比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点
控制工程基础习题答案-清华大学出版社-沈艳-孙锐主编
控制工程基础习题答案第一章1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点？（略）1-2 日常生活中有许多闭环和开环控制系统。
试举几个具体例子，并说明它们的工作原理，画出结构方框图。
（略）1-3 图1.14是液面自动控制系统的两种原理示意图。
在运行中，希望液面高度H 0维持不变。
1．试说明各系统的工作原理。
2．画出各系统的方框图，并说明被控对象、给定值、被控量和干扰信号是什么?图1.14 液位自动控制系统解：()a 工作原理：出水量2θ与进水量一致，系统处于平衡状态，液位高度保持在0H 。
当出水量大于进水量，液位降低，浮子下沉，通过连杆使阀门1L 开大，使得进水量增大，液位逐渐回升；当出水量小于进水量，液位升高，浮子上升，通过连杆使阀门1关小，液位逐渐降低。
其中被控对象是水槽，给定值是液面高度希望值0H 。
被控量是液面实际高度，干扰量是出水量2θ。
()b 工作原理：出水量与进水量一致系统处于平衡状态，电位器滑动头位于中间位置，液面为给定高度0H 。
当出水量大于（小于）进水量，浮子下沉（上浮）带动电位器滑动头向上（下）移动，电位器输出一正（负）电压，使电动机正（反）转，通过减速器开大（关小）阀门1L ，使进水量增大（减小），液面高度升高（降低），当液面高度为0H 时，电位器滑动头处于中间位置，输出电压为零，电动机不转，系统又处于平衡状态。
其中被控对象是水槽，给定值为液面高度希望值0H ，被控量是液面实际高度，干扰量是出水量2θ。
()a ，()b 系统结构图如下图1-4 若将图1.14(a )系统结构改为图1.15。
试说明其工作原理。
并与图1.14(a )比较有何不同?对系统工作有何影响?解：若将1-17()a 系统结构图改为1-18，系统变成了正反馈，当出水量与进水量一致，液面高度为给定值0H 。
当出水量大于进水量，液面位降低，浮子下称，通过连杆使阀门1关小，进水量越来越小，液面高度不能保持给定高度0H ，同样当出水量小于进水量，浮子上浮，液位升高，使阀门1开大，进水量增大，液位越来越高，不可能维持在给定高度0H1-5 图1.16是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。
什么是开环控制系统
1，什么是开环控制系统？什么是闭环控制系统？它们各有什么优缺点？答：开环控制系统由控制器和被控对象组成，由输入端通过输入信号控制被控对象得输出物理量得变化。
开环控制系统是最简单的一种控制系统。
闭环控制系统是负反馈控制系统，闭环控制系统具有输入信号控制被控量的通道，同时具有由输出量信号反馈到输入端的反馈通道。
负反馈控制系统是按输入信号与输出信号的偏差进行控制的。
开环控制系统简单，但不能抑制系统外部或内部扰动的影响。
闭环控制系统不但能抑制扰动的影响，对系统的动态和稳态性能都可能大大提高。
2，闭环控制系统由那些基本环节组成？它们各起什么作用？答：闭环控制系统由控制器、被控对象和测量元件等几个基本环节组成。
被控对象是设备（或系统）的主体。
控制器是将控制信号变成控制作用的部件，实现对设备（或系统）控制的主要部件。
测量元件是将被控物理量转换成电信号元件，以实现反馈控制和监测被控物理量的作用。
3，图T1.1是一个简单的水位控制系统。
⑴试说明它的工作原理。
⑵指出系统的被控对象、被控量、给定量（输入信号）。
⑶画出系统工作原理的方框图。
图T1.1 答：这个简单的水位控制系统是通过浮球和杠杆来实现的。
进水出水h 水位高度浮球可以检测水位的高低，这个信息通过杠杆来调节进水阀门来实现对水位的调节，控制。
这个调节作用也是一个负反馈过程，当水位升高时，浮球位置上移，从而使阀门下移，减小进水量，使水位不再上升。
