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自动控制课后习题答案1-5章

1 请解释下列名字术语：自动控制系统、受控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。解：自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成；

受控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程

扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。

给定值：受控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值

参考输入即为给定值。

反馈：将系统的输出量馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较的过程。

2 请说明自动控制系统的基本组成部分。

解：作为一个完整的控制系统，应该由如下几个部分组成：

①被控对象：所谓被控对象就是整个控制系统的控制对象；

②执行部件：根据所接收到的相关信号，使得被控对象产生相应的动作；常用的执行元

件有阀、电动机、液压马达等。

③给定元件：给定元件的职能就是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参考量）；

④比较元件：把测量元件检测到的被控量的实际值与给定元件给出的参考值进行比较，

求出它们之间的偏差。常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置和电

桥等。

⑤测量反馈元件：该元部件的职能就是测量被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，

一般需要将其转换成为电量。常用的测量元部件有测速发电机、热电偶、

各种传感器等；

⑥放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。如

电压偏差信号，可用电子管、晶体管、集成电路、晶闸管等组成的电压放

大器和功率放大级加以放大。

⑦校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连

接在系统中，用以改善系统的性能。常用的校正元件有电阻、电容组成的

无源或有源网络，它们与原系统串联或与原系统构成一个内反馈系统。

3 请说出什么是反馈控制系统，开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？

解：反馈控制系统即闭环控制系统，在一个控制系统，将系统的输出量通过某测量机构对其进行实时测量，并将该测量值与输入量进行比较，形成一个反馈通道，从而形成一个封闭的控制系统；

开环系统优点：结构简单，缺点：控制的精度较差；

闭环控制系统优点：控制精度高，缺点：结构复杂、设计分析麻烦，制造成本高。

4 请说明自动控制系统的基本性能要求。

解：（1）稳定性：对恒值系统而言，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。而对随动系统而言，被控制量始终跟踪参考量的变化。稳定性通常由系统的结构决定的，与外界因素无关，系统的稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。

（2）准确性：控制系统的准确性一般用稳态误差来表示。即系统在参考输入信号作用下，系统的输出达到稳态后的输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。

（3）快速性：对过渡过程的形式和快慢的要求，一般称为控制系统的动态性能。系统的快速性主要反映系统对输入信号的变化而作出相应的快慢程度，如稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标。

2-1 设质量-弹簧-摩擦系统如图2-1所示，途中f 为黏性摩擦系数，k 为弹簧系数，系统的输入量为力()p t ，系统的输出量为质量m 的位移()x t 。试列出系统的输入输出微分方程。

解：显然，系统的摩擦力为dt

t dx f

)

(，弹簧力为)(t kx ，根据牛顿第二运动定律有 2

()()()(dt t x d m t kx dt t dx f t p =--

移项整理，得系统的微分方程为

)()()

()(22t p t kx dt

t dx f dt t x d m =++

2-2 试列写图2-2所示机械系统的运动微分方程。解：由牛顿第二运动定律，不计重力时，得

2112211112[()()]d y dy

k y t y t M k y f F dt dt

-+=-+

整理得

图2-1 习题2-1 质量－弹簧－摩擦系统示意图

2111121222()()()d y dy

M f k k y t F k y t dt dt

+-+=-

2-3 求下列函数的拉氏变换。（1）)sin 1(3)(t t f -= （2）at te

t f =)(

（3）)4

3cos()(π

=t t f

解：（1）[()][3(1sin )]L f t L t =-

2223([1][sin ])

3()

13(1)(1)

L L t s s s s s s =-=-+-+=

+ （2）at

te t f =)(

21[]L t s

[()][]()

at L f t L te s a ==

- （3

）()cos(3))cos(3)]4

f t t t t π

[()])cos(3)]L f t t t =

222[sin(3)][cos(3)])23)99329L t L t s s s s s =

+=++++=+

2-4 求下列函数的拉氏反变换（1）)

5)(2(1

)(++-=

s s s s F

（2）)

3(6)(2+-=

s s s s F （3）)

1(1

52)(22++-=s s s s s F

解：（1）112

()(2)(5)25

s F s s s s s --=

=+++++

1112

[()][

]25

L F s L s s ---=+++ 112512[]2[]252t

L L s s e e ----=-+++=-+ （2）226211

()(3)3

s F s s s s s s --=

=++++

112211[()][

L F s L s s s ---=+++ 111

231112[

][][]321t L L L s s s t e ----=+-+=+-

（3）22225115

()(1)1

s s s F s s s s s -+-==+++

11215

[()][]1s L F s L s s ---=++

11215[][]

11cos 5sin s L L s s t t

---=++=+-

2-5 试分别列写图2-3中各无源网络的微分方程（设电容C 上的电压为)(t u c ，电容1C 上的电压为)(1t u c ，以此类推）。

(a)+

－

u c (t)

(b)

－

u c1(t)

(c)

－u R1(t)

图2-3 习题2-5 无源网络示意图

解：（a ）设电容C 上电压为)(t u c ，由基尔霍夫定律可写出回路方程为

1)()()()()()(R t u R t u dt t du C t u t u t u o c c o i c =

+-=

整理得输入输出关系的微分方程为

21)()()()1

1()(R t u dt t du C t u R R dt t du C

i i o o +=++ （b ）设电容1C 、2C 上电压为)(),(21t u t u c c ，由基尔霍夫定律可写出回路方程为

t du RC t u t u dt

t du C R t u t u R t u t u t u t u t u c c o c c o c i o i c )

