自动控制原理_课后习题及答案

第一章简介比较1-1开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。答案：1开环系统(1)优点：结构简单，成本低，工作稳定。系统输入信号和扰动提前通知时，可以得到满意的结果。(2)缺点：无法自动调整控制金额的偏差。因此，如果系统组件参数发生变化，并且存在外部未知扰动，控制精度就会下降。2闭环系统优点：控制精度高，因为即使由于干扰或系统本身结构参数的更改而导致的控制量偏离给定值，也将产生消除此偏差的控制效果。根据偏差调整的控制系统。实际上被广泛使用。缺点：起诉可能有变动，严重的情况下系统不能运行是主要缺点。什么是1-2反馈？闭环控制系统为什么经常使用负面反馈？请举例说明。答案：将系统输出信号导入回输入，并为系统生成控制功能的控制方法称为反馈。闭环控制系统经常使用负面反馈。证明了1-1所述闭环系统的优点。例如，温度控制系统通过热阻(或热电偶)检测当前炉子的温度，然后与温度值进行比较，控制加热系统以达到设定值。1-3试着判断以下微分方程所描述的系统是什么类型(线性、非线性、常数、时变)？(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)答案：(1)线性常数(2)非线性常数(3)线性时变(4)线性时变(5)非线性常数(6)非线性常数(7)线性常数0图1-4是水位自动控制系统的示意图，图Q1、Q2分别是流入流和流出流。控制的目的是使水位保持在一定的高度。说明系统的工作原理，并绘制方块图。问题1-4水位自动控制系统回答：(1)方块图如下：实际水温确定水位弗洛特杠杆作用阀门水箱工作原理：系统的控制是保持水箱水位不变。坦克是控制对象，坦克的水位被控制，与流出流Q2的大小相对应的水位高度被量化。当水箱水位高于给定水位时，通过浮标连杆机构缩小阀门，减少流入流量，降低水位，当水箱水位低于给定水位时，通过浮标连杆机构大幅度打开流入管道的阀门，使流入流量增加，水位上升到给定水位。1-5图1-5是液位系统的控制操作，使液位高度保持不变。坦克是控制对象，坦克级别是控制的，电位器在设定电压(表征液体级别的希望值Cr)时提供定量。问题1-5图表级自动控制系统回答：(1)液位自动控制系统方框图：给定电位Cr实际液体水平电位差计马达减速器阀门水箱(2)电位器刷位于中点位置(相应的Ur)时，马达保持不动，控制阀门，使水箱中流入的水量和流出的水量相等。确保液体水平保持在希望的高度。一旦流入或流出水发生变化，液体水平上升时，波波星也相应上升，通过杠杆使电位差计笔刷从点位置向下移动，从而为马达提供事实上的控制电压，驱动马达通过减速器减少阀的开口，从而减少进入油箱的液体水平流量。此时，当水箱水平下降，浮筒位置相应下降，直到电位器刷子回到中点位置，系统再次处于平衡状态，液体水平恢复到给定高度。相反，当水箱水平下降时，系统会自动增加阀门热量，将流入量提高到指定高度。1-6问题图1-6是仓库闸门自动控制系统的示意图，说明了该系统的工作原理，绘制了其框图。问题1-6仓库闸门自动控制系统示意图回答：(1)仓库闸门自动控制系统方块图：实际位置打开(关闭)门位置电位器放大器马达绞盘大门(2)工作原理：控制系统的控制任务是通过开门开关控制仓库门的开闭。门打开开关或关闭开关关闭时，对应于指定电压，即数量上的电位差计的电压。仓库门处于打开或关闭位置，门位置对应于检测电位差计的电压，门的位置受到控制。门所在的位置是当电位器上的电压与门打开(或关闭)开关关闭时相应电位器上的电压相同时，电动机不移动，控制绞车处于固定位置，门保持在所需位置，如果仓库门处于原始关闭位置，则打开开关打开，如果两个电位器电位器电位器放大放大器后控制马达旋转，则电动机驱动绞车旋转，仓库门处于所需的门打开位置时，输入放大器0，放大器的输出可能为零。马达绞车不动，门保持在希望之门打开的位置。相反，关闭仓库门。1-7问题图1-7是温度和湿度控制系统的示意图。说明系统的工作原理，并绘制方块图。问题1-7温湿度控制系统示意图答案：(1)方块图：湿度设定湿度控制器电动水阀湿度变送器(2)控制对象是温度和湿度设置，控制工作是通过调节喷雾大小控制湿度，通过控制蒸汽量大小控制温度。受控量是温度和湿度，设置温度，将湿度设置为定量。第二章控制系统的数学模型寻找2-2极RC网路的传递函数UC (s)/ur (s)。此网络是否与两个RC网络的连接相同？回答：因此，给定网络与两个RC网络的连接不同。