当水位下降时，浮球位置下移，从而使阀门上移，增加进水量，使水位不再下降。
图中输入信号是浮球的理想位置，被控对象是进水阀门、被控量是水池的水位。
可以看出，浮球的实际位置是水位的检测信号。
4，图T1.2是一个直流发电机的励磁调节电压控制系统。
⑴试说明它的工作原理⑵画出系统工作原理的方框图。
⑶说明如何调节输出电压。
⑷分析引起输出电压不稳定的主要干扰源。
图T1.2 答：这是一个通过调节励磁，控制输出电压的直流发电机系统。
控制作用的实现是由输入信号电压控制励磁电源的电压输出，再由励磁电源的输出电压来控制直流发电机的输出电压。
机械控制工程基础习题
1．试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。
2．如题图1-1（a）、（b）所示两水位控制系统，要求：•画出方块图（包括给定输入量和扰动输入量）；•分析工作原理，讨论误差和扰动的关系。
图1-13．如题图1-2所示炉温控制系统，要求（1）指出系统输出量、给定输入量、扰动输入量、被控对象和自动控制器的各组成部分并画出方块图；（2）说明该系统是怎样得到消除或减少偏差的。
图1-24．举出五个身边控制系统的例子，试用职能方块图说明其基本原理，并指出是开环还是闭环。
5．双输入控制系统的一个常见例子是由冷热两个阀门的家用沐浴器。
目标是同时控制水温和流量，画出此闭环系统的方块图，你愿意让别人给你开环控制的沐浴器吗？1．试求下列函数的拉氏变换 (1) )(1)2()()54()(t t t t t f ⋅+++=δ (2))4(1)453sin(6)(π-⋅-=t t t f(3))8sin 25.08(cos )(6t t e t f t +=- 2．试求下列函数的拉氏反变换 （1）)3)(2(1)(+++=s s s S F（2）1)(-=-s e S F s（3）)2()1()(2++=s s sS F（4）44)(2++=s s S F 3．对题图2-1所示的控制系统，计算，。
图2-14．系统结构如题图2-2所示。
试分别用结构图化简方法和梅逊公式法求传递函数。
图2-25．系统结构图如题图2-3所示。
求传递函数及。
图2-36．试列写题图2-4所示双输入-双输出机械位移系统的微分方程并画出系统结构图。
图2-4第三章1．考虑一个单位反馈控制系统，其闭环传递函数为（1）试确定其开环传递函数G(s)。
（2）求单位斜坡输入时的稳态误差。
2.已知单位反馈系统的单位阶跃响应为，求（1）开环传递函数；（2）；（3）在作用下的稳态误差。
3．设单位反馈控制系统的开环传递函数为，已知系统在单位阶跃作用下的误差响应为。
试求系统的阻尼比，自然频率和在单位斜坡输入作用下的稳态误差。
高压直流输电系统中开环控制和闭环控制的比较分析研究
高压直流输电系统中开环控制和闭环控制的比较分析研究随着现代电力系统的不断发展和进步，高压直流输电系统已经成为了电力系统中广泛采用的一种方式。
而在高压直流输电系统中，控制系统是其必不可少的一部分。
然而，在控制系统中，开环控制和闭环控制又是两种不同的控制方式。
本文将对高压直流输电系统中的开环控制和闭环控制进行比较分析研究。
一、高压直流输电系统中的开环控制开环控制是指控制量与被控制量之间无反馈，只通过给定的控制量来实现控制的方式。
在高压直流输电系统中，开环控制通常用于控制电压等参数，如交流/直流变频器PWM控制、失控电弧控制和谐波滤波器无功控制等。
但开环控制的缺点也是显而易见的。
由于无反馈，开环控制往往无法动态地控制输出参数。
因此，当被控制变量发生变化时，开环控制的效果就会变得很差，并且很难落实到实际应用中。
二、高压直流输电系统中的闭环控制闭环控制是指通过测量被控制变量的反馈信号，实现控制量与被控制量之间的关系，从而达到实时监测和调整的目的。
在高压直流输电系统中，闭环控制一般用于控制某些电气参数和调节器的调节。
同开环控制相比，闭环控制的优点在于能够有效地消除外部干扰和内部扰动，从而提高控制质量和稳定性。