()()()

()()()()()

()()(1

1222221=-=-+--=

整理得输入输出关系的微分方程为

t u dt t du C dt t u d C RC R t u dt t du C C dt t u d C RC i i i o o o )()(2)()()()2()(12

221212221++=+++ （c ）设电阻2R 上电压为2()R u t ，两电容上电压为)(),(21t u t u c c ，由基尔霍夫定律可写出回路方程为

)()()(21t u t u t u R i c -= （1） )()()(22t u t u t u R o c -= （2）

221)

()()(R t u dt t du C dt t du C

R c c =+ （3）

t du C R t u t u c o i )

()()(21=- （4）

（2）代入（4）并整理得

R t u t u dt t du dt t du o i o R 12)()()()(--= （5）（1）、（2）代入（3）并整理得

22)()(2)()(R t u dt t du C dt t du C dt t du C

R R o i =-+ 两端取微分，并将（5）代入，整理得输入输出关系的微分方程为

R t u dt t du C R dt t u d C R C R t u dt t du C R dt t u d C R i i i o o o 112

2211222)

()(1)()()()11()(++=+++

2-6 求图2-4中各无源网络的传递函数。

(a)(b)

(c)

+－U c (s)+－

U c1(s) 图2-4 习题2-6示意图解：（a ）由图得

()()(R s U R s U s CsU o C C =+

（1） )()()(s U s U s U o i C -= （2）

（2）代入（1），整理得传递函数为

21212

212

111)()(R R Cs R R R Cs R R R R Cs R Cs s U s U i o +++=+++

（b ）由图得

)()()(1s U s U s U o i C -= （1）

)()

()()()(2222s sU C R

s U s U R s U s U C C o C i =-+- （2）

)()()(211s U s U s sU RC C o C -=

整理得传递函数为

)2(122

)()(21221212212221

21+++++=+++++

=C C Rs s C C R s RC s C C R s RC s RC s RC s RC s RC s U s U i o （c ）由图得

)()()(21s U s U s U R i C -= （1） )()()(22s U s U s U R o C -= （2）

221)

()()(R s U s CsU s CsU R C C =

+ （3） )()

()(21

s CsU R s U s U C o i =- （4）

整理得传递函数为

1)2(1121)()(212

2211222121212

++++=+

+++

=Cs R R s C R R Cs

R s C R R Cs

R R R R Cs R Cs s U s U i o 2-7 求图2-5中无源网络的传递函数。

解：由图得

12212()()1

()()U s U s Cs U s R R Ls

-=++

图2-5 习题2-7 无源网络示意图

整理得

22111212

121

()11()()U s R R Ls

U s R CLs R R C L s R R Cs R R Ls

+==+++++++

2-8 试简化图2-6中所示系统结构图，并求传递函数)(/)(s R s C 和)(/)(s N s C 。解：（a ）

⑴求传递函数)(/)(s R s C ，按下列步骤简化结构图：

① 令0)(=s N ，利用反馈运算简化如图2-8a 所示

②串联等效如图2-8b 所示

图2-6 习题2-8 系统结构图示意图

③根据反馈运算可得传递函数

3212211213

221112

111)1)(1(11111)()(H G G H G H G G G H H G G H G G H G G H G G s R s C +-+=-+--+=

21221122112

11H G G H G H G H G H G G G +--+=

⑵求传递函数)(/)(s N s C ，按下列步骤简化结构图： ①令0)(=s R ，重画系统结构图如图2-8c 所示

② 将3H 输出端的端子前移，并将反馈运算合并如图2-8d 所示

③1G 和1H -串联合并，并将单位比较点前移如图2-8e 所示

④串并联合并如图2-8f 所示

⑤根据反馈和串联运算，得传递函数

3221212

2111111)11()()(H H H G H G G H G H G G H G s N s C -----?-=

321221

21111111H G G H G H G G H G

H G +--?-=

21221

2121H G G H G H G G G +--=

（b ）求传递函数)(/)(s R s C ，按下列步骤简化结构图： ①将2H 的引出端前移如图2-8g 所示

②合并反馈、串联如图2-8h 所示

③ 将1H 的引出端前移如图2-8i 所示

④ 合并反馈及串联如图2-8j 所示

⑤根据反馈运算得传递函数

23333223213

3223

211111)()(H G G H G H G H G G G G H G H G G G G s R s C ?+?+++++=

311332213

211H G H G H G H G H G G G G ++++=

2-9 试简化图2-7中所示系统结构图，并求传递函数)(/)(s R s C 。

解：求传递函数)(/)(s R s C ，按下列步骤简化结构图： ① 将1H 的引出端前移如图2-9a 所示

② 合并反馈及串联如图2-9b 所示

③ 合并反馈、串联如图2-9c 所示

习题2-4 无源网络示意图

图2-7 习题2-9 系统结构图示意图

④根据反馈运算，得传递函数

4321243132432132

431324

3212

431324

3211111)()(H G G G G H G G H G G G G G G H H G G H G G G G G G H G G H G G G G G G s R s C +++=?+++++=

2-10 根据图2-6给出的系统结构图，画出该系统的信号流图，并用梅森公式求系统传递函

数)(/)(s R s C 和)(/)(s N s C 。

解：（a ）根据结构图与信号流图的对应关系，用节点代替结构图中信号线上传递的信号，用标有传递函数的之路代替结构图中的方框，可以绘出系统对应的信号流图。如图2-10a 所示。

（1）令0)(=s N ，求系统传递函数)(/)(s R s C

由信号流图2-10a 可见，从源节点)(s R 到阱节点)(s C 之间，有一条前向通路，其增益为

211G G p =

有三个相互接触的单独回路，其回路增益分别为

111H G L -=，222H G L =，3213H G G L -= 1L 与2L 互不接触

221112H G H G L -=

流图特征式

21213212211123211)(1H H G G H G G H G H G L L L L -+-+=+++-=?

