2013级《控制工程基础习题册》(9130007100) - 图文

2013级实验班

《控制工程基础》

课程习题册

2013级《控制工程基础习题册》说明

1．习题安排共16次作业；

2．每次作业必做至少4~5道题，其中英文题至少1题； 3．除上述必做题外，学生可以自己选择习题练习，上交后批改； 4．鼓励同学之间互相讨论和交流，但不得相互抄袭； 5．每位同学均必需交作业，每周四交，每周二发；

6．做作业时均需要抄题目，有条件的同学可在计算机上做作业，交打印稿； 7．由于某种原因不能按时交作业的同学可以延迟，但一定独立完成。

2015年9月

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作业分配

第一次课作业（第0、1章 控制系统的基本概念） 第二次课作业（第0、1章 控制系统的基本概念） 第三次课作业（第2、3章 控制系统的数学模型） 第四次课作业（第2、3章 控制系统的数学模型） 第五次课作业（第4、5章 控制系统的时域分析） 第六次课作业（第4、5章 控制系统的时域分析） 第七次课作业（第6章 控制系统的稳定性分析） 第八次课作业（第4、5章 控制系统的时域分析） 第九次课作业（第7章 控制系统的根轨迹分析） 第十次课作业（第7章 控制系统的根轨迹分析） 第十一次课作业（第8、9章 控制系统的频域分析） 第十二次课作业（第8、9章 控制系统的频域分析） 第十三次课作业（第8、9章 控制系统的频域分析） 第十四次课作业（第10章 控制系统的综合校正） 第十五次课作业（第10章 控制系统的综合校正） 第十六次课作业（第10章 控制系统的综合校正）

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第一次课作业（第0、1章控制系统的基本概念）

必做题：

1 在下列过程中，哪些是开环控制？哪些是闭环控制？哪些是人参与的控制系统？哪些是自动控制系统？简单说明原理并绘制原理框图。 （1）学校学生管理系统 （2）投掷铅球 （3）教室里控制电灯的开启和关闭 （4）网上检索资料

2 请闭上眼睛，单脚平稳站立15秒，对保持你不会倒下的控制系统进行描述。 3 An automobile driver uses a control system to maintain the speed of the car at a prescribed level. Sketch a block diagram to illustrate this feedback system.

4 根据图示的电动机速度控制系统工作原理图

（1）将 a，b与c，d用线连接成负反馈系统。

（2）画出系统方框图。

题4图 电动机速度控制系统

5 反馈系统不一定都是负反馈的，以物价持续上涨为标志的经济膨胀就是一个正反馈系统。该正反馈系统如图所示，它将反馈信号与输入信号相加，并将合成的信号作为过程的输入。这是一个以价格-工资描

述通货的简单模型。增加其他的反 题5图 正反馈系统

馈回路，比如立法控制或税率控制，可以使该系统稳定。如果工人工资有所增加，经过一段时间的延迟后，将导致物价有所上升。请问在什么条件下，通过修改或延缓分配生活费用，可以使价格稳定？国家的工资与物价政策是怎样影响这个反馈系统的？

选做题（至少选做1题）：

6 你从控制论的“三要素”的概念中得到什么启示？ 7 你是如何体会“控制无处不在，无时不有”的？

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初始工资++实际工资工农业等生产过程价格生活费用工资上涨自动的上升生活费用K1 8 你是如何体会负反馈控制系统中的“利用误差消除误差”这句话的？ 9 具有高智能的自动化高速公路是交通发展的趋势。在两条高速公路汇合成一条高速公路的情况下，应有一个交通控制系统来确保车辆以规定的车距汇入高速公路。请试着描述所需要的交通控制系统，绘出原理框图。

10 请查找有关给控制系统分类的资料，看看都有那些分类方法？并进行简单总结。

第二次课作业（第0、1章控制系统的基本概念）

必做题：

1 题图为直流电动机双闭环调速系统的原理图。试画出该系统的方框图，并分析哪些装置起测量、比较、执行和校正等作用。

题1图 直流电动机双闭环调速系统

2 What are the advantages and disadvantages of an open-loop system and a closed-loop system?

3 如图所示，为了保持水箱具有希望的温度，由温控开关接通或断开电加热器的电源。在使用热水时，水箱中流出热水并补充冷水。试指出系统的被控对象、输出量、输入量、工作原理并画出系统原理框图。

题3图 电加热系统

热水测温元件水箱 电加热器 温控开关冷水 4 洗衣机控制系统方块图如图所示。试问该系统属于开环控制系统还是闭环控制系统？请设计一个闭环控制的洗衣机系统方块图。

计时器希望的清洁度 经验 电源开关电动机实际的清洁度

题4图 洗衣机控制系统方块图

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5 在繁忙的机场，随着飞机起落架次的增加，空中交通控制系统的作用日益增大。工程师们正在运用全球定位系统（GPS）开发新的空中交通控制系统和防撞系统，GPS可以让每架飞机知道自己在起降通道内的精确位置。请用框图描述一空中交通控制系统是如何利用GPS 来避免飞机相互碰撞的。

选做题（至少选做1题）：

6 请收集3个工程实际中控制系统的典型案例，并试着分析系统的组成和控制方式，定性地比较他们的异同和优劣。

7 你能提出描述控制系统性能的其他方式吗？试着想想看。

8 哪些工程信号能够抽象为典型信号？试举例说明之。请说说你对“抽象”的理解。

9 设f(x)在区间[-π,π]上满足狄氏条件，即在此区间上：(1)连续或只有有限个第一类间断点，(2)只有有限个极值点，这时，函数f(x)在区间[??,?]上的连续点x处有傅里叶级数展开式：f(x)?a0??(amcosnx?bmsinnx)

2假设f1(x)、f2(x)分别是工程系统中的实际信号，均满足上面傅里叶级数展开的条件，可以展开为傅里叶级数展开式。体会并说明这样的数学处理为实际工程信号处理带来什么有意义的方法？

10 试着用数学的语言描述控制系统的稳定性、稳态性和动态性。 11 试用自己的语言总结第0章和第1章的主要内容。

第三次课作业（第2、3章控制系统的数学模型）

必做题：

1 控制系统的放大电路如图所示（信号源内阻抗为零，外接负载阻抗为无穷大）。

urRC（1） 试分析如图所示放大电路中输入ur和输出u0之

间的关系，建立输入输出之间关系的数学表达式；

R0u0 （2） 如果ur?10sin10t,R?50千欧，R0?5千欧和C?1 题1图 放大电路

微法。试计算输出电压u0 相对于输入电压ur的幅值和相位。

2 将图所示力学系统施加的外力f(t)作为输入，位移x3(t)为输出，试求系统的方框图模型并简化之。

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