自动控制作业题答案

1—1 解释下列名词术语：自动控制系统、被控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。答：自动控制系统：尽量不要人的参与，由控制装置实现的使被控对象的某些属性按人期望的轨迹变化的系统，；

被控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程，反应了干扰、控制量和被控量三者之间关系的环节。

扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。

给定值：被控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值

参考输入即为给定值。

反馈：将系统的输出量反馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较和控制运算的过程。

1—3 开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点?

解：开环系统优点：结构简单，缺点：控制的精度较差；

闭环控制系统优点：控制精度高，缺点：结构复杂、有稳定性问题、设计分析麻烦，制造成本高。

1—4 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?

反馈控制系统：即闭环控制系统，在一个控制系统，将系统的输出量通过某测量机构对其进行实时测量，并将该测量值与输入量进行比较，形成一个反馈通道，从而形成一个封闭信息回路的控制系统；

前馈控制系统：测量干扰，并根据它对系统的输出进行补偿的控制系统，参考到输入不构成信息回路。

前馈一反馈复合控制系统：对被控变量构成反馈控制系统并对系统在主要干扰进行前馈补偿的复合控制方案。

1—5 反馈控制系统的动态过程(动态特性)有哪几种类型?生产过程希望的动态特性是什么?

答：单调收敛响应、衰减振荡收敛、等幅振荡、发散等四种；生产过程希望的动态特性是衰减振荡收敛。

1—7 对自动控制系统基本的性能要求是什么?最主要的要求是什么?

答：对自动控制系统基本的性能要求是稳定；最主要的要求是稳定性、快速性、准确性。

2-1写出习题2-1图所示各电路网络的传递函数。

（a ） （b ）

(a)

1

)(1

11)()(2122

12+++=

+++

=Cs R R Cs R Cs

R R Cs

R s U s U r c (b)

1

2^//1)()(++=++=RCs LCs RCs

R s C Ls R s U s U r c 2-2 求习题2-2图（b ）所示机械系统与习题2-2图（a ）所示电路网络具有相同形式

的传递函数。

（a ） （b ） 习题2-2图 机械系统与电路网络

解：对于图（b ）所示的电气网络，其传递函数()/()c i U s U s ，可以求得为

1

)(1

)(1

111)

()

(2122112

2121221122121221111

22+++++++=+++

+=s C R C R C R s C C R R s C R C R s C C R R s C R s

C R s C R s

C R s U s U r c (1) 而图(a)所示的机械系统的运动方程,设f1阻尼器位移为y ，则

)()()(f 11212•

•

••-=-+-y x f x x k x x c c c (2) 11()c f x y k y •

•

-= (3)

假设初始条件为零 对上述二个微分方程进行拉氏变换得到

两个方程进行零初始条件下的拉氏变换,消去中间变量Y （S ）得到

(4)

y

122122111

(f )()()()c f s

s k X s f s k f s X s f s k +=++-+

因此，

212122112

211212211112

212

211221

21221112212

()()()()111

()1(5)

1111()1

c X s f f s k f k f s k k X s f f s k f k f k f s k k f f s f f s k k k k f f s f f f s k k k k k +++=

+++++++=

++++

比较式（1）与式（7）可知，两个系统传递函数相同，且两系统变量间有如下相似对

应关系

电压u 对应 位移x

电阻R 对应 粘滞阻尼系数f 电容C 对应 弹性系数得倒数1/k

2-3 求由习题2-3图所示的各有源网络的传递函数。

（a ） （b ） （b ）

)

1()1(12110121+++-=s C R s C R R s C R R U U r c 2-6已知系统微分方程组如下

1121132243553445()u()y()()

()()()()()()()

()

()()()()x t t t dx t x t K x t dt

x t K x t x t x t K y t dx t K x t dt dy t T y t K x t dt

τ

=-=+==-=+=

式中51,,,

,K K T τ均为常数。试建立以u()t 为输入、y()t 为输出的系统结构图，

并求系统的传递函数

)

()

(s U s Y 。

2-7试化简习题2-7图所示系统的结构图，并求出相应的传递函数。

（a ）

3

22

11)()(G G G G s R s C --= 2-8试化简习题2-8图所示系统的结构图，并求

)()(s U s Y ，)

()

(s N s Y 。 习题2-8图 系统结构图 解：（a ）

⑴求传递函数()/U()Y s s ，按下列步骤简化结构图： ① 令0)(=s N ，利用反馈运算简化如图2-8a 所示

1k s +τ U 2

k 5k

s k 3

14

+Ts k

X 1 X 2

X 3 X 4 Y

-

-

5

4314321432)()1()(k k k k s k k k Ts s k s k k k U Y

+++++=

ττ)

1(1)

()(221121-+=

H G H G G G s R s C