由于前向通路与所有单独回路都接触，所以余因子式

11=?

根据梅森增益公式，得系统闭环传递函数为

12132122112

1111)()(H H G G H G G H G H G G G p s R s C -+-+=??=

（2）令0)(=s R ，求系统传递函数)(/)(s N s C

由信号流图2-10a 可见，从源节点)(s N 到阱节点)(s C 之间，有两条前向通路，其增益为

21G p =，1212H G G p -=

有两个相互接触的单独回路，其回路增益分别为

221H G L =，3212H G G L -=

没有互不接触的回路，所以流图特征式为

32122211)(1H G G H G L L +-=+-=?

由于前向通路与所有单独回路都接触，所以余因子式

11=?，12=?

根据梅森增益公式，得系统闭环传递函数为

21221

2122111)()(H G G H G H G G G p s R s C i i i +--=??=∑= （b ）根据结构图与信号流图的对应关系，用节点代替结构图中信号线上传递的信号，用标有传递函数的之路代替结构图中的方框，可以绘出系统对应的信号流图。如图2-10b 所示。

求系统传递函数)(/)(s R s C

由信号流图2-10b 可见，从源节点)(s R 到阱节点)(s C 之间，有一条前向通路，其增益为

3211G G G p =

有三个相互接触的单独回路，其回路增益分别为

111H G L -=，222H G L -=，333H G L -=

1L 与3L 互不接触

313113H H G G L =

流图特征式为

3131332211133211)(1H H G G H G H G H G L L L L ++++=+++-=?

由于前向通路与所有单独回路都接触，所以余因子式

11=?

根据梅森增益公式，得系统闭环传递函数为

1313322113

21111)()(H H G G H G H G H G G G G p s R s C ++++=??= 2-11 根据图2-7给出的系统结构图，画出该系统的信号流图，并用梅森公式求系统传递函

数)(/)(s R s C 。

解：根据结构图与信号流图的对应关系，用节点代替结构图中信号线上传递的信号，用标有传递函数的之路代替结构图中的方框，可以绘出系统对应的信号流图。如图2-11a 所示

由信号流图2-11a 可见，从源节点)(s R 到阱节点)(s C 之间，有一条前向通路，其增益为

43211G G G G p =

有三个相互接触的单独回路，其回路增益分别为

1321H G G L -=，2432H G G L -=，343213H G G G G L -=

没有互不接触回路。因此，流图特征式

343212431323211)(1H G G G G H G G H G G L L L +++=++-=?

由于前向通路与所有单独回路都接触，所以余因子式

11=?

根据梅森增益公式，得系统闭环传递函数为

43212431324

321111)()(H G G G G H G G H G G G G G G p s R s C +++=??= 3-1 设某高阶系统可用下列一阶微分方程近似描述：()()()()T c t c t t r t r t ?

+=+，其中

1()0T τ>->。试证明系统的动态性能指标为[0.693ln(

)]d T t T T

-=+， 2.2r t T =，[3ln(

)]s T t T T

-=+ 解：

由系统的微分方程可得其传递函数

()1

C s s R s Ts τ+=+，在单位阶跃输入作用下，由于1()R s s =

，所以有111()11

s T C s Ts s s Ts ττ+-==-++

()1t T

T h t e T

τ--=-

当d t t =时，显然有()10.5d t T

d T h t

e T

τ--=-=

解之得[ln 2ln()][0.693ln()]d T T t T T T T

ττ

--=+=+

由于r t 为()h t 从0.1上升到0.9这个过程所需要得时间，所以有 21r t t t =-

其中 11()1

0.1t T

T h t e T

τ--=-= 22()10.9t T

T h t e T

τ--=-=

由上式易解出 1[l n ()l n 0.

9]T t T T τ

-=- 2[ln()ln 0.1]T t T T τ

-=-

则 210.9

ln 2.270.1

r t t t T =-==，当s t t =时，显然有

()10.95s t T

s T h t e T τ--=-=

解之得 [l n l n 0.05][3l n ]

s T T t T T T T

ττ

--=-=+

3-2 已知各系统得脉冲响应，试求系统的闭环传递函数：

（1） 1.25()0.0125t

k t e

-=；

（2）()510sin(445)k t t t =++；（3）()0.1(1)t k t e -=-。

解：

（1）0.0125

()[()] 1.25

s L k t s Φ==

（2）()[()][54cos 4)]

s L k t L t t t Φ==+

2222254)44

s s s s =

++++

322

211)1616(1)16

s s s

s +++=

+ （3）111

()[()]0.1[]110(31)

s L k t s

s s s Φ==-

3-3 已知二阶系统的单位阶跃响应为 1.2()1012.5sin(1.653.1)t

h t e

t -=-+，试求系统的超

调量%σ，峰值时间p t 和调节时间s t 。解：

1.2

()10

12.5s i n (1.653.1)t h t e t -=-+ ＝ 1.210[1 1.25sin(1.653.1)]t

t --+

由上式可知，此二阶系统的放大系数是10，但放大系数并不影响系统的动态性能指标。

由于标准的二阶系统单位阶跃响应表达式为()1sin()n t h t ζωωβ-=+

所以有

1.2 1.25

1.6

n ζωω=???=??=?? 解上述方程组，得0.6

ζω=??=?

