自动控制原理 习题答案汇 田茸 第1-7章

第1章习题答案自测题一．填空题在没有人直接参与的情况下，利用控制装置操纵被控对象，使被控量自动地按照预定的规律运行能够完成自控控制任务的设备，被控对象，控制装置按输入信号补偿，按扰动作用补偿稳定性、快速性、准确性传递函数状态方程开环控制，闭环控制，闭环控制水箱，水温经典控制理论、现代控制理论、智能控制理论二．单项选择题1.A 2.C 3.D 4.B 5.B 6.B 7.B 8.C 9.C 10.D基础题什么是开环控制系统？什么是闭环控制系统？试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。略系统方框图如图所示系统方框图如图所示。系统方框图如图所示。第2章习题答案自测题一．填空题描述系统输入、输出变量以及系统内部各变量之间动态关系的数学表达式。解析法和实验法相同结构和参数6. 10 s0.2

5s0.57.G1(s)G2(s)、G1(s)G2(s)8. 23s26s2G(s)9.(s)

1G(s)10.-3；-2、-1；32二．单项选择题1.A 2.C 3.B 4.B 5.C 6.D 7.C 8.B 9.D 10.B基础题1.（a）my(t)fy(t)ky(t)F(t)（b）my(t)fy(t)k2)y(t)F(t)2（a）12C2ut)(12C221ut)uot)(211t)it)（b）1LCut)(L12Cut)(12uot)Lut)2uit)3.（a）RCduo(t)u)u)

（b）

fdyo(t)y(t)y(t)dt o i

k dt o i这两个系统为相似系统。4.Q1P，式中1 k（R为流动阻力）R R 25.Y(s)

k2f2s2F(s)2

mf2

s3(mk

f1

f)s2(kfk122 12

f1k2

f2)sk1k26.（a）U0(s)

(R2C1R1C1)s1U(s) RRCCs2(RCRCRC)s1i 1212 11 22 21（b）U0(s)U(s)

LsR2RLCs2(LRRC)sRRi 1 12 1 27.（a）

U0(s)R2R3CsR2R3Ui(s) U(s) RRCCs2(RCRC)s1（b）0 1212 11 22 Ui(s) s8.（a）

C(s)G1G2G3G3G4G2G3G4H2R(s) 1G2H2H1C(s)GG

G1G2G3G4R(s) 45 1GHGHGHGGHH11 2 2 3 3 1313C(s)=G+

G1G2G3G4G5R(s) 6 1+GH

+GGH+GGH

C(s)R(s)

31 23 2 34 3G1G2G3G1G2G3H3G4G5G2G4G5H11G2H1H2H3G2H1H3H2H39.（a）信号流图为：系统的传递函数为：PC(s)1P

G1G2G3G3G4G2G3G4H2R(s) kk

1GHGGGHk1

2 2 1231信号流图为：系统的传递函数为：PC(s)12P

G1G2G3G4

GGR(s) kk 1GH

GHGH

GGHH 45k1

11 2 2

3 3 1313信号流图为：系统的传递函数为：PC(s)1P

G

G1G2G3G4G5R(s)

kk 6

1GHGGH

GGHk1

31 23 2

34 3信号流图为：系统的传递函数为：C(s)R(s)

G1G2G3G1G2G3H3G4G5G2G4G5H11G2H1H2H3G2H1H3H2H3C(s) 12

G1G2G3G1G410.（a）R(s)k1GGH

GGHGG

GGGk1

121

23 2 14

123E(s)P11

1G1G2H1G2G3H2R(s) 1H1G2G3H2C(s) 12 H1（b）

R(s)k1GH

GH

GGGHH

GGHHk1

11 3 2

12312

1312PE(s)12P

1G3H2G3G4H1H2R(s) kk 1GH

GHGGGHHGGHHk1K1K2K3

11 3 2

12312

131211.（1）C(s)R(s)

s(Ts1)1K1K2K3

K1K2K3Ts2sKKKs(Ts1)G(s)K1K2K3K3K4

123C(s)

c 1) 1

KKKG(s)KKsN(s)

1K1K2K31)

123c 34123Ts2sKKK123（2）Gc(s)

