第一章 控制系统的基本知识(例题)
自动控制原理基本知识测试题
第一章自动控制的一般概念一、填空题1.（稳定性）、（快速性）和（快速性）是对自动控制系统性能的基本要求。
2.线性控制系统的特点是可以使用（叠加）原理，而非线性控制系统则不能。
3.根据系统给定值信号特点，控制系统可分为（定值）控制系统、（随动）控制系统和（程序）控制系统。
4.自动控制的基本方式有（开环）控制、（闭环）控制和（复合）控制。
5.一个简单自动控制系统主要由（被控对象）、（执行器）、（控制器）和（测量变送器）四个基本环节组成。
6.自动控制系统过度过程有（单调）过程、（衰减振荡）过程、（等幅振荡）过程和（发散振荡）过程。
二、单项选择题1.下列系统中属于开环控制的为（ C ）。
A.自动跟踪雷达B.无人驾驶车C.普通车床D.家用空调器2.下列系统属于闭环控制系统的为（ D ）。
A.自动流水线B.传统交通红绿灯控制C.普通车床D.家用电冰箱3.下列系统属于定值控制系统的为（ C ）。
A.自动化流水线B.自动跟踪雷达C.家用电冰箱D.家用微波炉4.下列系统属于随动控制系统的为（ B ）。
A.自动化流水线B.火炮自动跟踪系统C.家用空调器D.家用电冰箱5.下列系统属于程序控制系统的为（ B ）。
A.家用空调器B.传统交通红绿灯控制C.普通车床D.火炮自动跟踪系统6.（ C ）为按照系统给定值信号特点定义的控制系统。
A.连续控制系统B.离散控制系统C.随动控制系统D.线性控制系统7.下列不是对自动控制系统性能的基本要求的是（ B ）。
A.稳定性B.复现性C.快速性D.准确性8.下列不是自动控制系统基本方式的是（ C ）。
A.开环控制B.闭环控制C.前馈控制D.复合控制9.下列不是自动控制系统的基本组成环节的是（ B ）。
A.被控对象B.被控变量C.控制器D.测量变送器10.自动控制系统不稳定的过度过程是（ A ）。
A.发散振荡过程B.衰减振荡过程C.单调过程D.以上都不是第二章自动控制系统的数学模型一、填空题1.数学模型是指描述系统（输入）、（输出）变量以及系统内部各变量之间（动态关系）的数学表达式。
第一章自动控制原理绪论例题 ppt课件
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• 画出图示电加热系统的结构图，简述结构 特点和调节过程，并说明受控对象，被控 量、给定量、偏差、内扰、外扰都指的是 哪些设备和物理量。
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• 结构图：结构特点为闭环，具备抗干扰能 力。
• 被控量：电阻炉温度；受控对象：电阻炉； 给定量：电阻炉的温度希望值；外扰：炉门 开关频度变化；内扰：电源电压波动。
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判别下列动态方程所描述的系统的性质：线性或非线 性，定常或时变，动态或静态。
t ; (1)C( t ) 5 r ( t ) t r ( t ) 6C ( t ) 8C( t ) r ( t ); t 3C (2)r
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( t ) C( t ) r ( t ) 3r t ; (3)tC (4)C( t ) r t cost 5; ( t ) 5 r d ; (5)C( t ) 3rt 6r (6)C( t ) r t ;
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• 系统的被控对象是电炉，被控量是电炉炉温； 电动机、减速器、调压器是执行机构，热电偶 是检测元件。 • 电炉温度控制系统的方块图如图1-16所示。
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1-7 在按扰动控制的开环控制系统中，为什么说一 种补偿装置只能补偿一种与之相应的扰动因素? 对于图1-19中的按扰动控制的速度控制系统，当 电动机的激磁电压变化时，转速如何变化?该补 偿装置能否补偿这个转速的变化?
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1-4 图1-13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?
