自动控制原理习题及答案

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自动控制原理试题库(含答案)

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一、填空题(每空 1 分,共15分)1、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。

2、复合控制有两种基本形式:即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。

3、两个传递函数分别为G1(s)与G2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为()G s,则G(s)为G1(s)+G2(s)(用G1(s)与G2(s)表示)。

4、典型二阶系统极点分布如图1所示,ω,则无阻尼自然频率=n2、自动控制系统有两种基本控制方式,当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为开环控制系统;当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时,称为闭环控制系统;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于闭环控制系统。

3、稳定是对控制系统最基本的要求,若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡,则该系统稳定。

判断一个闭环线性控制系统是否稳定,在时域分析中采用劳斯判据;在频域分析中采用奈奎斯特判据。

4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。

5、设系统的开环传递函数为2(1)(1)K s s Ts τ++,则其开环幅频特性为,相频特性为arctan 180arctan T τωω--。

6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系,开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对应时域性能指标调整时间s t ,它们反映了系统动态过程的。

1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面,即:稳定性、快速性和准确性。

Z 是指 系统的性能要求可以概括为三个方面,即:稳定性、准确性 和快速性,其中最基本的要求是稳定性。

2、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为()G s ,则该系统的开环传递函数为()G s 。

3、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法,叫系统的数学模型,在古典控制理论中系统数学模型有微分方程、传递函数等。

4、判断一个闭环线性控制系统是否稳定,可采用劳思判据、根轨迹、奈奎斯特判据等方法。

自动控制原理习题及解答

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

自动控制原理试题库20套和答案详解

自动控制原理试题库20套和答案详解

自动控制原理试题库20套和答案详解一、填空(每空1分,共18分)1.自动控制系统的数学模型有、、共4种。

2.连续控制系统稳定的充分必要条件是。

离散控制系统稳定的充分必要条件是。

3.某统控制系统的微分方程为:dc(t)+0.5C(t)=2r(t)。

则该系统的闭环传递函数dtΦσ;调节时间ts(Δ。

4.某单位反馈系统G(s)= 100(s?5),则该系统是阶2s(0.1s?2)(0.02s?4)5.已知自动控制系统L(ω)曲线为:则该系统开环传递函数G(s)= ;ωC6.相位滞后校正装置又称为调节器,其校正作用是。

7.采样器的作用是,某离散控制系统(1?e?10T)G(Z)?(单位反馈T=0.1)当输入r(t)=t时.该系统稳态误差(Z?1)2(Z?e?10T)为。

二. 1.R(s) 求:C(S)(10分)R(S)2.求图示系统输出C(Z)的表达式。

(4分)四.反馈校正系统如图所示(12分)求:(1)Kf=0时,系统的ξ,ωn和在单位斜坡输入下的稳态误差ess.(2)若使系统ξ=0.707,kf应取何值?单位斜坡输入下ess.=?五.已知某系统L(ω)曲线,(12分)(1)写出系统开环传递函数G(s)(2)求其相位裕度γ(3)欲使该系统成为三阶最佳系统.求其K=?,γmax=?六、已知控制系统开环频率特性曲线如图示。

P为开环右极点个数。

г为积分环节个数。

判别系统闭环后的稳定性。

(1)(2)(3)七、已知控制系统的传递函数为G0(s)?校正装置的传递函数G0(S)。

(12分)一.填空题。

(10分)1.传递函数分母多项式的根,称为系统的2. 微分环节的传递函数为3.并联方框图的等效传递函数等于各并联传递函数之4.单位冲击函数信号的拉氏变换式5.系统开环传递函数中有一个积分环节则该系统为型系统。

