自动控制原理作业一.docx

1、什么是反馈控制原理？反馈控制系统的主要特点是什么？答：（1）反馈控制原理是将系统的输出量经测量、变换反馈到输出端，与给定输入相比较（相减）得到偏差信号，该偏差信号进而经信号放大、能量变换或功率放大后产生控制作用，该控制作用又使偏差消除或减少，保证系统的输出量按给定输入的要求变化（2）反馈控制系统的主要特点是具有抑制任何内、外扰动对被控量产生影响的能力，有较高的控制精度。2、画出负反馈控制系统的组成框图，并说明各环节的作用。（1）测量元件：将物理量检测出来，并按某种规律转换成易处理和使用的另一种物理量；（2）比较元件：将受控变量与参考输入进行比较，并产生偏差信号；通常与测量元件或放大元件结合在一起使用；（3）放大元件：将较弱偏差信号进行变换放大，使其具有足够的幅值和功率（4）校正元件：当系统性能达不到期望指标时而给系统加入的、参数可根据需要改变的机构或装置，从而使系统实现给定的各项性能指标；（5）执行元件：接受偏差信号的控制并产生动作以改变受控制量，使之按照期望的规律变化。3、试比较闭环系统与开环系统的优缺点。答：（1）闭环系统优点：抗干扰能力强，有较高的控制精度缺点：系统结构复杂，设计和调试技术也复杂，系统可能会不稳定。（2）开环系统优点：开环控制系统无反馈回路，结构简单，成本较低；缺点：控制精度低，容易受到外界干扰，输出一旦出现误差无法补偿。4、试判断下列用微分方程描述的系统是线性系统还是非线性系统。（1）d2ydt2+3dydt+4y=e(t)（2）dudt+u2+u=sin2t（3）3d2ydt2+ydydt+2y=5t2（4）td2ydt2+5dydt+t2y=e-t答： （1）（4）为线性系统，（2）（3）是非线性系统。5、某单位负反馈系统的脉冲响应为yt=e-0.5t-e-t，求系统的开环传递函数。答：系统的传递函数Ys=1s+0.5-1s+1=12(s+0.5)(s+1)，设函数的开环传递函数G(s);则Ys=G(s)1+G(s) Gs=Y(s)1-Y(s)=12s+0.5s+1-1=12s2+3s.6、某复合控制系统如题6图所示，图中Wcs=as2+bs，Wgs=10s(1+0.1s)(1+0.2s)，若使经前馈补偿后的等效系统变为II型（两个积分环节），参数a和b应为何值？答：化简可得 设该系统的闭环传递函数为s，则由上图可得s=(Wc+1)Wg1+Wg s=10(as2+bs+1)s1+0.1s1+0.2s+10=10(as2+bs+1)0.02s3+0.3s2+s+10， 设系统的开环传递函数Wk(s), 有 s=Wk(s)1+Wk(s) Wks=s1-s 求得Wks=10(as2+bs+1)0.02s3+(0.3-10a)s2+(1-10b)s 若为II型，则分母含有s的2次方项，且1-10b=0即 ：0.3-10a0;1-10b=0 解得 a0.03,b=0.17、已知RC网络如题7图所示，其中u1、u2分别为网络的输入和输出；假设该网络系统的初始状态均为零状态，现要求：（1）绘制该网络系统的结构图；（2）求出传递函数U2(s)/U1(s)；（3）讨论元件参数R1,R2,C1及C2是否影响该网络响应的收敛性。 题7图答：（1）由输出到输入方向列写方程：U2=R2i2+1C2i1+i2dt U2s=R2I2s+1C2sI1(s)+I2(s) U2=R2C2s+1C2sI2s+1C2sI1s 由并联两端电压相等得： R1i1=R2i2+1C1i2dt R1I1s=(R2+1C1s)I2(s) I2s=R1C1sR2C1s+1I1(s) 输入回路：U1=R1i1+1C2i1+i2dt U1s=R1I1s+1C2sI1(s)+I2(s) I1s=C2sR1C2s+1U1s-1C2sI2(s) 由、得1C2s+U2sI2(s)I1sU1(s)R2C2s+1C2sR1C1sR2C1s+1C2sR1C2s+1 1C2s 方框图化简得；1C2s+U2sI2(s)I1sU1(s)R2C2s+1C2sR1C1sC1s+1C2sR1C2s+1 R1C1C2(R2C1s+1) R1R2C1C2s2+(R1+R2)C1s+1C2s(R2C1s+1)U2sU1(s)C2sR1C2s+1 R1C1C2(R2C1s+1) C2s(R2C1s+1)R1R2C1C2s2+(R1C1+R1C2+R2C1)s+1R1R2C1C2s2+(R1+R2)C1s+1C2s(R2C1s+1)U2sU1(s) R1R2C1C2s2+(R1+R2)C1s+1R1R2C1C2s2+(R1C1+R1C2+R2C1)s+1U2sU1(s) 所以传递函数为U2sU1s=s=R1R2C1C2s2+R1+R2C1s+1R1R2C1C2s2+R1C2+R2C1+R1C1s+1（3）因为元件R1,R2,C1,C2参数均为大于零的常数，系统特征多项式系数大于零，所以不会影响网络响应的收敛性8、已知某控制系统的方框图如题6图所示，其中，R(s)为系统输入，C(s)为系统输出，E(s)为误差信号，试用方框图和信号流图方法，求传递函数C(s)/R(s)和E(s)/R(s)。若E(s)不是如题12图所示从比较点引出，而是环节G1(s)的输入，试求C(s)/E(s)。9、控制系统方框图如题9图所示。（1）用方框图等效变换法，求系统的闭环传递函数Y(s)/R(s)和E(s)/R(s)