(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。
自动控制原理课后习题
自动控制原理课后习题1.简答题。
（1）什么是控制系统？控制系统是由控制器、被控对象、控制目标和反馈装置组成的一种系统，用来实现对被控对象的控制和调节。
（2）控制系统的分类有哪些？控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指控制器的输出不受被控对象的影响，而闭环控制系统是指控制器的输出受到被控对象的影响并进行调节。
（3）什么是控制对象？控制对象是指控制系统中需要被控制或调节的对象，可以是机械、电气、液压等各种设备和系统。
2.计算题。
（1）某电动机的转速控制系统，控制电压为220V，电动机额定转速为1500rpm，控制器输出电压为180V时，电动机的实际转速为多少？解，根据电动机的转速控制系统原理，实际转速可以通过控制电压和额定转速的比例关系计算得出。
实际转速 = 控制器输出电压 / 控制电压× 额定转速 = 180V / 220V × 1500rpm = 1227.27rpm。
所以，电动机的实际转速为1227.27rpm。
（2）某水箱的液位控制系统，控制器输出信号为4-20mA，对应的液位范围为0-100cm，若控制器输出信号为12mA时，水箱的实际液位为多少？解，根据液位控制系统的标定原理，可以通过控制器输出信号和液位范围的比例关系计算得出实际液位。
实际液位 = (控制器输出信号4mA) / (20mA 4mA) × 液位范围= (12mA 4mA) / (20mA 4mA) × 100cm = 60cm。
所以，水箱的实际液位为60cm。
3.分析题。
（1）为什么在控制系统中需要引入反馈？在控制系统中引入反馈可以实现对被控对象的实时监测和调节，使控制系统能够更加准确地达到控制目标。
（2）闭环控制系统和开环控制系统各有什么优缺点？闭环控制系统能够实现对被控对象的实时监测和调节，具有较高的控制精度，但系统稳定性较差，容易产生振荡和不稳定现象；而开环控制系统系统稳定性较好，但控制精度较低，无法实时监测和调节被控对象。
《控制工程基础》课程作业习题(含解答)
第一章概论本章要求学生了解控制系统的基本概念、研究对象及任务，了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类，开环控制与闭环控制的区别；闭环控制系统的基本原理和组成环节。
学会将简单系统原理图抽象成职能方块图。
例1 例图1-1a 为晶体管直流稳压电源电路图。
试画出其系统方块图。
例图1-1a 晶体管稳压电源电路图解：在抽象出闭环系统方块图时，首先要抓住比较点，搞清比较的是什么量；对于恒值系统，要明确基准是什么量；还应当清楚输入和输出量是什么。
对于本题，可画出方块图如例图1-1b。
例图1-1b 晶体管稳压电源方块图本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压，输出电压通过R和4R分压后与稳压管的电3压U比较，如果输出电压偏高，则经3R和4R分压后电压也偏高，使与之相连的晶体管基极w电流增大，集电极电流随之增大，降在R两端的电压也相应增加，于是输出电压相应减小。
c反之，如果输出电压偏低，则通过类似的过程使输出电压增大，以达到稳压的作用。
例2 例图1-2a为一种简单液压系统工作原理图。
其中，X为输入位移，Y为输出位移，试画出该系统的职能方块图。
解：该系统是一种阀控液压油缸。
当阀向左移动时，高压油从左端进入动力油缸，推动动力活塞向右移动；当阀向右移动时，高压油则从右端进入动力油缸，推动动力活塞向左移动；当阀的位置居中时，动力活塞也就停止移动。
因此，阀的位移，即B点的位移是该系统的比较点。
当X向左时,B点亦向左，而高压油使Y向右，将B点拉回到原来的中点，堵住了高压油，Y的运动也随之停下；当X向右时,其运动完全类似，只是运动方向相反。
由此可画出如例图1-2b的职能方块图。
例图1-2a 简单液压系统例图1-2b 职能方块图1．在给出的几种答案里，选择出正确的答案。
（1）以同等精度元件组成的开环系统和闭环系统，其精度比较为_______ （A ）开环高； （B ）闭环高； （C ）相差不多； （D ）一样高。
（2）系统的输出信号对控制作用的影响 （A ）开环有； （B ）闭环有； (C ）都没有； （D ）都有。
控制工程第一章习题解答
工作原理：电压U2——大门实际位置；电压U1——开门（关门）开关的指令状 态确定的电压大小。 △u＝U1－U2 当大门在打开位置时，电压U2 =U上： 若合上开门开关，U1＝U上，△u＝0，大门不动作；如合上关门开关， U1＝U下，△u<0，大门逐渐关闭，直至完全关闭，使△u＝0。 当大门在关闭位置，U2＝U下：
B）水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h’由浮球拉杆的长度给定。杠 杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。当有扰动（水的使用流出量和给水 压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低（升高），到一定程度后， 在浮球拉杆的带动下，电磁阀开关被闭合（断开），进水阀门完全打开（关闭），开始进 水（断水），水位升高（降低），浮球也随之升高（降低），直至达到给定的水位高度。 随后水位进一步发生升高（降低），到一定程度后，电磁阀又发生一次打开（闭合）。此 系统是离散控制系统。
