自动控制原理.第1—3章习题

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自动控制原理习题及答案

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。
题 1-5 图蒸汽机转速自动控制系统
解在本系统中，蒸汽机是被控对象，蒸汽机的转速是被控量，给定量是设定的蒸汽
机希望转速。离心调速器感受转速大小并转换成套筒的位移量，经杠杆传调节供汽阀门，控制蒸汽机的转速，从而构成闭环控制系统。
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。
题 1-2 图仓库大门自动开闭控制系统
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。
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 P1 、P2 并联后跨接到同一电源 E0 的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结，组成方位角的给定
压减小，直至偏差电压为零时，电机才停止转动。因此，图(a)系统能保持 110 伏不变。
图(b)系统，当 u 低于给定电压时，其偏差电压经放大器 K 后，直接使发电机激磁电流
增大，提高发电机的端电压，使发电机 G 的端电压回升，偏差电压减小，但不可能等于零，
因为当偏差电压为 0 时，i f =0，发电机就不能工作。即图(b)所示系统的稳态电压会低于 110

自动控制原理习题及解答

系统的稳态误差，可应用叠加原理求出，即系统的稳态误差是各部分输入所引起的误差的总和。所以，系统的稳态误差可按下式计算：
对于本例，系统的稳态误差为
本题给定的开环传递函数中只含一个积分环节，即系统为1型系统，所以
系统的稳态误差为
解毕。
例3-21控制系统的结构图如图3-37所示。假设输入信号为r(t)=at( 为任意常数)。
解劳斯表为
1 18
8 16
由于特征方程式中所有系数均为正值，且劳斯行列表左端第一列的所有项均具有正号，满足系统稳定的充分和必要条件，所以系统是稳定的。解毕。
例3-17已知系统特征方程为
试判断系统稳定性。
解本例是应用劳斯判据判断系统稳定性的一种特殊情况。如果在劳斯行列表中某一行的第一列项等于零，但其余各项不等于零或没有，这时可用一个很小的正数ε来代替为零的一项，从而可使劳斯行列表继续算下去。
（3）写中间变量关系式
式中，α为空气阻力系数为运动线速度。
（4）消中间变量得运动方程式
（2-1)
此方程为二阶非线性齐次方程。
（5）线性化
由前可知，在＝0的附近，非线性函数sin≈，故代入式（2-1）可得线性化方程为
例2-3已知机械旋转系统如图2-3所示，试列出系统运动方程。
图2-3机械旋转系统
解：（1）设输入量作用力矩Mf，输出为旋转角速度。
运动方程可直接用复阻抗写出：
整理成因果关系：
图2-15电气系统结构图
画结构图如图2-15所示：
求传递函数为：
对上述两个系统传递函数，结构图进行比较后可以看出。两个系统是相似的。机一电系统之间相似量的对应关系见表2-1。
表2-1相似量
机械系统
xi
x0

自动控制原理(非自动化)1-3章答案

自动控制原理（非自动化类）教材书后第1章——第3章练习题1。

2 根据题1。

2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 用线连接成负反馈系统； (2）画出系统框图。

解:1)由于要求接成负反馈系统，且只能构成串联型负反馈系统，因此，控制系统的净输入电压△U 与U ab 和U cd 之间满足如下关系：式中，U ab 意味着a 点高，b 点低平，所以，反馈电压U cd 的c 点应与U ab 的a 点相连接，反馈电压U cd 的d 点应与U ab 的b 点相连接.2）反馈系统原理框图如图所示。

1.3题1.3图所示为液位自动控制系统原理示意图。

在任何情况下，希望液面高度c 维持不变，说明系统工作原理并画出系统框图。

题1.3图第二章习题2.1 试求下列函数的拉氏变换,设f<O 时，z(f)=0: （1）（2）(3）（4）2。

2试求下列象函数x(s ）的拉氏反变换X （t ）：解：（1) 其中（2）2.3 已知系统的微分方程为式中,系统输入变量r(f ）=6（￡）,并设，,（O)=），（0)=O ，求系统的输出y （￡)。

