自动控制原理答案

1、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。 曲动机望 翦1a。题b1图速度控制系统原理图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。A电” 地大败大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。<z的电偶电第叁题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。图中电位器并联后跨接到同一电源 Eo的两端，其滑臂分

2、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题1-5图蒸汽机转速自动控制系统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。飞锤通过较链 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

3、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

4、对象、被控量及给定量， 画出系统方框图。交也恻递支电机“匕厂 庄整用机发鸣机题1-6图摄像机角位置随动系统原理图1-7题1-7图(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(a) , (b)中哪个能保持110V不变，哪个电压会低于110V,为什么？题1-7图电压调节系统工作原理图1-8题1-8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？1-9许多机器，像车床、铳床和磨床

5、，都配有跟随器，用来复现模板的外形。题1-9图就是这样一种跟随系统的原理图。 在此系统中，刀具能在原料上复制模板的外形。 试说明 其工作原理，画出系统方框图。温度控制兽题1-8图水温控制系统原理图1-10题1-10图（a） , （b）所示均为调速系统。（1）分别画出图（a）、图（b）对应系统的方框图。给出图 （a）正确的反馈连线方式。（2）在恒值输入条件下，图（a）、图（b）中哪个是有差系统，哪个是无差系统，说明其道理。题1-10图 调速系统工作原理图1-11题1-11图为谷物湿度控制系统示意图。在谷物磨粉的生产过程中，有一个出粉最多的湿度，因此磨粉之前要给谷物加水以得到给定的湿度。图中，谷物

6、用传送装置按一定流量通过加水点，加水量由自动阀门控制。加水过程中，谷物流量、 加水前谷物湿度以及水压都是对谷物湿度控制的扰动作用。为了提高控制精度，系统中采用了谷物湿度的顺馈控制， 试画出系统方块图。题1-11图谷物湿度控制系统示意图第二章习题答案2-1 (1) d2uoduoI1 dtUoUi其中:传递函数为Uo sUi(2)TT2TTi,d3Uo 3-dF 其中:LR传递函数为：2-2UaUfUaTiLRT2RCtt2s2 t1sTi(T2T2T)a3) dt2d UoT3-dTUoUiT3R C2TT2T3S3 T«2 T3)S2 T3S 1解：(1)比较器*Uf(2)ksek

7、f w放大器速度反馈电中区回路Raiaa aLala(S)Ua(S)Ea(S)dia一 eadt1Ra(TeS 1)eaCeWTeLaRa(5)电动机轴上的力矩平衡dwM d M l fw JdtM DCmiaMd(s) Ml(s)1(f JS) (s)(S) -(Md(s) Ml(s) JS f(s)Ur(s)1kskfCm/Rks 备 / Ra(TeS 1)(JS f)cmce / Ra(TeS 1)(JS f)(1S 1)(JS f)Ml(s)ksCm / Ra(TeS 1)(JS f) kskfCm/Ra /Ce / Raks/Ce (TeS 1)(TmS Raf/CmCe) k$kf

8、/Ce 11JS f kskfCm/RaCmCe/Ra1 - (TeS 1)(JS f ) (TeS 1)(JS f)TeS 1(TeS 1)( JS f) kskfCm/Ra CmCe / Ra号(TeS 1)(TeS 1)(TmS Raf/CmCe) kskf/g 1机电时间常数TLaeRa.电框回路的电磁时间常数RaJ TmCmG2-3 4id4.197 10 Ud2-4T dUoR1T dUodtR2 R3 dt2TSUodui2T dt(1 i)TS 1其中:2R2R3Ri1R2R3R两个环节之间有负责效应。(b)G渭其中：RiR2R3R3两个环节之间无负责效应。2-5 (a)Uo(

9、s)RCUi(s)其中：(b)G(s)Uo(s)Ui(s)kp(1 1/s)其中:(c)R2cR2RiG(s) 2_kpTT2s(T1 T2)S1kp(TiS 1)(T2s 1)其中:T1(d)G(s)Uo(s)Ui(s)T2SR1C1T2R2C2T2SR2Rkp(1 1/ s)R I - R2R2cs这是准PI调节，当 R2 R3时G(s)kp(1 1/ s)2-6 (a)G(s)(b)G(s)C(s) .G1G2G3 G1G4G5R(s)1 G1G2H1 G2G3H2 G4H2 G1G2G3H3G1G4H32-7G1G2G3G41 G1G2G3G4HlG1G2G3 H 2 G2G3H 3

10、G3G4H 4C1G(s)R(s)1 G1G2G3G4C1G1G2G3R2(s)1 G1G2G3G42-8信号流图如下：C2(s)G1G2G4R(s)1 G1G2G3G4C2(s) G2(s)R2(s)1 G1G2G3G42-9信号流图如下C(s)1G G2G3(1 -G5G6 GHiG4G5H 2GG4G5GG4G5H1H2R2(s)G(s)3-2当t 0时， c(0) 0.9 0.9 0初始条件为零，则10.90.9c(s)s ss 10输入信号所以10(s 1)s2(s 10)r(t) 1(t) t 1(t)S11R(s) 5s sG4G5G6(1 GHi)GG2G3G4G51 GHi

11、G4G5H 2GG4G5GG4G5HH 22-10 (a)五个回环，四个互不接触的回环，四条前向通道1G3H1G3G4H2G5H3G5G6H4G3G5G3G5H1H3G3G4G6H1H4G3G4G5H2H3G3G4G5G6H2H 4G1G3G4(1 G5H3 G5G6H4) G1G3G5G6 G2G5G6(1 G3H1 G3G4H2) G3G4G5G6G(s) 1G3H1G3G4H2G5H3G5G6H4G3G5G3G5H1H3G3G5G6H1H4G3G4G5H2H3G3G4G5G6H2H4(b) 四个回环，一对互不接触回环，二条前向通道abcd h(1 be cf)1 be cf dg bcd

