王建輝,顧樹生自動(dòng)控制原理課后題匯總.

1、1-1 試舉幾個(gè)開環(huán)與閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)的例子，畫出它們的框圖，并說明它們的工作原理，討論其特點(diǎn)。1-2 閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)是由哪些環(huán)節(jié)組成的？各環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中起什么作用？1-3 圖P1-1所示，為一直流發(fā)電機(jī)電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)。圖中，1為發(fā)電機(jī)；2為減速器；3為執(zhí)行機(jī)構(gòu)；4為比例放大器；5為可調(diào)電位器。（1） 該系統(tǒng)由哪些環(huán)節(jié)組成，各起什么作用？（2） 繪出系統(tǒng)的框圖，說明當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，系統(tǒng)如何保持發(fā)電機(jī)的電壓恒定。（3） 該系統(tǒng)是有差還是無差系統(tǒng)？（4） 系統(tǒng)中有哪些可能的擾動(dòng)？1-4 圖1-6所示閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，如果將反饋電壓的極性接反，成為正反饋系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)工作有什么影響？此時(shí)各環(huán)節(jié)工作于什

2、么狀態(tài)？電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能否按照給定值運(yùn)行？1-5 圖P1-2為倉庫大門自動(dòng)控制系統(tǒng)。試說明自動(dòng)控制大門開啟和關(guān)閉的工作原理。如果大門不能全開或全關(guān)，則怎樣進(jìn)行調(diào)整？圖P1-1 電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)圖P1-2 倉庫大門控制系統(tǒng)2-1 試求出圖P2-1中各電路的傳遞函數(shù)。圖P2-12-2 試求出圖P2-2中各有源網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)。圖P2-22-3 求圖P2-3所示各機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。（1）求圖（a）的 （2）求圖（b）的（3）求圖（c）的 （4）求圖（d）的 圖P2-32-4 圖P2-4所示為一齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。設(shè)此機(jī)構(gòu)無間隙、無變形，求折算到傳動(dòng)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效粘性摩擦系數(shù)和。 圖P2-4 圖

3、P2-52-5 圖P2-5所示為一磁場控制的直流電動(dòng)機(jī)。設(shè)工作時(shí)電樞電流不變，控制電壓加在勵(lì)磁繞組上，輸出為電機(jī)角位移，求傳遞函數(shù)。2-6 圖P2-6所示為一用作放大器的直流發(fā)電機(jī)，原電機(jī)以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。試確定傳遞函數(shù)，設(shè)不計(jì)發(fā)電機(jī)的電樞電感和電阻。圖P2-62-7 已知一系統(tǒng)由如下方程組組成，試?yán)L制系統(tǒng)方框圖，并求出閉環(huán)傳遞函數(shù)。 2-8 試分別化簡圖P2-7和圖P2-8所示的結(jié)構(gòu)圖，并求出相應(yīng)的傳遞函數(shù)。圖P2-7 圖P2-82-9 求如圖P2-9所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，。圖P2-92-10 求如圖P2-10所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。圖P2-102-11 求圖P2-11所示系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。圖P2

4、-112-12 圖P2-12所示為一位置隨動(dòng)系統(tǒng)，如果電機(jī)電樞電感很小可忽略不計(jì)，并且不計(jì)系統(tǒng)的負(fù)載和粘性摩擦，設(shè)，其中、分別為位置給定電位計(jì)及反饋電位計(jì)的轉(zhuǎn)角，減速器的各齒輪的齒數(shù)以Ni表示之。試?yán)L制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖并求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：圖P2-122-13 畫出圖P2-13所示結(jié)構(gòu)圖的信號(hào)流圖，用梅遜公式求傳遞函數(shù)：，。圖P2-132-14 畫出圖P2-14所示系統(tǒng)的信號(hào)流圖，并分別求出兩個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，。圖P2-143-1 一單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。求：（1）系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)及動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)d%、tr、tS、m； （2）輸入量xr（t）=t時(shí)，系統(tǒng)的輸出響應(yīng)； （2）輸入量xr（t

