自動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用第2版陳慧蓉課后參考答案

思考與練習(xí)題1答案1-1填空題1穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性、穩(wěn)定性2隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)3給定元件執(zhí)行元件4閉環(huán)控制5經(jīng)典控制、現(xiàn)代控制6開環(huán)控制和閉環(huán)控制7字母任意字母、數(shù)字或下畫線8i或者jpi1-2選擇題1B2A3C4C5A1-3編程題1.t=0:0.1:2*pi;x1=sint(t);x2=cos(t);plot(t,x1,’rx’,t,x2,’g*’);title(‘正弦和余弦曲線’)2.p=[12345];r=roots(p)1-4思考題（略）1-5綜合分析題1.工作原理：測(cè)溫元件將檢測(cè)的水溫值進(jìn)行反饋，將期望溫度值與檢測(cè)到的實(shí)際溫度比較之后，發(fā)出控制信號(hào)，控制溫控開關(guān)的接通或斷開，從而調(diào)節(jié)水箱中水的溫度，直至實(shí)際水溫值與期望水溫值相符為止。系統(tǒng)組成框圖如下：期望溫度-測(cè)溫元件水箱電加熱器+2.當(dāng)給定電位器和測(cè)量電位器輸出相等時(shí)，放大器無輸出，門的位置不變。假設(shè)門的原始平衡位置在關(guān)狀態(tài)，門要打開時(shí)，“關(guān)門”開關(guān)打開，“開門”開關(guān)閉合，給定電位器與測(cè)量電位器輸出不相等，其電信號(hào)經(jīng)放大器比較放大，再經(jīng)伺服電機(jī)和絞盤帶動(dòng)門改變位置，直到門完全打開，其測(cè)量電位器輸出與給定電位器輸出相等，放大器無輸出，門的位置停止改變，系統(tǒng)處于新的平衡狀態(tài)。系統(tǒng)組成框圖如下：3.由系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線可見Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種情況系統(tǒng)均是穩(wěn)定的，但系統(tǒng)的平穩(wěn)性是Ⅰ情況平穩(wěn)性低于Ⅱ，Ⅱ系統(tǒng)平穩(wěn)性低于Ⅲ。思考與練習(xí)題2答案2-1填空題1.時(shí)域(原)復(fù)域（象）復(fù)域（象）時(shí)域（原）2.3.輸出量輸入量4.結(jié)構(gòu)參數(shù)5.系統(tǒng)的輸入6.零極點(diǎn)形式典型環(huán)節(jié)7.R8.積分9.功能框引出點(diǎn)10.tfzpk2-2選擇題1C2B3C4A5B6A7C8B9C10D2-3分析計(jì)算題1.答案：（1）（2）（3）2.答案3.答案：（1）0；（2）；（3）∞4.答案：（1）（2）5答案:6.7.答案：（a）（b）（c）89.G=800s+1600--------------------------s^3+4s^2+800s+1600思考與練習(xí)題3答案3-1填空題1階躍函數(shù)2時(shí)間常數(shù)T3阻尼比和無阻尼自然振蕩頻率4閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根都具有負(fù)實(shí)部3-2選擇題1D2A3C4C5D6B7D8B9B10D11C12B13A14C15A16D3-3綜合分析題1.已知控制系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)為，試確定系統(tǒng)的阻尼比和無阻尼自然振蕩頻率答案：;2.已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，求該系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)和系統(tǒng)各動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，，。答案：系統(tǒng)的阻尼比和無阻尼自然振蕩頻率，單位階躍響應(yīng)為3.典型二階控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為，試求系統(tǒng)的最大超調(diào)量、峰值時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間。答案：4.有一位置隨動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)圖如圖所示。，。當(dāng)輸入量為單位階躍函數(shù)時(shí)，求系統(tǒng)的自然振蕩角頻率，阻尼比和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，，。答案：系統(tǒng)的阻尼比和無阻尼自然振蕩頻率系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：5.已知系統(tǒng)特征方程為：s4+8s3+10s2+16s+5=0試判斷該系統(tǒng)穩(wěn)定性。答案：6.已知系統(tǒng)特征方程為：s5+3s4+12s3+24s2+32s+40=0試求系統(tǒng)在s右半平面的根的個(gè)數(shù)及虛根值。答案：7.