高国燊《自动控制原理》(第4版)章节题库(第1~4章)【圣才出品】
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机按照设定程序完成洗涤漂洗任务。系统输出量（即衣服的干净度）的信息没有通过任何装 置反馈到输入端，对系统的控制不起作用，因此为开环控制。
（2）闭环控制——卫生间蓄水箱的蓄水量控制系统和空调、冰箱的温度控制系统。 工作原理：以卫生问蓄水箱蓄水量控制为例，系统的被控制量（输出量）为蓄水箱水位 （反应蓄水量）。水位由浮子测量，并通过杠杆作用于供水阀门（即反馈至输入端），控制供 水量，形成闭环控制。当水位达到蓄水量上限高度时，阀门全关（按要求事先设计好杠杆比 例），系统处于平衡状态。一旦用水，水位降低，浮子随之下沉，通过杠杆打开供水阀门， 下沉越深，阀门开度越大，供水量越大，直到水位升至蓄水量上限高度，阀门全关，系统再 次处于平衡状态。
地跟随输入量而变化．
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系统框图如图 1-2 所示．
图 1-2 导弹发射架方位控制系统框图 系统中，导弹发射架是被控对象，发射架方位角 是被控量，通过手轮输入的角度 是给定量。
2．图 1-3 为数字计算机控制的机床刀具进给系统．要求将工件的加工编制成程序预先 存人数字计算机，加工时，步进电机按照计算机给出的信息工作，完成加工任务。试说明该 系统的工作原理。
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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波动不大。
系统中，热交换器是被控对象，控制装置由控制器（完成比较、运算功能），阀门（执 行机构），温度传感器和流量计（测量元件）组成。实际热水温度为被控量，给定量（希望 温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。
图 1-3 机床刀具进给系统 解：该系统是开环程序控制系统，被控对象为刀具，被控量为刀具位置，给定量是程序 设定的刀具位置。计算机按编制的程序调节输出脉冲频率，通过脉冲分配与功率放大装置控 制步进电机的转动，从而带动刀具按预定的轨迹进刀，完成加工任务。
3．试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统的例子，并说明其工作原理。 解：（1）开环控制——半自动、全自动洗衣机的洗衣过程。工作原理：被控制量为衣 服的干净度。洗衣人先观察衣服的脏污程度，根据自己的经验，设定洗涤、漂洗时间，洗衣
2．求下列函数的拉普拉斯反变换 f（t）。
解：（1）
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: （2）由于 则 （3）
（4）
3．设质量－弹簧－摩擦系统如图 2-2 所示，图中 f 为黏性摩擦系数，k 为弹簧系数， 系统的输入量为力 p（t），系统的输出量为质量 m 的位移 x（t）。试列出系统的输入输出微 分方程。
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图 2-2 质量-弹簧-摩擦系统
解：根据题意，系统的摩擦力为
，弹簧力为 kx（t），根据牛顿第二运动定律
有
移项整理，得系统的微分方程为
4．一机械系统如图 2-3（a）所示．F（t）为外作用力，
分别为质量
4．图 1-4 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。试绘制系统框图，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？
图 1-4 水温控制系统原理图 解：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，若低于给定温度，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，
时间常数
，重量为 热容器的热阻为 热容为 时间常数
重量为 假设热电偶与热容器比热 相同，且热电偶—热容器组合系统的热阻为 R，热
容为 C，重量为 M，时间常数为 T。试证明
的输出位移。试求以 F（t）为输入量，
分别为输出量的微分方程
表达式。
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解：质量
图 2-3 机械系统示意图及受力分析 的受力分析如图 2-wk.baidu.com（b）所示，根据牛顿定律可写出
整理得
5．设有一用热电偶测量热容器温度的温度测量装置，热电偶的热阻为 ，热容为 ，
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高国燊《自动控制原理》（第 4 版）章节题库
第1章 绪 论
1．图 1-1 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 的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相连接，以组成方位角的给定
装置和反馈装置。输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速器后带动，电动机采用
系统框图如图 1-5 所示．这是一个按干扰补偿的复合控制系统。
图 1-5 水温控制系统框图
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第 2 章 自动控制系统的数学模型
1．设函数 f（t）如图 2-1 所示，试求其拉普拉斯变换式 F（s）。
解：
图 2-1 波形图
电枢控制方式工作。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
系统的框图。
图 1-1 导弹发射架方位角控制系统原理图
解：当导弹发射架的方位角与输入轴方位角一致时，系统处于相对静止状态。
当摇动手轮使电位器 的滑臂转过一个输入角 的瞬间，由于输出轴的转角
于是出现一个误差角
该误差角通过电位器
转换成偏差电压
经放
大后驱动电动机转动，在带动导弹发射架转动的同时，通过输出轴带动电位器 的滑臂转