若合上开门开关，U1＝U上，△u>0，大门执行开门指令，直至完全打开，
使△u＝0；如合上关门开关，U1＝U下，△u＝0，大水箱的水位是被控量，水位的给定值h’由浮球顶杆 的长度给定，杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。当有 扰动（水的使用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮 球位置也随着降低（升高），通过杠杆机构是进水阀的开度增大（减小）， 进入水箱的水流量增加（减小），水位升高（降低），浮球也随之升高（降 低），进水阀开度增大（减小）量减小，直至达到新的水位平衡。此为连续 控制系统。
控制工程基础PPT课件(王积伟)第一章控制系统的基本概念
2/4/2024
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第一章 控制系统的基本概念
输入量 控制器
输出量 对象或过程
反馈量 测量元件
闭环控制系统框图
➢ 半闭环控制系统 特点：反馈信号通过系统内部的中间信号获得。
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第一章 控制系统的基本概念 闭环控制系统的组成
比较
给定 元件
+ 元件
_
串联校正 元件
输入信号 偏差信号
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第一章 控制系统的基本概念
准确性 控制精度，以稳态误差来衡量。 稳态误差：系统的调整（过渡）过程结束而趋 于稳定状态时，系统输出量的实际值与给定量 之间的差值。
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第一章 控制系统的基本概念
快速性 输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏 差的快慢程度。快速性表征系统的动态性能。
注意：在机械、液压、气动、机电等系统中 存在着内在反馈，这种反馈无须专门 的反馈元件，是系统内部各参数相互 作用产生的，如作用力与反作用力之 间形成的直接反馈。
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第一章 控制系统的基本概念
➢ 比较元件 对给定信号和反馈信号进行比较，产生偏差 信号；
➢ 放大元件 对偏差信号进行放大，使之有足够的能量驱 动执行元件实现控制功能。
系统的输出不断地、直接或间接地、全部或部分 地返回，并作用于系统，即输出量的返回过程称 为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。
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第一章 控制系统的基本概念
综上所述，控制系统的工作原理： ➢检测输出量（被控制量）的实际值 ➢将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比
较得出偏差； ➢用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得
(完整版)自动控制原理基本知识测试题
自动控制原理基本知识测试题第一章自动控制的一般概念一、填空题1.（）、（）和（）是对自动控制系统性能的基本要求。
2.线性控制系统的特点是可以使用（）原理，而非线性控制系统则不能。
3.根据系统给定值信号特点，控制系统可分为（）控制系统、（）控制系统和（）控制系统。
4.自动控制的基本方式有（）控制、（）控制和（）控制。
5.一个简单自动控制系统主要由（）、（）、（）和（）四个基本环节组成。
6.自动控制系统过度过程有（）过程、（）过程、（）过程和（）过程。
二、单项选择题1.下列系统中属于开环控制的为（）。
A.自动跟踪雷达B.无人驾驶车C.普通车床D.家用空调器2.下列系统属于闭环控制系统的为（）。
A.自动流水线B.传统交通红绿灯控制C.普通车床D.家用电冰箱3.下列系统属于定值控制系统的为（）。
A.自动化流水线B.自动跟踪雷达C.家用电冰箱D.家用微波炉4.下列系统属于随动控制系统的为（）。
A.自动化流水线B.火炮自动跟踪系统C.家用空调器D.家用电冰箱5.下列系统属于程序控制系统的为（）。
A.家用空调器B.传统交通红绿灯控制C.普通车床D.火炮自动跟踪系统6.（）为按照系统给定值信号特点定义的控制系统。
A.连续控制系统B.离散控制系统C.随动控制系统D.线性控制系统7.下列不是对自动控制系统性能的基本要求的是（）。
A.稳定性B.复现性C.快速性D.准确性8.下列不是自动控制系统基本方式的是（）。
A.开环控制B.闭环控制C.前馈控制D.复合控制9.下列不是自动控制系统的基本组成环节的是（）。
A.被控对象B.被控变量C.控制器D.测量变送器10.自动控制系统不稳定的过度过程是（）。
A.发散振荡过程B.衰减振荡过程C.单调过程D.以上都不是三、简答题1.什么是自动控制？什么是自动控制系统？2.自动控制系统的任务是什么？3.自动控制的基本方式有那些？4.什么是开环控制系统？什么是闭环控制系统？各自的优缺点是什么？5.简述负反馈控制系统的基本原理及基本组成。
