电路各章习题及答案

各章习题及答案

第一章绪论

1 .举例说明什么是测控？

答：(1) 测控例子：

为了确定一端固定的悬臂梁的固有频率，我们可以采用锤击法对梁进行激振，再利用压电传感器、电荷放大器、波形记录器记录信号波形，由衰减的振荡波形便可以计算出悬臂梁的固有频率。

（2）结论：

由本例可知：测控是指确定被测对象悬臂梁的属性—固有频率的全部操作，是通过一定的技术手段—激振、拾振、记录、数据处理等，获取悬臂梁固有频率的信息的过程。

2. 测控技术的任务是什么？

答：测控技术的任务主要有:

通过模型试验或现场实测，提高产品质量；

通过测控，进行设备强度校验，提高产量和质量；

监测环境振动和噪声，找振源，以便采取减振、防噪措施；

通过测控，发现新的定律、公式等；

通过测控和数据采集，实现对设备的状态监测、质量控制和故障诊断。

3. 以方框图的形式说明测控系统的组成，简述主要部分的作用。

测控系统方框图如下：

（2）各部分的作用如下：

●传感器是将被测信息转换成某种电信号的器件；

●信号的调理是把来自传感器的信号转换成适合传输和处理的形式；

●信号处理环节可对来自信号调理环节的信号，进行各种运算、滤波

和分析；

●信号显示、记录环节将来自信号处理环节的信号显示或存贮。

●模数（A/D）转换和数模（D/A）转换是进行模拟信号与数字信号相互转换，以

便用计算机处理。

4.测控技术的发展动向是什么?

传感器向新型、微型、智能型方向发展；

测控仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格发展；

参数测量与数据处理向计算机为核心发展；

5. A precise optional signal source can control the output power level to within 1%. A laser is controlled by an input current to yield the power output. A microprocessor controls the input current to

the laser. The microprocessor compares the desired power level with a measured signal proportional to the laser power output obtained from a sensor. Complete the block diagram representing this

closed-loop control system shown in Fig E1.1, identifying the output, input, and measured variables and the control device.

答：

6. many luxury automobiles have thermostatically controlled air-conditioning system（恒温空调系统）for the comfort of the passengers. Sketch a block diagram of an air-condition temperature on a dashboard panel（仪表盘）. Identify the function of each element of the thermostatically controlled cooling system.

答：

7. In the past, control systems used a human operator as part of a closed-loop control system. Sketch the block diagram of the valve control system shown in Fig. P1.2.

答：

8. The student-teacher learning process is inherently a feedback process intended to reduce the system error back model of the learning process and identify each block of the system.

答：

9. Automatic control of water level using a float level was used in the Middle East for a water clock. The water clock was used from sometime before Christ until the seventeenth century. Discuss the operation of the water clock, and establish how the float provides a feedback control that maintains the accuracy of the clock. Sketch a block diagram of the feedback system.

答：

第二章信号与系统分析基础

1求周期方波的傅立叶级数（复指数函数形式），画出|c n|-ω和?-ω图。

解：(1)方波的时域描述为：

(2) 从而：

2 . 求正弦信号的绝对均值和均方根值。

解(1)

(2)

3.求符号函数和单位阶跃函数的频谱。

解：(1)因为不满足绝对可积条件，因此，可以把符合函数看作为双边指数衰减函数：

其傅里叶变换为：

(2)阶跃函数：

4. 求解下列微分方程

(1)

初始条件，式中均为常数，解：

set

(2)

假设

解：

(3)

初始条件解：

(4)

初始条件解：

5. 一阶微分方程组为

已知，求解

解：

6. 已知一液压控制系统的运动方程为

式中参数：。试求

在单位阶跃输入作用下，系统的输出。已知

解：

7. An electric circuit is shown in Fig. P2.1. Obtain a set of simultaneous integrodifferential equations representing the network.

8. A dynamic vibration absorber is shown in Fig. P2.2. This system is representative of many situations involving the vibration of machines containing unbalanced components. The parameters M2 and k12

may be chosen so that the main mass M1 does not vibrate in the steady-state when . Obtain the differential equations describing the system.

For mass 1

the differential equations:

is

For mass 2

the differential equations：

is

results:

9. A couple spring-mass system is shown in Fig. P2.3. The masses and springs are assumed to be equal. Obtain the differential equations describing the system.

for the left mass

The differential equations:

for the right mass:

the differential equations:

results:

第三章

第四章测控系统的时域分析1.说明线性系统的频率保持性在测量中的作用。

答：

（1）线性系统的频率保持性，在测试工作中具有非常重要的作用。因为在实际测试中，测试得到的信号常常会受到其他信号或噪声的干扰，这时依据频率保持特性可以认定测得信号中只有与输入信号相同的频率成分才是真正由输入引起的输出。

（2）同样，在故障诊断中，根据测试信号的主要频率成分，在排除干扰的基础上，依据频率保持特性推出输入信号也应包含该频率成分，通过寻找产生该频率成分的原因，就可以诊断出故障的原因。

2.在使用灵敏度为80nC/MPa的压电式力传感器进行压力测量时，首先将他与增益为5mV/nC的电荷放大器相连，电荷放大器接到灵敏度为25mm/V的笔试记录仪上，试求该压力测试系统的灵敏度。当记录仪的输出变化30mm时，压力变化为多少？

2 解：（1）求解串联系统的灵敏度。

（2）求压力值。

4.把灵敏度为的压电式力传感器与一台灵敏度调到的电荷

放大器相接，求其总灵敏度。若要将总灵敏度调到，电荷放大器的灵敏度应作如何调整？

解：

4.用一时间常数为2s的温度计测量炉温时，当炉温在200℃—400℃之间，以150s为周期，按正弦规律变化时，温度计输出的变化范围是多少？

解：（1）已知条件。

（2）温度计为一阶系统，其幅频特性为

（3）输入为200℃、400℃时，其输出为：

y=A(w)×200=200.7(℃) y=A(w)×400=401.4(℃)

5.用一阶系统对100Hz的正旋信号进行测量时，如果要求振幅误差在10%以内,时间常数应为多少？如果用该系统对50Ｈz的正旋信号进行测试时，则此时的幅值误差和相位误差是多少？

解：（1）一阶系统幅频误差公式。

幅值误差为：2.9%，相位差为:-67.540

第五章

第六章

第七章

第八章测控系统的频域设计与校正1. the frequency response for a process of the form

is shown in Fig. E8.4. Determine K and a by examining the frequency response curves.

The transfer function:

When ,

when

open-loop gain: