华科 自控习题答案.doc

第一章
1. 根据水位控制系统的示意图画出系统的框图。

图1-1 水位控制系统示意图

2．图1-2所示，为一直流发电机电压自动控制系统。图中，1为发电机；2为减速器；3为执行机构；4为比例放大器；5为可调电位器。
（1） 该系统由哪些环节组成，各起什么作用？
（2） 绘出系统的框图，说明当负载电流变化时，系统如何保持发电机的电压恒定。
（3） 系统中有哪些可能的扰动？

图1-2 电压自动控制系统
3．图1-3为仓库大门自动控制系统。试说明自动控制大门开启和关闭的工作原理。如果大门不能全开或全关，则怎样进行调整？

图1-3 仓库大门控制系统
4．题图1-4是一晶体管稳压电源。试将其画成方块图并说明在该电源里哪些起着测量、放大、执行的作用以及系统里的干扰量和给定量是什么？

图1-4 晶体管稳压电源
5. 电冰箱制冷原理图如图1-5所示，简述系统工作原理，指出被控对象，被控量和给定量，并画出系统方框图。
图1-5 电冰箱制冷系统原理图

6．简述随动系统的自动调节过程？

第二章
1. 试求出图2-1中各电路的传递函数

图2-1
2. 试求出图2-2中各有源网络的传递函数。

图2-2
3. 图2-3所示为一磁场控制的直流电动机。设工作时电枢电流不变，控制电压加在励磁绕组上，输出为电机角位移，求传递函数。

图2-3
4．试证明图2-4（a）所示电气网络与图2-4(b)所示的机械系统具有相同的传递函数。
（a）
图2-4
（b）

5. 试分别写出图2-5中各有源网络的传递函数Uc(s)/Ur(s)。

(a)
(c)
(b)
图2-5

6.已知一系统由如下方程组组成，试绘制系统方框图，并求出闭环传递函数。

7. 图2-6是一个转速控制系统，输入量是电压U，输出量是负载的转速ω,画出系统结构图，并写出输入输出间的数学表达式。
图2-6

8.试化简图2-7所示的系统结构图，求传递函数,并试用梅逊公式求解
图2-7

9． 由内到外进行反馈连接的等效变换，直到变换为一个等效方框，即得到所求的传递函数。

10. 试用梅逊公式求解将系统结构图2-17转换成信号流图

图2-8

11.已知系统结构如图2-9所示。求传递函数C(S)/R(S)和C(S)/N(S)
图2-9

12. 画出图2-10所示结构图的信号流图，用梅逊公式求传递函数：，。

图2-10
13. 画出图2-11所示系统的信号流图，并分别求出两个系统的传递函数，。

图2-11

14. 画出图2-12所示结构图的信号流图，用梅逊公式求传递函数：，。

图2-12

第三章
1.一单位反馈控制系统的开环传递函数为。
求：（1）系统的单位阶跃响应及动态特性指标d%、tr、tS、m；
（2）输入量xr（t）=t时，系统的输出响应；
（2）输入量xr（t）为单位脉冲函数时，系统的输出响应。
2. 一单位反馈控制系统的开环传递函数为，其单位阶跃响应曲线如图3-1所示，图中的Xm=1.25，tm=1.5s。试确定系统参数Kk及 t 值。

图3-1
3. 一单位反馈控制系统的开环传递函数为。已知系统的xr（t）=1（t），误差时间函数为，求系统的阻尼比、自然振荡角频率、系统的开环传递函数和闭环传递函数、系统的稳态误差。
4. 已知二阶系统的传递函数：，试求系统的超调量、峰值时间和调节时间。
5.，试确定系统的阻尼比和自然频率。
6. 已知系统特征方程为

试用劳斯稳定判据确定系统的稳定性。
7.已知单位反馈系统的开环传递函数为

试确定系统稳定时的值范围。
8.已知单位反馈控制系统的开环传递函数为，试选择Kk及t值以满足下列指标。
当xr（t）=t时，系统的稳态误差e（¥）≤0.02；
当xr（t）=1（t）时，系统的d%≤30%，tS（5%）≤0.3s。
9．一复合控制系统如图3-2所示，图中，。如果系统由1型提高为3型系统，求a值及b值。

