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自动控制原理(第2版)(余成波)_第5章习题解答 -.(DOC)

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5

频率特性法
教材习题同步解析
5.1一放大器的传递函数为:
K
G(s=
Ts1
测得其频率响应,当=1rad/s时,稳态输出与输入信号的幅值比为12/2,稳态输出与输入信号的相位差为π/4。求放大系数K及时间常数T
解:系统稳态输出与输入信号的幅值比为
K212
A1T22,即
7221T22
K
稳态输出与输入信号的相位差
arctanT45,即T1
=1rad/s时,联立以上方程得
T=1K=12
放大器的传递函数为:
G(s=

5.2已知单位负反馈系统的开环传递函数为
12s1
GK(s
5s1
根据频率特性的物理意义,求闭环输入信号分别为以下信号时闭环系统的稳态输出。
1rt=sint+30°2rt=2cos2t45°
3rt=sint+15°)-2cos2t45°解:该系统的闭环传递函数为
(s
闭环系统的幅频特性为
5
s6
108

A(
闭环系统的相频特性为
5
36
2


(arctan
6
1)输入信号的频率为1,因此有
A(
系统的稳态输出
537
(9.4637
css(t
2)输入信号的频率为2,因此有
537
sin(t20.5437
A(
系统的稳态输出
10
(18.434
css(t
3)由题(1)和题(2)有
10
cos(2t63.432
对于输入分量1sint+15°,系统的稳态输出如下
c1ss(t
537
sin(t5.5437
对于输入分量2:-2cos2t45°,系统的稳态输出为
c2ss(t
10
cos(2t63.432
根据线性系统的叠加定理,系统总的稳态输出为
css(t
53710
sin(t5.537cos(2t63.4363372

5.3绘出下列各传递函数对应的幅相频率特性与对数频率特性。1G(s
410
2G(s=10(0.1s13G(s
s(s20.1s1
109


4G(s
4s0.2
5G(s
(s1(s2s(s0.02
e0.210
6G(s7G(s2
s1(s1(ss1
解:1G(s
10

0.1s1
10
是一个不稳定的惯性环节,频率特性为
0.1s1
G1(j
10

1j0.1
L(/dB[0]
[20]
幅相频率特性开环系统G1(s
20
Im
01
/(rad·s1
10
100
100

10
(/
Re
04590135180
0
2(
/(rad·s1
G1(j
G2(j
1(
(a幅相频率特性
5.15.31系统频率特性
(b对数频率特性
相频特性为
1((180arctan0.1arctan0.1180
相频特性从-180连续变化至-90
可以判断开环奈氏曲线起点为(10j0点,的增加,A1(逐渐减小至01(逐渐增加至-90°绘制出系统开环频率特性G1(j的轨迹,如图5.1(a虚线所示,是一个直径为10的半圆。
而开环系统G2(s对数频率特性

110
10
则是一个典型的惯性环节,其幅相频率特性G2(j如图5.1(a实线所示。
0.1s1

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