǎn)與會(huì)合點(diǎn)根軌跡如圖4-1-1：圖 4-1-1（2）有四條根軌跡，起始于，；全部終止于無(wú)窮遠(yuǎn)處實(shí)軸上的根軌跡在之間漸近線：，出射角：分離點(diǎn)與會(huì)合點(diǎn)：；當(dāng)時(shí)，與虛軸交點(diǎn)為根軌跡如圖4-1-2：圖 4-1-24-2 解：1

32、） 有兩條根軌跡，起始于，；終止于，實(shí)軸上的根軌跡區(qū)間為，當(dāng)時(shí)，有分離點(diǎn)；當(dāng)時(shí)，有會(huì)合點(diǎn)當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定與虛軸無(wú)交點(diǎn)根軌跡如圖4-2：圖 4-22）證明：令，代入開(kāi)環(huán)傳函得：因?yàn)楦壽E上一點(diǎn)，故滿足相角條件即： 化簡(jiǎn)整理得： 為一個(gè)圓的方程，圓心在（處，半徑為4-3 解：1）系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，故有兩條根軌跡，起始于，；全部終止于無(wú)窮遠(yuǎn)處實(shí)軸上的根軌跡區(qū)間為漸近線，當(dāng)時(shí)，有分離點(diǎn)根軌跡如圖4-3：圖 4-3 2）當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)階躍響應(yīng)表現(xiàn)為衰減振蕩的形式4-4 解：系統(tǒng)為三階系統(tǒng)，故有三條根軌跡，起始于，；終止于和兩個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)處當(dāng)時(shí)，分離點(diǎn)不在根軌跡上，舍去當(dāng)時(shí)，有一個(gè)分離點(diǎn) 當(dāng)時(shí)，零極對(duì)消，起點(diǎn)與分離點(diǎn)

33、重合當(dāng)時(shí)，有兩個(gè)分離點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，有三個(gè)分離點(diǎn)根軌跡如圖4-4：4-5 解：系統(tǒng)為三階系統(tǒng)，故有三條根軌跡，起始于，；全部終止于無(wú)窮遠(yuǎn)處漸近線：，分離點(diǎn)與會(huì)合點(diǎn)：，即根軌跡的起點(diǎn) 根軌跡如圖4-5：4-6 解：1）系統(tǒng)為三階系統(tǒng)，故有三條根軌跡，起始于，；終止于，和一個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)處實(shí)軸上的根軌跡在區(qū)間為，分離點(diǎn)與會(huì)合點(diǎn)：，當(dāng)時(shí)，與虛軸交點(diǎn)為根軌跡如圖4-6：圖 4-6 2）由圖可知，時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定4-7 解：1）系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，故有兩條根軌跡，起始于，；終止于，和一個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)處實(shí)軸上的根軌跡在區(qū)間為，會(huì)合點(diǎn)為，分離點(diǎn)為一條漸進(jìn)線，即實(shí)軸根軌跡如圖4-7：圖 4-72）K=5 ，主導(dǎo)極點(diǎn)為3）閉環(huán)極點(diǎn)；，=0

34、.8574-8 解：1） 有兩條根軌跡，起始于，；終止于和一個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)處實(shí)軸上的根軌跡為，會(huì)合點(diǎn)為，分離點(diǎn)為當(dāng)時(shí)，與虛軸交點(diǎn)為根軌跡如圖4-8：圖 4-8 2）時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定 3）系統(tǒng)等幅振蕩時(shí)，臨界放大倍數(shù)，振蕩頻率4-9 解：1）任取，則時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定有三條根軌跡，起始于，；全部終止于無(wú)窮遠(yuǎn)處漸近線：，當(dāng)時(shí)，與虛軸交點(diǎn)為出射角：根軌跡如圖4-9：4-10 解：1）系統(tǒng)為三階系統(tǒng)，故有三條根軌跡，起始于；全部終止于無(wú)窮遠(yuǎn)處漸近線：，當(dāng)時(shí)，有分離點(diǎn)當(dāng)時(shí)，與虛軸交點(diǎn)為根軌跡如圖4-10：圖 4-10 2）根軌跡與虛軸相交時(shí)，振蕩頻率 3）閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)4-11 解：1）系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為有兩條根軌跡，起