燕山大学第1章 自动控制的一般概念习题及答案
1第一章 自动控制的一般概念习题及答案1-1 根据题1-15图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 题1-16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。
图1-16 仓库大门自动开闭控制系统2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。
浙江省通用技术《选考总复习》题组训练第一章电子控制系统概述
第一章电子控制系统概述1．下列电子控制系统中，属于闭环电子控制系统的是（) A．扩音机B．电风扇C．家用电冰箱D．电子门铃解析本题考查的知识点是开环、闭环电子控制系统的区别。
开环电子控制系统与闭环电子控制系统的本质区别就是有无反馈，只有家用电冰箱有温度信息的反馈，使冰箱内温度保持恒定值.故C选项为正确答案。
此类考题可以从两方面判断,一是有无检测反馈信息的检测装置，如该例题中的温度检测装置，二是判断该控制系统是否把一个物理量保持在恒定值，如该例题中冷冻室温度控制在－18℃左右。
答案C2．如图所示为电子防丢报警器，由子机（发射机)和母机(接收机)两部分组成。
当发射机与接收机离开设定距离后,接收机的鸣音器发出报警音来通知用户，有效防止财务损失.将发射机佩于钥匙、手机等被防护对象，将接收机佩于主人身上就可以实现丢失报警的功能了。
下列判断中正确的是（）A．该控制系统是闭环控制B．输入量是报警声C．输出量是实际距离D．被控对象是接收机的蜂鸣器解析本题考查闭环控制系统的基本工作原理：能对输出结果进行检测与设定量进行比较，并将比较结果反馈，对控制系统产生影响。
答案A3．如图所示为汽车倒车雷达的示意图，让汽车倒车至障碍物一定距离时，超声波传感器将感知的信号输入主机，主机进行分析判断后发出命令让继电器闭合，让蜂鸣器发出报警声，提醒驾驶员做好刹车准备.(1)该控制系统的控制方式属于________控制(在①开环;②闭环中选择一项，将序号填写在“________”处）。
（2)该控制系统的控制手段属于________(在①手动控制；②自动控制中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(3)该控制系统的输出量（被控量)是________(在①汽车至障碍物的实际距离值；②继电器闭合；③报警声中选择一项,将序号填写在“________”处）.解析本题考查控制系统的控制方式和控制手段，题中的控制方式简单，即只要汽车离障碍物一定距离就会报警，但系统不会自动调整与障碍物的距离,即没有反馈,所以是开环控制。
轮机自动化题库 - 副本讲解
第一章自动控制基础知识二、问答题：1.如图1，这是自动控制系统的原理框图，试指出各个环节的名称（即ABCD四个环节），并说明各个环节的输入和输出的信号名称。
图1 控制系统原理框图答：A：调节器 B：执行机构 C：控制对象 D：测量环节r（t）:给定值 b（t）:测量值 e（t）:偏差 p（t）:调节器输出，调节指令 q（t）:调节动作 f（t）:外界扰动信号 y（t）:被控量2.画出自动控制系统的方框图，并简述各个组成单元的特点。
1）控制对象：被控制的机器、设备或装置。
要控制的运行参数称为被控量。
2）测量单元：测量被控量，并转换为标准信号，作为反馈信号送到调节器。
组成：传感器和变送器3）调节单元：根据偏差按一定规律输出控制量，送至执行机构。
它有两个输入，即给定值输入和测量值输入。
4）执行机构：接受调节单元送来的控制信号，改变物质或能量流量，作用于被控对象。
3.扰动的定义是什么？基本扰动和外部扰动有何区别？答：引起被控量变化的一切因素称为扰动。
显然，扰动量是控制对象的输入量。
扰动量可以分为两类：一类是轮机人员无法控制的扰动，称为外部扰动；另一类是轮机人员可以控制的扰动，称为基本扰动。
在图中，有两个信号线指向控制对象，它们分别是基本扰动（执行机构的输出）和外部扰动。
基本扰动和外部扰动区别在于是否可以控制。
4. 何为反馈？正负馈和负反馈有何区别？答：被调量的变化经测量单元反送到控制系统的输入端，这个过程称之为反馈。
反馈分为正反馈和负反馈两种。
正反馈是指经反馈后可以加强闭环系统输入效应，亦即使偏差e增加。
负反馈是指经反馈后可以减弱闭环系统输入效应，亦即使偏差e减小。
显然只有负反馈才能随时对被控量的给定值和测量值进行比较，使偏差e不断减小进而保持被控量的稳定在给定值或给定值附近。
5.简述反馈控制系统的动态过程？答：从受到扰动开始到达到新的平衡状态的过程就是动态过程，也称为过渡过程。
系统经常会受到扰动，系统的平衡状态因而会经常遭到破坏。
自动控制原理基本知识测试题
ξ ）和（自然振荡角频率 n ）。
0 、 0＜ ＜ 1、 1 和 ＞ 1 称为（ 无 ）阻尼、（ 欠 ）阻尼、
（ 临界 ）阻尼和（ 过 ）阻尼。工程上习惯于把过渡过程调整为（ 10. 超调量仅由（ ξ 值 ）决定，其值越小，超调量（ 越大 ）。
欠 ）阻尼过程。
11. 调节时间由（ ξ ）和（
n ）决定，其值越大，调节时间（
第一章 自动控制的一般概念
一、填空题
1. （ 稳定性 ）、（快速性 ）和（ 快速性 ）是对自动控制系统性能的基本要求。