图3-2
第四章
1.已知单位负反馈系统的开环传递函数为

求当时，以T为参变量的根轨迹。
2. 已知单位负反馈系统的开环传递函数为

设要求、、，试确定串联引前校正装置的传递函数，并绘制校正前、后的系统根轨迹。
3.设单位负反馈系统的开环传递函数为

要求校正后、主导极点阻尼比，试求串联迟后校正装置的传递函数。
4. 已知负反馈系统的开环传递函数为

要使系统闭环主导极点的阻尼比、自然振荡角频率、时，求串联迟后—引前校正装置的传递函数，并绘制校正前、后的系统根轨迹。

第五章
1．系统的传递函数为

写出其幅频特性和相频特性的表达式。它的相频特性有什么特点？
2．求系统的稳态响应，其传递函数为，输入为
3．已知单位反馈系统的开环传递函数为

用奈氏判据分析闭环系统的稳定性
4． 系统的开环传递函数为

均大于零，且，试画出系统的开环幅相特性曲线，并用奈氏判据证明：若该系统不稳定，必有两个极点在右半S平面

5．已知某系统的开环传递函数为
K>0
应用奈氏判据判断闭环系统的稳定性
6 .已知单位负反馈系统的开环传递函数如下，试绘制其开环频率特性的极坐标图。
①；②；

第六章
1.单位反馈二阶系统的开环传递函数为

为了改善系统的性能加入测速反馈，试求加入测速反馈后系统的无阻尼自然频率、阻尼比和开环增益K，并说明测速反馈对系统性能有哪些影响
2.对控制系统进行校正时，在什么情况下，不宜采用串联超前校正？为什么？
3.控制系统的结构图如图所示，其中 为了减小时间常数的影响，提高系统的快速性，现采用位置反馈的校正方式，使时间常数减小为原来的0.1，要求
（1） 画出校正后系统的结构图
（2） 确定位置反馈系数K
（3） 为了使校正后系统对于阶跃输入的稳态误差保持不变，应作如何调整？

4.设单位反馈系统的开环传递函数为，设计一校正装置，使静态速度误差系数Kv=80,并使闭环主导极点位于s=-2j23。
5. 已知一单位反馈系统如图所示。（1）绘制系统的根轨迹；（2）确定闭环主导极点的阻尼比时的K值；（3）求闭环极点。

6.系统如图所示，其中R1，R2和C组成校正网络。要求校正后系统的稳态误差为，相角裕度，试确定K，R1，R2和C的参数。

第七章
1、已知求X（kT）

2、试确定，的终值，。

3、已知离散系统的结构如图（1）所示，采样周期T=0.1秒，求系统单位阶跃和单位斜坡输入时的稳态误差。

图7-1

4、 已知离散控制系统结构如图（2）所示。采样周期T=1秒。设计一数字控制器D(Z)使系统对单位斜坡输入为无稳态误差的最少拍响应系统。并求、，，,。

图7-2最少拍相应系统

5、 已知离散系统结构如图（3）所示，采样周期T=0.2秒，求D(z)，使系统对单位阶跃响应为最少拍响应系统

图7-3最少拍相应系统

6、已知离散控制系统结构如图（4）所示，采样周期 T=1，求数字控制器 D(z)，使系统对斜坡输入为无纹波无稳态误差的最少拍系统

图7-4无纹波无稳态误差的最少拍系统

7、已知离散系统结构如图（5）所示，采样系统的输入为单位阶跃，采样周期T=1秒，求输出响应。

图7-5闭环离散控制系统

第八章
1.图 8-1给出几个非线性特性，分别写出其基准描述函数公式，并在复平面上大致画出其基准描述函数的负倒数特性。

图8-1
2. 判断如图 8-2所示各系统是否稳定，- 1/N0与 KnW（jω）的交点是稳定工作点还是不稳定工作点？

图8-2
3. 图 8-3所示为继电器控制系统的结构图，线性部分的传递函数为W（s）=10/（s+1）.（0.5s+1）.（0.1s+1）试确 定 自 持 振 荡 的 频 率 和振幅。

图8-3

4. 图8-4所示为一非线性系统，用描述函数法分析其稳定性。

图8-4
5． 求下列方程的奇点，并确定奇点类型。

6. 利用等斜线法画出下列方程的相平面图。