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自动控制原理1

自动控制原理1
自动控制原理1

一、填空(15分)

1、自动控制系统按给定值分类可分为恒值控制系统、和

三种类型。

2、对自动控制系统的性能要求主要包括、、

三个方面,其中是系统能正常工作的首要条件。

3、连续系统的运动状态一般用方程来描述;而离散系统的运动状态一般用方程来描述。

4、典型惯性环节的传递函数是;典型振荡环节的传递函数是;延迟环节的传递函数是。

5、控制系统动态结构图由、、和

四种基本单元组成。

二、已知系统的动态结构图如下,分别用动态结构图的等效变换法和Mason增益公式两种方法求出该系统的传递函数。(13分)

三、已知系统的特征方程为s5+s4+2s3+2s2+3s+5=0,试用劳斯稳定判据判断系统的稳定性,并说明系统特征根在s平面的分布情况。(12分)

四、已知单位负反馈系统的开环传递函数为)

11.0(10)(+=s s s G , (1)分别写出该系统的开环频率特性、幅频特性和相频特性的表达式;

(2)绘制该系统的开环幅相频率特性曲线;

(3)设输入信号t t r 25)(+=,求该系统的稳态误差ss e 。(20分)

五、设单位负反馈系统的开环传递函数为 )

2)(1()(++=s s s k s G ,试绘制该系统的根轨迹,并求出ξ=0.707时的一对共轭复数闭环极点。(18分)

六、设单位负反馈系统的开环传递函数为 )

12.0)(11.0(10)(++=s s s s G , (1)绘制该系统的对数频率特性曲线;

(2)计算该系统的幅值裕量h 和相角裕量γ;

(3)分析该系统的稳定性。(22分)

自动控制原理答案

第一章 习题答案 习 题 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ,b 与c ,d 用线连接成负反馈状态; (2) 画出系统方框图。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理,并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理,指出 被控对象、被控量和给定量,画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 1-4 题1-4图是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器1P 、2 P

并联后跨接到同一电源0 E 的两端,其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结,组成方位角的给定元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵;输出轴则由直流电动机经减速后带动,电动机采用电枢控制的方式工作。 试分析系统的工作原理,指出系统的被控对象、被控量和给定量,画出系统的方框图。 题1-4图导弹发射架方位角控制系统原理图 1-5 采用离心调速器的蒸汽 机转速控制系统如题1-5图所示。 其工作原理是:当蒸汽机带动负载 转动的同时,通过圆锥齿轮带动一 对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链 可带动套筒上下滑动,套筒装有平 衡弹簧,套筒上下滑动时可拨动杠 杆,杠杆另一端通过连杆调节供汽 阀门的开度。在蒸汽机正常运行 时,飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡,套筒保持某个高度,使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速 ω下降,则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动,并通过杠杆增大供汽阀门的开度,从而使蒸汽机的转速回升。同理,如果由于负载减小使蒸汽机的转速 ω增加,则飞锤因离心力增加而使套筒上滑,并通过杠杆减小供汽阀门的开度,迫使蒸汽机转速回落。这样,离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响,使蒸汽机的转速 ω保持在某个期望值附近。 指出系统中的被控对象、被控量和给定量,画出系统的方框图。 1-6 摄像机角位置自动跟踪系统如题1-6图所示。当光点显示器对准某个方向时,摄像机会自动跟踪并对准这个方向。试分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量及给定量,画出系统方框图。 题1-5图蒸汽机转速自动控制系统

自动控制原理第四版答案

自动控制原理 自动控制(原理)是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称控制装置或控制器),使机器、设备或生产过程(统称被控对象)的某个工作状态或参数(即被控制量)自动地按照预定的规律运行。 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期, 为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系 理论的发展。二战后,已形成完整的自动控制理论体系,这就是以传递函数为基础的经典控制理论,它主要研究单输入单输出的线形定常数系统的分析和设计问题。 20世纪60年代初期,随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用,为适应宇航技术的发展,自动控制理论跨入了一个新的阶段--现代控制理论。它主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数的最优控制问题,主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前, 智能为基础的智能控制理论深入。

为了实现各种复杂的控制任务,首先要将被控制对象和控制装置按照 在自动控制系统中,被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量,它可以要求保持为某一恒定值,例如温度、压力或飞行轨迹等;而控制装置则是对被控对象施加控制作用的相关机构的总体,它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制,但最基本的一种 在反馈控制系统中,控制装置对被控装置施加的控制作用,是取自被控量的反馈信息,用来不断修正被控量和控制量之间的偏差从而实现对被控量进行控制的任务,这就是反馈控制的原理。 下面是一个标准的反馈模型: 开方: 公式:X(n+1)=Xn+(A/Xn^2-Xn)1/3设A=5,开3次方 5介于1^3至2^3之间(1的3次方=1,2的3次方=8) X_0可以取1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0都可以。例如我们取2.0。按照公式: 第一步:X1={2.0+[5/2.0^2-2.0]1/3=1.7.}。即5/2×2=1.25,1.25-2=-0.75,0.75×1/3=0.25,输入值大于输出值,负反馈 2-0.25=1.75,取2位数字,即1.7。