K4sKK12第3章习题答案自测题一．填空题阶跃t2.c(t)1eT，t…0慢微分(或积分)阻尼比n6.0.707虚轴离虚轴最近且其附近没有闭环零点，而其他闭环极点又远离虚轴的闭环极点s左半平面系统的结构和参数，初始条件及外作用系统的结构和参数，初始条件及外作用不稳定13.0K1414.积分15. 0二．单项选择题1.C2.C3.B4.A5.D6.B7.B8.C9.B10.B11.C12.C13.D14.A15.A基础题

7.07(s34.71s211.32)1. (s)

s2(s216)2.C(s) 1R(s) 20s13.ts0.3s(Δ5%)

,…0.34.ns,317.1725.(s)s213.87s17.1726.K2.5，ts0.95s7.（1）K20（2）60次/min69.78次/min。8.当K0时：5，n0d/stp0.36s

，tss=

，%16.3%当K0时：5，n4d/stp0.24s

，tss=

，%30.9%结论：Kntp减小，超调量增大，而调节时间ts基本不变。9.0.432；tp1.15s

，ts1.9s=

，%16.3%10.

ts1.2s=

，%16.3%11. （1）稳定 （2）不稳定（1）特征方程有两个正实部根（2）特征方程有一个正实部根，纯虚根为s1,25j（3）特征方程没有正实部根，纯虚根为s1,22j（1）K，系统都不稳定，此系统为结构不稳定系统。（2）K4。3

0T2K1

4K1使系统稳定的T和K的取值范围如右图阴影部分所示。15.（1）稳定（2）系统不具有1的稳定裕量716.（1）Kp10,KvKa0，ess7（2）K

p,Kv8

,Ka

0，ess（3）KpKv,Ka0.1，ess20ss17.e2.5oCssK值，使系统在扰动作用下的稳态误差为0.099。e

R NK1K2 K120.（1）

essr

1K1K2

，essn

1K1（2）

1，K1K2

essn0K1K2K1，可以减小扰动作用下的稳态误差，增大扰动作用点之后系统的前向通道增K2，对扰动作用引起的稳态误差无影响。第4章习题答案自测题一．单项选择题1.A 2.A 3.B 4.C 5.C 6.C 7.B 8.A 9.B 10.BD 12.B 13.D 14.B 15.B二．判断题1.× 2.√ 3.√ 4.√ 5.× 6.× 7.× 8.√ 9.× 10.×基础题1.图略；点(2,j0)在根轨迹上，点(0,j1),(3,j2)不在根轨迹上。2.p

p2 1p

207，入射角z

z2 1z

63，图略。a13.实轴上根轨迹区间[4,1]和[1,0]，渐近线90，a22分离点d0.35，与虚轴的交点K*1

，图略。a04.实轴上根轨迹区间(,2]，渐近线180，分离点d2p5.⑴K4,Kh0.5；

pp2 1

a145，图略。a2⑵实轴上根轨迹区间(,2]，渐近线180，分离点d4，图略；aa0⑶实轴上根轨迹区间(,0]，渐近线180，分离点d2，图略。aa36.实轴上根轨迹区间[2,0]和[1,)。，渐近线0，ad

0.732,

d2.732

2，图略；证明略。1 2 K*2a0.57.⑴实轴上根轨迹区间(,1]和[0.5,0]，渐近线180，a分离点d10.293, d21.707，图略；0.172K5.82。

a3.338.⑴实轴上根轨迹区间(,6]和[4,0]，渐近线60,180，a626分离点d1.57，与虚轴的交点K*240

，图略；⑵0K*⑶当0K*„16.9时，响应为单调衰减；当16.9K*240时，响应为衰减振荡；当K*240时，响应为等幅振荡；当K*240时，系统不稳定；⑷s1,21.2j2.08是闭环主导极点，%16.3%，ts2.5s(Δ=5%)。a2.339.⑴实轴上根轨迹区间(,4]和[2,1]，渐近线60,180，a3.74分离点d1.45，与虚轴的交点K*90，图略；⑵0„K*90；72„K*90。

a210.⑴实轴上根轨迹区间(,2]，渐近线60,180，ap出射角pi

2360,180，与虚轴的交点3K*64

，图略；3⑵K1闭极点21j ，34；3⑶1e

1。9 ss11.⑴MATLAB程序略；⑵0K*46.2449。12.略。第5章习题答案自测题一．填空题1. 2sin(t45)22. 12ω2j3ω3.1804.相频特性1005.10s1