6.比例环节的频率特性为。

7. 微分环节的相角为8.二阶系统的谐振峰值与有关。

9.高阶系统的超调量跟10.在零初始条件下输出量与输入量的拉氏变换之比,称该系统的传递函数。

《自动控制原理》习题及答案

《自动控制原理》习题及答案

精心整理
《自动控制原理》试题及答案
1、若某串联校正装置的传递函数为(10s+1)/(100s+1),则该校正装置属于(B )。

3分
2、在对控制系统稳态精度无明确要求时,为提高系统的稳定性,最方便的是(A)3分
3、在系统中串联PD调节器,以下那一种说法是错误的(D)3分
A
B
C
D
4
5、I
6
7、
8
9、
10、
11、若某最小相位系统的相角裕度γ>0,则下列说法正确的是( )。

2分
12、某环节的传递函数是G(s)=5s+3+2/s,则该环节可看成由(D )环节组成。

2分
13、主导极点的特点是(A )2分
14、设积分环节的传递函数为G(s)=K/s,则其频率特性幅值A(ω)=()2分
15、某环节的传递函数为K/(Ts+1),它的对数幅频率特性随K值增加而()2分
16、某系统的传递函数是G(s)=1/(2s+1),则该可看成由(C )环节串联而成2分
17、若系统的开环传递函数在s右半平面上没有零点和极点,则该系统称作(B)2分
18、
19、
20、
21、
22、
23、
24、
25、
26、若系统增加合适的开环零点,则下列说法不正确的是(B ) 2分
27、当二阶系统的根分布在根平面的虚轴上时,系统的阻尼比为(B)3分
28、控制系统的稳态误差ess反映了系统的(A)2分
29、当二阶系统特征方程的根为具有负实部的复数根时,系统的阻尼比为(C)3分
30、二阶系统当0<ζ<1时,如果增加ζ,则输出响应的最大超调量将(B)3分。

(完整版)自动控制原理课后习题及答案

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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 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word版)自动控制原理试题有参考答案解析

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一、填空题(每空 1 分,共15分)1、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。

2、复合控制有两种基本形式:即按 输入 的前馈复合控制和按 扰动 的前馈复合控制。

3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为()G s ,则G(s)为G 1(s)+G 2(s)(用G 1(s)与G 2(s) 表示)。

4、典型二阶系统极点分布如图1所示,则无阻尼自然频率=n ω 1.414 ,阻尼比=ξ 0.707 , 该系统的特征方程为 2220s s ++= ,该系统的单位阶跃响应曲线为 衰减振荡 。

5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+,则该系统的传递函数G(s)为1050.20.5s s s s +++。

6、根轨迹起始于 开环极点 ,终止于 开环零点 。

7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ϕωτωω--=--,则该系统的开环传递函数为 (1)(1)K s s Ts τ++。

1、在水箱水温控制系统中,受控对象为水箱,被控量为 水温 。

2、自动控制系统有两种基本控制方式,当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为 开环控制系统 ;当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时,称为 闭环控制系统 ;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于 闭环控制系统 。

3、稳定是对控制系统最基本的要求,若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡,则该系统 稳定 。

判断一个闭环线性控制系统是否稳定,在时域分析中采用劳斯判据;在频域分析中采用 奈奎斯特判据。

4、传递函数是指在 零 初始条件下、线性定常控制系统的 输出拉氏变换 与 输入拉氏变换 之比。

5、设系统的开环传递函数为2(1)(1)K s s Ts τ++,则其开环幅频特性为2222211K T τωωω++; 相频特性为arctan 180arctan T τωω--(或:2180arctan 1T T τωωτω---+) 。

自动控制原理习题与答案解析

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精心整理课程名称: 自动控制理论( A/B 卷闭卷)一、填空题(每空 1 分,共 15 分)1、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。

2、复合控制有两种基本形式:即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。

3、两个传递函数分别为G1(s) 与G2(s) 的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为G(s),则G(s)为G1(s) +G2(s) (用G1(s) 与G2(s) 表示)。