同时，闭环控制也能动态地调整输出参数，以达到更加精确的控制效果。
三、开环控制和闭环控制的比较分析开环控制和闭环控制都有各自的优缺点。
在高压直流输电系统中，开环控制和闭环控制的选择往往取决于具体的控制需求。
1、适用场景不同开环控制适用于只要求一定输出的控制场合，如简单电源控制，调节最大输出量等场合；而闭环控制适用于要求更高的控制精度和稳定性的场合。
2、灵活性不同开环控制通常需要根据具体场合所需的输出进行调整，其灵活性较差。
而闭环控制可以通过自动校正控制或者人工调节PID参数，以适应不同的操作需求。
3、复杂性不同开环控制的实现较为简单，只需要给定具体的输入变量就可以实现控制。
而闭环控制则涉及多个参数，如P、I、D等参数的选择和调整，比较复杂。
伺服系统的开环控制与闭环控制
伺服系统的开环控制与闭环控制伺服系统是一种能够对输出进行精确控制的系统。
在伺服系统中，输出通常指的是某种物理量，例如位置、速度或者力。
开环控制和闭环控制是伺服系统两种主要的控制方式。
一、开环控制开环控制又称为非反馈控制。
在该模式下，控制器没有反馈被控制量的信息。
相反，控制器根据已知的输入信号和系统的静态和动态特性进行计算，输出控制信号。
由于开环控制没有考虑系统的实际输出值，所以结果可能会受到许多外部因素的影响而导致不稳定，例如系统的负载或环境温度变化。
开环控制通常应用于简单的系统或者那些对输出精确度要求不高的系统中。
二、闭环控制闭环控制又称为反馈控制。
在该模式下，控制器通过传感器获取被控制量的实际输出值，并将其返回至控制器，以便计算误差并相应地调整输出信号。
闭环控制通常比开环控制更加精确，因为它可以对实际输出值进行即时调整。
当然，在闭环控制模式下，系统所需的硬件和软件成本也更高。
闭环控制通常应用于对输出精度要求高且稳定性要求高的系统中。
三、开环控制和闭环控制的比较总的来说，开环控制和闭环控制各有优缺点。
开环控制通常比较简单，并且可以为系统提供基本的控制。
但是，由于其不考虑实际输出值的变化，所以其控制精度较低，对于环境变化比较敏感。
闭环控制虽然成本高，但其控制精度相对较高，可以从控制误差中学习并自我调节。
此外，由于它可以实施实时调整，所以闭环控制通常比开环控制更稳定。
四、结论在伺服系统中，开环控制和闭环控制是两种常见的控制模式。
适合哪种控制模式应该根据具体情况而定，包括对所需控制的输出精度要求、系统成本、环境条件等各种因素的影响。
古典控制理论基础习题及答案
古典控制理论基础习题及答案古典控制理论基础习题详解⼀概述2-1-1 试⽐较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。
2-1-2试列举⼏个⽇常⽣活中的开环和闭环控制系统的例⼦，并说明其⼯作原理。
2-1-3 试判断下列微分⽅程所描述的系统属何种类型（线性、⾮线性；定常、时变）。
2-1-4 根据题2-1-1图所⽰的电Array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）画出系统⽅框图。
2-1-5 下图是⽔位控制系统的⽰意图，图中Q,2Q分别为进⽔流量和Array 1出⽔流量。
控制的⽬的是保持⽔位为⼀定的⾼度。
试说明该系统的⼯作原理并画出其⽅框图。
2-1-6 仓库⼤门⾃动控制系统如图所⽰，试分析系统的⼯作原理，绘制系统的⽅框图，指出各实际元件的功能及输⼊、输出量。
⼆控制系统的数学模型2-2-1 试建⽴下图所⽰各系统的微分⽅程并说明这些微分⽅程之间有什么特点，其中电压)(t u r 和位移)(t x r 为输⼊量；电压)(t u c 和位移)(t x c 为输出量；1,k k 和2k 为弹簧弹性系数；f 为阻尼系数。
2-2-3 ⼯业上常⽤孔板和差压变送器测量流体的流量。
通过孔板的流量Q 与孔板前后的试将流量⽅程线性化。
2-2-4 系统的微分⽅程组为：2-2-6 。
