自动控制原理第一章习题解答
自动控制原理(北大丁红版)第一章答案
自动控制原理（北大丁红版）第一章答案 1-1.什么是自动控制系统？自动控制系统通常由哪些基本元件组成？各元件起什么作用？答：自动控制系统就是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。
1、测量元件：测量被控对象的需要控制的物理量，如果这个物理量是非电量，一般需要转化为电量。
2、给定元件：给出与期望的被控量相对应的系统输入量。
3、比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的输入量进行比较，求出它们之间的偏差。
4、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。
5、执行元件：直接作用于被控对象，使其被控量发生变化，达到预期的控制目的。
6、校正元件：也称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，用于改善系统性能。
1-2.请说明开环控制系统和闭环控制系统的特点各是什么？答: 开环控制的特点是输出量不影响输入量，不会对系统的控制发生影响。
闭环控制系统具有抑制任何内、外扰动对被控量产生影响的能力，有较高的控制精度，但这种系统使用的元件多，线路复杂，特别是系统的性能分析和设计也较麻烦，而且存在稳定性的问题，如果闭环控制系统的参数匹配得不好，会造成被控量的较大摆动，甚至使系统无法正常工作。
1-3.请说明自动控制系统的性能要求是什么？答：稳准快1-4.请说明下列系统哪些属于开环控制，哪些属于闭环控制？家用电冰箱、家用空调、抽水马桶、电饭煲、多速电风扇、调光台灯、自动报时电子钟。
答：开环控制：抽水马桶、多速电风扇、调光台灯、自动报时电子钟。
闭环控制：家用电冰箱、家用空调、电饭煲。
1-5.下图是一种用电流控制的气动调节阀,用来控制液体的流量.图中,与杆固连的线圈内有一块永久磁铁,当电流通过线圈时,便产生使杆绕支点转动的力矩 , 从而带动档板关闭或打开喷嘴时,进入膜片腔的空气压力将增大,从而将膜片下压 , 并带动弹簧,阀杆一起下移;反之,当喷嘴被打开时,由于空气从喷嘴中跑出,进入,膜片上腔的空气压力将减小,膜片连同弹簧,阀杆便一起上升.此外,阀杆位移反馈回去 , 并由与杆连接的弹簧产生一个平衡力矩.这样,通过电流控制阀杆位移, 从而改变阀门开度,达到控制液体流量的目的.要求:(1) 确定该系统装置的输入量、输出量、控制对象和扰动量。
自动控制原理-课后习题及答案
⾃动控制原理-课后习题及答案⾃动控制原理-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 t dt 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 dt 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⽰意图，图中Q1，Q2分别为进⽔流量和出⽔流量。
(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。
自动控制原理第1章习题解答
第1章 习 题1-1 日常生活中存在许多控制系统，其中洗衣机的控制是属于开环控制还是闭环控制？卫生间抽水马桶水箱蓄水量的控制是开环控制还是闭环控制？解：洗衣机的洗衣过程属于开环控制，抽水马桶的蓄水控制属于闭环控制。
1-2 用方块图表示驾驶员沿给定路线行驶时观察道路正确驾驶的反馈过程。
解：驾驶过程方块图如图 所示。
图 驾驶过程方块图1-3自动热水器系统的工作原理如图T1.1所示。
水箱中的水位有冷水入口调节阀保证，温度由加热器维持。
试分析水位和温度控制系统的工作原理，并以热水出口流量的变化为扰动，画出温度控制系统的原理方块图。
图T1.1 习题1-3图解：水位控制：输入量为预定的希望水位,设为H r, 被控量为水箱实际水位,设为H。
当H=H r时，浮子保持一定位置，冷水调节阀保持一定开度，进水量=出水量，水位保持在希望水位上。
当出水量增加时，实际水位下降，浮子下沉，冷水入口调节阀开大，进水量增加，水位上升直到H=H r。
同理，当出水量减少时，实际水位上升，浮子上升，冷水入口调节阀关小，进水量减少，水位下降直到H=H r。
温度控制：在热水电加热器系统中，输入量为预定的希望温度（给定值），设为T r，被控量（输出量）为水箱实际水温，设为，控制对象为水箱。
扰动信号主要是由于放出热水并注入冷水而产生的降温作用。
当T=T r时，温控开关断开，电加热器不工作，此时水箱中水温保持在希望水温上。
当使用热水时，由于扰动作用使实际水温下降，测温元件感受T<T r的变化，并把这一温度变化转换为电信号使温控开关接通电源工作，电加热器工作，使水箱中的水温上升，直到T=T r为止。
温度控制系统的原理方块图如图 所示。
图 热水电加热器控制原理方块图1-4 仓库大门自动开闭系统原理示意图如图T1.2所示。
试说明自动控制大门开闭的工作原理并画出原理方块图。
图T1.2 习题1-4图解：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。
自控原理习题解答(第一章)
1-4 自动控制装置由哪几部分组成?构成自动 控制装置的各部分的职能是什么? [答1-4] 自动控制装置由变送器、调节器、执行器、 调节阀四部分组成。 变送器(又称测量变送单元)：用来测量被控量 的大小，并把被控量变换成电压、电流、气 压或液压等信号送到控制器去。
调节器(又称控制器)：接受测量变送单元送来 的被控量信号，并将它与给定值比较，当被 控量偏离给定值时，控制器将偏差值按其大 小和方向以一定的控制规律运算后，发出控 制信号给执行器。 执行器(又称执行单元)：它将控制器发来的控 制信号经功率放大后去移动调节阀。 调节阀(又称调节机构)：它直接改变控制系统 的输入能量，使被控量恢复到给定值。
1-2试举出几个日常生活中的开环控制系统和 闭环控制系统的实例，并说明它们的工作 原理。 [答1-2] 开环控制例：电风扇调速控制系统。 闭环控制例：电冰箱温度控制系统，空调的 温度控制系统。 工作原理(略)。
1-3开环控制系统和闭环控制系统各有什么优 点和缺点? [答1-3] 开环控制系统优点：结构简单，成本低，容易 实现。 开环控制系统缺点：控制精度低，抗干扰能力 差。 闭环控制系统优点：控制精度高，有自动纠偏 特性，抗干扰能力强。 闭环控制系统缺点：结构复杂，造价高。
1-5对自动控制系统的基本要求是什么?最主 要的要求是什么? [答1-5] 对自动控制系统的基本要求是稳定、快速、 准确；最基本的要求是系统必须是稳定的。
1-6什么是反馈控制系统、前馈控制系统、前馈一反 馈复合控制系统? [答1-6] 反馈控制系统：它是根据被控量和给定值的偏差进 行调节，最后使之消除偏差，达到被控量等于给定 值的目的。 前馈控制系统：它直接根据扰动信号进行调节，及 时抵消扰动量对被控量的影响，从而使被控量保持 不变。 前馈-反馈控制系统：它是指在反馈控制系统的基础 上，增加了对于主要扰动的前馈控制。前馈调节器 能及时消除扰动对被控量的影响，而反馈调节器的 作用保证被控量能较精确地等于给定值，改善了被 控量的控制精度。
《自动控制原理》(卢京潮,西北工业大学)第一章习题及答案[1]
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一、 习 题 及 解 答第1章习题及解答1-1 根据图1-15所示的电动机速度控制系统工作原理图，完成：(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。
解 （1）负反馈连接方式为：，d a ↔c b ↔；（2）系统方框图如图解1-1 所示。
1-2 图1-16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。
图1-16 仓库大门自动开闭控制系统解 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。
系统方框图如图解1-2所示。
1-3 图1-17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。
图1-17 炉温自动控制系统原理图解 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c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置，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，输出电压f u 。
f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出所控制偏差电压，经电压放大器、功率放大器放大成后，作为 况下，炉温等于某个期望值e u a u 控制电动机的电枢电压。
在正常情T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。
此时，0=−=f r e u u u 故01，==a u u ，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c u 保持一定的数值。
这时，炉子散失量正好等于从加热器吸的热取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。
自动控制原理第一章习题解答
自编自控教材习题解答第一章1-2 图1-17 是液位自动控制系统原理示意图。
图中SM为执行电动机。
试分析系统的工作原理，指出该系统参考输入、干扰量、被控对象、被控量、控制器，并画出系统的方框图。
图1-17 习题1-2 液位自动控制系统【解】系统参考输入：预期液位；被控对象：水箱；被控量：水箱液位；控制器：电动机减速器和控制阀门；干扰量：用水流量Q2。
系统的方块图如下注意：控制系统的工作过程是在原物理系统中提炼出的控制流程，与原系统的物理组成不是完全对应的。
有部分同学认为控制阀门是被控对象，只有阀门开度变化才有液位的变化。
实际上它应该是执行机构，操纵它来改变被控对象的被控制量。
1-3在过去，控制系统常常以人作为闭环控制系统的一部分，图1-18是人在回路中的水位控制示意图，试画出该控制系统的方框图。
图1-18 习题1-3 阀门控制系统【解】略1-4图1-19是仓库大门自动控制系统原理图。
试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统的方块图。
图1-19 习题1-4 仓库大门自动系统【解】系统参考输入：给定门状态；被控对象：门；被控量： 门位置；控制器：放大器、伺服点击绞盘；系统的方块图如下1-5 图1-20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？指出该系统的参考输入、干扰量、被控对象和控制装置各是什么？图1-20 习题1-5 水温控制系统示意图【解】该系统的参考输入：给定温度；干扰量：冷水流量的变化；被控对象：热交换器；被控量：交换器的水温；控制装置：温度控制器，此时控制器的输出不仅与实际水温有关而且和冷水的流量有关，所以该系统不仅是反馈控制而是反馈+前馈的复合控制方式。
它的主要目的是一旦冷水流量增大或减少时，及时调整蒸汽流量，不用等到水温降低或升高实际给定后再调节，所以可提高系统对扰动的能力。
自动控制原理 第一章习题及答案
一、 习 题 及 解 答第1章习题及解答1-1 根据图1-15所示的电动机速度控制系统工作原理图，完成：(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。
解 （1）负反馈连接方式为：，d a ↔c b ↔；（2）系统方框图如图解1-1 所示。
1-2 图1-16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。
图1-16 仓库大门自动开闭控制系统解 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。
系统方框图如图解1-2所示。
1-3 图1-17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。
图1-17 炉温自动控制系统原理图解 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c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置，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，输出电压f u 。
f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出所控制偏差电压，经电压放大器、功率放大器放大成后，作为 况下，炉温等于某个期望值e u a u 控制电动机的电枢电压。
在正常情T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。
此时，0=−=f r e u u u 故01，==a u u ，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c u 保持一定的数值。
这时，炉子散失量正好等于从加热器吸的热取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。
自动控制原理_第一章课后习题解答
第一章1.1 图1.18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。
c+-SM___1Q 浮浮浮浮浮浮2Q 浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮fi -+解：系统的控制任务是保持液面高度不变。
水箱是被控对象，水箱液位是被控变量。
电位器用来设置期望液位高度*c (通常点位器的上下位移来实现) 。
当电位器电刷位于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱的流入水量与流出水量相等，从而使液面保持在希望高度*c 上。
一旦流出水量发生变化(相当于扰动)，例如当流出水量减小时，液面升高，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，驱动电动机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，水箱液位下降．浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中点位置为止，系统重新处于平衡状态，液位恢复给定高度。
反之，当流出水量在平衡状态基础上增大时，水箱液位下降，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 。
系统方框图如图解1. 4.1所示。
1.2恒温箱的温度自动控制系统如图1.19所示。
（1） 画出系统的方框图；（2） 简述保持恒温箱温度恒定的工作原理;（3） 指出该控制系统的被控对象和被控变量分别是什么。
M放大器电机减速器调压器 220～热电偶电阻丝－ ＋－ ＋图1.19 恒温箱的温度自动控制系统解：恒温箱采用电加热的方式运行，电阻丝产生的热量与调压器电压平方成正比，电压增高，炉温就上升。
调压器电压由其滑动触点位置所控制，滑臂则由伺服电动机驱动．炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压作为反馈电压与给定电压进行比较，得出的偏差电压经放大器放大后，驱动电动机经减速器调节调压器的电压。
在正常情况下，炉温等于期望温度T ，热电偶的输出电压等于给定电压。
此时偏差为零，电动机不动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上。
(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。
(完整版)自动控制原理课后习题答案
第1章控制系统概述【课后自测】1-1 试列举几个日常生活中的开环控制和闭环控制系统，说明它们的工作原理并比较开环控制和闭环控制的优缺点。
解：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。
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：以卫生间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。
开环控制和闭环控制的优缺点如下表1-2 自动控制系统通常有哪些环节组成？各个环节分别的作用是什么？解：自动控制系统包括被控对象、给定元件、检测反馈元件、比较元件、放大元件和执行元件。
各个基本单元的功能如下：（1）被控对象—又称受控对象或对象，指在控制过程中受到操纵控制的机器设备或过程。
（2）给定元件—可以设置系统控制指令的装置，可用于给出与期望输出量相对应的系统输入量。
（3）检测反馈元件—测量被控量的实际值并将其转换为与输入信号同类的物理量，再反馈到系统输入端作比较，一般为各类传感器。
（4）比较元件—把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的给定值进行比较，分析计算并产生反应两者差值的偏差信号。
常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置和电桥等。
（5）放大元件—当比较元件产生的偏差信号比较微弱不足以驱动执行元件动作时，可通过放大元件将微弱信号作线性放大。
自动控制原理习题及答案
第一章 习题答案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。
解 (1)负反馈连接方式为:d a ↔,c b ↔;(2)系统方框图如图解1-1 所示。
1-2 题1-2图就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 解 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,驱动伺服电动机带动绞盘转动,将大门向上提起。
与此同时,与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。
系统方框图如图解1-2所示。
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、被控量与给定量,画出系统方框图。
题1-3图 炉温自动控制系统原理图解 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c u 的平方成正比,c u 增高,炉温就上升,c u 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,输出电压f u 。
f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较,得出偏差电压e u ,经电压放大器、功率放大器放大成a u 后,作为控制电动机的电枢电压。
在正常情况下,炉温等于某个期望值T °C,热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。
此时,0=-=f r e u u u ,故01==a u u ,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c u 保持一定的数值。
这时,炉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。
当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失),则出现以下的控制过程:控制的结果就是使炉膛温度回升,直至T °C 的实际值等于期望值为止。
(完整版)自动控制原理_第一章课后习题解答
第一章1.1 图1.18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。
c+-SM___ 1Q浮浮浮浮浮浮2Q浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮fi-+解：系统的控制任务是保持液面高度不变。
水箱是被控对象，水箱液位是被控变量。
电位器用来设置期望液位高度*c(通常点位器的上下位移来实现) 。
当电位器电刷位于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱的流入水量与流出水量相等，从而使液面保持在希望高度*c上。
一旦流出水量发生变化(相当于扰动)，例如当流出水量减小时，液面升高，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，驱动电动机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，水箱液位下降．浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中点位置为止，系统重新处于平衡状态，液位恢复给定高度。
反之，当流出水量在平衡状态基础上增大时，水箱液位下降，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。
系统方框图如图解1. 4.1所示。
1.2恒温箱的温度自动控制系统如图1.19所示。
（1） 画出系统的方框图；（2） 简述保持恒温箱温度恒定的工作原理;（3） 指出该控制系统的被控对象和被控变量分别是什么。
M放大器电机减速器调压器 220～热电偶电阻丝－ ＋－ ＋图1.19 恒温箱的温度自动控制系统解：恒温箱采用电加热的方式运行，电阻丝产生的热量与调压器电压平方成正比，电压增高，炉温就上升。
调压器电压由其滑动触点位置所控制，滑臂则由伺服电动机驱动．炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压作为反馈电压与给定电压进行比较，得出的偏差电压经放大器放大后，驱动电动机经减速器调节调压器的电压。
在正常情况下，炉温等于期望温度T ，热电偶的输出电压等于给定电压。
此时偏差为零，电动机不动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上。
自动控制原理(王万良)答案
−
X
消去中间变量 X,Y 得传递函数为：
C(s) =
G1 (s)G2 (s)
R(s) 1+G1(s)G2(s)H1(s)H2(s) −G1(s)H1(s)
4
王万良编著《自动控制原理》（高等教育出版社）习题解答
2.6 简化图题 2.6 所示系统的结构图，并求传递函数 C(s) 。 R(s)
R(s) G1 (s)
1
G1 (s)G2 (s) + G3 (s)G4 (s) − G1 (s)G2 (s)G3 (s)G4 (s)
2.15 控制系统的结构图如图题 2.15 所示，求传递函数 C(s) / R(s) 。
（1） （2）
（3） （4）
R(s) ⊗
+−
+ ⊗
+ −
⊗ +
1+T1s 1+T2 s
K1 s
+ C(s) ⊗
１.４ 下列各式是描述系统的微分方程，其中， r(t) 为输入变量， c(t) 为输出变量，判断哪
些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统?
