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1补充题:1.某单位反馈系统的开环传递函数为()0.110.251KGssss试求:(1)使系统稳定的K值范围;(2)要求闭环系统全部特征根都位于Res=-1直线之左,确定K的取值范围。解答:(1)特征方程1()0Gs,即320.0250.350sssK要使系统稳定,根据赫尔维茨判据,应有00.350.025014KKK即(2)令1sz代入系统特征方程,得320.0250.2750.3750.6750zzzK要使闭环系统全部特征根都位于s平面Res=-1直线之左,即位于z平面左平面,应有0.67500.3750.2750.0250.675KK即0.6754.8K2.系统结构图如图3-12所示。试判别系统闭环稳定性,并确定系统的稳态误差ssrssnee及。图3-122解答:232110105()0.50.2510.251()105()1()0.25510sGssssssGsssGssss即系统特征多项式为320.25510sss=0劳斯表为32100.2551102.5ssss10由于表中第一列元素全为正,所以系统闭环稳定,又因为2105()0.251sGsss有两个积分环节,为2型系统,输入()1rtt,2型系统可无静差踪,所以ssre=0。对扰动输入,稳态误差取决于扰动点以前的传递函数1()Gs,由于本系统中,110.51()0.5sGsss,有一个积分环节,且()0.1nt为阶跃输入,故可无静差跟踪,所以ssne=0。3.设系统如图3-14所示,要求:(1)当0a时,确定系统的阻尼比,无阻尼自然振荡频率n和()rtt作用下系统的稳态误差;(2)当0.7时,确定参数a值及()rtt作用下系统的稳态误差;(3)在保证0.7和0.25ssre的条件下,确定参数a及前向通道增益K图3-14解答:(1)当0a时,32222200828()8281220.3548422222.82812()828122=lim()()lim.ennnessresssssssssssssssssessRss即所以2211.=284ssss或由开环传递函数08(),211lim()4,4vsssvGsssKsGseK得(1)因为2828()8(28)1.2ssGssasasss222828()8()81()(28)8128sasGssGssassas所以2822nn即228na11220.72210.24584na此时,40828()83.96128lim()2.023.96vsssGsasssssKsGs当()1rt时,10.495ssveK(2)设前向通路增益为K,则0222()212lim()2()(2)22vsnnKssKGsKasssaKssKKsGsaKKssaKsKKaK12===0.25=0.7,0.186,31.16ssrVaKeKKaK由及可解得4.已知单位反馈系统的开环传递函数()10(0.010.2)sGss。试分析:(1)系统是否满足超调量%5%的要求?(2)若不满足要求,可采用速度反馈进行改进,画出改进后的系统的结构图,并确定速度反馈的参数。(3)求出改进后系统在输入信号r(t)=2t作用下的稳态误差。(华中理工大学2000年考题)解答:(1)由开环传递函数可得系统的闭环传递函数为()()2()10001201000sssGGss由上式可得21000,220nn,即n31.6,=0.35此时21%100%5%e,不满足超调量%5%的要求。(2)采用速对反馈进行改进后的系统的结构图如图3-28所示。图3-28此时系统的开环传递函数为()1000(100020)sGss系统的闭环传递函数为()()2()10001(100020)1000sssGGss由上式可得21000,2100020nn。当21%100%e=5%时,=0.69,所以20.6910001000200.024(3)系统改进后,由其开环传递函数可知,此系统为I型系统。系统的开环增益为1000100020K当输入信号为r(t)=2t时,由静态误差系数法可得222(100020)0.0881000ssveKK5.系统动态结构图如图3-29所示。试确定阻尼比=0.6时的Kf值,并求出此时系统阶跃响应的调节时间ts和超调量%。(北京航空航天大学2000年考题)6图3-29解答:由图3-29可得系统的闭环传递函数为()29(2)9sfsKs显然,29,22nnfK。又由=0.6可得2220.6321.6fnK系统超调量为21%100%e=9.5%系统的调节时间为3.51.94snts第四章1.已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为:63KGssss(1)绘制系统的根轨迹图0K;(2)求系统临界稳定时的K值与系统的闭环极点。(上海交通大学2002年考题)解答:(1)绘制系统的根轨迹。①系统有3个开环极点1231,3,6,ppp没有开环零点;②根轨迹有3条分支。