自动控制原理作业答案1-7(考试重点)

红色为重点(2016 年考题) 第一章 1-2 仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理,并画出系统方框图。 解当合上开门开关时,电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压,偏差电压经放大器放大后,驱动伺服电动机带动绞盘转动,将大门向上提起。与此同时,和大门连在一起的电刷也向上移动,直到桥式测量电路达到平衡,电动机停止转动,大门达到开启位置。反之,当合上关门开关时,电动机反转带动绞盘使大门关闭,从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如下图所示。 1-4 题1-4 图为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热,从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图,并说明为了保持热水温度为期望值,系统是如何工作的?系统的被控对象和控制装置各是什么? 解工作原理:温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温,并在温度控制器中与给定温度相比较,若低于给定温度,其偏差值使蒸汽阀门开大,进入热交换器的蒸汽量加大,热水温度升高,直至偏差为零。如果由于某种原因,冷水流量加大,则流量值由流量计测得,通过温度控制器,开大阀门,使蒸汽量增加,提前进行控制,实现按冷水流量进行顺馈补偿,保证热交换器出口的水温不发生大的波动。 其中,热交换器是被控对象,实际热水温度为被控量,给定量(希望温度)在控制器中设定;冷水流量是干扰量。 系统方块图如下图所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。 1-5 图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量及各部件的作用,画出系统方框图。

解加热炉采用电加热方式运行,加热器所产生的热量与调压器电压Uc 的平方成正比,Uc 增高,炉温就上升,Uc 的高低由调压器滑动触点的位置所控制,该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量,输出电压Uf。Uf 作为系统的反馈电压与给定电压Ur 进行比较,得出偏差电压Ue,经电压放大器、功率放大器放大成au 后,作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下,炉温等于某个期望值T° C,热电偶的输出电压Uf 正好等于给定电压Ur。此时,Ue=Ur-Uf=0, 故U1=Ua=0,可逆电动机不转动,调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上,使Uc 保持一定的数值。这时,炉子 散失的热量正好等于从加热器吸取的热量,形成稳定的热平衡状态,温度保持恒定。 当炉膛温度T° C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失),则出现以下的控制过程,控制的结果是使炉膛温度回升,直至T°C 的实际值等于期望值为止。 系统中,加热炉是被控对象,炉温是被控量,给定量是由给定电位器设定的电压ru (表征炉温的希望值)。系 统方框图见下图。 注意:方框图中被控对象和被控量放在最右边,检测的是被控量,非被控对象 第二章 2-2 设机械系统如图2—57 所示,其中x i 为输入位移,x o为输出位移。试分别列写各系统的微分方程式及传递函数。

自动控制原理答案

《自动控制原理》习题参考答案 第1章 1.7.2基础部分 1.答:开环控制如:台灯灯光调节系统。 其工作原理为:输入信号为加在台灯灯泡两端的电压,输出信号为灯泡的亮度,被控对象为灯泡。当输入信号增加时,输出信号(灯泡的亮度)增加,反之亦然。 闭环控制如:水塔水位自动控制系统。 其工作原理为:输入信号为电机两端电压,输出信号为水塔水位,被控对象为电机调节装置。当水塔水位下降时,通过检测装置检测到水位下降,将此信号反馈至电机,电机为使水塔水位维持在某一固定位置增大电机两端的电压,通过调节装置调节使水塔水位升高。反之亦然。 2.答:自动控制理论发展大致经历了几个阶段: 第一阶段:本世纪40~60年代,称为“经典控制理论”时期。 第二阶段:本世纪60~70年代,称为“现代控制理论”时期。 第三阶段:本世纪70年代末至今,控制理论向“大系统理论”和“智能控制”方向发展。 3.答:开环控制:控制器与被空对象之间只有正向作用而没有反馈控制作用,即系统的输 出量与对控制量没有影响。 闭环控制:指控制装置与被空对象之间既有正向作用,又有反向联系控制的过程。 开环控制与闭环控制的优缺点比较: 对开环控制系统来说,由于被控制量和控制量之间没有任何联系,所以对干扰造成的误差系统不具备修正的能力。 对闭环控制系统来说,由于采用了负反馈,固而被控制量对于外部和内部的干扰都不甚敏感,因此,有不能采用不太精密和成本低廉的元件构成控制质量较高的系统。 4.答:10 线性定常系统;(2)非线性定常系统; (3)非线性时变系统;(4)非线时变系统; 1.7.3 提高部分 1.答:1)方框图: 2)工作原理:假定水箱在水位为给定值c(该给定值与电位器给定电信ur对应),此时浮子处于平衡位置,电动机无控制作用,水箱处于给定水位高度,水的流入量与流出量保持不变。当c增大时,由于进水量一时没变浮子上升,导致c升高,给电信计作用后,使电信计给电动机两端电压减小,电动机带动减齿轮,使控制阀开度减小,使进水量减小,待浮

