自动控制系统原理第五版课后问题详解完整版 2
自动控制原理(胡寿松)第五版(总复习)
误差信号：指系统输出量的实际值与期望值之差，简称误差。 扰动信号：简称扰动或干扰、它与控制作用相反，是一种不希 望的、影响系统输出的不利因素。扰动信号既可来自系统内部， 又可来自系统外部，前者称内部扰动，后者称外部扰动。
10
自动控制系统控制原理方框图
输入量
34
线性定常微分方程的求解
r(t)
c(t) 求解微分方程式
微分方程式
时域解c(t)
L
R(s)
C(s)
s的代数方程
求解代数方程
L-1
s域解C(s)
用微分方程求解，需确定积分常数，阶次高时麻烦；当参数或结构变化时，
需重新列方程求解，不利于分析系统参数变化对性能的影响。
用拉氏变换求解微分方程的一般步骤：
列写系统或元件微分方程的步骤如下： （1）根据实际工作情况，确定系统和各元件的输入、输 出变量； （2）从输入端开始，按照信号的传递顺序，依据各变量 所遵循的物理（或化学）定律列写出在运动过程中的动态 方程，一般为微分方程组； （3）消去中间变量，写出输入、输出变量的微分方程；
31
2-1 控制系统的时域数学模型
7
1-1 自动控制的基本原理与方式
反馈控制系统的基本组成
比较
r(t) 元件 + e(t)
串联
自动控制原理+第五版课后习题答案
C(s ) 590 (c) R(s) = 39 = 15.128 C(s ) bcde + ade + (a + bc )(1 + eg ) = (e) R (s) 1 + cf + eg + bcdeh + cefg + adeh 1
(d)
C(s) abcd + ed(1 bg ) = R (s ) 1 af bg ch ehgf + afch
总输出 c ( t ) = c 1 ( t ) + c 2 ( t ) = 1 4 e t + 2 e 2 t
（2-11题~2-15题） 题 题
E(s) 10(12s 2 + 23s + 5) = 2-11 R (s ) 12s 2 + 23s + 25 U o (s ) ( R C s + 1)( R oCos + 10) U o (s ) R1 = 1 1 2-12(a) = ( R oCo s + 1) (b) U i (s ) R oC1s U i (s ) Ro
3-2 (1) k ( t ) = 10 5 h( t ) = 1 e 3 t sin( 4 t + 53.13 o ) 4
（3-1题~3-9题） 题 题 h( t ) = 10 t
胡寿松自动控制原理第五版_图文
1-1 自动控制的基本原理与方式
常用的名词术语
输入信号：也叫参考输入，给定量或给定值，它是控制着输出 量变化规律的指令信号。
输出信号：是指被控对象中要求按一定规律变化的物理量，又 称被控量，它与输入量之间保持一定的函数关系。
反馈信号：由系统(或元件)输出端取出并反向送回系统(或元件 )输入端的信号称为反馈信号。反馈有主反馈和局部反馈之分。
3、非线性控制系统 系统中只要有一个元部件是非线性的，这类系统称为非线 性系统。要用非线性微分（或差分）方程来描述其特征。
27
1-4 对自动控制系统的基本要求
１.基本要求的提法
稳定性、快速性、准确性，即稳、快、准。 • 稳定性
稳定性是指系统重新恢复平衡状态的能力，任何一 个正常工作的系统首先必须是稳定的。
偏差信号：它是指参考输入与主反馈信号之差。
误差信号：指系统输出量的实际值与期望值之差，简称误差。 扰动信号：简称扰动或干扰、它与控制作用相反，是一种不希 望的、影响系统输出的不利因素。扰动信号既可来自系统内部 ，又可来自系统外部，前者称内部扰动，后者称外部扰动。
19
1-1 自动控制的基本原理与方式
其拉氏变换为：
0
t
32
1-4 对自动控制系统的基本要求
（3）单位脉冲函数 其数学表达式为：
理想单位脉冲函数为
其拉氏变换为：
胡寿松版完整答案自动控制原理第五版课后习题答案
uo
(t)
uc2
(t)
RC1
duc1 (t ) dt
整理得输入输出关系的微分方程为
RC1C2
d 2uo (t) dt 2
(2C1
C2 )
duo (t) dt
uo (t) R
RC1C2
d 2ui (t) dt 2
2C1
dui (t) dt
ui (t) R
（c）设电阻 R2 上电压为 uR2 (t) ，两电容上电压为 uc1(t), uc2 (t) ，由基尔霍夫定
L1[F (s)]
L1[
2 s2
1 s
1 ] s3
2L1[
1 s2
]
L1[
1 s
]
L1[
s
1
] 3
2t 1 e3t
（3）
F
(s)
2s2 5s 1 s(s2 1)
1 s
s5 s2 1
L1[F (s)] L1[1 s 5 ] s s2 1
L1[ 1 ] s
L1[
s5
s2
] 1
1 cos t 5sin t
L[ f (t)] 2 [sin(3t) cos(3t)] 2
2 (L[sin(3t)] L[cos(3t)]) 2
2 2
(
s2
3
9
s2
胡寿松版完整答案自动控制原理第五版课后习题答案
自动控制原理课后答案
