《自動(dòng)控制原理》李曉秀習(xí)題參考答案.doc
《《自動(dòng)控制原理》李曉秀習(xí)題參考答案.doc》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《《自動(dòng)控制原理》李曉秀習(xí)題參考答案.doc(27頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
第1章 習(xí)題答案 1-3題 系統(tǒng)的控制任務(wù)是保持發(fā)電機(jī)端電壓不變。 當(dāng)負(fù)載恒定發(fā)電機(jī)的端電壓等于設(shè)定值時(shí),,電動(dòng)機(jī)不動(dòng),電位器滑臂不動(dòng),勵(lì)磁電流恒定;當(dāng)負(fù)載改變,發(fā)電機(jī)的端電壓不等于設(shè)定值時(shí),,經(jīng)放大器放大后控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),電位器滑臂移動(dòng)動(dòng),使得勵(lì)磁電流改變,調(diào)整發(fā)電機(jī)的端電壓,直到。 系統(tǒng)框圖為: 電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī) 電位器 放大器 負(fù)載 1-4題 (1)在爐溫控制系統(tǒng)中,輸出量為電爐內(nèi)溫度,設(shè)為;輸入量為給定毫伏信號(hào),設(shè)為;擾動(dòng)輸入為電爐的環(huán)境溫度和自耦調(diào)壓器輸入電壓的波動(dòng)等;被控對(duì)象為電爐;控制裝置有電壓放大器、功率放大器、可逆電動(dòng)機(jī)、減速器、調(diào)壓器等。 可逆 電動(dòng)機(jī) 調(diào)壓器 減速器 擾動(dòng) 熱電耦 電壓、功率 放大 電爐 系統(tǒng)框圖為: (2)爐溫控制系統(tǒng)的任務(wù)是使?fàn)t內(nèi)溫度值保持不變。當(dāng)爐內(nèi)溫度與設(shè)定溫度相等時(shí),等于,即,可逆電動(dòng)機(jī)電樞電壓為0,電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng),調(diào)壓器滑臂不動(dòng),爐溫溫度不改變。 若實(shí)際溫度小于給定溫度,,經(jīng)放大后控制可逆電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使調(diào)壓器滑臂上移,使加熱器電壓增大,調(diào)高爐溫;若實(shí)際溫度大于給定溫度,,經(jīng)放大后控制可逆電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使調(diào)壓器滑臂下移,使加熱器電壓減小,降低爐溫。使得和之間的偏差減小甚至消除,實(shí)現(xiàn)了溫度的自動(dòng)控制。 1-5題 (1) 在水位控制系統(tǒng)中,輸出量為水位高度;輸入量為給定電壓;擾動(dòng)輸入為出水量等。 進(jìn)水閥 減速器 出水 浮球 水箱 放大器 電動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)原理框圖為: (2)當(dāng)實(shí)際水位高度為設(shè)定高度時(shí),與受浮球控制的電位器滑臂位置對(duì)應(yīng)的與給定電壓相等,電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)水閥門(mén)維持不變。若水位下降,電位器滑臂上移,增大,偏差,經(jīng)放大后控制電動(dòng)機(jī)逆轉(zhuǎn)調(diào)大進(jìn)水閥門(mén),加大進(jìn)水量使水位升高;若水位升高降,電位器滑臂下移,減小,偏差,經(jīng)放大后控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)小進(jìn)水閥門(mén),減小進(jìn)水量使水位下降,實(shí)現(xiàn)了水位的自動(dòng)控制。 