自动控制原理 第1章习题解答

第1章 控制系统的数学模型习题及解答 1-1 什么是自动控制?它对于人类活动有什么意义? 答 自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制装置使被控对象中某一物理量或数个物理量准确地按照预定的要求规律变化。 1-2 自动控制系统由哪几大部分组成?各部分都有哪些功能? 答 自动控制系统一般由被控对象、执行器、控制器和反馈环节等部分组成。 1-3 试叙述人在伸手时的运动与控制过程? 答 人在伸手时由大脑发出控制命令。 1-4什么是开环控制系统?什么是闭环控制系统?试比较开环控制系统和闭环控制系统的区别及其优缺点。 答 开环控制系统是指无被控量反馈的控制系统。闭环 控制系统是指有被控量反馈的控制系统。开环控制系统的优 点是结构简单,缺点是控制精度难于保证。闭环控制系统的 突出优点,利用偏差来纠正偏差,使系统达到较高的控制精 度。但与开环控制系统比较,闭环系统的结构比较复杂,构 造比较困难。 1-5 试列举几个日常生中的开环控制及闭环控制系统,并说明其工作原理。 答 开环控制有:电磁灶,微波炉,打印机等。闭环控制有:电冰箱,抽水马桶,电饭堡等。 1-6 家用电器中,洗衣机是开环控制还是闭环控制?一般的电冰箱是何种控制? 答 洗衣机是开环控制。一般的电冰箱是闭环控制。 1-7 题1-7图表示一个水位自动控制系统,试说明其作用原理。 答 当打开阀门水位下降时浮子也随同下降,浮子下降带动三角形下降,进水口随之开大,使进水加大,水位开始上升,以保证水位稳定不变。 1-8 题1-8图是恒温箱的温度自动控制系统.要求: (1) 画出系统的原理方框图; (2) 当恒温箱的温度发生变化时,试述系统的调节过程; (3) 指出系统属于哪一类型 ? 题1-7图 题1-8图

自动控制原理题目参考答案

一、填空题 1 闭环控制系统又称为反馈控制系统。 2 一线性系统,当输入就是单位脉冲函数时,其输出象函数与 传递函数 相同。 3一阶系统当输入为单位斜坡函数时,其响应的稳态误差恒为 时间常数T 。 4 控制系统线性化过程中,线性化的精度与系统变量的 偏移程度 有关。 5 对于最小相位系统一般只要知道系统的 开环幅频特性 就可以判断其稳定性。 6 一般讲系统的位置误差指输入就是 阶跃信号 所引起的输出位置上的误差。 7 超前校正就是由于正相移的作用,使截止频率附近的 相位 明显上升,从而具有较大的 稳定裕度。 8 二阶系统当共轭复数极点位于 +-45度 线上时,对应的阻尼比为0、707。 9 PID 调节中的“P ”指的就是 比例 控制器。 10 若要求系统的快速性好,则闭环极点应距虚轴越_ 远 越好。 11 在水箱水温控制系统中,受控对象为_水箱 ,被控量为_水温 。 12 自动控制系统有两种基本控制方式,当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为_ 开环控制方式 ;当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时,称为_ 闭环控制方式 ;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于_ 开环控制方式 。 13 稳定就是对控制系统最基本的要求,若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡,则该系统_ 稳定 _。判断一个闭环线性控制系统就是否稳定,在时域分析中采用_ 劳斯判据 _;在频域分析中采用_ 奈氏判据 _。 14、传递函数就是指在_ 零 _初始条件下、线性定常控制系统的_ 输入拉式变换 _与_ 输出拉式变换 _之比。 15 设系统的开环传递函数为2(1)(1) K s s Ts τ++,则其开环幅频特性为_ _,相频特性为 _-180-arctan(tw-Tw)/1+tTw _。 16 频域性能指标与时域性能指标有着对应关系,开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对 应时域性能指标_ 调整时间t _,它们反映了系统动态过程的_快速性 _。 17 复合控制有两种基本形式:即按 输入 的前馈复合控制与按 扰动 的前馈复合控制。 18 信号流图由节点___与___支路_组成。 19 二阶衰减振荡系统的阻尼比ξ的范围为_(0,1)___。 20 两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为()G s ,则G(s)为 G 1(s)+ G 2(s)(用G 1(s)与G 2(s) 表示)。 21 PI 控制器就是一种相位_比例积分___的校正装置。 22 最小相位系统就是指 S 右半平面不存在系统的开环零点与开环极点 。 23对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面:快速性____、_稳定性___与准确性。 24如果根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间,则在这两个极点间必定存在_一个分离点 _。