4、典型二阶系统极点分布如图 1 所示,则无阻尼自然频率n ,阻尼比,该系统的特征方程为,该系统的单位阶跃响应曲线为。

5、若某系统的单位脉冲响应为g(t) 10e 0.2t 5e 0.5t,则该系统的传递函数G(s) 为。

6、根轨迹起始于极点,终止于零点或无穷远。

7、设某最小相位系统的相频特性为( ) tg 1( ) 900 tg 1(T ) ,则该系统的开环传递函数为。

8、PI 控制器的输入-输出关系的时域表达式是,其相应的传递函数为,由于积分环节的引入,可以改善系统的性二、选择题(每题 2 分,共 20 分)1、采用负反馈形式连接后,则( )精心整理A、一定能使闭环系统稳定; B 、系统动态性能一定会提高;C、一定能使干扰引起的误差逐渐减小,最后完全消除;D、需要调整系统的结构参数,才能改善系统性能。

2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果( ) 。

A、增加开环极点; B 、在积分环节外加单位负反馈;C、增加开环零点; D 、引入串联超前校正装置。

3、系统特征方程为D(s) s3 2s2 3s 6 0,则系统( )A、稳定; B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升;C、临界稳定; D 、右半平面闭环极点数Z 2 。

4、系统在r (t) t 2作用下的稳态误差e ss ,说明( )A、型别v 2 ; B 、系统不稳定;C、输入幅值过大; D 、闭环传递函数中有一个积分环节。

5、对于以下情况应绘制0°根轨迹的是( )A、主反馈口符号为“-” ;B、除K r外的其他参数变化时;C、非单位反馈系统;D 、根轨迹方程(标准形式)为G(s)H (s) 1。

自动控制原理试题及答案

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自动控制原理试题及答案一、单项选择题(每题2分,共20分)1. 自动控制系统中,开环系统与闭环系统的主要区别在于()。

A. 是否有反馈B. 控制器的类型C. 系统是否稳定D. 系统的响应速度答案:A2. 在控制系统中,若系统输出与期望输出之间存在偏差,则该系统()。

A. 是闭环系统B. 是开环系统C. 没有反馈D. 是线性系统答案:B3. 下列哪个是控制系统的稳定性条件?()A. 所有闭环极点都位于复平面的左半部分B. 所有开环极点都位于复平面的左半部分C. 所有闭环极点都位于复平面的右半部分D. 所有开环极点都位于复平面的右半部分答案:A4. PID控制器中的“P”代表()。

A. 比例B. 积分C. 微分D. 前馈答案:A5. 在控制系统中,超调量通常用来衡量()。

A. 系统的稳定性B. 系统的快速性C. 系统的准确性D. 系统的鲁棒性答案:C6. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s),闭环传递函数为T(s),则闭环传递函数T(s)是()。

A. G(s)H(s)B. G(s)H(s)/[1+G(s)H(s)]C. 1/[1+G(s)H(s)]D. 1/G(s)H(s)答案:B7. 根轨迹法是一种用于()的方法。

A. 系统稳定性分析B. 系统性能分析C. 系统设计D. 系统故障诊断答案:B8. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s),闭环传递函数为T(s),则T(s)的零点是()。

A. G(s)的零点B. H(s)的零点C. G(s)和H(s)的零点D. G(s)和H(s)的极点答案:A9. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s),闭环传递函数为T(s),则T(s)的极点是()。

A. G(s)的零点B. H(s)的零点C. 1+G(s)H(s)的零点D. G(s)和H(s)的极点答案:C10. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s),闭环传递函数为T(s),则系统的稳态误差与()有关。