1 请解释下列名字术语：自动控制系统、受控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。
解：自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成；受控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程
扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。
给定值：受控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值
参考输入即为给定值。
反馈：将系统的输出量馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较的过程。
2 请说明自动控制系统的基本组成部分。
解：作为一个完整的控制系统，应该由如下几个部分组成：
①被控对象：所谓被控对象就是整个控制系统的控制对象；
②执行部件：根据所接收到的相关信号，使得被控对象产生相应的动作；常
用的执行元件有阀、电动机、液压马达等。
③给定元件：给定元件的职能就是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参考量）；
④比较元件：把测量元件检测到的被控量的实际值与给定元件给出的参考值
进行比较，求出它们之间的偏差。常用的比较元件有差动放大
器、机械差动装置和电桥等。
⑤测量反馈元件：该元部件的职能就是测量被控制的物理量，如果这个物理量
是非电量，一般需要将其转换成为电量。常用的测量元部件有
测速发电机、热电偶、各种传感器等；
⑥放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被
控对象。如电压偏差信号，可用电子管、晶体管、集成电路、
晶闸管等组成的电压放大器和功率放大级加以放大。
⑦校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反
电力拖动自动控制系统-第五版 课后习题答案
习题解答（供参考）
2.1试分析有制动电流通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的？
解：减小控制电压，使U g1得正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压U d 降低，使得E>U d ，电机流过反向电流，电机进入制动状态。0≤t< t on 时，通过二极管VD1续流，在t on ≤t<T 期间U g2为正，VT2导通，流过反向制动电流。因此在制动状态时，VT2和VD1轮流导通，VT1始终关断。
2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？
解：10000.02
2.04(1)100.98
n n n rpm rpm D s ⨯∆=
==-⨯
系统允许的静态速降为2.04rpm 。
2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为min 1500m ax 0r n =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ∆=，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静
差率是多少？
解：1）调速范围 max
min
n D n =
(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n rpm =-∆=-= min 0min 15015135N n n n rpm =-∆=-=
max min 1485
11135n D n =
==
2) 静差率 min 15
10%150
N n s n ∆=
==
2.4 直流电动机为N P =74kW, N U =220V ，N I =378A ，N n =1430r/min ，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？
胡寿松自动控制原理第五版
引申其他：考研的必选课程， 引申其他：考研的必选课程，国内高校自动化的强势学 科特点
1
第一章 自动控制的一般概念
1-1 自动控制的基本原理与方式 1-2 自动控制系统示例 1-3 自动控制系统的分类 1-4 对自动控制系统的基本要求
描述方法 研究办法 研究目标
系统分析及给定输入、 揭示系统的内在规律， 系统分析及给定输入、 揭示系统的内在规律，实 输出情况下的系统综 现在一定意义下的最优控 制与设计。 合。 制与设计。
9
1-1 自动控制的基本原理与方式
3.反馈控制原理 3.反馈控制原理
为实现各种复杂的控制任务，首先要将控制对象和控 为实现各种复杂的控制任务， 制装置按一定的方式连接起来，组成一个总体， 制装置按一定的方式连接起来，组成一个总体，即自动 控制系统。 控制系统。 控制系统从信号传送的特点或系统的结构形式看，可 控制系统从信号传送的特点或系统的结构形式看， 分为开环控制系统和闭环控制系统 开环控制系统和闭环控制系统（ 分为开环控制系统和闭环控制系统（按反馈控制的原理 构造的系统） 构造的系统）