35、始于；終止于和一個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)處漸近線：，當(dāng)時(shí)，有會(huì)合點(diǎn)根軌跡如圖4-11：圖 4-11 2）不是 3) y(t)=0 4-12 解：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為特征根為：4-13 解：(1) 穩(wěn)定時(shí)K取值范圍為： 根軌跡如圖4-13-1：圖4-13-1(2) 穩(wěn)定時(shí)K取值范圍為： 根軌跡如圖4-13-2：圖4-13-2(2) 穩(wěn)定時(shí)K取值范圍為： 根軌跡如圖4-13-3：圖4-13-34-14 解：1）略2）有兩條根軌跡，起始于；終止于和一個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)處實(shí)軸上的根軌跡為整個(gè)負(fù)實(shí)軸會(huì)合點(diǎn)為根軌跡如圖4-14-2：圖4-14-24-15 解：（1）負(fù)反饋根軌跡如圖4-15-1圖4-15-1（2）正反饋根軌跡如圖4-

36、15-2圖4-15-2兩者比較：對(duì)于負(fù)反饋系統(tǒng)，K在一定范圍內(nèi)，即時(shí)，系統(tǒng)是穩(wěn)定系統(tǒng)，但K的變化范圍不大。對(duì)于正反饋系統(tǒng)，有一條根軌跡始終在右半平面，則無(wú)論K取何值，系統(tǒng)都不會(huì)穩(wěn)定。第 五 章 習(xí) 題5-1 已知單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，試?yán)L制其開(kāi)環(huán)極坐標(biāo)圖和開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性。 (1) (2) (3) (4) 5-2 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)試求下列輸入信號(hào)作用下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出。1. 2. 習(xí)題5-4圖特性5-3 已知單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) 試?yán)L制系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖Bode圖，并求系統(tǒng)的相角裕量和幅值裕量。5-4 已知圖示RLC網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)=10rad/s時(shí)，系統(tǒng)的幅值A(chǔ)=1相角=-90&

37、#176;，試求其傳遞函數(shù)。 5-5 已知最小相位系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的漸近線如圖所示，試求系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，并計(jì)算系統(tǒng)的相角裕量。習(xí)題5-5圖特性5-6 設(shè)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為（1）（2）試?yán)L制系統(tǒng)的Bode圖，并確定使開(kāi)環(huán)截止頻率c=5rad/s時(shí)的K值。習(xí)題5-7圖特性5-7 設(shè)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)頻率特性極坐標(biāo)圖如圖所示，試判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。(其中表示積分環(huán)節(jié)個(gè)數(shù)，P為開(kāi)環(huán)右極點(diǎn)個(gè)數(shù))。習(xí)題5-8圖特性5-8 圖示系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖，開(kāi)環(huán)增益K=500，且開(kāi)環(huán)無(wú)右極點(diǎn),，試確定使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。5-9 設(shè)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為1. 試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)K的臨界值與純時(shí)延的關(guān)系；2. 若=0.

38、2，試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的K的最大值。5-10 已知單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)習(xí)題5-11圖特性求：1. 當(dāng)K=10時(shí)系統(tǒng)的相角裕量和幅值裕量；2. 要求系統(tǒng)相角裕量為30，K值應(yīng)為多少？3. 要求增益裕量為20dB，求K值應(yīng)為多少？5-11 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，試用Nyquist判據(jù)確定系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的范圍。習(xí)題5-12圖特性5-12 已知閉環(huán)系統(tǒng)的幅頻、相頻特性如圖所示。1. 試求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；2. 并計(jì)算系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)Mp、ts。5-13 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為1. 確定使系統(tǒng)的諧振峰值為Mr =1.4的K值； 2. 確定使系統(tǒng)的幅值裕量為20dB的K值；3. 確定使系統(tǒng)的相角裕量為

39、60°的K值。5-14 設(shè)有一系統(tǒng)其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試用MATLAB研究閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定K的取值范圍5-15 已知系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)（1）試采用MATLAB自動(dòng)坐標(biāo)選取在繪Nyquist圖。（2）實(shí)軸（-2，2）虛軸（-5，5）再來(lái)繪奈氏圖。5-16已知單位反饋系統(tǒng)，其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)試采用MATLAB繪制系統(tǒng)Bode圖并求幅值裕量和相角裕量。5-17用MATLAB繪制系統(tǒng)傳遞函數(shù)為的Bode圖，并求取諧振頻率和諧振峰值。-+習(xí)題5-12圖5-18如圖所示系統(tǒng)1. 試用MATLAB繪制系統(tǒng)的Nyquist圖和Bode圖；2. 求取系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)剪切頻率、開(kāi)環(huán)幅相特性、幅值裕量和相角裕量。5-19已知