所以，此系统为欠阻尼二阶系统，其动态性能指标如下超调量

0.6

1.25

%100%100%9.5%

e πσ--?=?=?≈ 峰值时间

1.9620.8

p t s π

≈?

调节时间 3.5

3.5

2.9220.6

s n

t ζω==

3-4 设单位负反馈系统的开环传递函数为0.41

()(0.6)

s G s s s +=

+，试求系统在单位阶跃输入下的

动态性能。解题过程：

由题意可得系统得闭环传递函数为

222

()0.41()1()12n d n n

G s s s a

s G s s s a s s ωζωω++Φ===+++++ 其中2,1,0.5, 2.52n

n d a z z

ωωζζ===+

==。这是一个比例－微分控制二阶系统。

比例－微分控制二阶系统的单位阶跃响应为

()1

s i n )

d n t

h t re ζωωφ-=+

故显然有

r =

1.686d n d

φπ=-++=-

1.0473

d d

β==

此系统得动态性能指标为峰值时间

3.155p t =

超调量

%16.2%d t ζσ-==

调节时间 222113ln(2)ln ln(1)22 5.134n n n d s d n

z z t ζωωζζω+-+---=

3-5 已知控制系统的单位阶跃响应为6010()10.2 1.2t

t h t e

e --=+-，试确定系统的阻尼比ζ

和自然频率n ω。解：

系统的单位脉冲响应为60101060()()121212()t

t t t k t h t e e e e ?

----==-+=-

系统的闭环传递函数为211600

()[()]12(

)106010600

s L k t s s s s Φ==-=++++ 自然频率

24.

5n ω==

阻尼比

1.429ζ==

3-6 已知系统特征方程为432

310520s s s s ++++=，试用劳斯稳定判据和赫尔维茨稳定判

据确定系统的稳定性。解：

先用劳斯稳定判据来判定系统的稳定性，列出劳斯表如下

43210 3 5 2 10 147

2 1015

3 47 2s s s s s -

显然，由于表中第一列元素得符号有两次改变，所以该系统在s 右半平面有两个闭环极点。因此，该系统不稳定。

再用赫尔维茨稳定判据来判定系统的稳定性。显然，特征方程的各项系数均为正，则

2120310531470a a a a ?=-=?-?=>

2214231022001

a a a ?==>?

显然，此系统不稳定。

3-7 设单位负反馈系统的开环传递函数为2

()(2)(4)(625)

G s s s s s =

++++，试应用劳斯稳定判据确定义为多大值时，特使系统振荡，并求出振荡频率。解：

由题得，特征方程是4

12691982000s s s s K +++++= 列劳斯表

43210 1 69 200+K 12 198 52.5 200+K 7995-12K 200+K

s s s s s

自动控制原理课后习题答案

1.2根据题1.2图所示的电动机速度控制系统工作原理（1）将a,b 与c,d 用线连接成负反馈系统；（ 2）画出系统框图。 c d + - 发电机解：（1） a 接d,b 接c. （2）系统框图如下 1.3题1.3图所示为液位自动控制系统原理示意图。在任何情况下，希望页面高度c 维持不变，说明系统工作原理并画出系统框图。

解：工作原理：当打开用水开关时，液面下降，浮子下降，从而通过电位器分压，使得电动机两端出现正向电压，电动机正转带动减速器旋转，开大控制阀，使得进水量增加，液面上升。同理，当液面上升时，浮子上升，通过电位器，使得电动机两端出现负向电压，从而带动减速器反向转动控制阀，减小进水量，从而达到稳定液面的目的。系统框图如下： 2.1试求下列函数的拉式变换，设t<0时，x(t)=0: (1) x(t)=2+3t+4t 2 解： X(S)= s 2 +23s +38 s

(2) x(t)=5sin2t-2cos2t 解：X(S)=5 422+S -242+S S =4 2102+-S S (3) x(t)=1-e t T 1- 解：X(S)=S 1- T S 11+ = S 1-1 +ST T = ) 1(1 +ST S (4) x(t)=e t 4.0-cos12t 解：X(S)=2 212 )4.0(4 .0+++S S 2.2试求下列象函数X(S)的拉式反变换x(t)： (1) X(S)= ) 2)(1(++s s s 解：= )(S X )2)(1(++s s s =1 122+-+S S t t e e t x ---=∴22)( (2) X(S)=) 1(1 522 2++-s s s s 解：=)(S X ) 1(1522 2++-s s s s =15 12+-+S S S

过程控制系统习题答案

什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀；中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响；中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答：变送器具有哪些主要功能？变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。

1.第一章课后习题及答案

第一章 1.(Q1) What is the difference between a host and an end system List the types of end systems. Is a Web server an end system Answer: There is no difference. Throughout this text, the words “host” and “end system” are used interchangeably. End systems inc lude PCs, workstations, Web servers, mail servers, Internet-connected PDAs, WebTVs, etc. 2.(Q2) The word protocol is often used to describe diplomatic relations. Give an example of a diplomatic protocol. Answer: Suppose Alice, an ambassador of country A wants to invite Bob, an ambassador of country B, over for dinner. Alice doesn’t simply just call Bob on the phone and say, come to our dinner table now”. Instead, she calls Bob and suggests a date and time. Bob may respond by saying he’s not available that particular date, but he is available another date. Alice and Bob continue to send “messages” back and forth until they agree on a date and time. Bob then shows up at the embassy on the agreed date, hopefully not more than 15 minutes before or after the agreed time. Diplomatic protocols also allow for either Alice or Bob to politely cancel the engagement if they have reasonable excuses. 3.(Q3) What is a client program What is a server program Does a server program request and receive services from a client program Answer: A networking program usually has two programs, each running on a different host, communicating with each other. The program that initiates the communication is the client. Typically, the client program requests and receives services from the server program.