这三条根轨迹分支分别起始与开环极点1231,3,6,ppp终止于无穷远处;③实轴上的根轨迹为,6,3,0;7④渐近线如下1136332121160,1803nmijijaapznmkknm⑤分离点如下111036ddd解之得121.27,4.72dd(舍去)⑥与虚轴的交点:将sj代入系统闭环特征方程,令其实部,虚部都为零,可得2218090K解之得4.24,162K根据以上分析,绘制系统的根轨迹图,如图4-5所示。图4-5根轨迹(2)系统临界稳定即为根轨迹与虚轴的交点处,由以上分析可知临界稳定时的K值为K=162临界稳定时的闭环极点4.24sjj2.已知负反馈控制系统的闭环特征方程为:*214220Ksss(1)绘制系统的根轨迹*(0)K;(2)确定使复数闭环主导极点的阻尼系数0.5的*K值(上海交8通大学2000年考题)解答:(1)系统的闭环特征方程为*214220Ksss*2101422Ksss因此系统的等效开环传递函数为*21422KGsHssss①系统有3个开环极点1,231,14,pjp没有开环零点;②根轨迹有3条分支,这三条根轨迹分支分别起始于开环极点1,231,14,pjp,终止于无穷远处;③实轴上的根轨迹为,14;④渐近线如下111632121160,1803nmijijaapznmkknm⑤分离点如下11101411ddjdj解之得19.63d(舍去),21.04d(舍去)⑥与虚轴的交点:将sj代入系统闭环极点方程,令其实部,虚部都为零,可得3*230028160K解之得*5.48,452K根据以上分析,绘制系统的根轨迹图,如图4-6所示。9图4-6根轨迹(3)设闭环主导极点为21,210.50.75nnnnsjj由根之和可得123123pppsss即316ns由123,,sss可得系统的闭环传递特征方程为1233222333nnnnDsssssssssssss又由题目可得系统的闭环特征方程为32*163028DssssK比较上述两个式子可得*315113,,21.4888nsK即使复数闭环主导极点的阻尼系数*0.5,K的值为*21.48K3.单位负反馈系统的开环传递函数为:54.8KsGsss画出K0,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)10解答:由题目可知,系统的开环传递函数为54.8KsGsss①系统有2个开环极点120,4.8pp,1个开环零点15;z②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120,4.8pp,其中一条终止与无穷远处,另一条终止与开环零点15;z③实轴上的根轨迹为,5,0,4.8,④渐近线如下114.859.8121211801nmijijaapznmkknm⑤分离点如下1114.85ddd解之得122,12dd⑥与虚轴的交点如下:系统的闭环特征方程为24.850DssKsK由上式可得,在根轨迹与虚轴的交点处:54.9sKjj4.8K根据以上分析,绘制系统的根轨迹,如图4-14所示。由以上分析,结合系统的根轨迹图4-14易得:当4.8K时系统稳定。11图4-14根轨迹第五章5-1.设系统闭环稳定,闭环传递函数为()s,试根据频率特性的定义证明:输入为余弦函数()cos()rtAt时,系统的稳态输出为()cos[()]Ajtj解:由题目可得()cos()rtAt=coscossinsinAtAt对等式两边同时进行拉氏变换可得222222cossincossin()ssRsAAAsss由于系统闭环稳定,所以()s不存在正实部的极点。假设2212()cossin()()()()()()nMssCssRsAsssssss可表示为如下表达式:12()()()()()nMssssssss由以上分析可得,系统的闭环传递函数为2212()cossin()()()()()()nMssCssRsAsssssss12将上述闭环传递函数作如下分解121()niiiDBBCssssjsj对上式两边同时进行拉氏反变换可得121()instjtjtiictDeBeBe由系统稳态输出的定义可得12lim()jtjtsstcctBeBe(t)=利用留数法确定待定系统B1和B2()1cossincossinlim()()()22jjsjsBAsAjesjj()2cossincossinlim()()()22jjsjsBAsAjesjj所以可得[()][()][()][()]cossincossin()()()2222jtjjtjjtjjtjssctAjeeeejj=(){coscos[()]sinsin[()]}Ajtjtj=()cos[()]Ajtj5-3.设系统结构图如图5-3所示,试确定在输入信号()sin(30)cos245)oorttt(作用下,系统的稳态误差()sset。解:系统的误差传递函数为111()1()11211ssssss
本文标题:自控原理习题解答汇总
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