自动控制原理考试试卷及答案

自动控制原理考试试卷及答案

自动控制原理考试试卷及答案一、选择题(每题2分,共20分)1. 下列哪项不是自动控制系统的基本组成部分?A. 控制器B. 被控对象C. 执行机构D. 操作人员答案:D2. 在自动控制系统中,下列哪项属于反馈环节?A. 控制器B. 执行机构C. 被控对象D. 反馈元件答案:D3. 下列哪种控制方式属于闭环控制?A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制答案:D4. 下列哪种控制方式属于开环控制?A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分控制答案:A5. 在自动控制系统中,下列哪种控制规律不会产生稳态误差?A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案:B6. 下列哪种控制方式适用于一阶惯性环节?A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制答案:A7. 在自动控制系统中,下列哪种环节不会产生相位滞后?A. 比例环节B. 积分环节C. 微分环节D. 比例-积分环节答案:A8. 下列哪种控制方式可以使系统具有较好的稳定性和快速性?A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案:D9. 在自动控制系统中,下列哪种环节可以使系统具有较好的阻尼效果?A. 比例环节B. 积分环节C. 微分环节D. 比例-积分环节答案:C10. 下列哪种控制方式可以使系统具有较好的跟踪性能?A. 比例控制B. 积分控制C. 微分控制D. 比例-积分-微分控制答案:D二、填空题(每题2分,共20分)1. 自动控制系统的基本组成部分有:控制器、被控对象、执行机构、________。

答案:反馈元件2. 在自动控制系统中,反馈环节的作用是________。

答案:减小系统的稳态误差3. 闭环控制系统的特点有:________、________、________。

答案:稳定性好、快速性好、准确性高4. 开环控制系统的缺点有:________、________、________。

自动控制原理试卷及答案20套

自动控制原理试卷及答案20套

D.抛物线响应函数 答 ( )
3、(本小题 3 分) 如图所示是某系统的单位阶跃响应曲线,下面关于性能指标正确的是――
h (t )
1 .3
1.02
1
0
t
2
B.
4
C.
6
8
10
12
14
A.
t r 6s
t s 4s
t p 14s
D.
% 30%

( ) 4、(本小题 5 分)
W (s)
答案参见我的新浪博客:/s/blog_3fb788630100muda.html
第 7 页 共 42 页
QQ753326843
考研直通车
6.已知非线性控制系统的结构图如图 7-38 所示。为使系统不产生自振,是利用 描述函数法确定继电特性参数 a,b 的数值。 (15 分)
答案参见我的新浪博客:/s/blog_3fb788630100muda.html 第 1 页 共 42 页
QQ753326843
考研直通车
r _
e
2 0 1
u
1 s2
c
六、采样控制系统如图所示,已知 K 10, T 0.2s : 1.求出系统的开环脉冲传递函数。 1 2 2.当输入为 r (t ) 1(t ) t * 1(t ) 2 t * 1(t ) 时,求稳态误差 e ss 。
第 5 页 共 42 页
QQ753326843
3.当输入为
1 2 2
考研直通车
r (t ) 1(t ) t * 1(t ) t * 1(t ) 时,求稳态误差 e ss 。
R(s)
E (s)
1 e sT s

自动控制原理习题及答案

自动控制原理习题及答案

一、简答题1. 被控对象、被控量、干扰各是什么?答:对象:需进行控制的设备或装置的工作进程。

被控量:被控对此昂输出需按控制要求变化的物理量。

干扰:对生产过程产生扰动,使被控量偏离给定值的变量。

2. 按给定信号分类,控制系统可分为哪些类型?答:恒值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。

3. 什么是系统的静态?答:被控量不随时间改变的平衡状态。

4. 什么是系统的动态?答:被控量随时间变化的不平衡状态。

5. 什么是系统的静态特性?答:系统再平衡状态下输出信号与输入信号的关系。

6. 什么是系统的动态特性?答:以时间为自变量,动态系统中各变量变化的大小、趋势以及相互依赖的关系。

7. 控制系统分析中,常用的输入信号有哪些?答:阶跃、斜坡、抛物线、脉冲。

8. (3次)传递函数是如何定义的?答:线性定常系统在零初始条件下输出响应量的拉氏变换与输入激励量的拉氏变换之比。

9. 系统稳定的基本条件是什么?答:系统的所有特征根必须具有负的实部的实部小于零。

10. 以过渡过程形式表示的质量指标有哪些?答:峰值时间t p 、超调量δ%、衰减比n d 、调节时间t s 、稳态误差e ss 。

11. 简述典型输入信号的选用原因。

答:①易于产生;②方便利用线性叠加原理;③形式简单。

12. 什么是系统的数学模型?答:系统的输出参数对输入参数的响应的数学表达式。

13. 信号流图中,支路、闭通路各是什么?答:支路:连接两节点的定向线段,其中的箭头表示信号的传送方向。

闭通路:通路的终点就是通路的起点,且与其他节点相交不多于一次。

14. 误差性能指标有哪些?答:IAE ,ITAE ,ISE ,ITSE二、填空题1. 反馈系统又称偏差控制,起控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。

