控制工程基础第三版习题答案_清华大学出版社.pdf

目录目录 第一章1 第二章4 第三章21 第四章34 第五章41 第六章47 第七章61 第一第一章章 1 1- -1 1 解解： （1）B （2） B （3）B （4）A 1 1- -2 2 解解： 优点 缺点 开环 简单，不存在稳定性问题 精度低，不抗干扰 闭环 精度高，抗干扰 复杂，设计不当易振荡 1-3 解解： （1）自行车打气如图 1-1 所示职能方块图，为闭环系统。 图 1-1 （2）普通电烙铁的职能方块图如图 1-2 所示，为开环系统。 图 1-2 （3）车玩具的职能方块图如图 1-3 所示，为开环系统。 图 1-3 （4）船自动舵的职能方块图如图 1-4 所示，为闭环系统。 图 1-4 （5）灯自动开关的职能方块图如图 1-5 所示，为开环系统。 图 1-5 - 1 - 1-4 解解：系统输入量：被记录的电压信号 U2 系统输出量：记录笔的位移 L 被控对象：记录笔 1-5 解解： （a） ：对于图（a）所示的系统，水箱中输出流量和输入流量决定了水箱的水位变化，水 位的高低决定了浮球的位置，流量通过杠杆机械对应阀门的开启大小，阀门的大小决定输入 流量补偿输出流量，最终水位保持一定值。其职能方块图如下图所示： （b） ：对于（b）图所示的系统，控制水位的过程与图（a）系统中浮球的位置通过杠杆机 构操纵双向触点电开关，两个触点电机正、反转，电机的正、反转对应阀门的开大、开小， 系统由于使用了电机，系统的反应加快，其职能方块图如下图所示： - 2 - 1-6：试画出实验室用恒温箱职能方块图。：试画出实验室用恒温箱职能方块图。 解：根据一般实验室用恒温箱的工作原理图，画出其职能方块图如下： （注注：1-5 中有部分文学是根据上下文理解的，因为原版中缺失；1-6 为类似书中原体，不是 原体，请注意！ ） - 3 - 第二章第二章 2-1 解解： （1）: )( 12)( 1)(5)()4()(tLttLtLttLSF+= SSSS 21 5 21 50 22 +=+= （2）: )25(2 53 )( 2 + + = s s SF （3）: 1 1 )( 2 + + = s e SF s （4）: )( 1) 6 ( 1) 6 (2cos4)( 5 tettLSF t += 5 1 4 4 5 1 2 4 2 6 22 6 + + + = + + + = Ss Se Ss Se ss （5）: S e S e SF ss22 6600)( +=+= （6）: ) 4 ( 1)90453cos(6)( =ttLSF 9 6 3 6 ) 4 ( 1) 4 (3cos6 2 4 22 4 + = + = S Se S Se ttL SS （7）: )( 18sin25 . 0 )( 18cos)( 66 ttetteLSF tt += 10012 8 8)6( 2 8)6( 6 22222 + + = + + + + = SS S SS S （8）: 9 9 )20( 5 20 2 2)( 2 6 2 + + + + + += s e ss SF s 2-2 解：解： （1）: )( 1)2() 3 2 2 1 ()( 321 tee SS Ltf tt += + + + = （2）: )( 12sin 2 1 )(tttf= （3）: )( 1)2sin 2 1 2(cos)(tttetf t += （4）: ) 1( 1) 1 ()( 11 = = te S e Ltf t s - 4 - （5）: )( 1)22()( 2 teetetf ttt += （6）: )( 1 2 15 sin 15 158 ) ) 2 15 () 2 1 ( 2 15 15 158 ()( 2 22 1 tte S Ltf t = + = （7）: )( 1)3sin 3 1 3(cos)(ttttf+= 2-3 解：解： （1） 对原方程取拉氏变换，得： S SXxSSXxSxSXS 1 )(8)0()( 6)0()0()( 2 =+ 将初始条件代入，得： 6 1 )()86( 1 )(86)(6)( 2 2 +=+ =+ S S SXSS S SXSSXSSXS 4 8 7 2 4 7 8 1 )86( 16 )( 2 2 + + += + + = SSSSSS SS SX 取拉氏反变换，得： tt eetx 42 8 7 4 7 8 1 )( += （2） 当 t=0 时，将初始条件50)0(= x 代入方程，得： 50+100 x(0)300 则 x(0)=2.5 对原方程取拉氏变换，得： sx(s)-x(0)+100 x(s)=300/s 将 x(0)=2.5 代入，得： S 300 100X(S)2.5-SX(S)=+ 100 5 . 03 100)S(S 3002.5S X(S) + = + + = ss 取拉氏反变换，得： -100t 0.5e-3x(t) = 2-4 解：解：该曲线表示的函数为： )0002 . 0 ( 16)(=ttu - 5 - 则其拉氏变换为： s e sU s0002 . 