控制工程基础第三版习题答案清华大学出版社.pdf

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 章 1-1 解：（ 1）B （2） B （3）B （4）A 1-2 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：（ 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 ： 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：（ 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 。 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 ：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 2-1 解 ： （1）: ) ( 1 2 ) ( 1 ) ( 5 ) ( ) 4 ( ) ( t L t t L t L t t L S F + + + = S S S S 2 1 5 2 1 5 0 2 2 + + = + + + = （2）: ) 25 ( 2 5 3 ) ( 2 + + = s s S F （3）: 1 1 ) ( 2 + + = s e S F s （4）: ) ( 1 ) 6 ( 1 ) 6 ( 2 cos 4 ) ( 5 t e t t L S F t + = 5 1 4 4 5 1 2 4 2 6 2 2 6 + + + = + + + = S s Se S s Se s s （5）: S e S e S F s s 2 2 6 6 0 0 ) ( + = + + + = （6）: ) 4 ( 1 ) 90 45 3 cos( 6 ) ( = t t L S F 9 6 3 6 ) 4 ( 1 ) 4 ( 3 cos 6 2 4 2 2 4 + = + = = S Se S Se t t L S S （7）: ) ( 1 8 sin 25 . 0 ) ( 1 8 cos ) ( 6 6 t t e t t e L S F t t + = 100 12 8 8 ) 6 ( 2 8 ) 6 ( 6 2 2 2 2 2 + + + = + + + + + + = S S S S S S （8）: 9 9 ) 20 ( 5 20 2 2 ) ( 2 6 2 + + + + + + = s e s s S F s 2-2 解： （1）: ) ( 1 ) 2 ( ) 3 2 2 1 ( ) ( 3 2 1 t e e S S L t f t t + = + + + = （2）: ) ( 1 2 sin 2 1 ) ( t t t f = （3）: ) ( 1 ) 2 sin 2 1 2 (cos ) ( t t t e t f t + = （4）: ) 1 ( 1 ) 1 ( ) ( 1 1 = = t e S e L t f t s - 4 - （5）: ) ( 1 ) 2 2 ( ) ( 2 t e e te t f t t t + = （6）: ) ( 1 2 15 sin 15 15 8 ) ) 2 15 ( ) 2 1 ( 2 15 15 15 8 ( ) ( 2 2 2 1 t t e S L t f t = + + = （7）: ) ( 1 ) 3 sin 3 1 3 (cos ) ( t t t t f + = 2-3 解： （1） 对原方程取拉氏变换，得： S S X x S SX x Sx S X S 1 ) ( 8 ) 0 ( ) ( 6 ) 0 ( ) 0 ( ) ( 2 = + + 将初始条件代入，得： 6 1 ) ( ) 8 6 ( 1 ) ( 8 6 ) ( 6 ) ( 2 2 + + = + + = + + S S S X S S S S X S SX S S X S 4 8 7 2 4 7 8 1 ) 8 6 ( 1 6 ) ( 2 2 + + + = + + + + = S S S S S S S S S X 取拉氏反变换，得： t t e e t x 4 2 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 . 0 3 100) S(S 300 2.5S X(S) + = + + = s s 取拉氏反变换，得： -100t 0.5e - 3 x(t) = 2-4 解：该曲线表示的函数 为： ) 0002 . 0 ( 1 6 ) ( = t t u - 5 - 则其拉氏变换为： s e s U s 0002 . 