2. 复合控制有两种基本形式,即按参考输入的前馈复合控制和按扰动输入的前馈复合控制。

3. 某系统的单位脉冲响应为g(t)=10e -0.2t +5e -0.5t ,则该系统的传递函数G(s)为ss s s 5.052.010+++。

自动控制原理课后习题及答案

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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 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。

(完整版)自动控制原理课后习题答案

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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。

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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,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 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: 控制的结果是使炉膛温度回升,直至T °C 的实际值等于期望值为止。

自动控制原理试题库(含参考答案)

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一、填空题(每空1分,共15分)1、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。

2、复合控制有两种基本形式:即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。

3、两个传递函数分别为G1(s)与G2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为()G s,则G(s)为G1(s)+G2(s)(用G1(s)与G2(s)表示)。

4、典型二阶系统极点分布如图1所示,ω,则无阻尼自然频率=n7其相应的传递函数为,由于积分环节的引入,可以改善系统的稳态性能。

1、在水箱水温控制系统中,受控对象为水箱,被控量为水温。

2、自动控制系统有两种基本控制方式,当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为开环控制系统;当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时,称为闭环控制系统;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于闭环控制系统。

3、稳定是对控制系统最基本的要求,若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡,则该系统稳定。

判断一个闭环线性控制系统是否稳定,在时域分析中采用劳斯判据;在频域分析中采用奈奎斯特判据。

4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。

5、设系统的开环传递函数为2(1)(1)K s s Ts τ++arctan 180arctan T τωω--。

6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系,开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对应时域性能指标调整时间s t ,它们反映了系统动态过程的。

1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面,即:稳定性、快速性和准确性。

是指闭环传系统的性能要求可以概括为三个方面,即:稳定性、准确性和快速性,其中最基本的要求是稳定性。

2、若某单位负反馈控制系统的前向传递函数为()G s ,则该系统的开环传递函数为()G s 。

3、能表达控制系统各变量之间关系的数学表达式或表示方法,叫系统的数学模型,在古典控制理论中系统数学模型有微分方程、传递函数等。

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 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。

自动控制原理习题及答案

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1. 采样系统结构如图所示,求该系统的脉冲传递函数。

答案:该系统可用简便计算方法求出脉冲传递函数。

去掉采样开关后的连续系统输出表达式为对闭环系统的输出信号加脉冲采样得再对上式进行变量替换得2. 已知采样系统的结构如图所示,,采样周期=0.1s。

试求系统稳定时K的取值范围。

答案:首先求出系统的闭环传递函数。

由求得,已知T=0.1s,e-1=0.368,故系统闭环传递函数为,特征方程为D(z)=1+G(z)=z2+(0.632K-1.368)z+0.368=0将双线性变换代入上式得+1 4 +( 7 -0.632K)=0要使二阶系统稳定,则有K>0,2.736-0.632K>0故得到K的取值范围为0<K<4.32。

