自动控制原理习题解答.doc

第三章33 已知各系统的脉冲响应，试求系统的闭环传递函数： 解答：（1） （2） （3） 3-4 已知二阶系统的单位阶跃响应为试求系统的超调量%，峰值时间 和调节时间 .解答：因为00,时，闭环系统的根轨迹，并确定使闭环系统稳定时K的取值范围。（北京航空航天大学2001年考题）解答： 由题目可知，系统的开环传递函数为 系统有2个开环极点 ，1个开环零点根轨迹有2条分支，这两条根轨迹分支分别起始与开环极点，其中一条终止与无穷远处，另一条终止与开环零点实轴上的根轨迹为 ，渐近线如下分离点如下解之得 与虚轴的交点如下：系统的闭环特征方程为由上式可得，在根轨迹与虚轴的交点处： 根据以上分析，绘制系统的根轨迹，如图414所示。由以上分析，结合系统的根轨迹图414易得：当时系统稳定。图414 根轨迹第五章5-1设系统闭环稳定，闭环传递函数为，试根据频率特性的定义证明：输入为余弦函数时，系统的稳态输出为解：由题目可得=对等式两边同时进行拉氏变换可得 由于系统闭环稳定，所以不存在正实部的极点。假设可表示为如下表达式： 由以上分析可得，系统的闭环传递函数为 将上述闭环传递函数作如下分解对上式两边同时进行拉氏反变换可得由系统稳态输出的定义可得 利用留数法确定待定系统B1和B2所以可得=5-3.设系统结构图如图5-3所示，试确定在输入信号作用下，系统的 稳态误差。解：系统的误差传递函数为其幅频特性和相频特性分别为当时，=5-5.已知系统开环传递函数试分析并绘制情况下的概略开环幅相曲线。并用奈奎斯特判断系统的闭环稳定性。（辽宁p163）解：由题目可知，系统的频率特性如下：。由于系统，所以开环幅相曲线要用虚线补画的半径为无穷大的圆弧。当时，当时，又由于，所以有图5-3当时，开环幅相曲线始终处于第三象限，如图5-3（a）所示；由图可知，系统的开环幅相曲线不包围，根据奈奎斯特判据可得：N=0，又由系统的开环传递函数可知：P=0即Z=P-2N=0，闭环系统在s右半平面无极点，时闭环系统稳定。当时，开环幅相曲线始终处于第二象限，如图5-3（b）所示。由图可得N=-1，又由系统的开环传递函数可知：P=0，即Z=P-2N=2，闭环系统在s右半平面有2个极点， 时闭环系统不稳定。5-9、已知系统开环传递函数试绘制系统概略开环幅相曲线。并用奈奎斯特判断系统的闭环稳定性。（辽宁p166）图5-9解：系统的开环频率如下当时，；当时，曲线处于第三象限；当时，曲线处于第一象限；当时，。又由于，需要在幅相曲线上用虚线补画半径无穷大，的圆弧。系统概略开环幅相曲线如图5-9所示。由系统的开环传递函数可知P=0；由系统的开环幅相曲线图5-9可知N=-1。根据以上分析，由奈奎斯特判据可得Z=P-2N=2即闭环系统在s右半平面存在2个极点，闭环系统不稳定。5-16已知系统开环传递函数； K,T0试根据奈氏判据，确定其闭环稳定条件：（1） T=2时，K值的范围；(2)K=10时，T值的范围；(3)K,T值的范围。解：由系统的开环传递函数可知，系统的开环幅相曲线如图所示。由于P=0,故要想闭环稳定，必有N=0，即幅相曲线不包围点（-1，j0）.系统的频率特性表达式如下 （1） T=2时，对于开环幅相曲线与实轴的交点有 由上式可得，则交点的实轴坐标为 由上式可得0K3/2.(2) K=10时，对于开环幅相曲线与实轴的交点有 由上可得，则交点的实轴坐标为 由上式可得0 T 100时，奈奎斯特曲线包围（1，j0）点（N+=1，N=2，N=1，Z=02（1）=2），系统不稳定。当K减小二倍，即K=25时，奈奎斯特曲线B点交于（1，j0）点，系统处于不稳定边界；当K25时，系统不稳定。当K减小五倍，即K=10时，C点位于（1，j0）点。当当KK25，K0），试用描述函数法确定：(1)使该非线性系统稳定、不稳定以及产生周期运动时，线性部分的K值范围；(2)判断周期运动的稳定性，并计算稳定周期运动的振幅和频率。解：（1）非线性环节的描述函数为 ，A0 其负倒描述函数为 为单调减函数 穿越频率为实数部分曲线与负实轴的交点为 当时，实数部分曲线不包围曲线，系统稳定。当时，实数部分曲线和曲线存在交点，曲线由不稳定区域进入稳定区域，系统存在稳定的自