2. 线性控制系统的特点是可以使用（
叠加 ）原理，而非线性制系统可分为（
定值 ）控制系统、 （ 随动 ）控制系统和（ 程序 ）控制系统。
动态关系 ）的数学表达式。
2. 常用的数学模型有（ 微分方程 ）、（ 传递函数 ）以及状态空间表达式等。
3. （ 结构图 ）和（ 信号流图 ），是在数学表达式基础演化而来的数学模型的图示形式。
4. 线性定常系统的传递函数定义：在（零初始）条件下，系统的（输出）量的拉氏变换与（输入）量拉氏变换之比。
5. 系统的传递函数完全由系统的（
D. 系统数学模型的建立方法有解析法和实验法两类
2. 以下关于传递函数的描述，错误的是（
B）
A. 传递函数是复变量 s 的有理真分式函数
B. 传递函数取决于系统和元件的结构和参数，并与外作用及初始条件有关
C. 传递函数是一种动态数学模型
D. 一定的传递函数有一定的零极点分布图与之相对应
1
3. 以下关于传递函数局限性的描述，错误的是（
B ）。
A. 被控对象 B. 被控变量 C. 控制器 D. 测量变送器
10. 自动控制系统不稳定的过度过程是（
自动控制原理例题与习题范文
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。
最新控制工程基础PPT课件(王积伟)第一章控制系统的基本概念
➢ 输出量（全部或一部分）通过测量装置返回系 统的输入端，使之与输入量进行比较，产生偏 差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。
系统的输出不断地、直接或间接地、全部或部分 地返回，并作用于系统，即输出量的返回过程称 为反馈。返回的全部或部分输出信号称为反馈信号。
xi
e
比较
+ 元件
_
放大变换 元件
并联校正 元件
执行 元件
局部 反馈
主反馈信号 xb
控制部分
反馈元件 主反馈
闭环控制系统的组成
扰动信号
控制 输出 xo
对象
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第一章 控制系统的基本概念
➢ 给定元件 产生给定信号或输入信号。
➢ 反馈元件 测量被控制量（输出量），产生反馈信号。 为便于传输，反馈信号通常为电信号。
➢ 开环控制系统：如步进驱动的数控机床、普通 洗衣机、家用电烤箱、微波炉等
➢ 闭环控制系统：如伺服驱动的数控机床、恒温 箱（冰箱、空调）等
➢ 半闭环控制系统
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第一章 控制系统的基本概念
➢ 开环控制系统
特点：系统仅受输入量和扰动量控制；输出端 和输入端之间不存在反馈回路；输出量 在整个控制过程中对系统的控制不产生 任何影响。
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第一章 控制系统的基本概念
输入量 控制器
输出量 对象或过程
反馈量 测量元件
闭环控制系统框图
➢ 半闭环控制系统 特点：反馈信号通过系统内部的中间信号获得。
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第一章 控制系统的基本概念 闭环控制系统的组成
自动控制原理各章知识精选全文完整版
(s), (t) E(s), e(t) cdesired (t) c(t)
E(s) 1 (s)
H
G (s)
1
H
H
⑵ e(t) ets (t) ess (t)
暂态 稳态
单位负反馈系统开环传函
r(t)
1 2
t2
时稳态误差
Ts 1 E(s) Ts 1 s3
e(t)
T
2. 运动方程式
确定输入量、输出量 列写各元件运动方程 消除中间变量 化为标准形式
RL
u1
C u2
Fi
K
m
f
y
L
C
u1
u2
R
R1
u1
C
R2 u2
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
u1
m
d2y dt 2
f
dy dt
Ky
Fi
LC
d 2u2 dt 2
RC
du2 dt
u2
RC
du1 dt
tg1 1 2 cos1
p e 1 2 100 %
d. c(t) c() c() t ts
2%或5%
4 ts n
2%
3 ts n
5%
d. N : 振荡次数
N ts Td
Td
2 d
d n 1 2
tr , t p 评价响应速度
p , N 评价阻尼程度
ts
以分析，并将分析结果应用于工程系统的综合和自然界 系统的改善。 自动控制
毋需人直接参与，而是被控制量自动的按预定规律变 化的控制过程。
4. 开环控制、闭环控制、反馈控制原理
自动控制习题
第一章自动控制概论一、单项选择题1、采用负反馈形式连接后（)。
（分数:2分）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,才能改善系统性能正确答案：D2、按系统结构来分，控制系统可分为:开环控制，闭环控制和（）。
（分数：2分) A。
温度控制B。
压力控制C。
流量控制D。
复合控制正确答案：D3、恒值控制系统的参考量为（）。
(分数:2分)A。
常数B. 无规律变化C. 按程序设定变化D. 0 A第二章控制系统的数学模型一、单项选择题1、方框图化简时，串联连接方框总的输出量为各方框输出量的( ）。
（分数：2分）A. 代数和B. 乘积C。