(a ) (b )(c )(d ) 题2-2-6图2-2-8 设线性系统结构图如题2-2-8图所⽰，试（1）画出系统的信号流图；（2）题2-2-10图2-2-11 系统微分⽅程如下：)(b )(a 题2-2-7图题2-2-12图三时域分析法2-3-1 若某系统，当零初始条件下的单位阶跃响应为t t e e t c --+-=21)(试求系统的传递函数和脉冲响应。
2-3-2 ⼆阶系统单位阶跃响应曲线如图所⽰，试确定系统开环传递函数。
设系统为单位负反馈式。
2-2-3 已知系统的结构图如图所⽰（1）当0=d k 时，求系统的阻尼⽐ξ，⽆阻尼振荡频率n ω和单位斜坡输⼊时的稳态误题2-3-2图.1差；（2）确定d k 以使707.0=ξ，并求此时当输⼊为单位斜坡函数时系统的稳态误差。
闭环控制与开环控制
闭环控制与开环控制控制系统在工业自动化领域中起着至关重要的作用，其中闭环控制和开环控制是两种常见的控制策略。
本文将介绍闭环控制和开环控制的基本概念、原理及其应用，并探讨两者的优缺点以及在实际应用中的选择。
一、闭环控制闭环控制，又称反馈控制，是一种通过测量输出并将其与期望值进行比较，然后根据差异来调整输入，以实现系统稳定运行的控制方式。
闭环控制系统一般由传感器、控制器和执行器组成。
其基本原理是通过不断监测和调整系统输出，使其接近或稳定于期望状态。
闭环控制可以提供更稳定、更精确的控制效果。
通过实时的反馈信息，闭环控制可以补偿外部环境变化和系统误差，使系统更具鲁棒性。
闭环控制广泛应用于诸多领域，如温度控制、位置控制、速度控制等。
在这些应用中，闭环控制可以实现精确的控制目标，并对系统的稳定性和鲁棒性有较高的要求。
然而，闭环控制也存在一些缺点。
首先，闭环控制系统的设计和调试较为复杂。
其次，闭环控制需要传感器对系统的输出进行实时监测，从而增加了系统的成本和复杂度。
此外，闭环控制往往需要较快的反应速度，因此需要较高的计算能力和实时性。
二、开环控制开环控制，又称前馈控制，是一种根据预先设定的输入信号来控制系统的运行，而无需实时的反馈信息。
开环控制系统一般由输入设备、控制器和执行器组成。
开环控制通过预先确定的输入信号来指导系统运行，而忽略了系统输出与期望值之间的差异。
开环控制具有设计简单、调试容易的优点。
由于不需要实时的反馈信息，开环控制可以在很多应用中实现较低成本和复杂度的控制。
因此，在一些对控制精度和稳定性要求不高的应用中，开环控制是一个有效的选择。
然而，开环控制也存在一些限制。
首先，开环控制系统对外部环境的干扰和系统误差较为敏感，无法自动调整。
其次，由于没有反馈信息，开环控制无法实时纠正系统偏差，导致输出与期望值之间可能存在较大的误差。
因此，在一些对控制精度和稳定性要求较高的应用中，开环控制无法满足需求。
三、闭环控制与开环控制的应用闭环控制和开环控制在不同的应用场景中表现出各自的优势。
试述开环控制系统的主要优缺点
习 题1-1 试述开环控制系统的主要优缺点。
答：优点：开环控制系统无反馈回路，结构简单，成本较低。
缺点：控制精度低，容易受到外界干扰，输出一旦出现误差无法补偿。
1-2 日常生活中有许多闭环和开环控制系统，试举几个具体例子，并说明它们的工作原理。
答：开环控制系统：例如洗衣机，它按洗衣、清水、去水、干衣的顺序进行工作，无须对输出信号即衣服的清洁程度进行测量；又如简易数控机床的进给控制，输人指令，通过控制装置和驱动装置推动工作台运动到指定位置，而位置信号不再反馈。
这些都是典型的开环系统。
闭环控制系统： 以数控机床工作台的驱动系统为例。
一种简单的控制方案是根据控制装置发出的一定频率和数量的指令脉冲驱动步进电机，以控制工作台或刀架的移动量，而对工作台或刀架的实际移动量不作检测。
这种控制方式简单，但问题是从驱动电路到工作台这整个“传递链”中的任一环的误差均会影响工作台的移动精度或定位精度。
为了提高控制精度，采用反馈控制，以检测装置随时测定工作台的实际位置（即其输出信息）；然后反馈送回输人端，与控制指令比较，再根据工作台实际位置与目的位置之间的误差，决定控制动作，达到消除误差的目的，检测装置即为反馈环节。
