第二章习题

发布 2022-07-15 04:19:28 阅读 1610

1,线性定常系统的微分方程式如下,其中u(t)是输入量,y(t)是输出量,分别求系统的传递函数g(s) =y(s)/u(s)。

解:对方程进行laplace变换,设初始条件为零,得。

传递函数为

解:对方程进行laplace变换,设初始条件为零,得。

传递函数为

解:对方程进行laplace变换,设初始条件为零,得。

传递函数为

2,写出图t2.1所示的各电路的传递函数。图中ui(t)为输入电压,uo(t)为输出电压。

ab)图t2.1

a)解:用电路中阻抗概念来进行计算。电路方程经lapulace变换后,电容和电感的阻抗形式为和。

设, b)解:设输入输出电流为ii,输出电流为io,支路电流为i1,i2,电位um,如图所示。

在图中反相运算放大器电路中,d点称为“虚地”,其电位与地电位相等,因此,有关系式,和

设从d点流入运算放大器的电流为零,故有,

3,设机械系统如图t2.2所示,其中xi(t)为输入位移,xo(t)为输出位移,m为质量,k1、k2为弹簧的弹性系数,μ、1、μ2为阻尼器的阻尼系数,试写出它们的微分方程和传递函数。

abc)图t2.2

a)解:设作用力f作用在xi(t)点,则对于图t2.2(a)上半部有,

对于图t2.2(a)下半部有(忽略质量为m的物体的重量),故有,

将上式进行laplace变换,设初始值为零,有,b)解:设作用力f作用在xi(t)点,阻尼器的上端坐标为x,则对于图t2.2(b)有,消去中间变量x,由,可得,代入,将上式进行laplace变换,设初始为零,

c)解:设作用力f作用在xi(t)点,阻尼器μ2的上端坐标为x,则对于图t2.2(c)有,由上式可得t3-1)

t3-2)为消去中间变量x,将式(t3-2)两端同乘,得。

t3-3)将式(t3-1)和式(t3-3)相加,得,

故有, ,将其代入(t3-2),进行laplace变换,设初始为零,4,写出图t2.3所示的各机械系统的微分方程及传递函数。图中f为输入量(外加作用力),x1、 x2为位移,其中x2为输出量。

ab)图t2.3

a)解:根据题意列出微分方程,进行laplace变换,设初始为零,t4-1)

t4-2)由式(t4-2)得,,带入式(t4-1)消去中间变量x1(s)

b)解:根据题意列出微分方程,t4-3)

t4-4)由式(t4-4)得带入式(t4-3)消去中间变量x1

进行laplace变换,设初始为零,5,已知控制系统的信号流图,如图t2.4所示,求系统的传递函数。

图t2.4 (a)

a)解:根据mason公式,在图t2.4(a)中,单个回路有:-dh1,-cdh2,-abcdh3,aeh3

通道有:abcd,ae,通道abcd和ae与所有回路接触,故δ1=1,δ2=1

图t2.4 (b)

(b)解:在图t2.4(b)中,单个回路有:

-g1h1,-g2h2,-g3h3,-h4,其中两两互不接触回路有-g1h1与-g3h3,-h4与-g1h1,-h4与-g2h2,-h4与-g3h3,三个互不接触回路有-h4与-g1h1,-g3h3

通道有:g1g2g3g4,该通道与回路-h4不接触,故δ1=1+h4

根据mason公式,图t2.4 (c)

c)解:在图t2.4(c)中,单个回路有:-g1h2,-g3 g4h1,-g3 g5h1,其中两两互不接触回路有,-g1h2与-g3 g4h1,-g1h2与-g3 g5h1

通道有:g1g2g3g4,g1g2g3g5,g1g6,通道与所有回路接触,故δ1=1,δ2=1,δ3=1

6,已知控制系统的结构图,如图t2.5所示,求系统的传递函数。

图t2.5 (a)

a)解:在图t2.5(a)中,单个回路有:

-g1,-g2,g4g5,-g1g2g4,-g1g3g4,其中两两互不接触回路有-g1与-g2,-g1与g4g5,-g2与g4g5,三个互不接触回路有-g1与-g2,g4g5

通道有:g1g2,g1g3,δ1=1-g4g5,δ2=1-g4g5

图t2.5 (b)

b)解:在图t2.5(b)中,单个回路有:

-g1h1,-g2h2,-g3h3,其中两两互不接触回路有-g1h1与-g2h2,-g1h1与-g3h3,-g2h2与-g3h3,三个互不接触回路有-g1h1与-g2h2,-g3h3

通道有:g1g2,g3,δ1=1+g3h3,δ2=1+ g1h1+ g2h2+ g1h1g2h2

根据mason公式,如果采用结构图化简,首先求各个负反馈回路的传递函数,然后根据串并联关系,得到下式,进一步的运算,不难得到与上式相同的结果。故结构图中回路互相不接触的情况,用结构图化简的方式比用mason公式简单。如果回路都互相接触,则用mason公式更简单。

图t2.5 (c)

c)解:在图t2.5(c)中,

一共有5个回路,且两两互不接触,它们是:-g1, g2,-g1g2,-g1g2,-g1g2

有4条通道:-g1, g2,g1g2,g1g2,它们与所有回路都有接触,故δ1=1,δ2=1,δ3=1,δ4=1

根据mason公式,

最后得到,

7,已知控制系统的结构如图t2.6,r(s)是设定输入,n(s)是扰动信号,求传递传递函数和。

图t2.6 (a)

(a)解:在图t2.6(a)中,单个回路有:

-g1g2h1,-g1g2,它们都互相接触。从r(s)到y(s)的通道为g1g2,且与回路都有接触。从n(s)到y(s)的通道为1和- g2g3,通道1与回路-g1g2h1不接触,故δ1=1+g1g2h1,通道- g2g3对应δ2=1。

图t2.6 (b)

b)解:在图t2.6(b)中,单个回路有:

-g2h1,-g1g2,-g1g3,它们都互相接触。从r(s)到y(s)的通道为g1g2和g1g3,δ1=1,δ2=1+g2h1。从n(s)到y(s)的通道为-1和g4g1g2,δ1=1+g2h1,δ2=1。

8,已知系统的结构如图t2.7,求传递函数、、。

图t2.7解:在图t2.

7中,单个回路有:- g1g3h1,- g2g3h1,- g3h2,- g3,它们都互相接触。从r1(s),r2(s),r3(s)到y(s)的通道与回路都有接触。

9,已知系统的结构如图t2.8,求传递函数、、、

图t2.8解:在图t2.

8中,单个回路有:- g1,- g2, g3g4,其中两两互不接触回路有- g1与- g2。从r1(s)到y1(s)的通道与- g2不接触,从r2(s)到y2(s)的通道与- g1不接触。

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