平均值D. 加权平均值正确答案：B2、单位阶跃信号1（t)的拉氏变换为（）。
(分数：2分)A。
1B. 1/sC. sD. 1/（Ts+1）正确答案：B3、如果单回路单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)，则其闭环传递函数为:( ）。
(分数：2分）A。
G（s）/[1+G(s)］B. G(s)/[1+G(s）H（s）]C。
1/[1+G(s)]D。
1/［1+G(s）H(s)]正确答案:A4、方框图化简时，并联连接方框总的输出量为各方框输出量的（）。
（分数：2分)A. 代数和B. 乘积C. 平均值D. 加权平均值正确答案：A5、令线性定常系统闭环传递函数的分母多项式为零，则可得到系统的（ ). (分数：2分）A. 代数方程B. 差分方程C。
特征方程D. 状态方程正确答案：C6、线性定常系统的传递函数是在零初始条件下（ )。
(分数:2分）A。
系统输出信号与输入信号之比B。
系统输入信号与输出信号之比C。
系统输出信号的Z变换与输入信号的Z变换之比D。
系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比正确答案:D7、线性定常系统的传递函数由（）决定。
（分数：2分）A。
输入信号的形式B。
初始条件C。
现代控制系统第十二版课后习题1章答案中文版吐血整理
第1章控制系统导论基础练习题下面的系统都可以用框图来表示它们的因果关系和反馈回路（有反馈时）。
试辨识每个方框的功能，指出其中的输入变量、输出变量和待测变量。
必要时请参考图1.3。
E1.1描述能测量下列物理量的典型传感器：（a）线性位置（b）速度（或转速）（c）非重力加速度（d）旋转位置（或角度）（e）旋转速度（f）温度（g）压力（h）液体（或气体）流速（i）扭矩（j）力【解析】（a）位置传感器：用来测量机器人自身位置的传感器。
（b）转速传感器：是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。
（c）重力加速度传感器：能够感知到加速力的变化的传感器。
（d）角度传感器：用来检测角度的传感器。
（e）转速传感器：是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器。
（f）温度传感器：指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。
（g）压力传感器：是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的传感器。
（h）流量传感器：测定吸入发动机的空气流量的传感器。
液体流量计传感器：用来测量各种导电液体介质的体积流量的传感器。
（i）扭矩传感器：将扭力的物理变化转换成精确的电信号的传感器。
（j）测力传感器：在受到外力作用后，粘贴在弹性体的应变片随之产生形变引起电阻变化，电阻变化使组成的惠斯登电桥失去平衡输出一个与外力成线性正比变化的电量电信号的传感器。
E1.2描述能实现下列转化的典型执行机构：（a）流体能到机械能（b）电能到机械能（c）机械形变到电能（d）化学能到运动能【解析】（a）液压马达、液压缸（b）电动机（c）形变发电装置（d）内燃机E1.3精密的光信号源可以将功率的输出精度控制在1%之内。
激光器由输入电流控制，产生所需要的输出功率。
作用在激光器上的输入电流由一个微处理器控制，微处理器将预期的功率值，与由传感器测量得到的，并与激光器的实际输出功率成比例的信号进行比较。
试辨识指明输出变量、输入变量、待测变量和控制装置，从而完成这个闭环控制系统的如图E1.3所示的框图。
控制基础试题及答案
控制基础试题及答案1. 什么是控制系统？请简述其基本组成。
答：控制系统是指能够使被控制对象的输出按照预定规律变化或保持在某个状态的系统。
其基本组成包括控制器、执行器、被控对象和反馈环节。
2. 闭环控制系统与开环控制系统的主要区别是什么？答：闭环控制系统具有反馈环节，能够根据输出与期望值之间的偏差进行调节，而开环控制系统没有反馈环节，不能根据输出结果调整控制作用。
3. 简述比例（P）、积分（I）、微分（D）控制规律的特点。
答：比例控制规律对偏差的响应成比例，但无法消除稳态误差；积分控制规律能够消除稳态误差，但响应速度慢；微分控制规律对快速变化的偏差响应快，但对噪声敏感。
4. 什么是系统的稳定性？如何判断系统的稳定性？答：系统的稳定性是指系统在受到扰动后能够返回到平衡状态的能力。
可以通过分析系统的特征方程或使用劳斯-赫尔维茨判据来判断系统的稳定性。
5. 请解释什么是系统的超调量和上升时间，并说明它们对系统性能的影响。
答：超调量是指系统响应超过最终稳态值的最大值与稳态值之差的比例，上升时间是指系统响应从10%到90%所需的时间。
超调量过大会导致系统过冲，影响稳定性；上升时间过长则会导致系统响应速度慢，影响快速性。
6. 什么是系统的频率响应？它在控制系统设计中有何作用？答：系统的频率响应是指系统对不同频率正弦输入信号的稳态响应。
它在控制系统设计中用于分析系统的稳定性、性能和鲁棒性，是设计控制器的重要工具。
7. 简述PID控制器的设计方法。
答：PID控制器的设计方法包括经验法、极点配置法和根轨迹法等。
经验法主要依靠试错调整参数；极点配置法通过选择适当的极点位置来设计控制器；根轨迹法则是通过分析根轨迹图来调整控制器参数。