智能控制系统习题答案

1-4为什么能够用计算机模拟人类智能？人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能可以对人的意识、思维的信息过程的模拟。人工智能不是人的智能，但能像人那样思考、也可能超过人的智能。之所以能够借助计算机来模拟人类智能，首先是因为计算机具有以下5个特点： 1、可以告诉精准的完成算数运算，运算速度最高可达每秒万亿次； 2、可以完成高精度的计算，一般计算机可以有十几位甚至几十位的有效数字； 3、计算机不仅能进行精确计算，还具有逻辑运算功能，能对信息进行比较和判断； 4、计算机内部的存储器具有记忆特性，可以存储大量的信息，这些信息，不仅包括各类数据信息，还包括加工这些数据的程序； 5、由于计算机具有存储记忆能力和逻辑判断能力，所以人们可以将预先编好的程序组纳入计算机内存，在程序控制下，计算机可以连续、自动地工作，不需要人的干预。有了这些有点，计算机就具有了模拟人类智能的首要前提，为人工智能中海量的数据处理分析和深度学习等提供了条件。第二个原因：深度学习的提出；深度学习是机器学习领域中一个新的研究方向，它被引入机器学习使其更接近于最初的目标——人工智能。《麻省理工学院技术评论》杂志将深度学习列为2013年十大突破性技术之首。大脑的工作过程是一个不断迭代、不断抽象概念化的过程。例如从原始信号摄入开始（瞳孔摄入像素），接着做初步处理（大脑皮层某些细胞发现边缘和方向），然后抽象（大脑判定眼前物体的形状，比如是圆形的），然后进一步抽象（大脑进一步判定该物体是一张人脸），最后进行识别。我们可以看出，大脑是一个深度架构，认知过程也是深度的。而深度学习，恰恰就是通过组合低层特征形成更加抽象的高层特征。在计算机视觉领域，深度学习算法从原始图像去学习得到一个低层次表达，然后在此基础上来得到高层次表达。深度学习可以模拟人脑进行分析学习，模仿人脑的机制来解释数据。深度学习的主要优势在于可以利用海量训练数据（大数据），自动从大数据中学习特征。深度学习能够自动地从海量大数据中去学习特征，极大地推进了智能自动化。因此深度学习有了一个别名：无监督特征学习。在《科学革命的结构》一书中，托马斯·库恩介绍说，很多科学革命都具备叫做范式转移的特点，也就是说对新思想的认知和老观点很不一样。比如哥白尼提出的“日心说”，有力地

过程控制工程课后习题参考答案-前三章

过程控制工程第一章单回路控制系统 1.1 何谓控制通道？何谓干扰通道？它们的特性对控制系统质量有什么影响？控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系；干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。（1）控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面）控制通道静态放大倍数越大，系统灵敏度越高，余差越小。但随着静态放大倍数的增大，系统的稳定性变差。控制通道时间常数越大，经过的容量数越多，系统的工作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统的质量越低，但也不是越小越好，太小会使系统的稳定性下降，因此应该适当小一些。控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还还会使系统的稳定性降低。（2）干扰通道特性对系统控制质量的影响：

（从K、T、τ三方面）干扰通道放大倍数越大，系统的余差也越大，即控制质量越差。干扰通道时间常数越大，阶数越高，或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀，干扰对被控变量的影响越小，系统的质量则越高。干扰通道有无纯滞后对质量无影响，不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个。纯滞后时间τ 1.2 如何选择操纵变量？ 1）考虑工艺的合理性和可实现性； 2）控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数； 3）控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道时间常数。干扰动通道时间常数越大越好，阶数越高越好。 4）控制通道纯滞后越小越好。 1.3 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响？对控制系统的动态质量有何影响？比例度δ越小，系统灵敏度越高，余差越小。

第1章课后习题参考答案

第一章半导体器件基础 1．试求图所示电路的输出电压Uo，忽略二极管的正向压降和正向电阻。解：（a）图分析： 1）若D1导通，忽略D1的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则U O=1V，U D2=1-4=-3V。即D1导通，D2截止。 2）若D2导通，忽略D2的正向压降和正向电阻，得等效电路如图所示，则U O=4V，在这种情况下，D1两端电压为U D1=4-1=3V，远超过二极管的导通电压，D1将因电流过大而烧毁，所以正常情况下，不因出现这种情况。综上分析，正确的答案是U O= 1V。（b）图分析： 1.由于输出端开路，所以D1、D2均受反向电压而截止，等效电路如图所示，所以U O=U I=10V。