1-3 画出室内空调系统的方块图。
注意，恒温器是该系统中的控制器。
试说明在该系统中可能存在哪些扰动量。
解：1-4 图(题1-4(a))是液位控制系统的原理图，自动控制器通过比较实际液位高度与希望液位高度，并通过调整气动阀门的开度，对误差进行修正，从而保持液位高度不变。
图(题1-4(b）)是控制系统的方块图。
试画出相应的人工操纵的液位控制系统方块图。
（a）图(题1-4) (a) 液位控制系统（b ）方块图 （b ）解：1-5 某仓库大门自动控制系统的原理如图(题1-5)所示，试说明自动控制大门开启和关闭的工作原理，并画出系统方框图。
图(题1-5)解：如果希望开门，则将门当前状态对应的电压取出，与开门状态参考电位比较（相减），然后送放大器，驱动伺服电机，带动绞盘使门打开，直到门的状态所对应的电压与开门状态参考电位相等时，放大器比较（相减）的结果为零，执行元件不工作，门保持打开状态不再变化。
步进电机闭环系统与开环系统的区别
现如今步进电机设备被广泛运用在生活的各个领域，对人们的生活带来了很多的便利。
步进电机的主要优点之一是适于开环控制。
但是，步进电机的开环控制无法避免步进电机本身所固有的缺点，即共振、振荡、失步和难以实现高速。
另一方面，开环控制的步进电机系统的精度要高于分级是很困难的，其定位精度相对较低。
因此，在精度和稳定性要求比较高的系统中，就必须果用闭环控制系统。
步进电机的闭环控制是采用位置反馈和(或)速度反馈来确定与转子位置相适应的相位转换，可大大改进步进电机的性能。
在闭环控制的步进电机系统中，或可在具有给定精度下跟踪和反馈时，扩大工作速度范围，或可在给定速度下提高跟踪和定位精度，或可得到极限速度指标和极限精度指标。
步进电机的闭环控制性能与开环控制性能相比，具有如下优点：a.随着输出转矩的增加，二者的速度均以非线性形式下降，但是，闭环控制改善了矩频特性。
b.闭环控制下，输出功率/转矩曲线得以改善，原因是，闭环下，电机励磁转换是以转子位置信息为基础的，电流值决定于电机负载，因此，即使在低速度范围内，电流也能够充分转换成转矩。
c.闭环控制下，效率/转矩曲线得以改善。
d.采用闭环控制，可得到比开环控制更高的运行速度，更稳定、更光滑的转速。
e.利用闭环控制，步进电机可自动地、有效地被加速和减速。
f.闭环控制相对开环控制在快速性方面提高的定量评价，可借助比较Ⅳ步内通过某个路径间隔的时间得出：n-步进电机转换拍数(N>n)。
g.应用闭环驱动，效率、功率和速度同时得到提高。
闭环驱动的步进电机的性能在所有方面均优于开环驱动的步进电机。
步进电机闭环驱动具有步进电机开环驱动和直流无刷伺服电机的优点。
因此，在可靠性要求很高的位置控制系统中，闭环控制的步进电机将获得广泛应用。
深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。
我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。
控制系统的基本方式
控制系统的基本方式一、控制系统的概述控制系统是指通过一定的手段对被控对象进行调节、监测和控制的系统。
它由输入信号、处理器、输出信号和反馈组成，可以分为开环控制和闭环控制两种方式。
二、开环控制开环控制是指在没有反馈作用的情况下，通过输入信号来直接控制被控对象。
它具有简单、快速等优点，但缺乏稳定性和鲁棒性。
1. 常见的开环控制方式（1）脉冲宽度调制（PWM）：通过改变脉冲宽度来调节被控对象；（2）频率调制（FM）：通过改变频率来调节被控对象；（3）电压调节：通过改变电压大小来调节被控对象；（4）位置调节：通过改变位置来调节被控对象。
2. 开环控制的优缺点开环控制具有以下优点：（1）结构简单，实现容易；（2）响应速度快，适用于快速响应要求高的场合。
但是也存在以下缺点：（1）无法自动校正误差；（2）受到外部干扰影响大；（3）不具有稳定性和鲁棒性。