8. 什么是系统的鲁棒性？如何提高系统的鲁棒性？答：系统的鲁棒性是指系统在面对参数变化和外部扰动时，仍能保持性能不变的能力。
提高系统的鲁棒性可以通过增加冗余、使用鲁棒控制算法或设计鲁棒控制器等方法实现。
自动控制原理 第一章 自动控制系统的基本概念(2011-1)
现代控制理论
•以状态空间为基础； 研究多输入-多输出、 时变、非线性一类控 制系统的分析与设计 问题。 •具有高精度和高效能 的特点。
1.2 自动控制系统基本概念
自动控制 控制对象 控制量 给定 扰动 自动控制系统 反馈 反馈控制系统 随动系统 过程控制系统
○自动控制 在没有人直接参与的情况下，通过控制器 使被控对象的某些物理量自动地按照预定 规律进行。 控制器 控制对象 控制量
控制系统动态过程曲线
如上图，系统在外作用作用下，输出逐渐与期望值一 致，则系统稳定的，如曲线１所示； 反之，输出如曲线２所示，则系统是不稳定的。
快速性： 对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般 称为动态性能。 □形式 □快慢
◆快速性即动态过程进行的时间的长短。过程时间越短，说明
系统快速性越好，反之说明系统响应迟钝。如曲线２所示。
○随动系统 □ 随动系统是一种反馈控制系统，在这种系统中，
输出量是机械位移、速度或者加速度。
□ 随动系统这个术语，与位置（速度或加速度）控
制系统是同义语。
□ 在现代工业中，广泛采用着随动系统。
○过程控制
在工业生产过程中，对诸如压力、温度、湿度、流 量、频率以及原料、燃料成分比例等方面的控制， 称为过程控制。
自动控制原理
Automatic Control Principle
Version 2011
中国矿业大学（北京）
自动控制原理
第一章 自动控制系统的基本概念
第一章 自动控制系统的基本概念
1.1 引言 1.2 自动控制系统的基本概念 1.3 闭环控制和开环控制 1.4 自动控制系统的分类 1.5 对自动控制系统的基本要求
◆稳和快反映了系统过渡过程的性能的好坏。既快又稳，表明
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注意： 注意：6大要点 设计以及读带控制点的工艺流程图时。 ▲设计以及读带控制点的工艺流程图时。 ①测量点 ②被测变量 ③仪表功能 ④仪表安装位置 ⑤工段号 ⑥仪表序号
思考题？ 思考题？
扬子芳烃厂
思考题？ 思考题？
扬子芳烃厂100单元带控制点的流程图。 扬子芳烃厂 单元带控制点的流程图。 单元带控制点的流程图 1与课堂上讲的有什么不同？ 与课堂上讲的有什么不同？ 2具体含义？ 具体含义？ 与课堂上讲的有什么不同 具体含义
第1章 自动控制系统基本知识 本章例题及习题训练的目的： 本章例题及习题训练的目的： 1 要求能看懂带控制点的工艺流程图； 要求能看懂带控制点的工艺流程图； 2 会根据带控制点的工艺流程图画控制系统 的方块图 3 会求控制系统过渡过程的品质指标
例题1-1 例题
补充图 控制点的工艺流程图 FR 212 ——表示测量点在进口管线 表示测量点在进口管线 上的孔板流量记录仪表， 上的孔板流量记录仪表，仪 表安装在集中仪表盘面上， 表安装在集中仪表盘面上， 工段号为2，仪表序号为12。 工段号为 ，仪表序号为 。
1 掌握自动控制系统的组成，各环节的作用以及各环节 掌握自动控制系统的组成， 之间的联系。 之间的联系。 2 掌握方块图的画法，对一个具体的控制系统来说，能 掌握方块图的画法，对一个具体的控制系统来说， 被控变量、 准确指出被控对象 、被控变量、操纵变量 、扰动量等 参数。 参数。 3 掌握带控制点流程图上常用图形符号的含义。 掌握带控制点流程图上常用图形符号的含义。 4 掌握闭环控制系统在阶跃扰动作用下，过渡过程的几 掌握闭环控制系统在阶跃扰动作用下， 种基本形式及过渡过程品质指标的含义。 种基本形式及过渡过程品质指标的含义。 本章作业：Pg11： 补充题1 本章作业：Pg11： 6、7、补充题1：求过渡过程性能 指标。 指标。 本章思考题： Pg11： 本章思考题： Pg11：1、 2、3、4、5、8、9、10 HGJ7-87《 化工过程检测 控制系统设计符号统一规定》 《 化工过程检测.控制系统设计符号统一规定 控制系统设计符号统一规定》
课堂小测验
1写出各控制点符号的含义？ 写出各控制点符号的含义？ 写出各控制点符号的含义
2 画出该控制回路的方块图？ 画出该控制回路的方块图？
要点归纳
▲设计以及读带控制点的工艺流程图时。 设计以及读带控制点的工艺流程图时。 注意： 注意：6大要素
①测量点 ②被测变量 ③仪表功能 ④仪表安装位置 ⑤工段号 ⑥仪表序号
箭头符号不能丢 ②信号联系箭头符号不能丢 信号联系箭头 负反馈负号不能丢 ③负反馈负号不能丢 对某一具体的控制系统来说，应指出被控对象、被控变量、 ④对某一具体的控制系统来说，应指出被控对象、被控变量、操纵 变量、干扰变量是什么？ 变量、干扰变量是什么？ 给定值、被控变量不是环节， ⑤ 给定值、被控变量不是环节，不用方块表示
▲画法方块图要注意的几个要点： 画法方块图要注意的几个要点： 组成控制系统的环节 环节用 方块” ① 组成控制系统的环节用“方块”表示