設(shè)單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為,試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的K的取值范圍。答案：8.已知單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，試求位置誤差系數(shù)，速度誤差系數(shù)，加速度誤差系數(shù)。答案：位置誤差系數(shù)，速度誤差系數(shù)，加速度誤差系數(shù)9.已知單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，試求位置誤差系數(shù)，速度誤差系數(shù)，加速度誤差系數(shù)。答案：位置誤差系數(shù)，速度誤差系數(shù)，加速度誤差系數(shù)10.已知單位反饋系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，試求輸入為時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。答案：位置誤差系數(shù)，速度誤差系數(shù)，加速度誤差系數(shù)；輸入為時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差11.已知系統(tǒng)方框圖所示。欲保證阻尼比和單位斜坡函數(shù)輸入時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差，試確定系統(tǒng)參數(shù)和的取值。答案：和12.設(shè)控制系統(tǒng)如圖所示。其中，輸入以及和均為單位階躍函數(shù)。試求：①在作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；②在作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；③在和同時(shí)作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。答案：①在作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0；②在作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為0；③在和同時(shí)作用下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為012圖為一調(diào)速系統(tǒng)框圖①求該圖因擾動(dòng)而引起的穩(wěn)態(tài)誤差②求該系統(tǒng)的靜差率（設(shè)如圖所示的轉(zhuǎn)速為系統(tǒng)額定最低轉(zhuǎn)速）③怎樣才能減小靜差率？怎樣才能實(shí)現(xiàn)無靜差？答案：解：（1）（2）（3）減少靜差率：擾動(dòng)作用點(diǎn)前的前向通道的增益要適當(dāng)大一些；實(shí)現(xiàn)無靜差：在擾動(dòng)作用點(diǎn)前的前向通道中加積分環(huán)節(jié)。思考與練習(xí)題4答案4-1選擇題1D2C3A4B5D6A7C8A9A10D11B12D13B14B15B16A17A18D5【解析】該題考查考生頻率特性。，所以，頻率特性的虛部為答案為D。10【解析】該題考查考生頻率特性。題目中的傳遞函數(shù)包括延遲環(huán)節(jié)，容易迷惑考生。但延遲環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)的幅頻特性無影響。所以，答案為D。11【解析】該題考查考生乃奎斯特圖的畫法。只要系統(tǒng)含有積分環(huán)節(jié)，起點(diǎn)就不可能在實(shí)軸上，所以，A，C不對(duì)。B圖是從負(fù)虛軸的無窮遠(yuǎn)處開始的，所以包含一個(gè)積分環(huán)節(jié)，是正確答案。12【解析】該題考查考生Nyquist的畫法。Nyquist圖的起始點(diǎn)取決于系統(tǒng)的型次。終點(diǎn)取決于n-m的值?？磮D得知：為0型系統(tǒng)，n-m=3。所以，答案為D。15【解析】該題考查考生伯德圖的畫法。題目中給出的開環(huán)傳遞函數(shù)包括了2個(gè)積分環(huán)節(jié)（斜率），一個(gè)一階微分環(huán)節(jié)（斜率+20dB/dec），三個(gè)慣性環(huán)節(jié)（斜率-60dB/dec）。所以，對(duì)數(shù)幅頻特性曲線在處的斜率為。答案為B。5-2綜合分析題1.2.3.4.5.6.G(s)在s右半平面的極點(diǎn)數(shù)Р=0N-=1,N+=0,N=N+-N-=-1s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)為Z=P-2N=2即系統(tǒng)閉環(huán)不穩(wěn)定，有兩個(gè)s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)。G(s）在s右半平面的極點(diǎn)數(shù)P=0，v=1補(bǔ)線為從w=0+的對(duì)應(yīng)點(diǎn)起逆時(shí)針作90°且半徑為無窮大的虛圓弧。=0，N+=0，N=N+-N-=0在s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)為Z=P-2N=0即系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定。