第2章 習(xí)題答案 2-1題 a) b) 2-2題 2-3題 2-4題 a) b) 2-5題 a) b) c) d) 2-6題 a) b) c) 2-7題 a) b) c) 2-8題 解 由微分方程組建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖為 傳遞函數(shù) 2-9題 解 由有源電路建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖為 傳遞函數(shù) 其中, 2-10題 2-11題 作信號(hào)流圖略 a) b) d) 2-12 題 作信號(hào)流圖略 2-13 題 2-14 題 a) b) c) 第3章 習(xí)題答案 3-1題 (1) 穩(wěn)定 (2) 穩(wěn)定 (3) 不穩(wěn)定,2個(gè)正實(shí)部根 (4) 穩(wěn)定 (5) 臨界穩(wěn)定 3-2題 (1) 0 < K < 3 (2) 0 < K < 1/2 3-3題 a) b) 3-4題 不具有的穩(wěn)定裕度 3-5題 系統(tǒng)響應(yīng)持續(xù)振蕩,即系統(tǒng)臨界穩(wěn)定時(shí) 3-6題 3-7題 3-8題 3-9題 (1) 閉環(huán)傳遞函數(shù) ,單位脈沖響應(yīng) (2) 3-10題 (1) (2) , 3-11題 , 3.12題 , 3-13題 (1) ,, (2) ,, (3) ,, 3-14題 3-15題 (1) (2) 3-16題 3-17題 (1) (2) (3) 3-18題 40 < K < 101 3-19題 K1=125, A > 125/20 3-20題 (1) (2) 應(yīng)該提高部分的放大系數(shù)。 3-21題 (1)略 (2) 3-22題 (1) 無(wú)內(nèi)反饋時(shí),系統(tǒng)不穩(wěn)定,內(nèi)反饋存在時(shí), 只要取系統(tǒng)穩(wěn)定。 (2) ,內(nèi)反饋的存在使穩(wěn)態(tài)誤差增大。 3-23題 , 第4章 習(xí)題答案 4-1略 4-2在根軌跡上,和不在根軌跡上。 4-3(1)實(shí)軸上的兩個(gè)會(huì)合點(diǎn)為和,兩個(gè)分離點(diǎn)為和; (2)實(shí)軸上的分離點(diǎn)為;漸進(jìn)線:, ; (3)實(shí)軸上的分離點(diǎn)為,根軌跡與虛軸交點(diǎn)為: , 漸進(jìn)線:, ; 4-4,圓方程:半徑,圓心。 4-5(1)分離點(diǎn)為,會(huì)合點(diǎn)為 ; (2) 。 4-6 分離點(diǎn)為; 根軌跡與虛軸交點(diǎn)為: (1) (2) 穩(wěn)定 。 4-7 (1)實(shí)軸上的分離點(diǎn)為,根軌跡與虛軸交點(diǎn)為: , 漸進(jìn)線:, ; (2) ; (3) ; (4); 閉環(huán)傳遞函數(shù)為: 。 4-8(1)穩(wěn)定范圍是 ; (2)當(dāng)。 可近似為二階系統(tǒng):, 。 4-9(1)實(shí)軸上的分離點(diǎn)為;根軌跡與虛軸交點(diǎn)為: ; 漸進(jìn)線:, ; (2)臨界穩(wěn)定的開(kāi)環(huán)增益為; (3)開(kāi)環(huán)增益為。 4-10 分離點(diǎn)為;臨界阻尼時(shí); 出射角:; 4-11 略; 4-12 特征方程為 , 開(kāi)環(huán)零極點(diǎn): ; 分離點(diǎn)為:。 4-13 出射角為;入射角為;與虛軸交點(diǎn)為,; 4-14 由根軌跡通過(guò)求出,此時(shí)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 ; 4-15(1)時(shí)有一個(gè)分離點(diǎn); (2)時(shí)有二個(gè)分離點(diǎn)。 4-16 分離點(diǎn)為:,,; 虛軸交點(diǎn):; 4-17 實(shí)軸上的分離點(diǎn)為,會(huì)合點(diǎn)為; 增益對(duì)阻尼特性的影響:從根軌跡圖可以看出,對(duì)于任意,閉環(huán)系統(tǒng)都是穩(wěn)定的,但阻尼狀況不同。在增益較小時(shí)系統(tǒng)是過(guò)阻尼系統(tǒng),增益很大時(shí)也是過(guò)阻尼系統(tǒng),但中等增益時(shí)(是欠阻尼系統(tǒng)。 4-18等效開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) (1)漸進(jìn)線:,;根軌跡與虛軸交點(diǎn)為:; 出射角:,; (2)穩(wěn)定范圍: 。 第5章 習(xí)題答案 5-1題 (1) (2) (3) (4) 5-2題 (1) ,,穿越負(fù)實(shí)軸,穿越頻率幅值。 (2) ,,不穿越負(fù)實(shí)軸 (3) ,,穿越負(fù)實(shí)軸,穿越頻率幅值。 (4) ,,不穿越負(fù)實(shí)軸 5-4題 a) b) c) d) e) f) 5-5題 (1) (2) 畫(huà)出對(duì)應(yīng)的對(duì)數(shù)相頻特性曲線和奈氏圖(略)。 5-6題 5-7題 a)不穩(wěn)定 b) 穩(wěn)定 c) 不穩(wěn)定 d) 穩(wěn)定 e) 穩(wěn)定 f) 穩(wěn)定 g) 穩(wěn)定 h) 不穩(wěn)定 5-8題 (1) ,, 穿越負(fù)實(shí)軸,穿越頻率 幅值。開(kāi)環(huán)奈氏圖如圖。 ,系統(tǒng)不穩(wěn)定 題5-8 (1)圖 (2) , 穿越負(fù)實(shí)軸頻率 幅值。開(kāi)環(huán)奈氏圖如圖。 , 系統(tǒng)穩(wěn)定 題5-8 (2)圖 (3) ,,,,穿越負(fù)實(shí)軸頻率幅值。開(kāi)環(huán)奈氏圖略。,系統(tǒng)不穩(wěn)定 (4), 時(shí)不穿越負(fù)實(shí)軸,開(kāi)環(huán)奈氏圖如圖。 ,系統(tǒng)穩(wěn)定 題5-8 (4)圖 5-9題 5-10題 (1) 穿越負(fù)實(shí)軸,穩(wěn)定條件 穿越負(fù)實(shí)軸,穩(wěn)定條件 5-11題 (1) 由Bode圖,得 ,穿越-180系統(tǒng)臨界穩(wěn)定 (2) 由Bode圖,得 ,不穿越-180,系統(tǒng)穩(wěn)定 (3) 由Bode圖,得 ,穿越-180系統(tǒng)穩(wěn)定 (4) 由Bode圖,得 ,不穿越-180,系統(tǒng)穩(wěn)定 5.12題 (1) 系統(tǒng)穩(wěn)定,, (2) 系統(tǒng)不穩(wěn)定,, (3) 系統(tǒng)穩(wěn)定, 5-13題 (1) , (2) 要求系統(tǒng)相位裕量為時(shí),, (3) 要求系統(tǒng)幅值裕量為, 5-14題 ,或 5-15題 5-16題 , 3-17題 , 第6章 習(xí)題參考解答 6-1 題解 (1) (1/秒) 作系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如圖解5-32(a)所示: 由圖可知 算出相角交界頻率 (2)超前校正后系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 作校正后系統(tǒng)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如圖解5-32(b)所示,由圖得: , 算出 , , 。 說(shuō)明超前校正可以增加相角裕度,從而減小超調(diào)量,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性;同時(shí)增大了截止頻率,縮短調(diào)節(jié)時(shí)間,提高了系統(tǒng)的快速性。 6-2 題解: 令,可得 不滿足性能要求,需要校正。 系統(tǒng)中頻段以斜率穿越線,故選用超前網(wǎng)絡(luò)校正。(要增大穩(wěn)定裕量),設(shè)超前網(wǎng)絡(luò)相角為,則 中頻段 解得 驗(yàn)算 所以超前校正網(wǎng)絡(luò)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 6-3題 解:原系統(tǒng) 串聯(lián)超前校正: (1)求 (2)求 (3)解 故校正網(wǎng)絡(luò) 6-4題解:,,,令 ,可得 不滿足性能要求,需要加以校正,選用滯后網(wǎng)絡(luò)校正。 令 得 根據(jù) 得 再由 , 故選用的串聯(lián)滯后校正網(wǎng)絡(luò)為 校驗(yàn) 6-5題解: (1),, (2), (3) 6-6 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)校正裝置,使校正后開(kāi)環(huán)增益等于40,相位裕量,幅值裕量。 解:設(shè)計(jì)滯后校正裝置 經(jīng)試算在:處有 ∴ 取 對(duì)應(yīng) 在 以下24.436dB畫(huà)水平線,左延10dec到對(duì)應(yīng)ω=處,作線交0dB線到E:,因此可得出滯后校正裝置傳遞函數(shù): 試算: 由Bode圖: 幅值裕度h不滿足要求。為增加,應(yīng)將高頻段壓低。重新設(shè)計(jì):使滯后環(huán)節(jié)高頻段幅值衰減40dB()。