自动控制原理作业答案1 7考试重点

1、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。 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 解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。 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。冷水流量题1-41-4

2、 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？ 若低于给定温工作原理：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， 解度，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。 给定量实际热水温度为被控量，（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。热交换器是被控对象，其中， 系统方块图

3、如下图所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。 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1-515 / 1 出系统方框图。 UcUc增高，炉温就上升，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，解 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，经电压放大器、功率放大器放大成Ue作为系统的反馈电压与给定电压Ur进行比较，得出偏差电压电压Uf。Uf 后，作为控制电动机的电枢电压。au，Ue=Ur-Uf=0Ur。此时，C，热电偶的输出电压Uf正好等于给定电压在

4、正常情况下，炉温等于某个期望值 T保持一定的数值。这时，炉Uc=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，使故U1 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。控制的结果，则出现以下的控制过程,(例如炉门打开造成的热量流失)由于某种原因突然下降当炉膛温度TC 的实际值等于期望值为止。T是使炉膛温度回升，直至C （表征炉温的希望值）。系系统中，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 统方框图见下图。 . 检测的是被控量方框图中被控对象和被控量放在最右边,非被控对象注意: 第二章 x其中所示，x为输入位移，为输出

5、位移。试分别列写各系统的微分方程式及传递函数。5722-2 设机械系统如图oi 解：图(a)：由牛顿第二运动定律，在不计重力时，可得15 / 2 -t-2t ，试求系统的传递函数和脉冲响应。r(t)=1(t)2-6若某系统在阶跃输入时，零初始条件下的输出响应c(t)=1-e+e H(s)G(s)2-602-8 在图中，已知和两方框相对应的微分方程分别是15 / 3 E(s)/R(s)。且初始条件均为零，试求传递函数及C(s)/R(s)及 (s) (s)/U 2-53 所示有源网络的传递函数U2-9求图io 2-55所示。已知控制系统结构图如图2-11 试通过结构图等效变换求系统传递函数C(s)

6、/R(s)。 解：15 / 4 15 / 5 第三章)53.1sin(1.6t() =10 ?12.5et + ho t ?1.2 3-3已知二阶系统的单位阶跃响应为 试求系统的超调量、峰值时间p和调节时间s。1?t?2?)(c1t)?1t?sin(?e?nn2?1 解：?3.5?t?tps2?2?1?arccos?/?1?e%? nn0?6?cos53?cos1.0. 222?1/?6.1?00.6.?0.6/1?06/?9.?ee%?5%e? ?t1.?96(s?)p61.2?1 n3.553.?2.?t?92(s)s?1.2 n或：先根据c(t)求出系统传函，再得到特征参数，带入公式求解

7、指标。 3-6设图3-46是简化的飞行控制系统结构图，试选择参数K和Kt，使系统n、。 分析：求出系统传递函数，如果可化为典型二阶环节形式，则可与标准二阶环节相对照，从而确定相应参数。 解 对结构图进行化简如图所示。 15 / 6 平面根的个数及纯虚根。3-10已知系统的特征方程，试判别系统的稳定性，并确定在右半s23540?s?4812s?24s?32?D(s)?s3s?）1 （235448?32s?12s?24ssD(s)?s?3解： =0 5 32 列劳思表:S 12 1 4 48 3 S 24 483?2432?123?164? 3 330 S 16?24?3412? 2 448 S

8、48?16?412?0? 2 S 12048?12s?, 0 辅助方程 024s? 辅助方程求导： S 24 0 48 S 2?j?s 系统没有正根。对辅助方程求解，得到系统一对虚根 。 21,23654010?8s-4s-4s)(Ds?s4?s7-s） （2 列劳思表： 15 / 7 系统不稳定。 3-12 已知系统结构图如图所示。试用劳思稳定判据确定能使系统稳定反馈参数的取值范围。 解：系统的开环传递函数为： 0。所以 : 3-13已知单位反馈系统的开环传递函数 = ) G(s （1） 2s?1） 10（= G(s) 22100)6s + (s +s 3）（t + ) = 2 2t rr(

9、t) = 2t (t2 时，系统的稳态误差。和 试求输入分别为 （1）因为是二阶系统，且系数大于零，所以系统稳定。limlimlim2 = 0 =，= 0 Ka sG(s)sG(s) ，20 K p=G(s) Kv= s00s0s 3（）应先检查系统的稳定性。 15 / 8 limlimlim2G(s) = ， Kv= sG(s) = ， Ka = sG(s) = 0.1=Kp 00s0s s 第四章 4-2 所示，试概略绘出相应的闭环根轨迹图。已知开环零、极点分布如图4-28 另附其他地方例题： 15 / 9 。设单位反馈控制系统开环传递函数如下，试概略绘出相应的闭环根轨迹图4-3 (要求确

10、定分离点坐标d) 设单位反馈控制系统的开环传递函数如下，要求：4-5*K?G（s）)10s1ss(?)(?确定(1) 产生纯虚根的开环增益值。15 / 10 *K1?s)HG（s）?,(2)?5)(s?s(s2设反馈控制系统中 4-8 要求： （1） 概略绘出系统根轨迹图，并判断闭环系统的稳定性； （2） 如果改变反馈通路传递函数，使H(s)=1+2s，试判断H(s)改变后的系统稳定性，研究由于H（s）改变所产生的效应。 第五章 -4t-9t，试确定系统的频率特性。+0.8e c(t)=1-1.8e5-2若系统单位阶跃响应 15 / 11 5-8绘制下列传递函数的对数幅频渐近特性曲线2002?s)?)G(s(G2s(s?1)(10s?1)(8s1)?1)(2s ）（1（2） （1） （2） 5-17根据题5-8所绘对数幅频特性渐进曲线，近似确定截止频率c，并由此确定相角裕度的近似值。 5-9已知最小相位系统的对数幅频渐近特性曲 线如图所示，试确定系统的开环传递函数。 （右图中的10000100，1001） 15 / 12 T/t1)t)?10(2?e(nTnT/1)10(2?10(2?1)?)(enT 15