过一定的角度 直至
时，
偏差电压
电动机停止转动。这时，导弹发射架停留在相应的方位角
上。只要
偏差就会产生调节作用，控制的结果是消除偏差 使输出量 严格
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（2）闭环控制——卫生间蓄水箱的蓄水量控制系统和空调、冰箱的温度控制系统。 工作原理：以卫生问蓄水箱蓄水量控制为例，系统的被控制量（输出量）为蓄水箱水位 （反应蓄水量）。水位由浮子测量，并通过杠杆作用于供水阀门（即反馈至输入端），控制供 水量，形成闭环控制。当水位达到蓄水量上限高度时，阀门全关（按要求事先设计好杠杆比 例），系统处于平衡状态。一旦用水，水位降低，浮子随之下沉，通过杠杆打开供水阀门， 下沉越深，阀门开度越大，供水量越大，直到水位升至蓄水量上限高度，阀门全关，系统再 次处于平衡状态。
地跟随输入量而变化．
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系统框图如图 1-2 所示．
图 1-2 导弹发射架方位控制系统框图 系统中，导弹发射架是被控对象，发射架方位角 是被控量，通过手轮输入的角度 是给定量。
2．图 1-3 为数字计算机控制的机床刀具进给系统．要求将工件的加工编制成程序预先 存人数字计算机，加工时，步进电机按照计算机给出的信息工作，完成加工任务。试说明该 系统的工作原理。
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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波动不大。
系统中，热交换器是被控对象，控制装置由控制器（完成比较、运算功能），阀门（执 行机构），温度传感器和流量计（测量元件）组成。实际热水温度为被控量，给定量（希望 温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。
图 1-3 机床刀具进给系统 解：该系统是开环程序控制系统，被控对象为刀具，被控量为刀具位置，给定量是程序 设定的刀具位置。计算机按编制的程序调节输出脉冲频率，通过脉冲分配与功率放大装置控 制步进电机的转动，从而带动刀具按预定的轨迹进刀，完成加工任务。
3．试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统的例子，并说明其工作原理。 解：（1）开环控制——半自动、全自动洗衣机的洗衣过程。工作原理：被控制量为衣 服的干净度。洗衣人先观察衣服的脏污程度，根据自己的经验，设定洗涤、漂洗时间，洗衣
2．求下列函数的拉普拉斯反变换 f（t）。
解：（1）
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（4）
3．设质量－弹簧－摩擦系统如图 2-2 所示，图中 f 为黏性摩擦系数，k 为弹簧系数， 系统的输入量为力 p（t），系统的输出量为质量 m 的位移 x（t）。试列出系统的输入输出微 分方程。
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图 2-2 质量-弹簧-摩擦系统
解：根据题意，系统的摩擦力为
，弹簧力为 kx（t），根据牛顿第二运动定律
有
移项整理，得系统的微分方程为
4．一机械系统如图 2-3（a）所示．F（t）为外作用力，
分别为质量
4．图 1-4 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。试绘制系统框图，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？
图 1-4 水温控制系统原理图 解：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，若低于给定温度，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，
时间常数
，重量为 热容器的热阻为 热容为 时间常数
重量为 假设热电偶与热容器比热 相同，且热电偶—热容器组合系统的热阻为 R，热
容为 C，重量为 M，时间常数为 T。试证明
的输出位移。试求以 F（t）为输入量，
分别为输出量的微分方程
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图 2-3 机械系统示意图及受力分析 的受力分析如图 2-wk.baidu.com（b）所示，根据牛顿定律可写出
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1．图 1-1 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 的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相连接，以组成方位角的给定
装置和反馈装置。输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速器后带动，电动机采用
系统框图如图 1-5 所示．这是一个按干扰补偿的复合控制系统。
图 1-5 水温控制系统框图
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第 2 章 自动控制系统的数学模型
1．设函数 f（t）如图 2-1 所示，试求其拉普拉斯变换式 F（s）。
解：
图 2-1 波形图
电枢控制方式工作。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
系统的框图。
图 1-1 导弹发射架方位角控制系统原理图
解：当导弹发射架的方位角与输入轴方位角一致时，系统处于相对静止状态。
当摇动手轮使电位器 的滑臂转过一个输入角 的瞬间，由于输出轴的转角
于是出现一个误差角
该误差角通过电位器
转换成偏差电压
经放
大后驱动电动机转动，在带动导弹发射架转动的同时，通过输出轴带动电位器 的滑臂转
过一定的角度 直至
时，
偏差电压
电动机停止转动。这时，导弹发射架停留在相应的方位角
上。只要
偏差就会产生调节作用，控制的结果是消除偏差 使输出量 严格
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