3. 求下列函数的z变换。

(1). e(t)=te-at答案:e(t)=te-at该函数采样后所得的脉冲序列为e(nT)=nTe-anT n=0,1,2,…代入z变换的定义式可得E(z)=e(0)+P(T)z-1+e(2T)z-2+…+e(n )z-n+…= + e-aT z-1+2Te-2aT z-2+…+n e-naT z-n+…= (e-aT z-1+2e -2aT z-2+…+ne-naT z-n+…)两边同时乘以e-aT z-1,得e-aT z-1E(z)=T(e-2aT z-2+2e-3aT z-3+…+ne-a(n+1)T z-(n+1)+…)两式相减,若|e-aT z-1|<1,该级数收敛,同样利用等比级数求和公式,可得最后该z变换的闭合形式为(2). e( )=答案 e( )=对e( )= 取拉普拉斯变换.得展开为部分分式,即可以得到化简后得(3).答案:将上式展开为部分分式,得查表可得(4).答案:对上式两边进行z变换可得得4. 求下列函数的z反变换(1).答案:由于所以得所以可得(z)的z反变换为e(nT)=10(2n-1)(2).答案:由于所以得所以E(z)的z反变换为e(nT)=-n-1n+2n=2n-n-1(3).答案:由长除法可得E(z)=2z-1-6z-3+10z-5-14z-7+…所以其反变换为e*( )= δ( -T)- δ( - )+1 δ( -5T)-14δ( -7 )+18δ( -9 )+…(4).答案:解法1:由反演积分法,得解法2:由于所以得最后可得z 反变换为5. 分析下列两种推导过程:(1). 令x(k)=k1(k),其中1(k)为单位阶跃响应,有答案:(2). 对于和(1)中相同的(k),有x(k)-x(k-1)=k-(k-1)=1试找出(2)与(1)中的结果为何不同,找出(1)或(2)推导错误的地方。

(完整)自动控制原理复习题20套答案

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自动控制原理试卷1答案一.填空 1. 微分方程、传递函数、频率特性、结构图。

2. 闭环极点都位于S 平面左侧;系统的特性方程的根都在Z 平面上以原点为圆心的单位圆内.3. 5.02+S ;0;8。

4. 4,Ⅱ;62.5.5. 110100+S ;10。

6. P-I;利用G(s )的负斜率使ωC 减小,改善静态性能。

7. 将连续信号变为离散信号;0。

二.(14分) 解:(1)(2)C (Z)=)()(1)()(1232321Z H Z H G G Z G G Z RG •+•三.(20分)解:(1)F (s)=[]T s st f 111)(+-=(2)F (s )=525125151)5(122++-=+s s ss s(3)G 1(s )=s s s s s s s s s s 321030)2(10)2(3101)2(102+=++=+⨯++G 2(s )=ss s a s )32(10)(2+⨯+sa s s a s s s s a s a s s R s C 1010321010)32(10)(10)()()(232++++=++⨯+⨯+=∴ a s s s s A 101032)(23+++=∴ 要使系统稳定,则必须满足{{032010101032><>>⨯⇒a a a a320<<∴a (两内项系数乘积>两外项系数乘积)521634432125152125143321521251243213211352126346321251132122111)1()()(1001)()(G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G s R s C G G G G G G G G P G G G P L G G G L G G G G G G G G G G L L L L P P s R s C +-+++++++=∴+++=∆==∆==∑=∑+---=∑∑-∑+∑-=∆∆∆+∆= t e t s F 5125125151)]([f(t)--+-== (1分) (1分) (1分) (1分) (1分) (1分) (1分) (1分) (1分)(1分)(4分) (4分)(3分) (3分)(3分)(1分)(2分) (1分)(1分) (2分)(每空1分。

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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,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 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:控制的结果是使炉膛温度回升,直至T °C 的实际值等于期望值为止。

︒→T C ︒→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑系统中,加热炉是被控对象,炉温是被控量,给定量是由给定电位器设定的电压r u (表征炉温的希望值)。

系统方框图见图解1-3。

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1P 、2P 并联后跨接到同一电源0E 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1P 的滑臂转过一个输入角i θ的瞬间,由于输出轴的转角i o θθ≠,于是出现一个误差角o i e θθθ-=,该误差角通过电位器1P 、2P 转换成偏差电压o i e u u u -=,e u 经放大后驱动电动机转动,在驱动导弹发射架转动的同时,通过输出轴带动电位器2P 的滑臂转过一定的角度o θ,直至i o θθ=时,o i u u =,偏差电压0=e u ,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o i θθ≠,偏差就会产生调节作用,控制的结果是消除偏差e θ,使输出量o θ严格地跟随输入量i θ的变化而变化。