40、單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試用MATLAB求取使系統(tǒng)相角裕量等于30º的K值。5-20 對(duì)于某一非最小相位系統(tǒng)1. 當(dāng)K5時(shí)，試用MATLAB繪制系統(tǒng)的Bode圖；2. 分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3. 求取臨界穩(wěn)定的K值。第五章 習(xí)題答案5-2 解: (1) (2) 5-3 解: ， 5-4 解: 系統(tǒng)地傳遞函數(shù)為5-5 解: (a) ， (b) ， (c) ， (d) ， (e) ， (f) ， 5-6 解: (1) k=1 (2) k=255-7解: (a).N=1，Z=0 穩(wěn)定 (b).N=-1， Z=1 不穩(wěn)定 (c).N=1，Z=0 穩(wěn)定 (d).N=0， P=0， Z=0 穩(wěn)

41、定 (e).N=0，P=0， Z=0 穩(wěn)定 (f).N= -1 ，P=1 ，Z=2 不穩(wěn)定 (g).N=-2，P=0，Z=2 不穩(wěn)定 (h).N=0 ，P=0， Z=0 穩(wěn)定 (i).N= -2， P=1 ，Z=3 不穩(wěn)定5-8 解: 時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定 時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定5-9 解:（1）（2） w=2.1642 ，k=5.1565-10解: (1) ， (2) k=1.69(3) k=12.15-11解: 5-12解: (1) (2) 5-13解: (1)k=0.74 (2)k=1.1 (3)k=0.511 5-14 解: 當(dāng)K>1時(shí)，奈氏圖如圖所示，P=1，N=1，Z=0系統(tǒng)穩(wěn)定5-15 解

42、: (1)(2)5-165-175-18(1)(2) 幅值裕量G =19.8168，相角裕量P = Inf，相位穿越頻率wg =5.6578，開(kāi)環(huán)剪切頻率wc = NaN5-19當(dāng)K=10.428時(shí)，相角裕量P = 3005-20（1）當(dāng)K=5時(shí)，bode圖如圖所示第 六 章 習(xí) 題61 試求圖示有源網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)和Bode圖，并說(shuō)明其網(wǎng)絡(luò)特性。習(xí)題61圖1162 已知單位反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為當(dāng)串聯(lián)校正裝置的傳遞函數(shù)如下所示時(shí)：（1） (2)1試?yán)L出兩種校正時(shí)校正前和校正后系統(tǒng)Bode圖；2試比較兩種校正方案的優(yōu)缺點(diǎn)。63 已知單位反饋系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如圖中，串聯(lián)校正裝置的對(duì)數(shù)幅

43、頻特性如圖中，要求：1在圖中畫(huà)出系統(tǒng)校正后的對(duì)數(shù)幅頻特性； 2寫(xiě)出校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)；3分析校正裝置對(duì)系統(tǒng)的作用。64系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，試?yán)酶壽E法設(shè)計(jì)超前校正裝置，使系統(tǒng)滿足下列性能指標(biāo)，。65 已知一單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為習(xí)題63圖 習(xí)題64圖 習(xí)題71圖試設(shè)計(jì)一校正裝置，使系統(tǒng)的相角裕量，剪切頻率。66 單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為設(shè)計(jì)一串聯(lián)滯后校正裝置，使系統(tǒng)相角裕量，并保持原有的開(kāi)環(huán)增益。67 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試設(shè)計(jì)一校正裝置，使系統(tǒng)滿足下列性能指標(biāo)，速度誤差系數(shù)，相角裕量，剪切頻率。68 單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為若要求校正后系統(tǒng)的諧振峰值，諧振頻

44、率，試確定校正裝置的形式與參數(shù)。69 單位反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖所示，現(xiàn)用速度反饋來(lái)校正系統(tǒng)，校正后系統(tǒng)具有臨界阻尼比，試確定校正裝置參數(shù)。610 已知系統(tǒng)如圖所示，要求閉環(huán)回路的階躍響應(yīng)無(wú)超調(diào)，并且系統(tǒng)跟蹤斜坡信號(hào)時(shí)無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差，試確定值及前饋校正裝置。 習(xí)題69圖 習(xí)題610圖習(xí)題71圖611已知系統(tǒng)如圖所示，試確定和使系統(tǒng)輸出量完全不受干擾信號(hào)的影響，且單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量等于，峰值時(shí)間等于。其中， 。習(xí)題612圖習(xí)題611圖612 如圖所示，試采用串聯(lián)校正和復(fù)合控制兩種方法，消除系統(tǒng)跟蹤斜坡信號(hào)時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差，分別計(jì)算出校正裝置的傳遞函數(shù)。6-13 已知某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試采用超前校正和滯后校