5、）為單位脈沖函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的輸出響應(yīng)。3-2 一單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，其單位階躍響應(yīng)曲線如圖P3-1所示，圖中的Xm=1.25，tm=1.5s。試確定系統(tǒng)參數(shù)Kk及 t 值。圖P3-13-3 一單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。已知系統(tǒng)的xr（t）=1（t），誤差時(shí)間函數(shù)為，求系統(tǒng)的阻尼比、自然振蕩角頻率、系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。3-4 已知單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試選擇Kk及t值以滿足下列指標(biāo)。當(dāng)xr（t）=t時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差e（）0.02；當(dāng)xr（t）=1（t）時(shí)，系統(tǒng)的d%30%，tS（5%）0.3s。3-5 已知單位反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞

6、函數(shù)為，試畫出以為常數(shù)、為變數(shù)時(shí)，系統(tǒng)特征方程式的根在s復(fù)平面上的分布軌跡。3-6 一系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖P3-2所示，求在不同的Kk值下（例如，Kk=1、Kk=3、Kk=7）系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)、單位階躍響應(yīng)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)及穩(wěn)態(tài)誤差。圖P3-23-7 一閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖P3-3所示。（1）求當(dāng)d%20%、tS（5%）=1.8s時(shí)，系統(tǒng)的參數(shù)K1及t值。（2）求上述系統(tǒng)的位置誤差系數(shù)Kp、速度誤差系數(shù)Kv、加速度誤差系數(shù)Ka及其相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差。圖P3-33-8 一系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖P3-4所示。求 （1）時(shí)，系統(tǒng)的、（2）時(shí)，系統(tǒng)的、 （3）比較上述兩種校正情況下的暫態(tài)性能指標(biāo)及穩(wěn)態(tài)性

7、能。圖P3-43-9 如圖P3-5所示系統(tǒng)，圖中的為調(diào)節(jié)對(duì)象的傳遞函數(shù)，為調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果調(diào)節(jié)對(duì)象為，T1 T2 ，系統(tǒng)要求的指標(biāo)為：位置穩(wěn)態(tài)誤差為零，調(diào)節(jié)時(shí)間最短，超調(diào)量4.3 %，問下述三種調(diào)節(jié)器中哪一種能滿足上述指標(biāo)？其參數(shù)應(yīng)具備什么條件？三種調(diào)節(jié)器為（a）； (b) ； (c) 。圖P3-53-10 有閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程式如下，試用勞斯判椐判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并說明特征根在復(fù)平面上的分布。（1）（2）（3）（4）（5）3-11 單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的Kk值范圍。3-12 已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖P3-6所示，試用勞斯判椐確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的Kf值范圍。圖P3-63-

8、13 如果采用圖P3-7所示系統(tǒng)，問取何值時(shí)，系統(tǒng)方能穩(wěn)定？3-14 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，要求閉環(huán)特征根的實(shí)部均小于1，求K值應(yīng)取的范圍。 圖P3-73-15 設(shè)有一單位反饋系統(tǒng)，如果其開環(huán)傳遞函數(shù)為（1）（2）求輸入量為和時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。3-16有一單位反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。求當(dāng)輸入量為和時(shí)，控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。3-17有一單位反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為，求系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)誤差系數(shù)；并求當(dāng)輸入量為時(shí)，穩(wěn)態(tài)誤差的時(shí)間函數(shù)。3-18 一系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖P3-8所示，并設(shè) ，。當(dāng)擾動(dòng)量分別以、作用于系統(tǒng)時(shí)，求系統(tǒng)的擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)誤差。圖P3-83-19 一復(fù)合控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖P3-

9、9所示，其中，T2=0.25s，K2=2。（1）求輸入量分別為，時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；（2）求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)，及其，值。 圖P3-9 圖P3-103-20 一復(fù)合控制系統(tǒng)如圖P3-10所示，圖中，。如果系統(tǒng)由1型提高為3型系統(tǒng)，求a值及b值。4-1 求下列各開環(huán)傳遞函數(shù)所對(duì)應(yīng)的負(fù)反饋系統(tǒng)的根軌跡。（1）（2）（3）4-2 求下列各開環(huán)傳遞函數(shù)所對(duì)應(yīng)的負(fù)反饋系統(tǒng)的根軌跡。（1）（2）（3）（4）（5）4-3 已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為求當(dāng)時(shí)，以T為參變量的根軌跡。4-4 已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為求當(dāng)時(shí)，以a為參變量的根軌跡。4-5 已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試用根軌跡