自动控制原理答案——第一章

第1章 习 题 1-1 日常生活中存在许多控制系统,其中洗衣机的控制是属于开环控制还是闭环控制?卫生间抽水马桶水箱蓄水量的控制是开环控制还是闭环控制? 解:洗衣机的洗衣过程属于开环控制,抽水马桶的蓄水控制属于闭环控制。 1-2 用方块图表示驾驶员沿给定路线行驶时观察道路正确驾驶的反馈过程。 解:驾驶过程方块图如图 所示。 图 驾驶过程方块图 1-3自动热水器系统的工作原理如图T1.1所示。水箱中的水位有冷水入口调节阀保证,温度由加热器维持。试分析水位和温度控制系统的工作原理,并以热水出口流量的变化为扰动,画出温度控制系统的原理方块图。 图T1.1 习题1-3图 解:水位控制:输入量为预定的希望水位,设为H r, 被控量为水箱实际水位,设为H。当H=H r时,浮子保持一定位置,冷水调节阀保持一定开度,进水量=出水量,水位保持在希望水位上。当出水量增加时,实际水位下降,浮子下沉,冷水入口调节阀开大,进水量增加,水位上升直到H=H r。同理,当出水量减少时,实际水位上升,浮子上升,冷水入口调节阀关小,进水量减少,水位下降直到H=H r。 温度控制:在热水电加热器系统中,输入量为预定的希望温度(给定值),设为T r,被控量(输出量)为水箱实际水温,设为,控制对象为水箱。扰动信号主要是由于放出热水并注入冷水而产生的降温作用。当T=T r时,温控开关断开,电加热器不工作,此时水箱中水温保持在希望水温上。当使用热水时,由于扰动作用使实际水温下降,测温元件感受T

(完整版)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)22 ()()() 234()56()d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+ (2)()2()y t u t =+ (3)()()2()4()dy t du t t y t u t dt dt +=+ (4)() 2()()sin dy t y t u t t dt ω+= (5)22 ()() ()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++= (6)2() ()2() dy t y t u t dt +=

《自动控制原理》习题解答.

《自动控制原理》习题解答西安建筑科技大学自动化教研室

第一章习题及答案 1-3图1-3 (a),(b)所示均为调速系统。 (1) 分别画出图1-24(a)、图(b)所示系统的方框图。给出图1-24(a) 所示系统正确的反馈连线方式。 (2) 指出在恒值输入条件下,图1-24(a),(b) 所示系统中哪个是有差系统,哪个是无差系统,说明其道理。 图1-3 调速系统工作原理图 解图1-3 (a)正确的反馈连接方式如图1-3 (a)中虚线所示。 (1) 系统方框图如图解1-10所示。 (2) 图1-3 (a) 所示的系统是有差系统,图1-3 (b) 所示的系统是无差系统。 图1-3 (a)中,当给定恒值电压信号,系统运行达到稳态时,电动机转速的恒定是以发电机提供恒定电压为条件,对应发电机激磁绕组中电流一定是恒定值。这意味着放大器前端电压是非零的常值。因此,常值偏差电压存在是系统稳定工作的前提,故系统有差。 图1-3 (b)中,给定恒定电压,电动机达到稳定转速时,对应发电机激磁绕组中的励磁电流恒定,这意味着执行电动机处于停转状态,放大器前端电压必然为0,故系统无差。 1-4图1-4 (a),(b)所示的系统均为电压调节系统。假设空载时两系统发电机端电压均为

110V,试问带上负载后,图1-4(a),(b)中哪个能保持110V不变,哪个电压会低于110V?为什么? 图1-4 电压调节系统工作原理图 解带上负载后,开始由于负载的影响,图1-4(a)与(b)系统的端电压都要下降,但图(a)中所示系统能恢复到110V,而图(b) 所示系统却不能。理由如下: 图(a)系统,当u低于给定电压时,其偏差电压经放大器K放大后,驱动电机D转动,经 I增大,发电机的输出电压会升高,从而使偏差电减速器带动电刷,使发电机F的激磁电流 j 压减小,直至偏差电压为零时,电机才停止转动。因此,图(a)系统能保持110V不变。 图(b)系统,当u低于给定电压时,其偏差电压经放大器K后,直接使发电机激磁电流增大,提高发电机的端电压,使发电机G 的端电压回升,偏差电压减小,但不可能等于零,因 i=0,发电机就不能工作。即图(b)所示系统的稳态电压会低于110V。为当偏差电压为0时, f 1-5图1-5是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理,并画出系统方框图。 图1-5 仓库大门自动开闭控制系统