题1.2图2.4 列写题2。

4图所示RLC 电路的微分方程。

其中，u i 为输入变量，u o 为输出变量。

解：根据回路电压方程可知2.5 列写题2。

5图所示RLC 电路的微分方程，其中,u.为输入变量，u 。

为输出变量。

解：由电路可知， 2。

6设运算放大器放大倍数很大，输入阻抗很大，输出阻抗很小。

求题2。

6图所示运算放大电路的传递函数。

其中，u i 为输入变量，u o 为输出变量.解：根据运算放大器的特点有2.7 简化题2.7图所示系统的结构图，并求传递函数C （s ） / R (s )。

题2.7图解：根据梅逊公式得: 前向通道传递函数P K :回路传递函数L K ：(注意到回路中含有二个负号）特征方程式: 余子式:于是闭环传递函数为:2.8 简化题2.8图所示系统的结构图,并求传递函数C （s ） / R (s ）。

《自动控制原理》(李晓秀)习题参考答案 (修复的)

第1章习题答案1-3题系统的控制任务是保持发电机端电压U 不变。

当负载恒定发电机的端电压U 等于设定值0U 时，0U ∆=，电动机不动，电位器滑臂不动，励磁电流f I 恒定；当负载改变，发电机的端电压U 不等于设定值0U 时，0U ∆≠，U ∆经放大器放大后控制电动机转动，电位器滑臂移动动，使得励磁电流f I 改变，调整发电机的端电压U ，直到0U U =。

系统框图为：1-4题（1）在炉温控制系统中，输出量为电炉内温度，设为c T ；输入量为给定毫伏信号，设为r u ；扰动输入为电炉的环境温度和自耦调压器输入电压的波动等；被控对象为电炉；控制装置有电压放大器、功率放大器、可逆电动机、减速器、调压器等。

（2）炉温控制系统的任务是使炉内温度值保持不变。

当炉内温度与设定温度相等时，r u 等于f u ，即0u =，可逆电动机电枢电压为0，电动机不转动，调压器滑臂不动，炉温温度不改变。

若实际温度小于给定温度，0r f u u u =->，经放大后控制可逆电动机转动使调压器滑臂上移，使加热器电压增大，调高炉温；若实际温度大于给定温度，0r f u u u =-<，经放大后控制可逆电动机转动使调压器滑臂下移，使加热器电压减小，降低炉温。

使得f u 和r u 之间的偏差减小甚至消除，实现了温度的自动控制。

1-5题（1）在水位控制系统中，输出量为水位高度H ；输入量为给定电压g u ；扰动输入为出水量等。

（2）当实际水位高度H 为设定高度时，与受浮球控制的电位器滑臂位置对应的f u 与给定电压g u 相等，电动机不转动，进水阀门维持不变。

若水位下降，电位器滑臂上移，f u 增大，偏差0g f u u u ∆=-<，经放大后控制电动机逆转调大进水阀门，加大进水量使水位升高；若水位升高降，电位器滑臂下移，f u 减小，偏差0g f u u u ∆=->，经放大后控制电动机正转调小进水阀门，减小进水量使水位下降，实现了水位的自动控制。

自动控制原理例题与习题[1]

自动控制原理例题与习题第一章自动控制的一般概念【例1】试述开环控制系统的主要优缺点。

【答】开环控制系统的优点有：1. 1.构造简单，维护容易。

2. 2.成本比相应的死循环系统低。

3. 3.不存在稳定性问题。

4. 4.当输出量难以测量，或者要测量输出量在经济上不允许时，采用开环系统比较合适（例如在洗衣机系统中，要提供一个测量洗衣机输出品质，即衣服的清洁程度的装置，必须花费很大）。

开环控制系统的缺点有：1. 1.扰动和标定尺度的变化将引起误差，从而使系统的输出量偏离希望的数值。

2. 2.为了保持必要的输出品质，需要对标定尺度随时修正。

【例2】图1.1为液位自动控制系统示意图。

在任何情况下，希望液面高度c维持不变，试说明系统工作原理，并画出系统原理方框图。

图1.1 液位自动控制系统示意图【解】系统的控制任务是保持液面高度不变。

水箱是被控对象，水箱液位是被控量，电位器设定电压u r(表征液位的希望值c r)是给定量。

当电位器电刷位于中点位置(对应u r)时，电动机不动，控制阀门有一定的开度、使水箱中流入水量与流出水量相等。

从而液面保持在希望高度c r上。

一旦流入水量或流出水量发生变化，例如当液面升高时，浮子位置也相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动初通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的液体流量减少。