2．图所示电路中， E

解：（a）图当u I＜E时，D截止，u O=E=5V；当u I≥E时，D导通，u O=u I u O波形如图所示。 u I ωt 5V 10V uo ωt 5V 10V （b）图当u I＜-E=-5V时,D1导通D2截止，uo=E=5V；当-E＜u I＜E时，D1导通D2截止，uo=E=5V；当u I≥E=5V时，uo=u I 所以输出电压u o的波形与（a）图波形相同。 5．在图所示电路中，试求下列几种情况下输出端F的电位UF及各元件(R、DA、DB)中通过的电流：( 1 )UA=UB=0V；( 2 )UA= +3V，UB = 0 V。( 3 ) UA= UB = +3V。二极管的正向压降可忽略不计。解：（1）U A=U B=0V时，D A、D B都导通，在忽略二极管正向管压降的情况下，有：U F=0V mA k R U I F R 08 .3 9.3 12 12 = = - =

计算机控制技术课后习题答案

第一章 1．计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。解：若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。图1-1 计算机控制系统基本原理图在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是DA转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；AD转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。 2．计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？解：计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。按功能及结构分类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制(简称PID控制)、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。 3．计算机控制系统的主要特点有哪些？解：主要有以下特点： 1．数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 2．灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电路。而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序就可以了。 3．可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 4．离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向A/D转换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产生的控制时间信号通过D/A将离散信号转换成连续时间信号输出，作用于被控对象。因此，计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。

自动控制原理课后答案(第五版)

第一章 1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。图1-2 液位自动控制系统解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度不变。工作原理：当电位电刷位于中点（对应 r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度r c ，一旦流入水量或流出水量发生变化时，液面高度就会偏离给定高度 r c 。当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度 r c 。反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度 r c 。系统方块图如图所示：

1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统（１） 222 )()(5)(dt t r d t t r t c ++=；（２）)()(8) (6)(3)(2 233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++；（３） dt t dr t r t c dt t dc t ) (3)()()(+=+；（４）5cos )()(+=t t r t c ω；（５）?∞-++=t d r dt t dr t r t c τ τ)(5)(6)(3)(；（６）)()(2 t r t c =；（７）???? ?≥<=.6),(6,0)(t t r t t c 解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2 ()r t ，所以该系统为非线性系统。（2）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。（3）该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，所以该系统为线性系统，但第一项 () dc t t dt 的系数为t ，是随时间变化的变量，因此该系统为线性时变系统。（4）因为c(t)的表达式中r(t)的系数为非线性函数cos t ω，所以该系统为非线性系统。（5）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。（6）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，表示二次曲线关系，所以该系统为非

过程控制与集散系统课后习题答案

r t 1 y 3 y ) (∞y s t y 图1.3 过程控制系统阶跃响应曲线 1-1过程控制系统中有哪些类型的被控量温度、压力、流量、液位、物位、物性、成分 1-2过控系统有哪些基本单元构成，与运动控制系统有无区别被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他部件过程控制，是一种大系统控制，控制对象比较多，可以想象为过程控制是对一条生1-4衰减比和衰减率衰减比等于两个相邻同向波峰值之比。衡量振荡过程衰减程度的指标。衰减率是经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数。衡量振荡过程衰减程度的另一种指标。一般希望过程控制系统的衰减比η=4:1～10:1,相当于衰减率Ψ=0.75到0.9。若衰减率Ψ =0.75,大约振荡两个波系统进入稳态。 1-5最大动态偏差和超调量有何异同最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量，表现在过渡过程开始的第一个波峰（y1）。最大动态偏差是衡量过程控制系统动态准确性的指标。超调量为最大动态偏差占被控量稳态值的百分比。余差是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值与设定值的差值。余差是过程控制系统稳态准确性的衡量指标。调节时间ts 是从过渡过程开始到结束的时间。理论上应该为无限长。一般认为当被控量进入其稳态值的5%范围内所需时间就是调节时间.调节时间是过程控制系统快速性的指标。振荡频率β是振荡周期的倒数。在同样的振荡频率下，衰减比越大则调节时间越短；当衰减比相同时，则振荡频率越高，调节时间越短。振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控制系统快速性的指标。过程控制的目标安全性稳定性经济性过程工业的特点强调实时性和整体性/全局优化的重要性/安全性要求过程控制系统的特点 / 被控过程的多样性 / 控制方案的多样性/被控过程属慢过程、多参数控制/定值控制/过程控制多种分类方法过程控制系统的性能指标/稳定性、准确性/快速性 2-1什么是对象的动态特性，为什么要研究它研究对象特性通常以某种形式的扰动输入对象，引起对象输出发生相应的变化，这种变化在时域或者频域上用微分方程或者传递函数进行描述，称为对象的动态特性。动态特性：被控参数随时间变化的特性y(t) 研究被控对象动态特性的目的是据以配合合适的控制系统，以满足生产过程的需求。 2-2描述对象动态特性的方法有哪些参数描述法 /传递函数描述/差分方程描述/状态空间描述非参数描述法---响应曲线/阶跃响应/脉冲响应/频率响应/噪声响应:白噪声、M 序列 2-3过控中被控对象动态特性有哪些特点 1)对象的动态特性是不振荡的 2）对象动态特性有延迟 3）被控对象本身是稳定的或中性稳定的 2-4单容对象放大系数K 和时间常数T 各与哪些因素有关，K 、T 大小对动态特性的影响 T 反映对象响应速度的快慢 K 是系统的稳态指标/K 大，系统的灵敏度高 2-5对象的纯滞后时间产生的原因是什么纯延迟现象产生的原因是由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一定距离。具有自平衡能力的双容对象的传递函数1 )()()()(21221+++= ??= s T T s T T K s U s H s G 有纯延迟时 s e s T T s T T K s U s H s G 01 )()()()(21221τ-+++=??= 具有自平衡能力的多容对象若还有纯延迟 4 PID 调节原理 4-1，P 、I 、D 控制规律各有何特点，那些是有差、无差调节，为了提高控制系统的稳定性，消除控制系统的误差，应该选择那些调节规律 P 调节中，调节器的输出信号u 与偏差信号e 成比例 u = Kp e P 调节对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后有差调节,(放大系数越小，即比例带越大，余差就越大) 比例带δ大,调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间也很长比例调节的特点：（1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u = K e （2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。（3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。若对象较稳定,则比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反应速度加快积分调节（I 调节) 调节器的输出信号的变化速度du/dt 与偏差信号e 成正比，或者说调节器的输出与偏差信号的积分成正比，只要偏差存在，调节器的输出就会不断变化积分调节作用能自动消除余差./无差调节稳定作用比P 调节差滞后特性使其难以对干扰进行及时控制增大积分速度，调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低微分调节（D 调节）调节器的输出u 与被调量或其偏差e 对于时间的导数成正比微分调节只与偏差的变化成比例，变化越剧烈，由微分调节器给出的控制作用越大微分调节主要用于克服调节对象有较大的传递滞后和容量滞后 012345678 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8Step Response Time (sec) A m p l i t u d e K=0.2K=1K=10K=100 调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 Time (sec) A m p l i t u d e Ti=1Ti=5Ti=10Ti=inf 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti ，Ti 越小，积分作用就越强。反之Ti 大则积分作用弱。加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI 调节器或PID 调节器。 Time (sec) A m p l i t u d e Td=0.5Td=1Td=10Td=0 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作 % 100) (1 ?∞=y y σ)()(∞-=∞y r e 31y y =η1 3 1 y y y -=ψp π β2=