2-4晶闸管整流器输出电压Ud=ku2 cos 其中，k是常数，u2是整流变压器上电压rms，是晶闸管控制角度，在0附近进行了小变化，试验了Ud和的线性化。回答：.2-9系统的微分方程组如下、都是正常数，系统地输入，输出量是，绘制动态结构图，并查找传递函数。回答：找到简化2-12图标的动态结构图和传递函数。答案：(a)(b)(c)(d)(e)2-13简化了图形动态结构，找到了传递函数。回答：(a)(b)(c)(d)(e)(f)第三章时域分析3-1已知主系统的传递函数现在，尝试使用负馈送方法将切换过程时间减少到0.1倍，防止整体比例发生更改，并选择和的值。G(S)KHK0R(s)问题3-1图回答：闭环传递函数：原理图已知：原因3-2问题3-2分析参数b对输出阶段切换过程的影响，如图所示。Bs问题3-2图回答：系统的闭环传递函数如下：因此，b的大小影响了主系统的时间常数，越大，系统的时间常数越大，系统的调整时间越长，上升时间越长。3-3温度计能说明其特性。活动温度计测量容器中的水温，将实际水温值的98%显示1分钟。问容器的水温根据10c/min的速度线性变化时，温度计的稳态显示误差是多少。回答：此系统是开环传递函数系统的闭环传递函数如下：G(S)R(S)C(S)系统的传递函数：主题中的错误传递函数包括：3-4单元反馈系统开环传递函数的设置累加系统的阻尼比、未衰减的固有频率、单位阶跃响应的超和最大时间，并讨论大小对动态性能的影响。回答：开环传递函数包括3-8控制系统闭环传递函数的设置您希望提供满足以下要求的闭合回路特征管线可以位于s平面上的区域：1.2.3.回答：欠阻尼二次系统的特征值：1.据了解，由于对称关系，实际轴的下半部分。2.据了解，由于对称关系，实际轴的下半部分。3.由于对称关系，实际轴的下半部分还有。闭环特征根可能存在的区域包括：1.2.3.3-10单位反馈系统开环传递函数如下：1.2.我想确定使系统稳定的值。回答：1.系统的特性多项式如下：因为在特征多项式中有负值，所以无论k取什么值，系统都不稳定。系统的特性多项式如下：劳斯的安排如下：0.2 k-10.8 kk系统必须稳定所以系统稳定的k的范围3-14已知单位反馈系统的开环传递函数如下：1.2.3.回答：系统的闭环特性多项式为：可以判断系统是稳定的。对于基于0的系统，静态错误系数为：那么，那时候，当时，当时，系统的闭环特性多项式为：以劳斯为标准，可以判断系统稳定。在一种类型的系统中，静态错误系数为：那么，那时候，当时，当时，系统的闭环特性多项式为：以劳斯为标准，可以判断系统稳定。对于基于0的系统，静态错误系数为：那么，那时候，当时，当时，第四章根轨道方法4-2开环增益变化时，绘制和简述系统根轨迹图的已知单位反馈系统的开环传递函数。1.2.回答：(1)开环极：p1=0，p2=-1，P3=-3实际轴的根轨迹间距：(-，-3，-1，0纵坐标线：分隔点：得到D1，2=-0.45，-2.2。D2=-2.2不在根轨迹中，放弃。与虚拟轴相交：性质方程式用以下内容替换S=j解决方法根据角度条件，绘制根轨迹，如图4-2(1)所示。(2)开环极：p1=0，p2=-4，P3，4=-2j4实际轴的根轨迹间距：-4，0纵坐标线：分隔点：原因S1，2=-2，分离点可以由a、b、c条件之一确定。A.g(S3)=-(129 o 51o-90o)=-180 o以满足拓扑角度条件；B.K1在变化范围内。C.开环极是=-2直线左右对称的，所以闭环根轨迹也必须是=-2直线左右对称的，所以S3位于根轨迹上。与虚拟轴相交：性质方程式Routh表格S4 1 36 K1S3 8 80S2 26 K1S80-8k1/26S0 K1解析为K1=260的80-8k1/26=0和26s2 k1=0。根据角度条件绘制根轨迹，如图4-2 (2)所示。4-3单位反馈系统的开环传递函数如下(1)大致绘制了系统的根轨迹，分析了系统的稳定性。(2)如果添加零，根轨迹将如何变化，对系统的稳定性有什么影响？答案(1)在K10中，根轨迹的两个分支始终位于s的右半平面上，系统不稳定。添加(2) 0 z=-1会将根轨迹移动到左侧，根轨迹的三个分支始终位于s的左半平面上，系统很稳定。4-4系统的开环传递函数在以下条件下绘制规则根轨迹：(1)；(2) (3)回答：(1)实际轴的根轨迹间距：(-，-1，-1，0纵坐标线：分隔点：可以解开只拿走。与虚拟轴相交：性质方程式父对象：获取与虚拟轴的交点系统的根轨迹如下图所示。(2)零是剧是实际轴的根轨迹间距：(-，-1