这时，水箱液面下降，浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度。

反之，若水箱液位下降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入水量，使液位升到给定高度c r。

系统原理方框图如图1.2所示。

图1.2 系统原理方框图习题1．题图1-1是一晶体管稳压电源。

试将其画成方块图并说明在该电源里哪些起着测量、放大、执行的作用以及系统里的干扰量和给定量是什么？题图1-12．如题图1-2（a）、（b）所示两水位控制系统，要求(1)画出方块图（包括给定输入量和扰动输入量）；(2)分析工作原理，讨论误差和扰动的关系。

自动控制原理1～3章测验题

Ｂ．开环增益 K2；
Ｃ．超调量％= 40％；
D ．调节时间
ts

t
；
2A．开环稳定，闭环不一定稳定； B．开环稳定，闭环一定不稳定； C．开环不稳定，闭环一定不稳定； D．开环不稳定，闭环不一定不稳定； E．开环临界稳定，闭环不一定稳定。
6．为能同时减少输入和干扰引起的稳态误差，
1(s) 1 K 0

K0
s(s a) K0

s2

K0 as
K0
K1
s(s a)
（2） v0
（3）
Kpls i0m G(s)1
Kvls i0m sG (s)0 Kals im 0s2G(s)0
（4）系统不稳定，求稳态误差无意义。
5．在典型二阶系统传递函数
(s)s2
2 n
2 nsn2
中,再串入一个闭环零点，则
A．超调量减小；
B．对系统动态性能没有影响；
C．超调量增大；
D．峰值时间增大。
6．讨论系统的动态性能时，通常选用的典型输入信号为 A．单位阶跃函数； B．单位速度函数； C．单位脉冲函数； D．单位加速度函数。
7．某I型单位反馈系统，其开环增益为K，
则在 r(t ) 1 t 输入下，统的稳态误差
2
2
1
8．典Ａ型. 欠０阻；尼Ｂ二. 阶系；统Ｃ的.超K 调；量Ｄ0.02K 50。0，
则其阻尼比的范围为
Ａ． 1 ；
Ｂ．0 1 ；
Ｃ．0.7071；Ｄ．00.70。7
9．二阶系统的闭环增益加大Ａ．快速性越好；Ｂ．超调量越大；Ｃ．峰值时间提前；Ｄ．对动态性能无影响。
D．当 0.707时， ts 不变。

(完整版)自动控制原理第1章习题参考答案

第1章习题参考答案1-1 自动控制系统通常由哪些环节组成？它们在控制过程中担负什么功能?解:见教材P4-1-2 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。

解:见教材P4-61-7题1-7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原理方框图。

解:当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与开门实际位置间的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱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,系统原理方框如下图所示。

电桥电路放大器电动机绞盘大门_期望门位实际门位仓库大门控制系统原理方框图1-8 电冰箱制冷系统工作原理如题1-8图所示。

试简述系统的工作原理，指出系统的被控对象、被控量和给定量，画出系统原理方框图。

题1-8图电冰箱制冷系统工作原理题1-7图仓库大门自动开闭控制系统原解: 电冰箱制冷系统结构如下图电冰箱制冷系统结构图系统的控制任务是保持冰箱内温度c T 等于给定温度r T 。

冰箱体是被控对象；箱内温度是被控量，希望的温度r T 为给定量（由电位器的输出电压r U 对应给出）；继电器、压缩机、蒸发器、冷却器所组成制冷循环系统起执行元件的作用。

温度控制器中的双金属温度传感器（测量元件）感受冰箱内的温度并转换为电压信号c U ，与控制器旋钮设定的电位器输出电压r U （对应于希望温度r T ）相比较，构成偏差电压c r U U U -=∆（表征希望温度与实际温度的偏差），控制继电器K 。