信号与系统课后习题答案—第1章

第1章习题答案 1－1 题1－1图所示信号中，哪些是连续信号？哪些是离散信号？哪些是周期信号？哪些是非周期信号？哪些是有始信号？解： ① 连续信号：图（a ）、（c ）、（d ）； ② 离散信号：图（b ）； ③ 周期信号：图（d ）； ④ 非周期信号：图（a ）、（b ）、（c ）； ⑤有始信号：图（a ）、（b ）、（c ）。 1－2 已知某系统的输入f(t)与输出y(t)的关系为y(t)=|f(t)|，试判定该系统是否为线性时不变系统。解：设T 为此系统的运算子，由已知条件可知： y(t)=T[f(t)]=|f(t)|，以下分别判定此系统的线性和时不变性。 ① 线性 1）可加性不失一般性，设f(t)=f 1(t)+f 2(t)，则 y 1(t)=T[f 1(t)]=|f 1(t)|，y 2(t)=T[f 2(t)]=|f 2(t)|，y(t)=T[f(t)]=T[f 1(t)+f 2(t)]=|f 1(t)+f 2(t)|，而 |f 1(t)|＋|f 2(t)|≠|f 1(t)+f 2(t)| 即在f 1(t)→y 1(t)、f 2(t)→y 2(t)前提下，不存在f 1(t)＋f 2(t)→y 1(t)＋y 2(t)，因此系统不具备可加性。由此，即足以判定此系统为一非线性系统，而不需在判定系统是否具备齐次性特性。 2）齐次性由已知条件，y(t)=T[f(t)]=|f(t)|，则T[af(t)]=|af(t)|≠a|f(t)|=ay(t) （其中a 为任一常数）即在f(t)→y(t)前提下，不存在af(t)→ay(t),此系统不具备齐次性，由此亦可判定此系统为一非线性系统。 ② 时不变特性由已知条件y(t)=T[f(t)]=|f(t)|，则y(t-t 0)=T[f(t-t 0)]=|f(t-t 0)|，即由f(t)→y(t)，可推出f(t-t 0)→y(t-t 0)，因此，此系统具备时不变特性。依据上述①、②两点，可判定此系统为一非线性时不变系统。 1－3 判定下列方程所表示系统的性质： )()()]([)()(3)(2)(2)()()2()()(3)(2)()()()()() (2''''''''0t f t y t y d t f t y t ty t y c t f t f t y t y t y b dx x f dt t df t y a t =+=++-+=+++=? 解：（a ）① 线性 1）可加性由 ?+=t dx x f dt t df t y 0)()()(可得?????→+=→+=??t t t y t f dx x f dt t df t y t y t f dx x f dt t df t y 01122011111)()()()()()()()()()(即即则 ???+++=+++=+t t t dx x f x f t f t f dt d dx x f dt t df dx x f dt t df t y t y 0212102201121)]()([)]()([)()()()()()( 即在)()()()()()()()(21212211t y t y t f t f t y t f t y t f ＋＋前提下，有、→→→，因此系统具备可加性。 2）齐次性由)()(t y t f →即?+=t dx x f dt t df t y 0)()()(，设a 为任一常数，可得 )(])()([)()()]([)]([000t ay dx x f dt t df a dx x f a dt t df a dx x af t af dt d t t t =+=+=+??? 即)()(t ay t af →，因此，此系统亦具备齐次性。由上述1）、2）两点，可判定此系统为一线性系统。