②信号联系箭头符号不能丢 信号联系箭头符号不能丢 箭头 负反馈负号不能丢 ③负反馈负号不能丢 对某一具体的控制系统来说，应指出被控对象、被控变量、 ④对某一具体的控制系统来说，应指出被控对象、被控变量、操纵 变量、干扰变量是什么？ 变量、干扰变量是什么？ 给定值、被控变量不是环节， ⑤ 给定值、被控变量不是环节，不用方块表示
——表示测量点在塔顶的压力指 表示测量点在塔顶的压力指 表示测量点在塔顶的压力 示控制仪表 仪表安装在集中仪 仪表， 示控制仪表，仪表安装在集中仪 表盘面上，工段号为 ， 表盘面上，工段号为2，仪表序号 为07。 。 PI ——表示测量点在加热蒸汽管线 表示测量点在加热蒸汽管线 206 上的蒸汽压力指示仪表， 上的蒸汽压力指示仪表，该仪表 为就地安装仪表，工段号为2， 为就地安装仪表，工段号为 ，仪 表序号为06。 表序号为 。 表示测量点在回流罐封头处 LIC ——表示测量点在回流罐封头处 的液位指示控制仪表， 的液位指示控制仪表，仪表安装 201 在集中仪表盘面上，工段号为2， 在集中仪表盘面上，工段号为 ， 仪表序号为01。 仪表序号为 。 H ——表示测量点在塔的下部的 表示测量点在塔的下部的 LICA 液位指示、报警控制仪表， 液位指示、报警控制仪表，仪 202 表安装在集中仪表盘面上， L 表安装在集中仪表盘面上，工 段号为2，仪表序号为02。 、 段号为 ，仪表序号为 。H、 L表示仪表具有高、低报警功 表示仪表具有高、 表示仪表具有高 能。 ——表示测量点在塔的下部温度 表示测量点在塔的下部温度 TRC 记录控制仪表， 记录控制仪表，仪表安装在集中 210 仪表盘面上，工段号为 ，仪表 仪表盘面上，工段号为2， PIC 207 序号为10。 序号为 。
(2)锅炉汽包水位控制系统方块图： 锅炉汽包水位控制系统方块图： 锅炉汽包水位控制系统方块图 Ls e = Lm － Ls 控制器 Lm 测量元件与变送器 方块图动画演示 f (干扰变量） 干扰变量） 干扰变量 u 执行器 m 锅炉汽包 L
要点归纳
1 画法方块图要注意的几个要点： 画法方块图要注意的几个要点： 作业：Pg11： 作业：Pg11： 6、7 组成控制系统的环节 环节用 方块” ① 组成控制系统的环节用“方块”表示
教学内容: 教学内容: 内容
● §1.1 化工自动化的主要内容 ▲ §1.2 控制系统的组成 ▲ §1.3 带控制点的工艺流程图 ▲ §1.4 自动控制系统方块图 ▲ §1.5 控制系统的分类 ▲ §1.6 自动控制系统的过渡过程和品质指标 ●本章学习要点 ●本章思考题及作业
第1章 自动控制系统基本知识 学习重点
第1章 自动控制系统基本知识
教学要求与学习目标： 教学要求与学习目标：
1 掌握自动控制系统的组成。 掌握自动控制系统的组成。 2 掌握带控制点流程图上常用图形符号的含义。 掌握带控制点流程图上常用图形符号的含义。 3 掌握方块图的画法。 掌握方块图的画法。 4 掌握闭环控制系统在阶跃扰动作用下，过渡过程的几种基本形式 掌握闭环控制系统在阶跃扰动作用下， 及过渡过程品质指标的含义。 及过渡过程品质指标的含义。 5 掌握控制系统的分类
思考题： 思考题：P11：3, 4 ：
2 理解负反馈闭环系统的含义
把系统（或环节） 把系统（或环节）的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输 入端的做法，叫反馈；使偏差信号减弱的反馈，叫负反馈。 入端的做法，叫反馈；使偏差信号减弱的反馈，叫负反馈。 f (干扰变量） 干扰变量） 干扰变量 e = Lm － Ls Ls u m L 控制器 执行器 锅炉汽包 Lm 测量元件与变送器
例题1 例题1-2：锅炉化工、炼油等企业中常见的主要设备。汽包水位是 锅炉化工、炼油等企业中常见的主要设备。 影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高， 影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。水位过高，会使 蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。 蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。而水 位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此， 位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。因此， 必须对汽包水位进行严格的控制。下图是一锅炉汽包水位控制示意 必须对汽包水位进行严格的控制。 要求： 图，要求： 指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、 1）指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是 什么？ 什么？ 画出该控制系统的方块图； 2）画出该控制系统的方块图；
蒸汽 汽 包 LT LC
加 热 室
冷水
锅炉汽包水位控制示意图
蒸汽 汽 包 LT LC
解： （1） ） 锅炉汽包； 锅炉汽包； 被控对象： 被控对象：
被控变量： 被控变量： 锅炉汽包的水位； 锅炉汽包的水位； 锅炉给水量； 操纵变量： 锅炉给水量； 操纵变量：
加 热 室
冷水
冷水温度、压力、蒸汽压力、流量、 冷水温度、压力、蒸汽压力、流量、燃烧状况等 扰 动 量：