当U ∆大到一定值时，继电器接通，压缩机启动，将蒸发器中的高温低压制冷剂送往冷却器散热，降温后的低温低压制冷剂被压缩成低温高压液态进入蒸发器，急速降压扩展成气体，吸收箱体内的热量，使箱体的温度下降；而高温低压制冷剂又被吸入冷却器。

自动控制原理习题答案详解

自动控制原理习题答案详解自动控制原理习题详解（上册）第一章习题解答1-2日常生活中反馈无处不在。

人的眼、耳、鼻和各种感觉、触觉器官都是起反馈作用的器官。

试以驾车行驶和伸手取物过程为例，说明人的眼、脑在其中所起的反馈和控制作用。

答：在驾车行驶和伸手取物过程的过程中，人眼和人脑的作用分别如同控制系统中的测量反馈装置和控制器。

在车辆在行驶过程中，司机需要观察道路和行人情况的变化，经大脑处理后，不断对驾驶动作进行调整，才能安全地到达目的地。

同样，人在取物的过程中，需要根据观察到的人手和所取物体间相对位置的变化，调整手的动作姿势，最终拿到物体。

可以想象蒙上双眼取物的困难程度，即使物体的方位已知。

1-3 水箱水位控制系统的原理图如图1-12所示，图中浮子杠杆机构的设计使得水位达到设定高度时，电位器中间抽头的电压输出为零。

描述图1-12所示水位调节系统的工作原理，指出系统中的被控对象、输出量、执行机构、测量装置、给定装置等。

图1-12 水箱水位控制系统原理图答：当实际水位和设定水位不相等时，电位器滑动端的电压不为零，假设实际水位比设定水位低，则电位器滑动端的电压大于零，误差信号大于零（0e >），经功率放大器放大后驱动电动机M 旋转，使进水阀门开度加大，当进水量大于出水量时（12Q Q >），水位开始上升，误差信号逐渐减小，直至实际水位与设定水位相等时，误差信号等于零，电机停止转动，此时，因为阀门开度仍较大，进水量大于出水量，水位会继续上升，导致实际水位比设定水位高，误差信号小于零，使电机反方向旋转，减小进水阀开度。

这样，经反复几次调整后，进水阀开度将被调整在一适当的位置，进水量等于出水量，水位维持在设定值上。

在图1-12所示水位控制系统中，被控对象是水箱，系统输出量水位高，执行机构是功率放大装置、电机和进水阀门，测量装置浮子杠杆机构，给定和比较装置由电位器来完成。

1-4 工作台位置液压控制系统如图1-13所示，该系统可以使工作台按照给定电位器设定的规律运动。

(完整版)自动控制原理课后习题及答案

第一章绪论1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优弊端.解答： 1 开环系统(1)长处 :构造简单，成本低，工作稳固。

用于系统输入信号及扰动作用能早先知道时，可获得满意的成效。

(2)弊端：不可以自动调理被控量的偏差。

所以系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。

2闭环系统⑴长处：不论因为扰乱或因为系统自己构造参数变化所惹起的被控量偏离给定值，都会产生控制作用去消除此偏差，所以控制精度较高。

它是一种按偏差调理的控制系统。

在实质中应用宽泛。

⑵弊端：主要弊端是被控量可能出现颠簸，严重时系统没法工作。

1-2什么叫反应？为何闭环控制系统常采纳负反应？试举例说明之。

解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反应。

闭环控制系统常采纳负反应。

由1-1 中的描绘的闭环系统的长处所证明。

比如，一个温度控制系统经过热电阻（或热电偶）检测出目前炉子的温度，再与温度值对比较，去控制加热系统，以达到设定值。

1-3试判断以下微分方程所描绘的系统属于何种种类（线性，非线性，定常，时变）？2 d 2 y(t)3 dy(t ) 4y(t ) 5 du (t ) 6u(t )（1）dt 2 dt dt（2） y(t ) 2 u(t)（3）t dy(t) 2 y(t) 4 du(t) u(t ) dt dtdy (t )u(t )sin t2 y(t )（4）dtd 2 y(t)y(t )dy (t ) （5）dt 2 2 y(t ) 3u(t )dt（6）dy (t ) y 2 (t) 2u(t ) dty(t ) 2u(t ) 3du (t )5 u(t) dt（7）dt解答：（1）线性定常（2）非线性定常（3）线性时变（4）线性时变（5）非线性定常（6）非线性定常（7）线性定常1-4 如图 1-4 是水位自动控制系统的表示图，图中 Q1，Q2 分别为进水流量和出水流量。