求對(duì)應(yīng)處的 查慣性環(huán)節(jié)表,在處: 以交0dB線于E:(),得出滯后校正裝置傳遞函數(shù): 在處: 驗(yàn)算: (滿足要求) 因此確定: 6-7 某系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如圖6-43示,其中虛線表示校正前的,實(shí)線表示校正后的。 (1)確定所用的是何種串聯(lián)校正,并寫(xiě)出校正裝置的傳遞函數(shù)Gc (s); (2)確定校正后系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的開(kāi)環(huán)增益; (3)當(dāng)開(kāi)環(huán)增益K =1時(shí),求校正后系統(tǒng)的相位裕量g ,幅值裕量h。 圖6-43 習(xí)題6-7圖 解:(1)由系統(tǒng)校正前、后開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線可得校正裝置的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如圖解6-43所示。從而可得 所用的是串聯(lián)遲后-超前校正方式。 (2)由題6-43圖中實(shí)線可寫(xiě)出校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) 校正后系統(tǒng)閉環(huán)特征方程為 列勞思表 1 1000 110 1000K (11000-1000K)/110 → K<110 1000K → K>0 所以有 。 (3)當(dāng)時(shí),由題6-43圖可看出 所以有 6-8 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6-44a、b所示。 (1) 寫(xiě)出校正后各系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù); (2) 分析各對(duì)系統(tǒng)的作用,并比較其優(yōu)缺點(diǎn)。 (a) 圖6-44 習(xí)題6-8圖 解: (a) 未校正系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 采用滯后校正后 圖6-44(a)解 畫(huà)出校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖圖6-44(a)解所示。 有 , 可見(jiàn) (b) 未校正系統(tǒng)頻率指標(biāo)同(a)。采用超前校正后 畫(huà)出校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖圖6-44(b)解所示。 圖6-44(b)解 可見(jiàn) 6-9 在圖6-45所示系統(tǒng)中,當(dāng)校正裝置的參數(shù)=10,T =0.1時(shí),截止頻率wc = 5。若要求wc不變,如何選擇K ,T值,才能使系統(tǒng)相位裕量提高45。 解:當(dāng)=10,T =0.1時(shí),截止頻率wc = 5,可知 因而 若要重新選擇K,T值,則使提高 設(shè) 當(dāng)wc = 5時(shí), 解得 另外,在增大的同時(shí),要保持的幅值不變,才能不改變系統(tǒng)的截止頻率,因此 從而解出 6-10 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如圖6-46所示,其中,。欲加局部反饋校正裝置(如圖中虛線部分),使系統(tǒng)的相位裕量,試求和的值。 解:(略), 6-11 某單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù) 要使系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)Kv = 10,相位裕量g 25。試設(shè)計(jì)一個(gè)最簡(jiǎn)單形式的校正裝置(其傳遞函數(shù)用Gc (s)表示),以滿足性能指標(biāo)要求。 解: 要求,在原系統(tǒng)中串聯(lián)校正裝置 得到校正后系統(tǒng)截止頻率 得到相位裕量為 6-12 復(fù)合控制系統(tǒng)如圖3-47所示,當(dāng)時(shí),為使,試求值。 