第二章习题 附答案

发布 2022-07-14 18:07:28 阅读 5895

2-1求下面函数的拉氏变换。

a),(b),(c),d),(e),(f),(g),(h)

2-2试求下图所示各信号的拉氏变换。

2-3运用部分分式展开,求原函数。

a),(b),(c),d),(e),(f),(g)

2-4用拉氏变换求解下面的常微分方程。

a),(b),c),(d)

2-5设质量、弹簧、阻尼器系统如下图所示,图中是输入位移,是输出位移。试分别列写各系统的输入输出微分方程式。

2-6车轮的减震器模型如下图所示,图中为减振系统支撑点向上的位移,单位为;为去掉四个车轮质量后的整车质量的四分之一;为减震器的弹性系数;为减震器的阻尼系数; kg为单个车轮的质量;为轮胎的弹性系数。图中所示为重力作用下,车辆在水平路面匀速行驶中减振系统所处于的平衡位置。考虑由于路面不平引轮胎变形,减振系统支撑点的增量运动,即求传递函数。

2-7用一根弹簧连接两个摆,如下图所示,系统下平衡位置时弹簧巧好不受力。以作用力作为输入,作为输出,求系统下平衡位置附近的输入输出微分方程,并求传递函数。

2-8试证明下图中(a)的电网络与(b)的机械系统有相同的数学模型。

ab)2-9运算放大器是有源器件,实际中通常以供电电源的地作为参考点,如下图所示,、和分别是反向输入端、正向输入端、输出端对参考点的电压,则有。

式中为运算放大器的差动放大倍数,在很宽的频率宽度范围内,它是一个很大的值。

下图所示为运算放大器的典型应用电路,图中为输入复阻抗,为输出复阻抗。运算放大器的输入阻抗很高,输出阻抗很低,差动放大倍数很大。所以从两输入端流入或流出的电流都很小,正向输入端的电位接近于零,而且在运算放大器正负供电电源限定的线性输出范围内,电压差也很小,反向输入端的电位也接近于零,称为虚地。

于是有下述关系存在。

即有。即下图所示运算放大器电路的传递函数为输出复阻抗与输入复阻抗之比的负值。

a)设输入复阻抗和输出端复阻抗都是电阻、,试求传递函数;

c)设输入复阻抗是电阻,输出端复阻抗是电容,试求传递函数;

c)设输入复阻抗是电阻,输出端复阻抗是电阻和电容串联,试求传递函数;

d)设输入复阻抗是电阻和电容并联,输出端复阻抗是电阻,试求传递函数。

2-10由运算放大器组成的同向输入和差分输入放大器电路如下图(a)、(b)所示,试求各自的传递函数。

ab)2-11设晶闸管三相桥式全控整流电路的输入量为控制角,输出量为空载整流电压,它们之间的关系为。

式中是控制角时的空载整流电压值。试推导整流装置在静态工作点附近的线性化方程。

2-12某试验室通过两水箱做水流量试验,如下图所示,假设左侧水箱的截面积为,右侧水箱的截面积为,、、截流孔的大小相同,、截流孔等高,设为水面到截流孔的高差,通过各截流孔的流量满足关系式。

a)假定孔封闭,孔打开,求从水泵流量到水位的传递函数;

b)假定孔封闭,孔打开,求从水泵流量到水位的传递函数。

解:a)假定孔封闭,孔打开,水泵流量,流过截流孔、的流量、间满足。

将和表示成液位差的函数有。

静态工作点的增量间满足。

消去中间变量有。

b)假定孔封闭,孔打开,水泵流量,流过截流孔、的流量、间满足。

将和表示成液位差的函数有。

静态工作点的增量间满足。

消去中间变量有。

2-13热交换器的示意图如下图所示,图中外层夹套中的蒸汽用来加热罐中的液体,设流入夹套中蒸汽的温度为,流量为,夹套流出的蒸汽温度为,流量为,且;流入罐中液体的温度为,流量为,罐中流出的液体温度为,流量为,且。罐内液体由于有搅拌作用,可以认为温度是均匀的,即有。根据热传导原理,夹套中蒸汽温度的变化率正比于进入夹层的净热量,即有。

式中,为夹套内蒸汽的热溶,为蒸汽的比热,整个交换器平均热流量的热阻。同理,罐中液体温度的变化率成正比于进入罐内的热量,即有。

式中,为罐内液体的热溶,为水的比热。

假设为常值,系统工作在某静态工作点附近,静态工作点满足。

给流量一扰动,或给一扰动,求两种情况下关于增量的传递函数和。

解:给流量一扰动,记、、,则有。

将静态工作点满足条件代入得。

略去二阶增量,有。

消去中间变量得到。

同理,给一扰动,记、、,则有。

将静态工作点满足条件代入得。

消去中间变量得到。

2-14直流电动机如图2.16所示,现设电机的电枢电压恒定,励磁回路的等效电阻和电感分别为、,试求励磁电压到电机转速的传递函数。

2-15已知某系统在零初始条件下的单位阶跃响应为。

求该系统的传递函数和脉冲响应。

2-16设其系统传递函数为。

且初始条件,。试求阶跃输入时,系统的输出响应。

2-17由运算放大器组成的控制系统模拟电路如下图所示,试求闭环系统传递函数。

2-18根据电枢控制的直流电动机的微分方程式,画出直流电动机的结构图,并由结构图等效变换求出电动机的传递函数和。

2-19某位置随动系统原理方块图如下图所示。已知电位器最大工作角度,功率放大级放大系数为,要求:

a)试求传递系数、第一级和第二级放大器的比例系数和;

b)试绘制系统的动态结构图;

c)试简化动态结构图,求系统传递函数。

2-20已知控制系统结构图如下图所示,试通过结构图等效变换求传递函数。

2-21试简化下图中的系统结构图,并求传递函数和。

2-22画出上题图中系统结构图对应的信号流图,并用梅逊增益公式求各系统的传递函数和。

2-23试绘制下图中的系统结构图对应的信号流图,并用梅逊增益公式求各系统的传递函数和。

2-24试用梅逊增益公式求下图中系统信号流图的传递函数。

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