控制工程基礎(chǔ)C作業(yè)

1、控制工程基礎(chǔ)c習(xí)題控制工程基礎(chǔ)c作業(yè)適用于測(cè)控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)（48學(xué)時(shí)，含6學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）說(shuō)明：以胡壽松主編自動(dòng)控制理論簡(jiǎn)明教程為教材，習(xí)題的頁(yè)碼以該教材為準(zhǔn)。第一章自動(dòng)控制概論（參考教材第一章控制系統(tǒng)導(dǎo)論）1-1（p14，1-1）圖1-16是液位自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖。在任意情況下，希望液面高度c維持不變，試說(shuō)明系統(tǒng)工作原理并畫(huà)出系統(tǒng)方塊圖。圖 1-16 液位自動(dòng)控制系統(tǒng)1-2（p16，1-5）圖1-5是電爐溫度控制系統(tǒng)原理示意圖。試分析系統(tǒng)保持電爐溫度恒定的工作過(guò)程，指出系統(tǒng)的被控對(duì)象、被控量以及各部件的作用，最后畫(huà)出系統(tǒng)方塊圖。圖1-5 溫度控制系統(tǒng)的原理圖第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（參考教

2、材第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型）2-1（p81，2-5）設(shè)彈簧特性由下式描述：f=12.65y1.1 ，其中，f是彈簧力；y是變形位移。若彈簧在形變位移0.25附近作微小變化，試推導(dǎo)y的線性化方程。2-2（p81，2-7）設(shè)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：，且初始條件 。試求階躍輸入r（t）=1（t）時(shí)，系統(tǒng)的輸出響應(yīng)c（t）。2-3（p81，2-8）如圖，已知g(s)和h(s)兩方框相對(duì)應(yīng)的微分方程分別是：且初始條件均為零，試求傳遞函數(shù)c(s)/r(s)及e(s)/r(s)。2-4（p82，2-11（a）（b）（c）已知控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。試通過(guò)結(jié)構(gòu)圖等效變換求系統(tǒng)傳遞函數(shù)c(s)/r(s)。 （a）（b）

3、（c）2-5（p82，2-12（a）試簡(jiǎn)化圖中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求系統(tǒng)傳遞函數(shù)c(s)/r(s)和c(s)/r(s)。 2-6（p83，2-15（b）、（c）試用梅森增益公式求圖中各系統(tǒng)信號(hào)流圖的傳遞函數(shù)c(s)/r(s)。（b）（c）第三章 線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法（參考教材第三章線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法）3-1（p135，3-1）設(shè)某高階系統(tǒng)可用下列一階微分方程近似描述：其中。試證明系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)為3-2（p135，3-2）設(shè)系統(tǒng)的微分方程如下：（1）（2）求系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)。已知全部初始條件為零。3-3（p135，3-3）已知系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)，試求系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù) 3-4（p13

4、5，3-4）已知二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為試求系統(tǒng)的超調(diào)量、峰值時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間。3-5（p135，3-7） 下圖是簡(jiǎn)化的飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，試選擇參數(shù)k1和k2，使系統(tǒng)的，。3-6（p135，3-15（2）已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)： 試求輸入分別為和時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。3-7（p135，3-16（2）已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)： 試求輸入分別為和時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。試求位置誤差系數(shù)，速度誤差系數(shù) ，加速度誤差系數(shù)。3-8（p135，3-17）設(shè)控制系統(tǒng)如圖所示。其中輸入r(t)以及擾動(dòng)n1(t)和n2(t)均為單位階躍函數(shù)。試求：（1）在r(t)作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；（2）在n1(

5、t)作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；（3）在n1(t)和n2(t)同時(shí)作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。第四章 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性（參考教材第三章線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法）4-1（p136，3-12（1）（2）已知系統(tǒng)特征方程如下，試求系統(tǒng)在s右半平面的根數(shù)及虛根數(shù)。（1）（2）4-2（p137，3-14）已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖，試用勞斯穩(wěn)定判據(jù)確定能使系統(tǒng)穩(wěn)定的反饋參數(shù)的取值范圍。第五章 線性系統(tǒng)的根軌跡法5-1：設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試用解析法繪出k*從零變到無(wú)窮時(shí)的閉環(huán)根軌跡圖，并判斷下列點(diǎn)是否在根軌跡上： (2j0)，(0j1)，(3j2)5-2：設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試概略繪出相應(yīng)的閉環(huán)根軌

6、跡圖（要求確定分離點(diǎn)坐標(biāo)d）。5-3：設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試概略繪出相應(yīng)的閉環(huán)根軌跡圖（要求算出極點(diǎn)-1+2j處的起始角pi）。5-4：設(shè)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為試畫(huà)出b從零變到無(wú)窮時(shí)的根軌跡圖。5-5：設(shè)系統(tǒng)如圖1所示。試作閉環(huán)系統(tǒng)根軌跡，并分析k值變化對(duì)系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下響應(yīng)c(t)的影響。圖1第六章 線性系統(tǒng)的頻域分析法（參考教材第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法）5-1（p209，5-9（1）（2）繪制下列傳遞函數(shù)的對(duì)數(shù)幅頻漸近特性曲線：（1）（2） 5-2（p209，5-10）已知最小相位系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻漸近特性曲線如下圖所示，試確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。 （a） （b） （c）5-3

7、（p210，5-17）對(duì)于典型二階系統(tǒng)，已知參數(shù) ，試確定截止頻率和相角裕度。 第七章 線性系統(tǒng)的校正方法（參考教材第六章線性系統(tǒng)的校正方法）6-1（p136，3-8）試分別求出圖1各系統(tǒng)的自然頻率和阻尼比，并列表比較其動(dòng)態(tài)性能。6-2（p136，3-10）如圖所示控制系統(tǒng)有(a)和(b)兩種不同的結(jié)構(gòu)方案，其中t>0不可變。要求：（1）在這兩種方案中，應(yīng)如何調(diào)整k1，k2，k3，才能使系統(tǒng)獲得較好的動(dòng)態(tài)性能？（2）比較說(shuō)明兩種結(jié)構(gòu)方案的特點(diǎn)。 （a） （b）6-3設(shè)單位反饋系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：試設(shè)計(jì)一無(wú)源校正網(wǎng)絡(luò)，使已校正系統(tǒng)的相角裕度不小于，截止頻率不低于。6-4 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)：試設(shè)計(jì)一串聯(lián)超前校正裝置，使系統(tǒng)滿足如下指標(biāo)：(1) 相角裕度；(2) 在單位斜坡輸入作用下的穩(wěn)態(tài)誤差；(3) 截止頻率。6-5 已知單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正裝置，使校正后系統(tǒng)的相位裕度，幅值裕度，靜態(tài)速度誤差系數(shù)。6-6 設(shè)單位反饋系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：試設(shè)計(jì)一串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)，使已校正系統(tǒng)的相角裕度為，幅值裕度不低于，開(kāi)環(huán)增益保持不變，截止頻率不低于“1”。6-7（p239-，6-4）已知一單位反饋控制系統(tǒng)，其固定不變部分傳遞函數(shù)和串聯(lián)校正裝置分別如圖642(a