圖6-47 習(xí)題6-12圖 解: 當(dāng)時(shí),有 解得 6-13 設(shè)復(fù)合控制系統(tǒng)如圖6-48示,圖中Gn(s)為前饋傳遞函數(shù),Gc(s)=kts為測(cè)速電機(jī)及分壓器的傳遞函數(shù),G1(s)和G2(s)為前向通路中環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù),N(s)為可測(cè)量的干擾。若G1(s)= k,G2(s)=1/s2,試確定Gn(s),Gc(s)和k1,使系統(tǒng)輸出量完全不受干擾n(t)的影響,且單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量等于25%,峰值時(shí)間為2s。 解:將圖等效為下圖 由圖可見(jiàn),為使系統(tǒng)輸出完全不受擾動(dòng)影響,應(yīng)使 =0 于是得 系統(tǒng)對(duì)輸入的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 按題意要求 解得 , 因而 于是 第7章 習(xí)題答案 7-2 a) b) c) 7-3 a)交點(diǎn)為自振點(diǎn);b) 交點(diǎn)為不穩(wěn)定工作點(diǎn); c)交點(diǎn)為自振點(diǎn); d)交點(diǎn)a為不穩(wěn)定工作點(diǎn);交點(diǎn)b為自振點(diǎn);e) 系統(tǒng)不穩(wěn)定;f) 系統(tǒng)不穩(wěn)定;g)交點(diǎn)a,c為自振點(diǎn)、b不穩(wěn)定工作點(diǎn);h) 系統(tǒng)穩(wěn)定。 7-4 7-6 1) 系統(tǒng)穩(wěn)定;不穩(wěn)定;產(chǎn)生周期運(yùn)動(dòng)。 2) 7-7 1) 系統(tǒng)有自振, 2) 為使系統(tǒng)穩(wěn)定,繼電器參數(shù)a,b應(yīng)滿足 7-8 略 7-9 為開(kāi)關(guān)線,相軌跡如圖所示。 時(shí),相軌跡在開(kāi)關(guān)線上有幅度為 的跳變。當(dāng)時(shí),相軌跡下跳,當(dāng)時(shí) 相軌跡上跳,最終收斂于坐標(biāo)原點(diǎn)。 7-10 、為開(kāi)關(guān)線,相軌跡如圖所示, 為閉合的環(huán)形。說(shuō)明系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)為等幅振蕩,且和初 始條件無(wú)關(guān)。 7-11 略 第8章 參考答案 8-1(1); (2); (3); (4); (5); (6); (7); (8)。 8-2(1); (2); (3); (4); (5); (6)。 8-3(1); (2); (3); (4)。 8-4(1); (2) 。 8-5 (a) ; (b) ; (c) ; (d) 。 8-6 8-7 (1)不穩(wěn)定 ; (2)不穩(wěn)定 ; (3)穩(wěn)定 ; (4)不穩(wěn)定 。 8-8 (1)不穩(wěn)定 ; (2)穩(wěn)定 。 8-9 () 8-10 不穩(wěn)定 。 8-11 。 8-12 , , 。 8-13 (1) (2) 。 8-14 (1)系統(tǒng)穩(wěn)定; (2); ; ; (3) 。 8-15 。 8-16 。 8-17 。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
- 2.下載的文檔,不會(huì)出現(xiàn)我們的網(wǎng)址水印。
- 3、該文檔所得收入(下載+內(nèi)容+預(yù)覽)歸上傳者、原創(chuàng)作者;如果您是本文檔原作者,請(qǐng)點(diǎn)此認(rèn)領(lǐng)!既往收益都?xì)w您。
下載文檔到電腦,查找使用更方便
5 積分
下載 |
- 配套講稿:
如PPT文件的首頁(yè)顯示word圖標(biāo),表示該P(yáng)PT已包含配套word講稿。雙擊word圖標(biāo)可打開(kāi)word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國(guó)旗、國(guó)徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設(shè)計(jì)者僅對(duì)作品中獨(dú)創(chuàng)性部分享有著作權(quán)。
- 關(guān) 鍵 詞:
- 自動(dòng)控制原理 自動(dòng)控制 原理 李曉秀 習(xí)題 參考答案
鏈接地址:http://www.3dchina-expo.com/p-12812222.html