自动控制原理知识点总结

@~@ 自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制?(填空) 自动控制:是指在无人直接参与的情况下,利用控制装置操纵受控对象,是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。 2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么?(填空) 开环控制和闭环控制 3.开环控制和闭环控制的概念? 开环控制:控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点:开环控制实施起来简单,但抗扰动能力较差,控制精度也不高。 闭环控制:控制装置与受控对象之间,不但有顺向作用,而且还有反向联系,既有被控量对被控过程的影响。 主要特点:抗扰动能力强,控制精度高,但存在能否正常工作,即稳定与否的问题。 掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点? (分析题:对一个实际的控制系统,能够参照下图画出其闭环控制方框图。) 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面?各自的定义?(填空或判断) (1)、稳定性:系统受到外作用后,其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力 (2)、快速性:通过动态过程时间长短来表征的 (3)、准确性:有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 e来表征的 ss 第二章 1.控制系统的数学模型有什么?(填空) 微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性 2.了解微分方程的建立? (1)、确定系统的输入变量和输入变量 (2)、建立初始微分方程组。即根据各环节所遵循的基本物理规律,分别列写出相应的微分方程,并建立微分方程组 (3)、消除中间变量,将式子标准化。将与输入量有关的项写在方程式等号的右边,与输出量有关的项写在等号的左边

3.传递函数定义和性质?认真理解。(填空或选择) 传递函数:在零初始条件下,线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯变换之比 5.动态结构图的等效变换与化简。三种基本形式,尤其是式2-61。主要掌握结构图的化简用法,参考P38习题2-9(a)、(e)、(f)。(化简) 等效变换,是指被变换部分的输入量和输出量之间的数学关系,在变换前后保持不变。串联,并联,反馈连接,综合点和引出点的移动(P27) 6.系统的开环传递函数、闭环传递函数(重点是给定作用下)、误差传递函数(重点是给定作用下):式2-63、2-64、2-66 系统的反馈量B(s)与误差信号E(s)的比值,称为闭环系统的开环传递函数 系统的闭环传递函数分为给定信号R(s)作用下的闭环传递函数和扰动信号D(s)作用下的

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

自动控制原理试题及答案

自动控制原理试题及答案 Prepared on 24 November 2020

《自动控制原理》试题及答案 1、若某串联校正装置的传递函数为(10s+1)/(100s+1),则该校正装置属于(B )。3分 2、在对控制系统稳态精度无明确要求时,为提高系统的稳定性,最方便的是(A)3分 3、在系统中串联PD调节器,以下那一种说法是错误的(D) 3分 A 是一种相位超前校正装置 B 能影响系统开环幅频特性的高频段 C 使系统的稳定性能得到改善 D使系统的稳态精度得到改善 4、用超前校正装置改善系统时,主要是利用超前校正装置的(A )3分 5、I型系统开环对数幅频特性的低频段斜率为(B )9分 6、设微分环节的频率特性为G(jω),当频率ω从0变化至∞时,其极坐标平面上的奈氏曲线是()9分 7、关于线性系统稳定性的判定,下列观点正确的是 ( )。9分 8、若两个系统的根轨迹相同,则有相同的( ) 9分 9、关于系统零极点位置对系统性能的影响,下列观点中正确的是( ) 7分 10、高阶系统的主导闭环极点越靠近虚轴,则系统的( ) 2分 11、若某最小相位系统的相角裕度γ>0,则下列说法正确的是 ( )。2分 12、某环节的传递函数是G(s)=5s+3+2/s,则该环节可看成由(D )环节组成。2分

13、主导极点的特点是(A )2分 14、设积分环节的传递函数为G(s)=K/s,则其频率特性幅值A(ω)=()2分 15、某环节的传递函数为K/(Ts+1),它的对数幅频率特性随K值增加而()2分 16、某系统的传递函数是G(s)=1/(2s+1),则该可看成由(C )环节串联而成2分 17、若系统的开环传递函数在s右半平面上没有零点和极点,则该系统称作(B)2分 18、某校正环节传递函数G(s)=(100s+1)/(10s+1),则其频率特性的奈氏图终点坐标为( D)2分 19、一般为使系统有较好的稳定性,希望相位裕量为( C)2分 20、最小相位系统的开环增益越大,其()2分 21、一阶微分环节G(s)=1+Ts,当频率ω=1/T时,则相频特性∠G(jω)为()2分 22、ω从0变化到+∞时,延迟环节频率特性极坐标图为()2分 23、开环传递函数为G(s)H(s)=(s+3)/(s+2)(s+5),则实轴上的根轨迹为(B)2分 24、开环传递函数为G(s)H(s)=K/(s*s*s(s+4)),则实轴上的根轨迹为()2分 25、某单位反馈系统的开环传递函数为:G(s)=K/(s(s+1)(s+5)),当k=(C )时,闭环系统临界稳定。2分 26、若系统增加合适的开环零点,则下列说法不正确的是 (B ) 2分 27、当二阶系统的根分布在根平面的虚轴上时,系统的阻尼比为(B)3分