系统方框图如图解1-4所示。

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。

飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动,套筒内装有平衡弹簧,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ω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ω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ω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ω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。

系统方框图如图解1-5所示。

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,指出被控对象、被控量及给定量,画出系统方框图。

题1-6图 摄像机角位置随动系统原理图解 控制系统的任务是使摄像机自动跟踪光点显示器指示的方向。

当摄像机方向角与光点显示器指示的方向一致时,12θθ=,自整角机输出0=e ,交流放大器输出电压0=u ,电动机静止,摄像机保持原来的协调方向。

当光点显示器转过一个角度,12θθ≠时,自整角机输出与失谐角21θθθ-=∆成比例的电压信号(其大小、极性反映了失谐角的幅值和方向),经电位器后变成e ,经放大器放大后驱动伺服电动机旋转,并通过减速器带动摄像机跟踪光点显示器的指向,使偏差减小,直到摄像机与光点显示器指向重新达到一致时为止。

测速发电机测量电动机转速,进行速度反馈,用以改善系统性能。

系统中,摄像机是被控对象,摄像机的方向角2θ是被控量,给定量是光点显示器指示的方向角1θ。

系统方框图如图解1-6所示。

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解 带上负载后,开始由于负载的影响,(a)与(b)的端电压都要下降,但图(a)中所示系统能恢复到110伏而图(b)系统却不能。

理由如下:图(a)系统,当u 低于给定电压时,其偏差电压经放大器K 放大后,驱动电机D 转动,经减速器带动电刷,使发电机F 的激磁电流j I 增大,发电机的输出电压会升高,从而使偏差电压减小,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,f i=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伏。

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?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,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不发生大的波动。

其中,热交换器是被控对象,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。

题1-8图水温控制系统原理图系统方块图如图解1-8所示。

这是一个按干扰补偿的复合控制系统。

1-9 许多机器,像车床、铣床和磨床,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。

解模板与原料同时固定在工作台上。

X、Y轴直流伺服马达接受控制器的指令,按输入命令带动工作台做X、Y方向运动。

模板随工作台移动时,触针会在模板表面滑动,跟随刀具中的位移传感器将触针感应到的反映模板表面形状的位移信号送到跟随控制器,控制器的输出驱动Z轴直流伺服马达带动切削刀具连同刀具架跟随触针运动,当刀具位置与触针位置一致时,两者位置偏差为零,Z轴伺服马达停止。

系统中,刀具是被控对象,刀具位置是被控量,给定量是由模板确定的触针位置。

系统方框图如图解1-9所示。

最终原料被切割加工成模板的形状。

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解(1)系统方框图如图解1-10所示。

题1-10图(a)正确的反馈连接方式如题1-10图(a)中虚线所示。

(2) 题1-10图(a)的系统是有差系统,题1-10图(b)的系统是无差系统。

题1-10图(a)中,当给定恒值电压信号,系统运行达到稳态时,电动机转速的恒定是以发电机提供恒定电压为条件,对应发电机激磁绕组中电流一定是恒定值。

这意味着放大器前端电压是非零的常值。

因此,常值偏差电压存在是系统稳定工作的前提,故系统有差。

题1-10图(b)中,给定恒定电压,电动机达到稳定转速时,对应发电机激磁绕组中的励磁电流恒定,这意味着执行电动机处于停转状态,放大器前端电压必然为0,故系统无差。

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解系统中,传送装置是被控对象;输出谷物湿度是被控量;希望的谷物湿度是给定量。

系统方框图如图解1-11 所示。

这是一个按干扰补偿的复合控制系统。

在分析系统的工作原理时,应注意控制装置各组成部分的功能,以及在系统中如何完成其相应的工作,并能用方框图对系统进行分析。

自动控制系统的分类方法很多,其中最常见的是按系统输入信号的时间特性进行分类,可分为恒值控制系统和随动系统。

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