10、法確定使閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的阻尼比和自然角頻率時(shí)值。4-6 已知單位正反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為試?yán)L制其根軌跡。4-7 設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為試?yán)L制系統(tǒng)在負(fù)反饋與正反饋兩種情況下的根軌跡。4-8 設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為如果要求系統(tǒng)的一對(duì)共軛主導(dǎo)根的阻尼系數(shù)為0.75，用根軌跡法確定（1） 串聯(lián)相位遲后環(huán)節(jié)，設(shè)。（2） 串聯(lián)相位引前環(huán)節(jié)，設(shè)。4-9 已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為設(shè)要求、，試確定串聯(lián)引前校正裝置的傳遞函數(shù)，并繪制校正前、后的系統(tǒng)根軌跡。4-10 設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為要求校正后、主導(dǎo)極點(diǎn)阻尼比，試求串聯(lián)遲后校正裝置的傳遞函數(shù)。4-11 已知負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

11、要使系統(tǒng)閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的阻尼比、自然振蕩角頻率、時(shí)，求串聯(lián)遲后引前校正裝置的傳遞函數(shù)，并繪制校正前、后的系統(tǒng)根軌跡。5-1 已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 當(dāng)系統(tǒng)的給定信號(hào)為（1）（2）（3）時(shí)，求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出。5-2 繪出下列各傳遞函數(shù)對(duì)應(yīng)的幅相頻率特性。（1）（2） (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)5-3 繪出習(xí)題5-2各傳遞函數(shù)對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)頻率特性。5-4 繪出下列系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)的幅相頻率特性和對(duì)數(shù)頻率特性。 （1）（2）（3）5-5 用奈氏穩(wěn)定判據(jù)判斷下列反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性，各系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下（1）（2）（3）5-6 設(shè)系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性如圖P

12、5-1所示，寫出開環(huán)傳遞函數(shù)的形式，判斷閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定。圖中P為開環(huán)傳遞函數(shù)右半平面的極點(diǎn)數(shù)。圖P5-15-7 已知最小相位系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖P5-2。（1） 寫出其傳遞函數(shù)（2） 繪出近似的對(duì)數(shù)相頻特性圖P5-25-8 已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)分別為（1）（2）試?yán)L制波德圖，求相位裕量及增益裕量，并判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。5-9 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 當(dāng)輸入信號(hào)為5rad/s的正弦信號(hào)時(shí)，求系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差。5-10 已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，試?yán)L制系統(tǒng)的閉環(huán)頻率特性，計(jì)算系統(tǒng)的諧振頻率及諧振峰值。（1）（2）5-11 單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試用頻域和時(shí)域關(guān)系求系統(tǒng)的超

13、調(diào)量及調(diào)節(jié)時(shí)間5-12 已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 作尼氏圖，并求出諧振峰值和穩(wěn)定裕量。5-13 如圖P5-3所示為0型單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性，求該系統(tǒng)的阻尼比和自然振蕩角頻率。圖P5-361 設(shè)一單位反饋系統(tǒng)其開環(huán)傳遞函數(shù)為若使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)，相位裕量不小于，增益裕量不小于10dB，試確定系統(tǒng)的串聯(lián)校正裝置。62 設(shè)一單位反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)加速度誤差系數(shù)和相位裕量不小于時(shí)的串聯(lián)校正裝置。63 設(shè)一單位反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為要求校正后的開環(huán)頻率特性曲線與M4dB的等M圓相切。切點(diǎn)頻率，并且在高頻段具有銳截止-3特性，試確定校正裝置。64 設(shè)一單位反