自动控制原理第一章教案

第一章绪论 一、自动控制技术 自动控制技术被大量应用于工农业生产、医疗卫生、环境监测、交通管理、科研开发、军事领域、特别是空间技术和核技术。自动控制技术的广泛应用不仅使各种生产设备、生产过程实现了自动化,提高了生产效率和产品质量,尤其在人类不能直接参与工作的场合,就更离不开自动控制技术了。自动控制技术还为人类探索大自然、利用大自然提供了可能和帮助。 二、自动控制理论的发展过程 1.1945年之前,属于控制理论的萌芽期。1945年,美国人伯德(Bode)的“网络分析与放大器的设计”奠定了控制理论的基础,至此进入经典控制理论时期,此时已形成完整的自动控制理论体系。 2.二十世纪六十年代初。用于导弹、卫星和宇宙飞船上的“控制系统的一般理论”(卡尔曼Kalman)奠定了现代控制理论的基础。现代控制理论主要研究多输入-多输出、多参数系统,高精度复杂系统的控制问题,主要采用的方法是以状态空间模型为基础的状态空间法,提出了最优控制等问题。

3.七十年代以后,各学科相互渗透,要分析的系统越来越大,越来越复杂,自动控制理论继续发展,进入了大系统和智能控制时期。例如智能机器人的出现,就是以人工智能、神经网络、信息论、仿生学等为基础的自动控制取得的很大进展。 三、自动控制技术与人类历史发展 1.自动计时漏壶:古代利用滴水、沙多少来计量时间的一种仪器。水漏是以壶盛水,利用水均衡滴漏原理,观测壶中刻箭上显示的数据来计算时间。历史可追溯到夏、商时期。沙漏是为了避免水因气温变化而影响计时精度而设计的。其原理是通过流沙推动齿轮组,使指针在时刻盘上指示时刻。最早记载见于元代。 2.记里鼓车:记里鼓车是中国古代用于计算道路里程的车,行一里路打一下鼓的装置,故名“记里鼓车”。记里鼓车这是一种会自动记载行程的车辆,是中国的科学家、发明家研制出的自动机械物体,被机器人专家称为是一种中国。记里鼓车的记程功能是由完成的。车中有一套减速齿轮系,始终与车轮同时转动,其最末一只在车行一里时正好回转一周,车子上层的木人受牵动,由绳索拉起木人右臂击鼓一次,以示里程。 3.指南车:指南车又称司南车,是中国古代用来指示方向的一种装置。它与指南针利用地磁效应不同,它不用磁性。它是利用机械传动系统来指明方向的一种机械装置。其原理是,靠人力来带动两轮的指南车行走,依靠车内的机械传动系统来传递转向时两车轮的差动来带动车上的指向木人与车转向的方向相反角度相同,使车上的木人指示方向,不论车子转向何方,木人的手始终指向指南车出发时设置木人指示的方向,“车虽回运而手常指南”。 4.伺服机构(servomechanism)系指经由闭和回路控制方式达到一个机械系统位置、速度、或加速度控制的系统,其中被控量为机械位置或机械位置对时间的。一个伺服系统的构成通常包含受控体(plant)、致动器(actuator)、(sensor)、(controller)等几个部分。 1.1.1 自动控制和自动控制系统

(完整版)自动控制原理第1章习题参考答案

第1章习题参考答案 1-1 自动控制系统通常由哪些环节组成?它们在控制过程中担负什么功能? 解:见教材P4- 1-2 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。 解:见教材P4-6 1-7题1-7图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理并画出系统原理方框图。 解: 当合上开门开关时, 电桥会测量出开门位置与开门实际位置间的偏差电压,偏差电压经放大器放大后,驱动伺服电动机带动绞盘转动,将大门向上提起,与此同时,和大门连在一起的电刷也向上移动,直到桥式测量电路达到平衡,电动机停止转动,大门达到开启位置。反之,当合上关门开关时,电动机带动绞盘使大门关闭,从而可以实现大门远距离开闭自动控制,系统原理方框如下图所示。 电桥电路放大器电动机绞盘大门 _ 期望门位实际门位 仓库大门控制系统原理方框图 1-8 电冰箱制冷系统工作原理如题1-8图所示。试简述系统的工作原理,指出系统的被控对象、被控量和给定量,画出系统原理方框图。 题1-8图电冰箱制冷系统工作原理 题1-7图仓库大门自动开闭控制系统原