G(s)在s右半平面的極點(diǎn)數(shù)P=0，v=2補(bǔ)線為從w=0+的對(duì)應(yīng)點(diǎn)起逆時(shí)針作180°且半徑為無窮大的虛圓弧。N-=1，N+=0，N=N+-N-=-1在s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)為Z=P-2N=2即系統(tǒng)閉環(huán)不穩(wěn)定，有兩個(gè)s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)。G(s)在s右半平面的極點(diǎn)數(shù)P=0，v=2補(bǔ)線為從w=0+的對(duì)應(yīng)點(diǎn)起逆時(shí)針作180°且半徑為無窮大的虛圓弧N-=0，N+=0，N=N+-N-=0在s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)為Z=P-2N=0即系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定。G(s)在s右半平面的極點(diǎn)數(shù)P=0，v=3，補(bǔ)線為從w=0+的對(duì)應(yīng)點(diǎn)起逆時(shí)針作270°且半徑為無窮大的虛圓弧。N-=1，N+=0，N=N+-N-=-1在s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)為Z=P-2N=2即系統(tǒng)閉環(huán)不穩(wěn)定，有兩個(gè)s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)。G(s)在s右半平面的極點(diǎn)數(shù)P=0，v=3，補(bǔ)線為從w=0+的對(duì)應(yīng)立點(diǎn)起逆時(shí)針作270°且半徑為無窮大的虛圓弧。N-=1，N+=1，N=N+-N-=0在s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)為Z=P-2N=0即系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定。G(s)在s右半平面的極點(diǎn)數(shù)P=0，v=1補(bǔ)線為從w=0+的對(duì)應(yīng)點(diǎn)起逆時(shí)針作90°且半徑為無窮大的虛圓弧。N-=1，N+=1，N=N+-N-=0在s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)為Z=P-2N=0即系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定。（8）G(s）在s右半平面的極點(diǎn)數(shù)P=1N-=0，N+=1/2，N=N+-N-=1/2在s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)為Z=P-2N=0即系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定。（9）G(s）在s右半平面的極點(diǎn)數(shù)P=1N-=0，N+=0，N=N+-N-=0在s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)為Z=P-2N=1即系統(tǒng)閉環(huán)不穩(wěn)定，有一個(gè)s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)。G(s)在s右半平面的極點(diǎn)數(shù)P=1，v=1補(bǔ)線為從w=0+的對(duì)應(yīng)點(diǎn)起逆時(shí)針作90°且半徑為無窮大的虛圓弧。N-=1/2，N+=0，N=N+-N-=-1/2在s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)數(shù)為Z=P-2N=2即系統(tǒng)閉環(huán)不穩(wěn)定，有兩個(gè)s右半平面的閉環(huán)極點(diǎn)。解：1）低頻段-20v=-40dB/dec，v=2，有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)2）ω1ω2=200低頻段過點(diǎn)（1，40）=（1，20lgk）,40=20lgk,k=100如圖設(shè)相角裕度8.s=wj代入思考與練習(xí)題5答案5-1選擇題1A2C3D4B5D6A7C5-2綜合分析題1.2.3.（1）對(duì)于（a）系統(tǒng)，校正前系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)，串聯(lián)校正裝置，故校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。對(duì)于（b）系統(tǒng)，校正前系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)，串聯(lián)校正裝置，故校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。（2）（a）圖校正裝置為滯后校正裝置，其利用校正裝置的幅值特性，用犧牲系統(tǒng)一部分快速性來換取系統(tǒng)的平穩(wěn)性。校正后系統(tǒng)的相位裕度增大，即系統(tǒng)超調(diào)量減小，平穩(wěn)性提高；截止頻率減少，調(diào)整時(shí)間變大，快速性下降；抗干擾能力增強(qiáng)。（b）圖校正