、106.(1,j0)不是越短、越小幅值裕度二．单项选择题1.C 2.B 3.B 4.B 5.A 6.B 7.C 8.C 9.C 10.D A三．判断题1.× 2.× 3.√ 4.× 5.× 6.× 7.√ 8.√ 9.× 10.√基础题1.css(t)0.63sin(t41.6)2．K10，T0.1绘制各系统的概略开环幅相特性曲线如下。（1） （2）（3） （4）绘制各系统的概略开环幅相特性曲线如下。（1） （2）（3）绘制各系统的开环对数幅频渐近特性曲线如下。（1） （2）（3） （4）绘制各系统的开环对数幅频渐近特性曲线和开环对数相频特性曲线如下。（1） （2）0.79(s1)7.（a）G(s)H(s)5 s(s10

1)100（b）

G(s)H(s)

(s0.01

1)(s10

1)（c）

G(s)H(s)

10s1s20.105s1 9 98.（1）稳定 （2）不稳定 （3）不稳定 （4）稳定8题s2个极点。.x6.325，h0.44，h(d)7.128dB，

c10rd/s15.26闭环系统不稳定。12.（1）伯德图如图所示。c2

，21.8

，系统不稳定。（2）伯德图如图所示。c4，

37.3，系统稳定。（3）一阶微分环节的接入，增加了截止频率附近的相位，即增加了相角裕度，提高了系统的稳定性。（4）希望中频段折线斜率为-20db/dec，且该斜线的频宽越大越好。13.（1）对单位阶跃信号、单位斜坡信号的稳态误差为0；对单位加速度信号稳态误差为ess0.447；（2）41.81,�%=36%，ts4.74s。第6章习题答案自测题一．填空题串联校正；反馈校正；复合校正按输入补偿的复合校正；按扰动补偿的复合校正比例-积分-微分pd4.G(s)U(s)K(11Ts)pdc E(s) Tsi5.超前校正装置；滞后校正装置；滞后-超前校正装置6.1.25m

arcsin11系统的开环对数频率特性最小相位系统前向通道中的一部分环节或全部环节二．单项选择题1.C 2.B 3.A 4.B 5.B 6.A 7.B 8.C 9.B 10.DB 12.D 13.A 14.A 15.B基础题1.G(s)0.26s1c(s)(s)

0.05s10.02s10.002s118.18s1165.29s14.G(s)0.494s1c 2.446s1(s)(s)

(6.67s1)(1.49s1)(66.7s1)(0.149s1)(1.414s1)(4.994s1)(0.177s1)(39.952s1)7.G(s) (1.4286s1)(0.5s1)c (73.5294s1)(0.0097s1)8.略9.G(s)0.55sc s110.

11/100(1T)/1002第7章习题答案自测题一．填空题控制系统中有一处或几处信号是一串脉冲或数码的系统2.s…m信号的保持1eTsGh(s) szz变换之比C(z) 12z13z26.G(z) R(z) 12z1

4z2

8z3采样开关特征方程的根（即脉冲传递函数的极点）z平面单位圆内9.z110.在典型输入信号作用下，能以最少采样周期即最少拍结束响应过程，且在采样点上无稳态误差的离散系统二．单项选择题1.B 2.B 3.B 4.A 5.C 6.B 7.C 8.D 9.C 10.A三．判断题1.× 2.√ 3.√ 4.× 5.× 6.√ 7.√ 8.√ 9.× 10.√基础题zsinT1.（1）F(z)z22z1z(zcosT)（2）F(z)z22z1z(1eaT)（3）F(z)(z1)(zeaT)（4）F(z)

T2ze2T(ze2T)(ze2T)3z(2zeTe3T)2.（1）F(z)2(zeT)(ze3T)zT1eT)z1TeTeT)（2）F(z)

9(z1)2(ze3T)1 Tz z(1eT) （3）F(z)(1z

T)(z 2

T (z1)(ze ) z z z （4）F(z)3(z

T

3T 2(ze ) 6(ze )3.（1）f(kT)4(2)k（2）f(kT)25(k)18.75(1)k43.75(0.2)k4. c(0)0c(