解: 电冰箱制冷系统结构如下图 电冰箱制冷系统结构图 系统的控制任务是保持冰箱内温度c T 等于给定温度r T 。冰箱体是被控对象;箱内温度是被控量,希望的温度r T 为给定量(由电位器的输出电压r U 对应给出);继电器、压缩机、蒸发器、冷却器所组成制冷循环系统起执行元件的作用。 温度控制器中的双金属温度传感器(测量元件)感受冰箱内的温度并转换为电压信号c U ,与控制器旋钮设定的电位器输出电压r U (对应于希望温度r T )相比较,构成偏差电压c r U U U -=?(表征希望温度与实际温度的偏差),控制继电器K 。当U ?大到一定值时,继电器接通,压缩机启动,将蒸发器中的高温低压制冷剂送往冷却器散热,降温后的低温低压制冷剂被压缩成低温高压液态进入蒸发器,急速降压扩展成气体,吸收箱体内的热量,使箱体的温度下降;而高温低压制冷剂又被吸入冷却器。如此循环,使冰箱达到制冷的效果。电冰箱控制系统的原理方框图如下图所示。 电冰箱控制系统的原理方框图

自动控制原理第一章课后习题答案(免费)

自动控制原理第一章课后习题答案(免费) 1-1* 若系统单位阶跃响应 49()1 1.80.8t t h t e e --=-+ 试确定系统的频率特性。 解: 系统的阶跃响应为:49()1 1.80.8t t h t e e --=-+ 输出的拉氏变换为: 1 1.80.8()49 C s s s s =-+++ 系统的传递函数为:()1 1.80.836 ()()()49(4)(9)C s G s s R s s s s s s = =-+=++++ 系统的频率特性为:36 ()(4)(9) G jw jw jw = ++ 1-2 已知系统开环传递函数 2 (1) ()();,,0(1) K s G s H s K T s Ts ττ+= >+ 试分析并绘制T τ>和T τ>情况下的开环幅相曲线。 解: 2 (1) ()()(1) K wj G jw H jw w Twj τ+=- + 当T τ>时: 00 (0)(0)180()()0180 G j H j G j H j =∞∠-∞∞=∠- 极坐标图为: Re 当T τ>时,极坐标图为

1-3* 已知系统开环传递函数 ()G j ω2121(1) ();,,0(1) K T s G s K T T s T s -+= >+ 当取1ω=时,()180o G j ω∠=-,()0.5G j ω=。当输入为单位速度信号时,系统的稳态误差为0.1,试写出系统开环频率特性表达式()G j ω。 解:2 21212 22 11(1)()(1)()(1)(1) K T wj T T wK TT w Kj G jw jw T wj w T w -+++-==-++ 当w=1时,()180o G jw ∠=-,()0.5G jw = 1210TT -= 2 10.5(1)T =+ 又因为输入单位速度信号时的系统稳态误差为0.1.且该系统为I 型系统,所以: 10.1K =,K=10,由上式可得:121 20,,1020 T T K ===。 10(1)20()(201) s G s s s - +=+ 则系统的开环频率特性表达式为: 10(1)20()(201) w j G jw wj wj - +=+

自动控制原理习题1(含答案)

《自动控制原理》习题解答

第一章习题及答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ,b 与c ,d 用线连接成负反馈状态; (2) 画出系统方框图。 解 (1)负反馈连接方式为:d a ?,c b ?; (2)系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理,并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时,电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压,偏差电压经放大器放大后,驱动伺服电动机带动绞盘转动,将大门向上提起。与此同时,和大

门连在一起的电刷也向上移动,直到桥式测量电路达到平衡,电动机停止转动,大门达到开启位置。反之,当合上关门开关时,电动机带动绞盘使大门关闭,从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量和给定量,画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行,加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比, c u 增高,炉温就上升,c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制,该触点由可逆转的直流电动 机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量,输出电压f u 。 f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较,得出偏差电压e u ,经电压放大器、功率放大器放大成a u 后,作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下,炉温等于某个期望值T °C ,热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时,0=-=f r e u u u ,故01==a u u ,可逆电动机不转动,调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上,使c u 保持一定的数值。这时,炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量,形成稳定的热平衡状态,温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失),则出现以下的控制过程: 控制的结果是使炉膛温度回升,直至T °C 的实际值等于期望值为止。