45、正，借用MATLAB設(shè)計(jì)校正網(wǎng)絡(luò)，使系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)的調(diào)節(jié)時(shí)間小于2s，超調(diào)量小于20%。6-14 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為為使系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差為零，將校正裝置選為PI控制器。試采用MATLAB設(shè)計(jì),使系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)量小于5%，調(diào)節(jié)時(shí)間小于6s，速度誤差系數(shù)大于0.9。6-15 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為試用MATLAB來(lái)設(shè)計(jì)合適的校正裝置，使系統(tǒng)剪切頻率，相角裕度。6-16 設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為若要是系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)，相角裕量，幅值裕量。設(shè)計(jì)滯后校正裝置，并MATLAB用來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果.第 七 章 習(xí) 題7-1 已知非線性微分方程為（1） （2）試采用解析法求系統(tǒng)的相軌跡。7-2 若

46、非線性系統(tǒng)的微分方程為試求系統(tǒng)的奇點(diǎn)，并概略繪制奇點(diǎn)附近的相軌跡。7-3 圖7-54所示為帶有飽和特性的非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)輸入為階躍信號(hào)。試求：（1）在相平面繪制系統(tǒng)階躍響應(yīng)的相軌跡圖；（2）分析系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)；（3）采用Simulink建立系統(tǒng)的仿真模型，并繪出系統(tǒng)的相軌跡圖。圖7-54 題7-3帶有飽和特性的非線性系統(tǒng)7-4 圖7-55為一帶有庫(kù)侖摩擦的非線性系統(tǒng)，系統(tǒng)輸入為階躍信號(hào)。試求：（1）在相平面繪制當(dāng)輸入信號(hào)幅值分別為時(shí)，系統(tǒng)的相軌跡圖；（2）討論庫(kù)侖摩擦對(duì)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的影響；（3）采用Simulink建立系統(tǒng)的仿真模型，并繪出系統(tǒng)的相軌跡圖。圖7-55帶有庫(kù)侖摩擦的非線性系統(tǒng)7-

47、5 具有死區(qū)加滯環(huán)繼電器特性的非線性系統(tǒng)如圖7-56所示，試采用Simulink建立系統(tǒng)的仿真模型，觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，判斷系統(tǒng)是否存在極限環(huán)，并繪出系統(tǒng)的相軌跡圖。圖7-56 具有死區(qū)加滯環(huán)繼電器特性的非線性系統(tǒng)7-6 設(shè)非線性系統(tǒng)如圖7-57所示，試求：（1）當(dāng)輸入信號(hào)為，試在平面上繪制系統(tǒng)的相軌跡圖，并分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；（2）當(dāng)輸入信號(hào)為時(shí)，試在平面上繪制系統(tǒng)的相軌跡圖，并分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。圖7-57習(xí)題7-6非線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖7-7 控制系統(tǒng)如圖7-58所示，要求：（1）當(dāng)時(shí)，繪制初始條件的相軌跡；（2）當(dāng)時(shí)，繪制初始條件的相軌跡，并說(shuō)明速度反饋的作用；（3）采用Simulink建立系統(tǒng)的仿真模型，并繪出系統(tǒng)的相軌跡圖。圖7-58習(xí)題7-7控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖7-8 非線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖7-59所示，初始條件為，試在平面繪制系統(tǒng)的相軌跡圖，并分析系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)。圖7-59習(xí)題7-8非線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖7-9 已知非線性環(huán)節(jié)特性曲線如圖7-60所示，試求非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)。圖7-60習(xí)題7-9非線性環(huán)節(jié)特性曲線7-10 已知系統(tǒng)線性部分頻率特性曲線（均為最小相位）和非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)負(fù)倒曲線如圖7-61所示，試分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，若有自持振蕩，判斷自持振蕩的穩(wěn)定性。圖7-61 習(xí)題7-10圖7-11設(shè)三個(gè)非線性系統(tǒng)的非線性環(huán)節(jié)一樣，而且線性部分的傳遞函數(shù)分別為（