0 6 )( = 2-5 解：解： 0)0()0( )(3 )( 2)(2 )( 3 0 1 0 0 = +=+ i i xy tx dt tdx ty dt tdy 将上式拉氏变换，得： 23 32 )( )( )()32()()23( )(3)(2)(2)(3 0 0 00 + + = +=+ +=+ S S SX SY SXSSYS SXSSXSYSSY i i ii 2 3 -S 3 2 -S Zp =零点极点 又当 时)( 1)(ttxi= S SXi 1 )(= SS S SX SX SY SY i i 1 23 32 )( )( )( )( 0 0 + + = 3 21 23 32 )()0( 2 31 23 32 )()( limlim limlim 00 0 0 0 0 = + + = = + + = SS S SSYSy SS S SSYSy ss ss 2-6 解：解： （a）传递函数： 132123233 321 1 23233 32 1 23233 32 1 1 1 1 1 HGGGHGGHG GGG H HGGHG GG G HGGHG GG G R C + = + + + = - 6 - （b）传递函数： （）传递函数： - 7 - （）传递函数： 32121212211 21 1HGGHHGGHGHG GG R C + = 2-7 解：解： 通过方块图的变换，系统可等价为下图： - 8 - 2-8 解：解： 2-9 解：解： （a） - 9 - （b） （c） （d） - 10 - （e） （f） - 11 - (g) 2-10 解：解： （a） （b） - 12 - （c） 2-11 解：解： （a） （b） - 13 - （c） （d） 2-12 解：解： （a） - 14 - （b） - 15 - 2-13 解：解： （a） （b） - 16 - 2-14 解：解： 2-15 解：解： （1） （2） - 17 - 2-16 解：解： 2-17 解：解： - 18 - 2-18 解：解： 以题可画出方块图如下： 2-19 解：解： 2-20 解：解： - 19 - 2-21 解：解： （1） （2、3、4）缺 2-22 以后缺以后缺 - 20 - 第三章第三章 3-1 解：解： 3-2 3-3 解：解： - 21 - 3-4 解：解： - 22 - 3-5 3-6 解：解： - 23 - 3-7 解：解： - 24 - 3-8 解：解： - 25 - 3-9 解：解： 3-10 3-11 - 26 - 3-12 解：解： 3-13 解：解： - 27 - 3-14 解：解： 3-15 3-16 - 28 - 3-17 解：解： 3-18 - 29 - 3-19 解：解： 3-20 解：解： - 30 - 3-21 解：解： 3-22 解：解： - 31 - 3-23 解：解： 3-24 3-25 解：解： - 32 - 3-26、3-27 缺缺 3-28 解：解： 3-29、3-30 缺缺 3-31 解：解： 3-32、3-33 缺缺 - 33 - 第四章第四章 4-1 解：解： 4-2 解：解： - 34 - 4-3 解：解： 4-4 解：解： - 35 - 4-5 解：解： 4-6 解：解： （a） - 36 - (b) (c) (d) (e) 4-7 - 37 - 4-8、4-9 缺缺 4-10 解：解： 4-11 解：解： - 38 - 4-12 解：解： 4-13、4-14、4-15 缺缺 - 39 - 4-16 解：解： 4-17 缺缺 4-18 解：解： 4-19、4-20、4-21 缺缺 - 40 - 第五章第五章 5-1 5-2、5-3、5-4 缺缺 5-5 - 41 - 5-6 缺缺 5-7 5-8 5-9、5-10 缺缺 - 42 - 5-11 5-12 5-13 缺缺 - 43 - 5-14 5-15 缺缺 5-16 解：解： 5-17 缺缺 5-18 解：解： - 44 - 5-19 解：解： 5-20 解：解： 5-21、5-22、5-23、5-24 缺缺 5-25 解：解： 5-26 缺缺 附题附题：设单位反馈的开环传递函数为 )10)(2( )5 . 0(10 )( 2 + + = SSS SK SG 试用乃氏判据确定该系统在 K=1 和 K=10 时的稳定性。 - 45 - - 46 - 第六章第六章 6-1 解：解： （1） （2） - 47 - （3） - 48 - （4） 0 6-2 解：解： （1） - 49 - (2) 6-3 解：解： - 50 - 6-4 解：解： - 51 - 6-5 解：解： - 52 - 6-6 解：解：(a) （b） - 53 - 6-7 解：解： - 54 - 6-8 解：解： （1） （2） 6-9 解：解： （1） - 55 - （2） 6-10 解：解： - 56 - 6-11 解：解： （1） （2） 6-12 解：解： - 57 - 6-13 解：解： 6-14 解：解： 由于系统不稳定，因此系统误差为无穷大。 - 58 - 6-15 解：解： 6-16 缺缺 6-17 解： （解： （1） - 59 - 6-18 解：解： 6-19 缺缺 6-20 解：解： - 60 - 第七章第七章 7-1 - 61 - 7-2 7-3