8
1-1 自动控制的基本原理与方式
经典控制理论Biblioteka Baidu现代控制理论区别 项目
研究对象 经典控制理论 线性定常系统 单输入、单输出） （单输入、单输出） 传递函数 输入、输出描述） （输入、输出描述） 根轨迹法和频率法 现代控制理论 线性、非线性、定常、 线性、非线性、定常、 时变系统 多输入、多输出） （多输入、多输出） 向量空间 状态空间描述） （状态空间描述） 状态空间法
自动控制原理第五版课后答案解析完整版
第 一 章
1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。
图1-2 液位自动控制系统
解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液
位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度
不变。
工作原理：当电位电刷位于中点（对应
r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的
开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度
r c ，一旦流入水量或流出水量
发生变化时，液面高度就会偏离给定高度r c
。
当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度r c
。
反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度r c
。
系统方块图如图所示：
1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统?
（１）
222
)
()(5)(dt t r d t
t r t c ++=；
（２）)()(8)
(6)(3)(2
233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++；
（３）
dt t dr t r t c dt t dc t )(3)()()(+=+； （４）5cos )()(+=t t r t c ω；
电力拖动自动控制系统运动控制系统第五版课后练习题含答案
电力拖动自动控制系统运动控制系统第五版课后练习题含答
案
一、单选题
1.答案：A
2.答案：B
3.答案：D
4.答案：A
5.答案：B
6.答案：C
7.答案：D
8.答案：B
9.答案：A
10.答案：C
二、多选题
1.答案：ABD
2.答案：ACD
3.答案：AD
4.答案：ABC
5.答案：ABCD
三、判断题
1.答案：正确
2.答案：错误
3.答案：正确
4.答案：错误
5.答案：错误
四、简述题
1.答案：
运动控制系统是指一种能够对运动进行控制和调节的系统。它主要由控制单元、执行机构和传感器三部分组成。其中，控制单元可用PLC或电脑实现，执行机构可以是电动机、液压机、气动机等，传感器则负责感知物体的位置、速度等信息，并将这些信息反馈给控制单元。
2.答案：
电力拖动自动控制系统主要由电动机、变频器、PLC等组成。其中，电动机作
为执行机构，通过变频器调节电机的转速和转矩；PLC则作为控制单元，利用编程
对电机进行精确的控制和调节，以实现系统所要求的功能。
五、计算题
1.答案：500转/分
2.答案：1000N
3.答案：50N·m
4.答案：12.5次/min
5.答案：750W
以上为本次课后练习题的答案，希望大家认真做好每一道题，提升自身的运动控制能力。
5第五章自动控制原理(胡寿松)第五版(共179张)
2021年12月25日
EXIT 第11页，共179页。
第5章第11页
实际上，频率响应(pín lǜ xiǎnɡ yīnɡ)的概念具有普遍意义。对于 稳定的线性定常系统（或元件），当输入信号为正弦信号
r（t）=sint 时，过渡过程结束后，系统的稳态输出必为
Css（t）=Asin（ωt+），如图所示。
论可知：
A() R2 () I 2 ()
() arctan I ( ) R( )
R() A()cos()
I () A()sin()
2021年12月25日
EXIT 第18页，共179页。
第5章第18页
以上函数都是ω的函数，可以用曲线表示它们随频
率变化的规律，使用曲线表示系统的频率特性，具有直 观、简便的优点(yōudiǎn)，应用广泛。
实轴之间的夹角为 (ω)，并规定逆时
针方向为正，即相角超前；规定顺时针 方向为负，即相角滞后。
2021年12月25日
EXIT 第17页，共179页。
第5章第17页
另外还可以将向量(xiàngliàng)分解为实数部分和虚数部分， 即
G（jω）=R（ω）+jI（ω） R（ω）称为实频特性，I（ω）称为虚频特性。由复变函数理
5.1.1 频率响应
频率响应是时间响应的特例，是控制系统对正弦输入信