自动控制原理课后习题答案第二章

第 二 章 2-3试证明图2-5(a)的电网络与(b)的机械系统有相同的数学模型。 分析 首先需要对两个不同的系统分别求解各自的微分表达式,然后两者进行对比,找出两者之间系数的对应关系。对于电网络,在求微分方程时,关键就是将元件利用复阻抗表示,然后利用电压、电阻和电流之间的关系推导系统的传递函数,然后变换成微分方程的形式,对于机械系统,关键就是系统的力学分析,然后利用牛顿定律列出系统的方程,最后联立求微分方程。 证明:(a)根据复阻抗概念可得: 22212121122122112121122121221 11()1()1 11 o i R u C s R R C C s R C R C R C s R u R R C C s R C R C R C C s R C s R C s + ++++== +++++ + + 即 220012121122121212112222()()i i o i d u du d u du R R C C R C R C R C u R R C C R C R C u dt dt dt dt ++++=+++取A 、B 两点进行受力分析,可得: o 112( )()()i o i o dx dx dx dx f K x x f dt dt dt dt -+-=- o 22()dx dx f K x dt dt -= 整理可得: 2212111221121212211222()()o o i i o i d x dx d x dx f f f K f K f K K K x f f f K f K K K x dt dt dt dt ++++=+++ 经比较可以看出,电网络(a )和机械系统(b )两者参数的相似关系为 11122212 11,,,K f R K f R C C : ::: 2-5 设初始条件均为零,试用拉氏变换法求解下列微分方程式,并概略绘制x(t)曲线,指出各方程式的模态。 (1) ; )()(2t t x t x =+&

自动控制原理第三版第一章课后习题

习题 1-1 根据图1-15所示的电动机速度控制系统工作原理图,完成: (1) 将a ,b 与c ,d 用线连接成负反馈状态; (2) 画出系统方框图。 图1-15速度控制系统原理图 1-2图1-16是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理,并画出系统方框图。 图1-16 仓库大门自动开闭控制系统 1-3图1-17为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量和给定量,画出系统方框图。 图1-17 炉温自动控制系统原理图 1-4 图1-18是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器1P 、2P 并联后跨接到同一电源0E 的两端,其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结,组成方位角的给定元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵;输出轴则由直流电动机经减速后带动,电动机采用电枢控制的方式工作。

试分析系统的工作原理,指出系统的被控对象、被控量和给定量,画出系统的方框图。 图1-18 导弹发射架方位角控制系统原理图 1-5 采用离心调速器的蒸汽 机转速控制系统如图1-19所示。 其工作原理是:蒸汽机在带动负载 转动的同时,通过圆锥齿轮带动一 对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链 可带动套筒上下滑动,套筒内装有 平衡弹簧,套筒上下滑动时可拨动 杠杆,杠杆另一端通过连杆调节供 汽阀门的开度。在蒸汽机正常运行 时,飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡,套筒保持某个高度,使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速ω下降,则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动,并通过杠杆增大供汽阀门的开度,从而使蒸汽机的转速回升。同理,如果由于负载减小使蒸汽机的转速ω增加,则飞锤因离心力增加而使套筒上滑,并通过杠杆减小供汽阀门的开度,迫使蒸汽机转速回落。这样,离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响,使蒸汽机的转速ω保持在某个期望值附近。 指出系统中的被控对象、被控量和给定量,画出系统的方框图。 1-6 摄像机角位置自动跟踪系统如图1-20所示。当光点显示器对准某个方向时,摄像机会自动跟踪并对准这个方向。试分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量及给定量,画出系统方框图。

自动控制原理1卢京潮

第一章 自动控制的一般概念 习题及答案 1-1 根据题1-15图所示的电动机速度控制系统工作原理图,完成: (1) 将a ,b 与c ,d 用线连接成负反馈状态; (2) 画出系统方框图。 解 (1)负反馈连接方式为:d a ?,c b ?; (2)系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-16图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理,并画出系统方框图。 图1-16 仓库大门自动开闭控制系统

解 当合上开门开关时,电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压,偏差电压经放大器放大后,驱动伺服电动机带动绞盘转动,将大门向上提起。与此同时,和大门连在一起的电刷也向上移动,直到桥式测量电路达到平衡,电动机停止转动,大门达到开启位置。反之,当合上关门开关时,电动机带动绞盘使大门关闭,从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 1-3 图1-17为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量和给定量,画出系统方框图。 图1-17 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行,加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比, c u 增高,炉温就上升,c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制,该触点由可逆转的直流电动 机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量,输出电压f u 。 f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较,得出偏差电压e u ,经电压放大器、功率放大器放大成a u 后,作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下,炉温等于某个期望值T °C ,热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时,0=-=f r e u u u ,故01==a u u ,可逆电动机不转动,调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上,使c u 保持一定的数值。这时,炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量,形成稳定的热平衡状态,温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失),则出现以下

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