《自动控制原理第2版》李晓秀习题参考答案.docx

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《自动控制原理第2版》李晓秀习题参考答案

《自动控制原理（第2版）》李晓秀

第1章习题答案

1-3题系统的控制任务是保持发电机端电压U不变。

当负载恒定发电机的端电压U等于设定值U0时，U0，电动机不动，电位器滑臂不动，励

磁电流If恒定；当负载改变，发电机的端电压U不等于设定值U0时，U0，U经放大器放

大后控制电动机转动，电位器滑臂移动动，使得励磁电流If改变，调整发电机的端电压U，直到

UU0。

系统框图为：

负载

U0

U

电动机

电位器

If

U

放大器

发电机

1-4题

（1）在炉温控制系统中，输出量为电炉内温度，设为Tc；输入量为给定毫伏信号，设

为ur；扰动输入为电炉的环境温度和自耦调压器输入电压的波动等；被控对象为电炉；控制装置有

电压放大器、功率放大器、可逆电动机、减速器、调压器等。

系统框图为：

扰动

ur

u

电压、功率

可逆

减速器

调压器

Tc

电炉

放大

电动机

uf

热电耦

（2）炉温控制系统的任务是使炉内温度值保持不变。

当炉内温度与设定温度相等时，ur等于

uf，即u0，可逆电动机电枢电压为0，电动机不转动，调压器滑臂不动，炉温温度不改变。

若实际温度小于给定温度，uuruf0，经放大后控制可逆电动机转动使调压器滑臂上移，

使加热器电压增大，调高炉温；若实际温度大于给定温度，uuruf0，经放大后控制可逆电

动机转动使调压器滑臂下移，使加热器电压减小，降低炉温。

使得uf和ur之间的偏差减小甚至消除，

实现了温度的自动控制。

1-5题

（1）在水位控制系统中，输出量为水位高度H；输入量为给定电压ug；扰动输入为

出水量等。

系统原理框图为：

出水

ug

H

放大器

电动机

减速器

进水阀

水箱

uf浮球

（2）当实际水位高度H为设定高度时，与受浮球控制的电位器滑臂位置对应的

uf与给定电

压ug相等，电动机不转动，进水阀门维持不变。

若水位下降，电位器滑臂上移，

uf增大，偏差

uuguf0，经放大后控制电动机逆转调大进水阀门，加大进水量使水位升高；若水位升高

降，电位器滑臂下移，uf减小，偏差uuguf

0，经放大后控制电动机正转调小进水阀门，

减小进水量使水位下降，实现了水位的自动控制。

第2章习题答案

2-1题

duc（t）

a）（R1CR2C）uc（t）

dt

duc（t）11

b）（）uc（t）

dtR2CR1C

dur（t）

R2Cur（t）

dt

dur（t）

1

dt

R1Cur（t）

2-2题

dF

12.65

1.1y1.1

3.03

dy

y

0.25

F

3.03

y

2-3题

dQ

0.002

1

1

H0

2.25

0.002

1

dH

2

H

3

Q

0.0030.002

1（H

2.25）

0.0015

0.002

1H

3

3

2-4题

Xc（s）

1

fs

k2

a）

1

1

Xr（s）

）fs

1

（

k2

k1

Xc（s）

（f1s1）（f2

s

1）

k1

k2

b）

f1

f2

f2

Xr（s）

s1）（

s

1）

s

（

k1

k1

k2

2-5题

Uc（s）

R2C1C2s

C1

a）

（R1

R2）C1C2s

C1

C2

Ur（s）

Uc（s）

Ls

R2

b）

R1LCs2

（R1R2C

R1

R2

Ur（s）

L）s

Uc（s）

RCRC

s

2

（RC

RC

）s1

c）

1

1

2

2

1

1

2

2

R1LC1C2s

3

（RRCC

LC

2

（R1C1

R2C

RC

）s1

Ur（s）

2

）s

2

1

2

1

2

1

2

Uc（s）

RC11R2C2s2

（RC11

R2C2）s

1

d）

2

Ur（s）

R1R2C1C2s

（RC

R2C2

RC

）s

1

1

1

1

2

2-6题

Uc（s）

（R1C1s1）（R0C0s1）

a）

R02C0C1s2

2R0C1s

Ur（s）

Uc（s）

RCs1

b）

Ur（s）

U

c）

U

c

r

（s）

R2

（R1C1s

1）（R0C0s1）

（s）

R0

（R1

R2）C1s1

2-7题

C（s）

G1（1

G2）

a）

1

G2

G1G2

R（s）

C（s）

G1

G2

b）

1

G2G3

R（s）

C（s）

G1G2G3

G4

c）

R（s）1G1G2H1G2H1G2G3H2

2-8题

解由微分方程组建立系统结构图为

R（s）

x1

x2

K2

x3x4K3

K4

C（s）

sK1

s

x5Ts

1

K5

C（s）

K2K3K4sK1K2K3K4

传递函数

R（s）Ts2

（K2K3K4

K3T1）sK3K1K2K3K4K3K4K5

2-9题

解由有源电路建立系统结构图为

Ur（s）

1

R2C2s1

Uc（s）

R3R0

R0C1s

RC

s

R3C3s1

0

2

传递函数

Uc（s）

K（T2s

1）

Ur（s）

（T1s1）（T3s1）

K（T2s

1）

R3

T1

R0C1,T2

R2C2,T3

R3C3

其中，K

2C

R

2

0

2-10题

C（s）G1G2G3G2G3