控制的目的是保持水位为必定的高度。

自动控制原理_清华大学出版社课后习题答案

第一章习题答案1.自动控制：就是在人不直接参与的情况下，依靠外加装置或设备(称为控制装置或控制器)，使机械、设备或生产过程(称为被控对象)的某个工作状态或参数(称为被控量)自动地按照预定的规律运行，或使某个被控制的参数按预定要求变化。

给定量：它是人们期望系统输出按照这种输入的要求而变化的控制量。

故一般又称给定输入或简称输入。

上例中的调节器的给定值u g 即是给定输入。

扰动量：它是一种人们所不希望的﹑影响系统输出使之偏离了给定作用的控制量。

上例中给水压力变化或蒸汽负荷变化都属于扰动。

开环控制：指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，按这种方式组成的系统称为开环控制系统，其特点是系统的输出量不会对系统的输入量产生影响。

闭环控制：按照偏差进行控制的，其特点是不论什么原因使被控量偏离期望而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控量与期望值趋于一致。

复合控制：将闭环控制系统和开环控制系统结合在一起构成的开环-闭环相结合的控制系统，称为复合控制恒值控制：给定量是一定的，控制任务是保持被控量为一不变常数，在发生扰动时尽快地使被控量恢复为给定值。

随动控制：给定量是按照事先不知道的时间函数变化的，要求输出跟随给定量变化。

2.7. 自动控制系统的性能的要求：稳定性、快速性、准确性。

自动控制系统的性能的最基本要求：稳定性第二章习题答案1. (a) 22()()1()()d y t f dy t k y t t dt m dt m m++=F （b ）1211212()()()()k k k dy t y t t dt f k k k k +=++F （c ）42422()2()()dy t k dy t kt dt m dt m+=F2. (a) 22211221122122112()d u du dvR C R C R C R C R C u R C vdt dt dt ++++=+（b ）233112211221232()d u duR C R C R C R C R C u dt dt++++2112211222()d v dvR C R C R C R C vdt dt=+++（c ）222220.25 1.5d u du dv u v dt dt dt++=+3. (a)2111212()(1)()c r U s R R C s U s R R CR R s+=++（b ）222222()21()31c r U s C R s RCs U s C R s RCs ++=++（c ）2211212()()()c r U s R U s R LCs L R R C s R R =++++4. (a)21212121221212212121()1()()()1f f f fs s k k k k Y s f f f f f X s s s k k k k k +++=++++（b ）21212112221212112212()()1()()1c r U s R R C C s R C R C s U s R R C C s R C R C R C s +++=++++5. 0.085d d i u ∆=6. r d h Sh Q dt ∆+=∆7．2232(),()432t ts G s g t e e s s --+==-++8. 2()142tty t ee e--=-+9.（a ）21()()c r U s RU s R =-（b ）112212()(1)(1)()c r U s R C s R C s U s R C s ++=-（c ）212()()(1)c r U s R U s R R Cs =-+10.(1) ；012180,3,211k k k π︒==-=-(2) 略；(3)系统的闭环传递函数22301230123()11()1c M t Mr M MQ s k k k k T Q s s s k k k k k k k k k k =+++11.闭环传递函数32()0.7(6)()(0.90.7)(1.180.42)0.68c r Q s s Q s s K s K s +=+++++12.闭环传递函数12342363451234712348()()1G G G G C s R s G G G G G G G G G G G G G G G G =+++-13.传递函数，21221)()(T s T s s K K s R s C +++=2121)1()()(T s T s T s s s N s C ++-+=14.传递函数。