(1) d 3c(t) + 3 d 2 c(t) + 6 dc(t) + 8c(t) = r(t) ；
dt 3
dt 2
dt
(2) t dc(t) + c(t) = r(t) + 3 dr(t) ；
2.4 设运算放大器放大倍数很大，输入阻抗很大，输出阻抗很小。求图题 2.4 所示运算放大 电路的传递函数。其中， ui 为输入变量, uo 为输出变量。
R1
C
−
i
+
ui
R2
uo
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 第一章习题及答案
一、 习 题 及 解 答第1章习题及解答1-1 根据图1-15所示的电动机速度控制系统工作原理图，完成：(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。
解 （1）负反馈连接方式为：，d a ↔c b ↔；（2）系统方框图如图解1-1 所示。
1-2 图1-16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。
图1-16 仓库大门自动开闭控制系统解 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。
系统方框图如图解1-2所示。
1-3 图1-17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。
图1-17 炉温自动控制系统原理图解 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c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置，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，输出电压f u 。
f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出所控制偏差电压，经电压放大器、功率放大器放大成后，作为 况下，炉温等于某个期望值e u a u 控制电动机的电枢电压。
在正常情T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。
此时，0=−=f r e u u u 故01，==a u u ，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c u 保持一定的数值。
这时，炉子散失量正好等于从加热器吸的热取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。
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自编自控教材习题解答
第一章
1-2 图1-17 是液位自动控制系统原理示意图。
图中SM为执行电动机。
试分析系统的工作原理，指出该系统参考输入、干扰量、被控对象、被控量、控制器，并画出系统的方框图。
图1-17 习题1-2 液位自动控制系统
【解】
系统参考输入：预期液位；被控对象：水箱；被控量：水箱液位；控制器：电动机减速器和控制阀门；干扰量：用水流量Q2。
系统的方块图如下
注意：控制系统的工作过程是在原物理系统中提炼出的控制流程，与原系统的物理组成不是完全对应的。
有部分同学认为控制阀门是被控对象，只有阀门开度变化才有液位的变化。
实际上它应该是执行机构，操纵它来改变被控对象的被控制量。
1-3在过去，控制系统常常以人作为闭环控制系统的一部分，图1-18是人在回路中的水位控制示意图，试画出该控制系统的方框图。
图1-18 习题1-3 阀门控制系统
【解】
略
1-4图1-19是仓库大门自动控制系统原理图。
试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统的方块图。
图1-19 习题1-4 仓库大门自动系统
【解】
系统参考输入：给定门状态；被控对象：门；被控量： 门位置；控制器：放大器、伺服点击绞盘；系统的方块图如下
1-5 图1-20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？指出该系统的参考输入、干扰量、被控对象和控制装置各是什么？
图1-20 习题1-5 水温控制系统示意图
【解】
该系统的参考输入：给定温度；干扰量：冷水流量的变化；被控对象：热交换器；被控量：交换器的水温；控制装置：温度控制器，此时控制器的输出不仅与实际水温有关而且和冷水的流量有关，所以该系统不仅是反馈控制而是反馈+前馈的复合控制方式。
它
的主要目的是一旦冷水流量增大或减少时，及时调整蒸汽流量，不用等到水温降低或升高
实际
给定
后再调节，所以可提高系统对扰动的能力。
注意：有的同学认为参考输入是冷水和蒸汽；被控对象是蒸汽阀门。
参考输入是控制系统希望达到的目的—热交换器中水的温度。
蒸汽阀门是执行机构，操纵它来改变被控对象的被控制量。