14、饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為要求具有相位裕量等于及增益裕量等于6dB的性能指標(biāo)，試分別采用串聯(lián)引前校正和串聯(lián)遲后校正兩種方法，確定校正裝置。65 設(shè)一隨動(dòng)系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為如要求系統(tǒng)的速度穩(wěn)態(tài)誤差為10，試確定串聯(lián)校正裝置的參數(shù)。66 設(shè)一單位反饋系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為要求校正后系統(tǒng)的相位裕量，增益裕量等于10dB，穿越頻率，且開環(huán)增益保持不變，試確定串聯(lián)遲后校正裝置。67 采用反饋校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖61所示，其中H（S）為校正裝置，圖61為校正對(duì)象。要求系統(tǒng)滿足下列指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)位置誤差；穩(wěn)態(tài)速度誤差；。試確定反饋校正裝置的參數(shù)，并求等效開環(huán)傳遞函數(shù)。68 一系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如題67，要求系統(tǒng)的穩(wěn)

15、態(tài)速度誤差系數(shù)，超調(diào)量20，調(diào)節(jié)時(shí)間，試確定反饋校正裝置的參數(shù)，并繪制校正前、后的波德圖，寫出校正后的等效開環(huán)傳遞函數(shù)。7-1 一放大裝置的非線性特性示于圖7-1，求其描述函數(shù)。7-2 圖7-2為變放大系數(shù)非線性特性，求其描述函數(shù)。 圖7-1 圖7-27-3 求圖7-3所示非線性環(huán)節(jié)的描述函數(shù)。7-4 圖7-4給出幾個(gè)非線性特性，分別寫出其基準(zhǔn)描述函數(shù)公式，并在復(fù)平面上大致畫出其基準(zhǔn)描述函數(shù)的負(fù)倒數(shù)特性。圖7-3圖7-47-5 判斷圖7-5所示各系統(tǒng)是否穩(wěn)定？與的交點(diǎn)是穩(wěn)定工作點(diǎn)還是不穩(wěn)定工作點(diǎn)？圖7-57-6 圖7-6所示為繼電器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，其線性部分的傳遞函數(shù)為試確定自持振蕩的頻率和

16、振幅。7-7 圖7-7所示為一非線性系統(tǒng)，用描述函數(shù)法分析其穩(wěn)定性。 圖7-6 圖7-77-8 求下列方程的奇點(diǎn)，并確定奇點(diǎn)類型。（1）（2）7-9 利用等斜線法畫出下列方程的相平面圖（1）（2）7-10 系統(tǒng)示于圖7-8，設(shè)系統(tǒng)原始條件是靜止?fàn)顟B(tài)，試?yán)L制相軌跡。其系統(tǒng)輸入為（1）（2）7-11 圖7-9為變?cè)鲆娣蔷€性控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中，并且參數(shù)滿足如下關(guān)系試?yán)L制輸入量為（1）（2）時(shí)，以為坐標(biāo)的相軌跡。圖7-8圖7-98-1 求下列函數(shù)的z變換。（1）（2）（3）（4）8-2 證明下列關(guān)系式。（1） （T是采樣周期）（2） 8-3 求下列函數(shù)的z變換。（1）（2）（3）（4）（5） (T是

17、采樣周期)8-4 求下列函數(shù)的z反變換。（1） (T是采樣周期)（2）（3）（4）8-5 用z變換方法求解下列差分方程，結(jié)果以表示。（1） （2） （3） 8-6 求圖P8-1輸出環(huán)節(jié)的z變換（T是采樣周期）。圖 P8-1 圖 P8-2 圖 P8-3圖 P8-48-7 求圖P8-2所示系統(tǒng)的開環(huán)和閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。8-8圖P8-2所示系統(tǒng)所有采樣開關(guān)均為同步采樣開關(guān)，求該系統(tǒng)的，其中 8-9 應(yīng)用穩(wěn)定判據(jù)，分析習(xí)題8-7系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)k與采樣周期T的關(guān)系（設(shè)k0，T0）。8-10 已知一采樣系統(tǒng)如圖P8-4所示，其中采樣周期T=1s，試求k=8時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定性，并求使k值穩(wěn)定的k值范圍。8-11 已知圖P8-5各系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