自动控制原理习题及解答

自动控制原理习题及其解答第一章（略）第二章例2-1 弹簧,阻尼器串并联系统如图2-1示,系统为无质量模型，试建立系统的运动方程。

解：（1) 设输入为y r ，输出为y 0。

弹簧与阻尼器并联平行移动。

(2）列写原始方程式,由于无质量按受力平衡方程，各处任何时刻，均满足∑=0F ，则对于A 点有021=-+K K f F F F其中，F f 为阻尼摩擦力，F K 1，F K 2为弹性恢复力。

（3) 写中间变量关系式220110)()(y K F Y Y K F dty y d f F K r K r f =-=-⋅=(4) 消中间变量得 020110y K y K y K dtdy f dt dy f r r=-+- （5）化标准形 r r Ky dtdyT y dt dy T +=+00 其中：215K K T +=为时间常数，单位［秒]。

211K K K K +=为传递函数，无量纲。

例2-2 已知单摆系统的运动如图2-2示。

(1) 写出运动方程式（2）求取线性化方程解：(1)设输入外作用力为零,输出为摆角θ ，摆球质量为m . （2）由牛顿定律写原始方程。

h mg dtd l m --=θθsin )(22其中，l 为摆长，l θ 为运动弧长,h 为空气阻力。

（3）写中间变量关系式)(dtd lh θα= 式中，α为空气阻力系数dtd l θ为运动线速度。

（4）消中间变量得运动方程式0sin 22=++θθθmg dt d al dtd ml （2-1)图2—2 单摆运动此方程为二阶非线性齐次方程.（5）线性化由前可知，在θ ＝0的附近，非线性函数sin θ ≈θ ，故代入式（2-1）可得线性化方程为022=++θθθmg dt d al dtd ml 例2-3 已知机械旋转系统如图2-3所示，试列出系统运动方程。

解：（1）设输入量作用力矩M f ，输出为旋转角速度ω 。

（2)列写运动方程式 f M f dtd J+-=ωω式中， f ω为阻尼力矩，其大小与转速成正比。

自动控制原理课后习题答案

第一章引论1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。

答：自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。

控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。

如下图所示为自动控制系统的基本组成。

开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。

此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。

开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。

闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。

闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。

1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。

答：、自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。

稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。

稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。

对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。

对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。

快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。

在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。

准确性用稳态误差来衡量。

在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。

显然，这种误差越小，表示系统的精度越高，准确性越好。

当准确性与快速性有矛盾时，应兼顾这两方面的要求。

自动控制原理-课后习题及答案

第一章绪论1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点.解答：1开环系统(1) 优点:结构简单，成本低，工作稳定。

用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。

(2) 缺点：不能自动调节被控量的偏差。

因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。

2 闭环系统⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。

它是一种按偏差调节的控制系统。

在实际中应用广泛。

⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。

>1-2 什么叫反馈为什么闭环控制系统常采用负反馈试举例说明之。

解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。

闭环控制系统常采用负反馈。

由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。

例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。

1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非线性，定常，时变）（1）22()()()234()56()d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+（2）()2()y t u t =+（3）()()2()4()dy t du t ty t u t dt dt +=+ （4）()2()()sin dy t y t u t tdt ω+=（5）22()()()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++=—（6）2()()2()dy t y t u t dt +=（7）()()2()35()du t y t u t u t dtdt =++⎰解答：（1）线性定常（2）非线性定常（3）线性时变（4）线性时变（5）非线性定常（6）非线性定常（7）线性定常1-4 如图1-4是水位自动控制系统的示意图，图中Q1，Q2分别为进水流量和出水流量。