0 6 ) ( = 2-5 解： 0 ) 0 ( ) 0 ( ) ( 3 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 3 0 1 0 0 = = + = + i i x y t x dt t dx t y dt t dy 将上式拉氏变换，得： 2 3 3 2 ) ( ) ( ) ( ) 3 2 ( ) ( ) 2 3 ( ) ( 3 ) ( 2 ) ( 2 ) ( 3 0 0 0 0 + + = + = + + = + S S S X S Y S X S S Y S S X S SX S Y S SY i i i i 2 3 - S 3 2 - S Z p = = 零点 极点 又当 时 ) ( 1 ) ( t t x i = S S X i 1 ) ( = S S S S X S X S Y S Y i i 1 2 3 3 2 ) ( ) ( ) ( ) ( 0 0 + + = = 3 2 1 2 3 3 2 ) ( ) 0 ( 2 3 1 2 3 3 2 ) ( ) ( lim lim lim lim 0 0 0 0 0 0 = + + = = = + + = = S S S S S Y S y S S S S S Y S y s s s s 2-6 解： （a ）传递函数： 1 3 2 1 2 3 2 3 3 3 2 1 1 2 3 2 3 3 3 2 1 2 3 2 3 3 3 2 1 1 1 1 1 H G G G H G G H G G G G H H G G H G G G G H G G H G G G G R C + + + = + + + + + = - 6 - （b）传递函数： （）传递函数： - 7 - （）传递函数： 3 2 1 2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 1 H G G H H G G H G H G G G R C + + + + = 2-7 解： 通过方块图的变换，系统可等价为下图： - 8 - 2-8 解： 2-9 解： （a ） - 9 - （b） （c ） （d） - 10 - （e ） （f ） - 11 - (g) 2-10 解： （a ） （b） - 12 - （c ） 2-11 解： （a ） （b） - 13 - （c ） （d） 2-12 解： （a ） - 14 - （b） - 15 - 2-13 解： （a ） （b） - 16 - 2-14 解： 2-15 解： （1） （2） - 17 - 2-16 解： 2-17 解： - 18 - 2-18 解： 以题可画出方块图如下： 2-19 解： 2-20 解： - 19 - 2-21 解： （1） （2、3、4）缺 2-22 以后缺 - 20 - 第三章 3-1 解： 3-2 3-3 解： - 21 - 3-4 解： - 22 - 3-5 3-6 解： - 23 - 3-7 解： - 24 - 3-8 解： - 25 - 3-9 解： 3-10 3-11 - 26 - 3-12 解： 3-13 解： - 27 - 3-14 解： 3-15 3-16 - 28 - 3-17 解： 3-18 - 29 - 3-19 解： 3-20 解： - 30 - 3-21 解： 3-22 解： - 31 - 3-23 解： 3-24 3-25 解： - 32 - 3-26、3-27 缺 3-28 解： 3-29 、3-30 缺 3-31 解： 3-32 、3-33 缺 - 33 - 第四章 4-1 解： 4-2 解： - 34 - 4-3 解： 4-4 解： - 35 - 4-5 解： 4-6 解： （a ） - 36 - (b) (c) (d) (e) 4-7 - 37 - 4-8 、4-9 缺 4-10 解： 4-11 解： - 38 - 4-12 解： 4-13 、4-14、4-15 缺 - 39 - 4-16 解： 4-17 缺 4-18 解： 4-19 、4-20、4-21 缺 - 40 - 第五章 5-1 5-2 、5-3、5-4 缺 5-5 - 41 - 5-6 缺 5-7 5-8 5-9 、5-10 缺 - 42 - 5-11 5-12 5-13 缺 - 43 - 5-14 5-15 缺 5-16 解： 5-17 缺 5-18 解： - 44 - 5-19 解： 5-20 解： 5-21 、5-22、5-23 、5-24 缺 5-25 解： 5-26 缺 附题：设单位反馈的开 环传递函数为 ) 10 )( 2 ( ) 5 . 0 ( 10 ) ( 2 + + + = S S S S K S G 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 6-1 解： （1） （2） - 47 - （3） - 48 - （4） 0 6-2 解： （1 ） - 49 - (2) 6-3 解： - 50 - 6-4 解： - 51 - 6-5 解： - 52 - 6-6 解：(a) （b ） - 53 - 6-7 解： - 54 - 6-8 解： （1） （2） 6-9 解： （1） - 55 - （2） 6-10 解： - 56 - 6-11 解： （1） （2） 6-12 解： - 57 - 6-13 解： 6-14 解： 由于系统不稳定，因此系统误差为无穷大。 - 58 - 6-15 解： 6-16 缺 6-17 解 ：（ 1 ） - 59 - 6-18 解： 6-19 缺 6-20 解： - 60 - 第七章 7-1 - 61 - 7-2 7-3 - 62 - 系统稳定 7-4 - 63 - 7-5 解： 7-6 7-20 缺 控制工程基础习题集配套光盘 ISBN 7-89494-1468 光盘内容： 控制工程基础教材的习题及其解答 面向用户：主修或自学控制工程基础的用户 计算机硬件要求： CPU：PII 266 内存：64M 硬盘：4G 显示器：256色 制作人：许振丰 指导老师：董景新（教授） 技术支持电话：010-62778140 E-mail：xuzf98 2003 6 - 64 -