12、i bedg第三章习题答案3-1故传递函数为：-k_ TsG6(1 (1Ts)e)其传递函数G(s)C(s)410(s 1)s2(s 10)s 1-2s10s 10G(s)3-3 解:s(s2)s(s则 由公式0.5h(t) 1nt sin(dt可得系统单位阶跃响应2.3h(t) 1 e3各项性能指标：sin(3t60超调量e 1 2 1000016.30 0上升时间233,33Mp2.31.21s峰值时间调节时间3-4解：由图M p 30003-493-5tpts3- 4212可知：tp 0.1e 1 20.30.1系统的开环传函(1) Kp 50KvG(s)出 1.81s3(3 4)s联立

13、求解得2 ns(s 2 n)0 Ka 0(考虑2%的误差带)0.358n33.641131.92s(s 24.1)3-6C(s) R(s) 3-73-8(2)(3)KpKpKpKvKvK2008,Ka 0KaKa系统在阶跃信号作用下稳态误差为“系统在加速度信号作用下稳态误差为mm2b0s0san 2san iSnn 1%sasan iS an单位斜坡信号作用下的稳态误差K100”的充分条件为：bm an0”时ana当选(1)G(s)一 limsE(s) 0n时，叩m。当系统为I型系统时，系统的开环传递函数为:4(2)G(s)1,2s(s 4s当系统为6s 46)II型系统时，系统的开环传递函数

14、为:s2(s 4)3-9系统开环传递函数G(s)”5012s 25)3-10解：当当3-11解:(1)(2)(3)时,时,K3-12解:3-13解:(4)(1)(2)K3-143-153-16.10 3.160.2427无论K取何值，系统都不稳定310系统稳定时0 K 15当 0.720,解：系统临界增益Gn(s) 解：G3(s)解：系统单位脉冲响应10100.3166.24时，闭环极点均位于3,响应的振荡频率为Gr(s)1 G3(s)H(s)G2(s)G3(s)c(t) Ke t cos 2ts 1直线的左边第五章习题答案5-2 解：(1)y(t) 0.83sin(t 25.26 )(2)y

15、(t)0.83sin(t 4.76 ) 1.64sin(2t 35.54 )kq 20.82dB g5-3 解：39.295-4解：系统地传递函数为G(s) s 5-5 解:(a)10010s 10091.35G(s) 6(s 300)(s 5)(s 10)(b)G(s)0.1s0.02s 1258.7(c)G(s)(d)G(s)(e)G(s)(f)G(s)32s(0.5s 1)25 s(100s 1)(0.1s 1)0.5(2s 1)s2(0.5s 1)31.620.01s2 0.116s 114.041.7136.865-6 解：(1) k=1(2) k=255-7 解：(a).N=1,

16、Z=0 稳定(c).N=1, Z=0 稳定(b).N=-1(d).N=0(e).N=0, P=0, Z=0 稳定 (f).N= -1(g).N=-2, P=0, Z=2 不稳定 (h).N=0,Z=1不稳定P=0 , Z=0 稳定,P=1 , Z=2不稳定,P=0, Z=0 稳定(i).N= -2, P=1 , Z=3 不稳定5-8解：0 k 10,25 k 10000时，系统稳定10 k 25,k 10000时，系统不稳定 1.1 4k21 . 2( 11 4k2 cos(1 4k )5-9 解：(1)2k(2) w=2.1642, k=5.156kg 20.82dB14125s2 1034

17、0s 100005-10 解：(1) (2) (3)5-11 解：5-12 解：(1)39.29k=1.69 k=12.10.1(s)(2)M p 15%ts0.058 0.077s5-13 解：(1)k=0.74 (2)k=1.1 (3)k=0.511 5-14解：当K>1时，奈氏图如图所示， P=1, N=1, Z=0系统稳定-3-2.5-2-1.5-1-0.500.5Real AxisPXA vrhKpaa mlNyquist Diagram 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -151 -5wax A vra«psa上(1)Ny

18、quist Diagram 20 15 10 5 0m -5-10-15-20-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10Real Axis(2)Nyquist Diagram-1.5-1-0.500.511.52Real Axis-33 25 4GF VA wf-anraayr61 -5Bode DiagramGm = -5.34 dB (at 1.44 rad/sec) , Pm = 28.6 deg (at 1.84 rad/sec)JBdr eaH«Lh9aM19080702Mgdr esanp21010Frequency (rad/sec)

19、71-5Bode DiagramkcdveauhaaMxlawyavesawnp21010°101Frequency (rad/sec)5-18 Nyquist Diagram0.80.60.4S 0.2m -0.2-0.4-0.6-0.8-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81Real AxisBode Diagram10110210T10010-2103Frequency (rad/sec)(2)幅值裕量 G =19.8168,相角裕量 P = Inf ,相位穿越频率wg =5.6578 ,开环剪切频率wc = NaN5-19当K=10.428时，相角裕量

20、 P = 30 0Bode DiagramGm = 3.86 dB (at 3.17 rad/sec) , P m = 30 deg (at 2.87 rad/sec)50lBa(KeHMUkhawaM-10000-50la6avesahb-270-90-18010-1101010210Frequency (rad/sec)5-20 (1)当K=5时，bode图如图所示8-1(2)(4)f(t)f(t)(s)-150270-90Bode DiagramGm = 11 dB (at 0.834 rad/sec) , P m = 64.9 deg (at 0.211 rad/sec) 500-50-100180900-210-1100101Frequency (rad/sec)1010attef(t)nT (a en 02f(t)8-2 (1)(2)第八章习题答案 nTe anT (t