自动控制原理第一章习题解答

液位定值杆－
杠杆通过开门开关或关门开关控制仓库大门的开启与关闭。开门开关或关门开关合上时对应电位器上的电压为给定电压即给定量。仓库大门为被控对象，伺服电动机为执行机构，门的实际位置为被控量。当合上开门开关时，电位器桥式测量电路的偏差电压经放大器放大后，驱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，电动机带动绞盘使大门关闭，从而实现了远距离自动控制大门的开启与关闭。控制系统方框图如下：实际希望位置位置桥式放大器电动机绞盘大门电路－
习题1-4 系统的控制任务是保持水箱的水位高度不变。水箱是被控对象，水箱的实际水位高度是被控量，定值杆决定了给定水位高度。当水箱的水位高于给定水位时，通过浮球和杠杆机构使阀门关小，进入水箱的水流量减少，水位降低。反之，则实际水位升高。通过不断调节，使水位维持在希望高度。系统对应的方框图如下：希望水位实际水位
习题1-3 判断结果如下表：非线性题号因素 1 2 3 4 5 6 7
dy (t ) y (t ) dt
时变因素
系统类型线性定常系统
2 t sinωt
非线性定常系统线性时变系统线性时变系统非线性定常系统非线性定常系统线性定常系统
y 2 (t )
线性定常系统是自动控制原理研究的主要对象。线性定常系统的数描述可使用线性定常微分方程，其一般形式是
画功能方框图时，应弄清被控对象、被控参数、给定输入量、扰动输入量、检测元件、执行机构和控制方式（开环、闭环或复合控制方式）。
a0 y ( n ) (t ) + a1 y ( n −1) (t ) + L + an −1 y (1) (t ) + an y (t ) = b0 r ( m ) (t ) + b1r ( m −1) (t ) + L + bm −1r (1) (t ) + bm r (t )

自动控制原理.第1—3章习题

第一章绪论第1组1、控制论的中心思想是（）。

A．系统是又元素或子系统组成的B．机械系统与生命系统乃至社会经济系统等都有一个共同的特点，即通过信息的传递、加工处理，并利用反馈进行控制C．有些系统可控，有些系统不可控制D．控制系统有两大类，即开环控制系统和闭环控制系统2、闭环控制系统中（）反馈作用。

A．依输入信号的大小而存在 B．不一定存在C．必然存在 D．一定不存在3、控制系统依不同的初读可分为不同的类型，以下（）的分类是正确的。

A．线性系统和离散系统 B．开环系统和闭环系统C．功率放大系统和工人控制系统 D．数字系统和计算机控制系统4、关于反馈的说法正确的是（）。

A．反馈实质上就是信号的并联 B．正反馈就是输入信号与反馈信号相加C．反馈都是人为加入的 D．反馈是输出以不同的方式对系统作用５、开环控制系统的控制信号取决于（）。

A．系统的实际输出 B．系统的实际输出与理想输出之差C．输入与输出之差 D．输入6、机械工程控制论的研究对象是（）。

A．机床主动传动系统的控制论问题 B．高精度加工机床的控制论问题C．自动控制机床的控制论问题 D．机械工程领域中的控制论问题7、对于控制系统，反馈一定存在于（）中。

A．开环系统 B．线性定常系统 C．闭环系统 D．线性时变系统8、一下关于信息的说法正确的是（）。

A．不确定性越小的事件信息量越大 B．不确定性越大的事件信息量越大C．信号越大的事件信息量越大 D．信号越小的事件信息量越大9、以下关于系统模型的说法正确的是（）。

A．每个系统只能有一个数学模型 B．系统动态模型在一定条件下可简化为静态模型C．动态模型比静态模型好 D．静态模型比动态模型好10、机械工程控制论所研究的系统（）。

A．仅限于物理系统 B．仅限于机械系统C．仅限于抽象系统 D．包括物理系统和抽象系统第2组1、学习机械工程控制论基础的目的之一是学会以（）的观点对待机械工程问题。

A．动力学 B．静力学 C．经济学 D．生物学2、机械系统、生命系统及社会和经济系统的一个共同的本质特性是（）。

自动控制原理作业题（后附答案）

自动控制原理作业题第一章基本概念一、简答题1 简述自动控制的基本概念简述自动控制的基本概念2 简述自动控制系统的基本组成简述自动控制系统的基本组成3 简述控制系统的基本控制过程简述控制系统的基本控制过程4 简述自动控制系统的基本分类简述自动控制系统的基本分类5 试比较开环控制和闭环控制的特点试比较开环控制和闭环控制的特点6 简述自动控制系统的性能评价指标简述自动控制系统的性能评价指标二、分析计算题1 液位自动控制系统如图所示。