自动控制原理课后答案
自动控制原理课后答案
1. 根据反馈控制原理，系统的控制目标是通过比较输出信号与参考信号之间的差异，对系统的输入进行调整，使系统达到期望的状态或行为。
2. 控制系统一般包括传感器、执行器和控制器三个基本组成部分。传感器用于收集系统的实时数据，执行器用于执行调整系统输入的指令，控制器则根据传感器采集的数据来计算和调整控制信号。
3. 反馈控制系统中，控制器根据系统的输出信号和参考信号之间的差异进行调整。比例控制器（P控制器）只根据差异的大小，线性比例地调整控制信号；积分控制器（I控制器）不仅考虑差异的大小，还考虑差异的累积量；微分控制器（D控制器）则考虑差异的变化率。
4. P控制器适用于稳态差异较大的系统，可以快速调整系统输出至参考信号附近，但容易产生超调现象；I控制器适用于存在稳态差异的系统，可以逐渐消除稳态差异，但容易产生震荡现象；D控制器适用于存在瞬态差异的系统，可以抑制系统的瞬态响应，但无法消除稳态差异。
5. 比例积分微分控制器（PID控制器）是一种综合了P、I和D控制器的控制器。通过合理地调整比例、积分和微分系数，可以实现系统的快速响应和稳定。
6. 开环控制系统和闭环控制系统都可以实现对系统的控制，但
闭环控制系统更加稳定和鲁棒。开环控制系统中，控制器不根据系统的反馈信号来调整控制信号，容易受到外部干扰和参数变化的影响。
7. 可以使用根据控制对象的动态特性设计的控制器来提高系统的控制性能。常见的控制器设计方法包括根据稳态误差的允许范围来选取比例、积分和微分系数，以及根据系统传递函数进行校正和补偿。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第 一 章
1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。
图1-2 液位自动控制系统
解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度不变。
工作原理：当电位电刷位于中点（对应r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度r c ，一旦流入水量或流出水量发生变化时，液面高度就会偏离给定高度r c 。
当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度r c
。
反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度r c 。
系统方块图如图所示：
1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统?
（１）
222
)
()(5)(dt t r d t
t r t c ++=；
（２）)()(8)
(6)(3)(2
233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++；
（３）
dt t dr t r t c dt t dc t )(3)()()(+=+； （４）5cos )()(+=t t r t c ω；
（５）
⎰∞-++=t d r dt t dr t r t c ττ)(5)
(6
)(3)(；
（６）)()(2
t r t c =；
（７）⎪⎩⎪⎨
⎧≥<=.6),(6,0)(t t r t t c
解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2
()r t ，所以该系统为非线性系统。
（2）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。
（3）该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，所以该系统为线性系统，但第一项
()
dc t t
dt 的系数为t ，是随时间变化的变量，因此该系统为线性时变系统。
（4）因为c(t)的表达式中r(t)的系数为非线性函数cos t ω，所以该系统为非线性系统。 （5）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。
（6）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，表示二次曲线关系，所以该系统为非线
性系统。
（7）因为c(t)的表达式可写为()()c t a r t =⋅，其中
0(6)
1(6)t a t ⎧<⎪=⎨
≥⎪⎩，所以该系统可看作是线性时变系统。
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
1
112
22
1
2
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
=+ (２)）。t t x t x t x ()()(2)(δ=++
2-7 由运算放大器组成的控制系统模拟电路如图2-6所示，试求闭环传递函数U ｃ(ｓ)／Ｕｒ(ｓ)。