三、闭环控制闭环控制是指通过反馈作用，将被控对象的输出信号与输入信号进行比较，并对误差进行修正。
它具有稳定性和鲁棒性等优点，但响应速度相对较慢。
1. 常见的闭环控制方式（1）比例控制：根据误差大小进行比例调整；（2）积分控制：根据误差持续时间进行积分调整；（3）微分控制：根据误差变化率进行微分调整。
2. 闭环控制的优缺点闭环控制具有以下优点：（1）能够自动校正误差；（2）受到外部干扰影响小；（3）具有稳定性和鲁棒性。
但也存在以下缺点：（1）响应速度相对较慢；（2）结构复杂，实现难度大。
四、混合控制混合控制是指将开环控制和闭环控制结合起来使用。
通常采用开环快速响应、闭环精确调节的方式，以充分发挥两者的优点。
1. 常见的混合控制方式（1）先开环后闭环控制：先使用开环控制进行快速响应，再采用闭环控制进行精确调节；（2）并联控制：同时采用开环和闭环控制，以充分发挥两者的优点。
2. 混合控制的优缺点混合控制具有以下优点：（1）结构简单，实现容易；（2）响应速度快，精度高；（3）具有稳定性和鲁棒性。
开环控制和闭环控制的概念
开环控制和闭环控制的概念一、引言控制系统是指通过对被控对象施加某种干扰，使其在规定的时间内达到预定要求的系统。
控制系统主要分为开环控制和闭环控制两种。
二、开环控制1. 定义开环控制是指在不考虑被控对象反馈信号的情况下，根据输入信号直接输出干扰信号，从而使被控对象达到预期状态的一种控制方式。
2. 特点（1）简单易行：开环控制器结构简单，易于设计和实现。
（2）适用范围窄：由于不考虑被控对象反馈信号，因此只适用于对被控对象有足够了解且稳定性较高的场合。
（3）误差大：由于不考虑被控对象反馈信号，因此无法及时调整干扰信号，容易产生误差。
三、闭环控制1. 定义闭环控制是指通过对被控对象反馈信号进行测量和分析，并根据分析结果调整输出干扰信号，使其达到预期状态的一种控制方式。
2. 特点（1）精度高：由于能够及时调整干扰信号，因此能够减小误差，提高控制精度。
（2）适用范围广：由于能够根据被控对象反馈信号进行调整，因此适用范围较广。
（3）结构复杂：闭环控制器结构复杂，设计和实现难度较大。
四、开环控制与闭环控制的比较1. 总体比较开环控制器和闭环控制器都是常见的控制方式。
相对而言，开环控制器结构简单，易于设计和实现；而闭环控制器精度高、适用范围广，但结构复杂。
2. 误差比较由于开环控制器不考虑被控对象反馈信号，容易产生误差；而闭环控制器能够及时调整干扰信号，减小误差。
3. 适用范围比较由于开环控制器不考虑被控对象反馈信号，只适用于对被控对象有足够了解且稳定性较高的场合；而闭环控制器能够根据被控对象反馈信号进行调整，适用范围更广。
五、结论开环控制器和闭环控制器都有各自的优点和缺点，应根据具体情况选择合适的控制方式。
在实际应用中，一般采用闭环控制器，以提高控制精度和适用范围。
简述控制系统的四种分类
简述控制系统的四种分类
1. 开环控制系统：开环控制系统是指系统的输出不会对系统的输入或控制有影响的一种控制系统。
它主要通过预先设定的控制信号对系统进行控制，而无需考虑系统的误差或反馈信号。
这种控制系统通常缺乏稳定性和鲁棒性，适用于简单的、高度可预测的系统。
2. 闭环控制系统：闭环控制系统是指系统的输出对控制器的输入具有影响的一种控制系统。
闭环控制系统通过反馈信号来修正系统的误差，以达到稳定和精确的控制目标。
它可以根据实时反馈信号自动调整输出信号，使系统在不同的工况下都能保持稳定的运行。
3. 自适应控制系统：自适应控制系统是指能够根据系统的实时变化和外部干扰来自动调整控制指令的一种控制系统。
它通过对系统参数和模型的估计，以及对误差和干扰的补偿，使得系统能够对不确定性和变化做出适应性的调整，以实现更好的控制性能。
4. 开关控制系统：开关控制系统是指通过对控制信号的开关和切换来实现对系统的控制的一种控制系统。
它通常使用离散的控制算法和逻辑来实现控制目标，适用于对系统状态要求不高的应用。