试分析该系统工作原理，画出系统原理框图，指出被控对象、被控参量和控制量被控参量和控制量2 发动机电压调节系统如图所示，试分析其工作原理，画出系统原理框图，指出其特点。

3液面控制系统如图所示。

试分析该系统的工作原理，指出系统中的干扰量、被控制量及被控制对象，并画出系统的方框图。

控制对象，并画出系统的方框图。

4控制系统如图所示。

简述该系统的工作原理，说明该系统的给定值、被控制量和干扰量，并画出该系统的方块图。

并画出该系统的方块图。

图1-7发电机-电动机调速系统操纵电位计发电机伺服电机减速器负载Θr给定值Ur 前置放大器功放执行元件被控量Wm这是一个开环控制的例子+E-EΘrUr操纵电位计R1R2R3R4放大器直流发电机伺服电机Wd Wm发电机-电动机调速系统减速器负载5火炮随动控制系统如图所示。

简述该系统的工作原理，并画出该系统的原理框图。

第二章线性控制系统的数学模型一、简答题1 简述建立控制系统数学模型的方法及其数学表示形式简述建立控制系统数学模型的方法及其数学表示形式2 简述建立微分方程的步骤简述建立微分方程的步骤3 简述传递函数的基本概念及其特点简述传递函数的基本概念及其特点4 给出组成控制系统典型基本环节给出组成控制系统典型基本环节二、分析计算题1 有源电网络如图所示，输入量为)(1t u ，输出量为)(2t u ，试确定该电网络的传递函数，试确定该电网络的传递函数2 电枢控制式直流电动机原理图如图所示，电枢控制式直流电动机原理图如图所示，输入量为输入量为)(1t e ，输出量为)(t o q ，试确定其微分方程。

自动控制原理[胥布工]1-3章习题与解答习题课后校对稿

第1章习题及解答1-1 试举出日常生活中所见到的开环控制系统和闭环控制系统各一例，并分别说明其工作原理。

答：开环控制系统与闭环控制系统的差别在于有没有将输出量反馈到输入端的反馈通道。

家庭空调的温度控制就是一个闭环控制系统，其原理是当室内温度升高或降低时，温度传感器将检测到的实际温度反馈到系统输入端与参考输入给定的期望温度比较求得偏差，温度控制器根据偏差信号产生控制作用控制压缩机制冷量，从而维持室温在期望值附近。

在要求不高的场合，有些简单的传送带系统是由电动机带动的开环控制系统。

工作原理很简单，只需闭合电源开关，则电动机带动传送带运行，传送带上负载变化会引起传送速度变化。

1-2 试说明开环控制和闭环控制的优缺点。

答：开环控制系统的控制精度主要取决于系统本身参数的稳定程度，没有抵抗外部干扰的能力，因此，在实际工作环境中，难以达到很高的控制精度。

开环控制系统的优点是结构简单，成本较低，缺点是抗扰性能差。

对于参数稳定的系统，在外部干扰较弱或控制精度要求不高的场合，开环控制系统仍被大量使用。

闭环控制系统利用反馈信号得到的偏差来产生控制作用，也称为反馈控制系统。

这种基于偏差的闭环控制系统具有较强的抵抗外部和内部扰动的能力，并使其对内部参数的变化没有开环控制系统那么敏感，换句话说，要达到较高的控制精度，闭环控制系统对其内部参数的精度要求没有开环控制系统那么高。

由于增加了反馈元件和比较元件等，闭环控制系统的结构相对复杂，成本也有所增加，特别地，当控制装置的参数配合不当时，可能会出现系统内部信号剧烈振荡，甚至发散导致系统不稳定而无法工作的情况。

闭环控制系统的稳定性问题是开环控制系统没有的独特现象。

闭环控制系统的优点：具有很强的自动纠偏能力和较高的控制精度；缺点：由于采用了反馈装置，设备增多，结构复杂，成本增加，同时存在稳定性问题。

闭环控制系统具有的自动纠偏能力和较高的控制精度是开环控制系统无法替代的，因而在控制工程实际中获得了最广泛的应用。

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