《自動控制原理》第六章習(xí)題答案.doc
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第六章習(xí)題及解答 6-1 試求下列函數(shù)的z變換 解 (1) (2) 由移位定理: (3) (4) 6-2 試分別用部分分式法、冪級數(shù)法和反演積分法求下列函數(shù)的z反變換。 解 (1) ① 部分分式法 ② 冪級數(shù)法:用長除法可得 ③ 反演積分法 (2) ① 部分分式法 ② 冪級數(shù)法:用長除法可得 ③ 反演積分法 6-3 試確定下列函數(shù)的終值 解 (1) (2) 6-4 已知差分方程為 初始條件:c(0)=0,c(1)=1。試用迭代法求輸出序列c(k),k=0,1,2,3,4。 解 依題有 6-5 試用z變換法求解下列差分方程: 解 (1) 令,代入原方程可得:。對差分方程兩端取變換,整理得 (2) 對差分方程兩端取變換,整理得 (3) 對差分方程兩端取變換得 代入初條件整理得 (4) 由原方程可得 6-6 試由以下差分方程確定脈沖傳遞函數(shù)。 解 對上式實行變換,并設(shè)所有初始條件為得 根據(jù)定義有 6-7 設(shè)開環(huán)離散系統(tǒng)如題6-7圖所示,試求開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)。 解 () () () 6-8 試求下列閉環(huán)離散系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)或輸出變換。 題6-8圖 離散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 解()將原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖等效變換為圖解6-8(a)所示 圖解6-8(a) ()由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ()由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 6-9 設(shè)有單位反饋誤差采樣的離散系統(tǒng),連續(xù)部分傳遞函數(shù) 輸入,采樣周期。試求: (1)輸出變換; 圖解6-9 (2)采樣瞬時的輸出響應(yīng); (3)輸出響應(yīng)的終值。 解 (1)依據(jù)題意畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖解6-9所示 (2) (3)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性 列朱利表 1 -0.1684 26.2966 -46.1747 25 2 25 -14.1747 26.2966 -0.1684 3 -624.97 1149.94 -649.64 閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定,求終值無意義。 6-10 試判斷下列系統(tǒng)的穩(wěn)定性 (1)已知離散系統(tǒng)的特征方程為 (2)已知閉環(huán)離散系統(tǒng)的特征方程為 (注:要求用朱利判據(jù)) (3)已知誤差采樣的單位反饋離散系統(tǒng),采樣周期T=1(s),開環(huán)傳遞函數(shù) 解 (1)系統(tǒng)特征根幅值 有特征根落在單位圓之外,系統(tǒng)不穩(wěn)定。 (2) 用朱利穩(wěn)定判據(jù)() 1 0.8 0.36 1 0.2 1 2 1 0.2 1 0.36 0.8 3 -0.36 0.088 -0.2 -0.2 4 -0.2 -0.2 0.088 -0.36 5 0.0896 -0.07168 0.0896 所以,系統(tǒng)不穩(wěn)定。 (3) 用朱利穩(wěn)定判據(jù)() 1 -0.368 7.9 5.9 1 2 1 5.9 7.9 -0.368 3 -0.865 8.81 10.07 6-11 設(shè)離散系統(tǒng)如題6-11圖所示,采樣周期T=1(s),Gh(s)為零階保持器,而 要求: (1)當(dāng)K=5時,分別在w域和z域中分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性; (2)確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的K值范圍。 解 (1) 當(dāng)時 解根得 以代入并整理得 中有系數(shù)小于零,不滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件。 (2)當(dāng)為變量時 以代入并整理得 由勞斯判據(jù)可得系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍為: 6-12 利用勞思判據(jù)分析題6-12圖所示二階離散系統(tǒng)在改變和采樣周期的影響。 解 根據(jù)已知的可以求出開環(huán)脈沖傳遞函數(shù) 閉環(huán)特征方程為: 題6-12圖 即 令,進行變換,得 化簡整理后得 可得如下勞思表: 得系統(tǒng)穩(wěn)定的條件 解得 6-13 題6-13圖所示采樣系統(tǒng)周期 試確定系統(tǒng)穩(wěn)定時的值范圍。 解 由于 則 廣義對象脈沖傳遞函數(shù) 開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 閉環(huán)特征方程 進行變換,令,化簡后得 列出勞斯表如下 若系統(tǒng)穩(wěn)定,必須滿足 即 6-14 如題6-12圖所示的采樣控制系統(tǒng),要求在作用下的穩(wěn)態(tài)誤差,試確定放大系數(shù)及系統(tǒng)穩(wěn)定時的取值范圍。 解 因為 所以 由上式求得。 該系統(tǒng)的特征方程為 即 令代入上式得 列出勞斯表如下 系統(tǒng)若要穩(wěn)定,則勞斯表得第一列系數(shù)必須全部為正值,即有 由此得出時,該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 6-15 設(shè)離散系統(tǒng)如題6-15圖所示,其中采樣周期試用終值定理計算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 解 系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 將代入并整理得 6-16 設(shè)離散系統(tǒng)如題6-16圖所示,其中,試求靜態(tài)誤差系數(shù),并求系統(tǒng)在作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。 解 系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 將代入并整理得 6-17 已知離散系統(tǒng)如題6-17圖所示,其中ZOH為零階保持器,.當(dāng)時,欲使穩(wěn)態(tài)誤差小于,試求值。 解 首先驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性 Jurry: ① ② 0 -1 1 1 -1 0 -1 -1 ③ 解出 ④ 綜合①②③④,穩(wěn)定的范圍為 使穩(wěn)態(tài)誤差為0.1時的值: 系統(tǒng)是Ⅰ型系統(tǒng),階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為零,斜坡輸入下的穩(wěn)態(tài)誤差為常值 時不穩(wěn)定,不能使 6-18 試分別求出題6-15圖和題6-16圖所示系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。 解(a) 將代入得 (b) 6-19 已知離散系統(tǒng)如題6-19圖所示 其中采樣周期,連續(xù)部分傳遞函數(shù) 試求當(dāng)時,系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差,過渡過程在最少拍內(nèi)結(jié)束的數(shù)字控制器。 解 查教材中表6-4有: 6-20 設(shè)離散系統(tǒng)如題6-20圖所示 其中采樣周期,試求當(dāng)時,系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差、過渡過程在最少拍內(nèi)結(jié)束的。 解 系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 令 可取得 則 6-21 已知采樣系統(tǒng)如題6-21圖所示,其中采樣周期,要求設(shè)計一個數(shù)字控制器,使系統(tǒng)在斜坡輸入下,調(diào)節(jié)時間為最短,并且在采樣時刻沒有穩(wěn)態(tài)誤差。 題6-21圖 具有數(shù)字控制器的采樣系統(tǒng) 題6-21表 最少拍無靜差系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果 輸入信號 要求的 要求的 消除偏差所需時間 解 根據(jù)題6-21表,對于斜坡輸入信號,最少拍系統(tǒng)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)應(yīng)該為 廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)為 根據(jù)可實現(xiàn)性對及的約束條件,中的極點應(yīng)包含在的零點之中,這一點已滿足,不必改變,中包含的延遲因子,也已包含在之中,且,所以按題6-21表設(shè)計的是可以實現(xiàn)的。即- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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