开关控制系统具有灵活性和简单性，但其控制精度、响应速度和稳定性可能较差。
控制系统的闭环控制与开环控制比较
控制系统的闭环控制与开环控制比较控制系统是指通过对输入和输出进行监测、比较并校正的一种系统。
而控制系统可以分为闭环控制和开环控制两种形式。
闭环控制和开环控制是两种常见的控制系统方案，它们在工程实践中有着不同的应用和优势。
闭环控制是指通过对系统的反馈信息进行监测、比较并调整系统输出的一种控制方式。
在闭环控制系统中，系统会通过传感器获取系统的输出信息，并与设定值进行比较，然后根据比较结果对系统进行调整。
闭环控制系统可以实现对系统的精确控制和稳定性控制，因为它能够根据实际输出信息实时调整系统的工作状态。
闭环控制系统常见的应用包括温度控制、电机控制等。
相反，开环控制是指在控制系统中，输出信息并不会对系统的控制产生影响。
在开环控制系统中，控制器会根据预设的输入信号直接控制执行机构。
开环控制系统主要通过预先设置的参数和模型来进行系统控制，无法根据实际输出信息进行动态调整。
开环控制系统通常用于一些不需要很高精度和稳定性要求的情况，例如电灯的开关控制。
闭环控制和开环控制在应用上有一些明显的区别。
闭环控制系统比开环控制系统更加灵活和精确。
闭环控制系统可以根据实际输出信息及时调整控制器的参数，使得系统对外界干扰的抵抗能力更强。
而开环控制系统对外界变化和干扰的适应性较差，容易受到环境影响而产生误差。
然而，闭环控制系统较开环控制系统更为复杂和昂贵。
闭环控制系统需要搭建反馈回路，增加了系统的复杂性和成本。
在某些应用场景中，开环控制系统可以通过合理的预设参数和模型实现较为简单的控制需求。
综上所述，闭环控制和开环控制是控制系统中常见的两种控制方案。
闭环控制系统通过对系统的反馈信息进行监测和调整，可以实现精确的控制和稳定的工作状态，然而它也更为复杂和昂贵。
而开环控制系统通过预设的参数和模型进行控制，具有简单和经济的特点，但抵抗外界干扰能力较弱。
在实际应用中，需要根据具体情况选择闭环控制或开环控制，以满足系统的需求。
比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点
⽐较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点开环控制系统和闭环控制系统的优缺点如果系统的输出端与输⼊端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产⽣任何影响，这样的系统称开环控制系统。
闭环控制系统是基于反馈原理建⽴的⾃动控制系统。
所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进⾏控制，即通过⽐较系统⾏为（输出）与期望⾏为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。
在反馈控制系统中，既存在由输⼊到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输⼊端的信号反馈通路，两者组成⼀个闭合的回路。
因此，反馈控制系统⼜称为闭环控制系统。
开环控制系统的优点是结构简单，⽐较经济。
缺点是⽆法消除⼲扰所带来的误差。
同开环控制系统相⽐，闭环控制具有⼀系列优点。
在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产⽣相应的控制作⽤去消除偏差。
因此，它具有抑制⼲扰的能⼒，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。
但反馈回路的引⼊增加了系统的复杂性，⽽且增益选择不当时会引起系统的不稳定。
为提⾼控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采⽤按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充⽽构成复合控制系统。