R（s）1G2G1G2G3

C（s）

G3

G2G3

N（s）1G2

G1G2G3

2-11题

作信号流图略

C（s）P

1

P22

P33

P44

G1G2

GG1

G1H1

a）

1

2

R（s）

1G1H1

G1G2H2

G1H2

b）

C（s）

P1

1

P22

G1G2G（31GH2

2）

R（s）

1GH

GH

GH

3GGH

GHGH

GHGH

1

2

1

2

3

3

1

2

3

1

2

3

1

2

2

2

c）

C（s）

P1

1

P2

2

P3

3P4

4

R（s）

G3G4G5

G1G4G5

G3G4G2（1G5）G1G4G2（1G5）

1G1

G3

G4

G5

G3G4G5G6

G1G3G4G5

G3G5

G1G5

G4G5

d）

C（s）P11

P22

P33

P44

G1

G2

2G1G2

R（s）

1G1

G2

3G1G2

2-12

题

作信号流图略

C（s）

P1

1

P2

2

G1G2G3G3G4（1

G1H1）

R（s）

1G1H1G3H2

G1G2G3H1H2

G1H1G3H2

E（s）

P1

1

P2

2

1

G3H2

G4G3H1H2

R（s）

1G1H1G3H2

G1G2G3H1H2

G1H1G3H2

2-13

题

C（s）

P

1

P

2

P

3

1

2

3

R（s）

G1G2G3G4

G3G4G5

G1G6（1G3H2）

1G1H2

G3H2

G1G2G3G4H3

G3G4G5H3G1G6H3

G1H1G3H2

G1G6H3G3H2

2-14

题

C（s）

P1

1

P2

2

50（1

0.5）

20（1

10）

295

15.13

a）

1

10

2

0.5

10

0.5

2

0.5

19.5

R（s）

C（s）

P1

1

P2

2

abcd

ed（1

bg）

b）

1

af

bg

ch

efgh

afch

R（s）

C（s）

P11

P22

P33

P44

c）

R（s）

1G2H1

G4H2

G6H3

G3G4G5

G1G2G3G4G5G6H4

G7G3G4GGH

G1G8G6H4

G7H1G8G6H4

G8H1

G2H1G4H2

G2H1G6H3G4H2G6H3

G4H2G1G8G6H4

G4H2G7H1G8G6H4

G4H2G8H1

G2H1G4H2G6H3

P1

G1G2G3G4G5G

11

P2

G7G3G4G5G6

2

1

PGGG

1

1GH

2

PG

7

GGG

6

4

1G

4

H

2

3

1

8

6

4

4

1

8

第3章习题答案

3-1题

（1）稳定

（2）稳定

（3）不稳定，2个正实部根

（4）稳定

（5）临界稳定

3-2题

（1）0

（2）0

3-3题a）0.1

b）KH0.85

3-4题

不具有

1的稳定裕度

3-5题

系统响应持续振荡，即系统临界稳定时

K

2665

4

3-6题K2,a0.75

3-7题

KH

0.9,K010

3-8题T0.25min,ess

T10

2.5（

3-9题

C（s）

36

，单位脉冲响应

（1）闭环传递函数

s213s

R（s）

36

4.062rad/s

c（t）

7.2e4t

7.2e9t

（2）n6,1.08

3-10题

（1）c（t）0.5（1e10t）

C（s）

8

（）

2.5[11.2

t

sin（1.4855.9）]

（2）

，

e

t

R（s）

s2

2s

ct

3.2

3-11题

3.12题

1.31,

2.33,

C（s）

1.8272.3

n

16.，

10.23s

272.3

R（s）s2

n

2.，2K21/0.75

1.33,

K13.87,a1.5

3-13题

（1）

0.24,

n

2.12

，

p46%，ts

6s（

5%）ts

8s（

2%）

（2）

0.5,

n

1，

p

16.3%，ts

6s（

5%）ts

8s（

2%）

（3）

1.25,

3-14

题

0.517,

3-15

题

（1）

0.225

n

n

0.4，

p

0，ts15s（

5%）ts20s（

2%）

1.4

T

0.67,K

1.4

（2）

0.59,

1.7K

2

2.89,

0.69

n

n

3-16题

n

2

0.707

p

4.3%ts

3s（

5%）ts4s（

2%）

3-17

题

（1）

Kp

50,Kv

0,Kp

0,

ess

（2）

Kp

Kv

7

8

Kp

0,

ess

（3）

Kp

Kv

Kp

5,

ess0.4

3-18题

40

3-19

题

K1=125,

A>125/20

3-20

题

（1）

ess

2

1

K1K2

K1

（2）应该提高G1（s）部分的放大系数。

3-21题

（1）略

（2）

a3

ess

a1

3-22题

（1）

无内反馈

s时，系统不稳定，内反馈

s存在时,只要取

0.9系统稳定。

（2）

1

10

s的存在使稳态误差增大。

ess

，内反馈

5

3-23题K32,0.18,7

第4章习题答案

4-1略