计算机控制技术课后习题答案

第一章 1.计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。解：若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。图1-1 计算机控制系统基本原理图在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是DA转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；AD转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。 2?计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？解：计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。按功能及结构分类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制（简称PID控制）、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。 3.计算机控制系统的主要特点有哪些？解：主要有以下特点： 1.数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 2?灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电路。而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序就可以了。 3?可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 4.离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向A/D转换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产

自动控制原理_课后习题及答案

第一章绪论 1-1试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答：1开环系统 (1)优点:结构简单，成本低，工作稳定。用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。 (2)缺点：不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。它是一种按偏差调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。 1-2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？试举例说明之。解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。闭环控制系统常采用负反馈。由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。 1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非线性，定常，时变）？（1）（2）（3）（4）（5）

（6）（7）解答：（1）线性定常（2）非线性定常（3）线性时变（4）线性时变（5）非线性定常（6）非线性定常（7）线性定常 1-4如图1-4是水位自动控制系统的示意图，图中Q1，Q2分别为进水流量和出水流量。控制的目的是保持水位为一定的高度。试说明该系统的工作原理并画出其方框图。题1-4图水位自动控制系统解答： (1) 方框图如下： ⑵工作原理：系统的控制是保持水箱水位高度不变。水箱是被控对象，水箱的水位是被控量，出水流量Q2的大小对应的水位高度是给定量。当水箱水位高于给定水位，通过浮子连杆机构使阀门关小，进入流量减小，水位降低，当水箱水位低于给定水位时，通过浮子连杆机构使流入管道中的阀门开大，进入流量增加，水位升高到给定水位。 1-5图1-5是液位系统的控制任务是保持液位高度不变。水箱是被控对象，水箱液位是被控量，电位器设定电压时（表征液位的希望值Cr）是给定量。

(完整版)过程控制系统与仪表课后习题答案完整版汇总

第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。

1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。二者之间的关系： 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？解答：稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？解答：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n；过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A； y与最终稳态值y（∞）之比的百分数σ；超调量：第一个波峰值 1

VB第一章课后习题答案

习题一、单项选择题 1. 在设计阶段，当双击窗体上的某个控件时，所打开的窗体是_____。 A. 工程资源管路器窗口 B. 工具箱窗体 C. 代码窗体 D. 属性窗体 2. VB中对象的含义是_____。 A. 封装了数据和方法的实体 B. 封装的程序 C. 具有某些特性的具体事物的抽象 D. 创建对象实例的模板 3. 窗体Form1的Name属性是MyForm，它的单击事件过程名是_____。 A. MyForm_Click B. Form_Click C. Form1_Click D. Frm1_Click 4. 如果要改变窗体的标题，需要设置窗体对象的_____属性。 A. BackColor B. Name C. Caption D. Font 5. 若要取消窗体的最大化功能，可将其_____属性设置为False来实现。 A. Enabled B.ControlBox C. MinButton D. MaxButton 6. 若要以代码方式设置窗体中显示文本的字体大小，可通过设置窗体对象_____属性来实现。 A. Font B.FontName C.FontSize D. FontBold 7. 确定一个控件在窗体上位置的属性是_____。 A. Width或Height B. Width和Height C. Top或Left D. Top和Left 8. 以下属性中，不属于标签的属性是_____。 A. Enabled B. Default C. Font D. Caption 9. 若要设置标签控件中文本的对齐方式，可通过_____属性实现。 A.Align B. AutoSize C. Alignment D. BackStyle 10. 若要使标签控件的大小自动与所显示文本的大小相适宜，可将其_____属性设置为True来实现。 A.Align B. AutoSize C. Alignment D. Visible 11. 若要设置或返回文本框中的文本，可通过设置其_____属性来实现。 A.Caption B. Name C. Text D. （名称） 12. 若要设置文本框最大可接受的字符数，可通过设置其_____属性来实现。 A.MultiLine B. Max C. Length D. MaxLength

微型计算机控制技术课后答案分解

习题一 1，微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：CPU，接口电路及外部设备组成。 CPU，这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。接口电路，微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备 2，微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。答：软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件 1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。 2)应用软件:它是面向用户本身的程序，即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。 3，常用工业控制机有几种？它们各有什么用途？ 4，操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？答：(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。 (2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。 (3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。 5，说明嵌入式系统与一般微型计算机扩展系统的区别。答：嵌入式计算机一般没有标准的硬件配置。嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器结构。软硬件协同设计采用统一的工具描述，可合理划分系统软硬件，分配系统功能，在性能、成本、功耗等方面进行权衡折衷，获取更优化的设计。嵌入式系统多为低功耗系统。简单地说，就是嵌入式系统和微型计算机的扩展标准不大一样。 6，PLC控制系统有什么特点？答：（1）可靠性高。由于PLC大都采用单片微型计算机，因而集成度高，再加上相应的保护电路及自诊断功能，因而提高了系统的可靠性。（2）编程容易。PLC的编程多采用继电器控制梯形图及命令语句，其数量比微型机指令要少得多，除中、高档PLC外，一般的小型PLC只有16条左右。由于梯形图形象而简单，因而编程容易掌握、使用方便，甚至不需要计算机专门知识，就可进行编程。（3）组合灵活。由于PLC采用积木式结构，用户只需要简单地组合，便可灵活地改变控制系统的功能和规模，因此，可适用于任何控制系统。（4）输入/输出功能模块齐全。PLC的最大优点之一，是针对不同的现场信号，均有相应的模块可与工业现场的器件直接连接，并通过总线与CPU主板连接。

自动控制原理课后习题答案

. 第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答：自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。 < 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。答：自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的精度