主要从三⽅⾯⽐较：1、⼯作原理：开环控制系统不能检测误差，也不能校正误差。
控制精度和抑制⼲扰的性能都⽐较差，⽽且对系统参数的变动很敏感。
合闭环控制系统不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产⽣相应的控制作⽤去消除偏差。
控制精度和抑制⼲扰的性能都⽐较差，⽽且对系统参数的变动很敏感。
因此，⼀般仅⽤于可以不考虑外界影响，或惯性⼩，或精度要求不⾼的⼀些场合。
2、结构组成：开环系统没有检测设备，组成简单，但选⽤的元器件要严格保证质量要求。
闭环系统具有抑制⼲扰的能⼒，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。
3、稳定性：开环控制系统的稳定性⽐较容易解决。
闭环系统中反馈回路的引⼊增加了系统的复杂性。
开环与闭环控制系统优缺点
工作研究—54—开环与闭环控制系统优缺点王继光 白昊飞（风神轮胎股份有限公司，河南 焦作 454003）引言：自动控制技术及其系统在今天社会中并不鲜见，小到可远程控制的智能家用电器、红绿灯，大到工业自动化生产线、飞机自动驾驶系统、导弹发射系统，都是自动控制技术及其系统的应用结果。
在自动控制系统中，不同功能和需求的被控制对象需要匹配不同的控制技术，开环和闭环控制是两种不同原理的控制方式，也是自动控制系统中最基本的两种控制技术。
1开环控制系统开环控制系统是指无信息反馈环节来影响当前控制的系统，信号的发出到结果产生是一条直线，无论结果如何对系统本身没有影响。
领域内用于具象化描述开环控制系统的经典案例为“投篮”，人体大脑发出“投篮”的信号，通过控制手臂、手腕、手指来控制篮球离手时的速度、方向和力量，然后篮球被投出，至此这个控制过程完成。
至于篮球最终有没有投中，并不会影响控制系统的活动。
开环控制系统运行流程图如图1所示。
图1 开环控制系统流程图 2闭环控制系统闭环控制系统是指有信息反馈环节来影响当前控制的系统，信号发出后系统会根据结果反馈的偏差进行调整，追求消除偏差来获得更优质、更符合预期的系统效果。
因此，闭环控制系统也称反馈控制系统，结果能够在一定程度上影响系统的运行。
领域内用于具象化描述闭环控制系统的经典案例为“驾驶”，将司机与汽车视作一个系统整体，司机的大脑输出控制信号，司机的双手、脚控制汽车的方向盘、信号系统、刹车油门系统，最终实现对汽车的控制，在汽车行驶过程中，司机需要通过视觉来不断矫正车辆行驶的方向、速度等参数，最终使汽车能够安全到达目的地。
汽车的被控制程度和结果对整个驾驶控制过程有很大的影响，司机的控制调整是参照系统控制结果来进行的。
闭环控制系统运行流程图如图2所示。
图2 闭环控制系统流程图3开环与闭环控制系统的区别从以上两点阐述中可知，开环控制系统是按照时序进行的控制系统，始终保持前进没有回头；而闭环控制系统有反馈、会调节，被控对象会始终被控制在一个相对稳定的范围内，被控对象所表现出的结果会在一定程度上影响控制系统运行、继而再一次影响结果，结果与预期之间有比较的过程。
简述控制系统的四种分类
简述控制系统的四种分类控制系统是一种能够对所控对象进行调节和管理的系统，广泛应用于工业、交通、电力等领域。
根据不同的分类标准，控制系统可以分为四种类型，分别是开环控制系统、闭环控制系统、模糊控制系统和自适应控制系统。
一、开环控制系统开环控制系统也称为正馈控制系统，是最简单的一种控制系统。
它的基本原理是根据已知的输入信号，通过数学模型和静态特性，预先设定好控制器的输出信号，进而控制被控对象的状态。
开环控制系统没有反馈信号来校正输出结果，只能根据已知的输入来进行控制。
由于无法对系统误差进行补偿，开环控制系统对外界干扰较为敏感，容易导致输出偏差。
二、闭环控制系统闭环控制系统也称为反馈控制系统，是一种通过反馈信号来校正输出结果的控制系统。
它与开环控制系统相比，具有更高的稳定性和鲁棒性。
闭环控制系统通过传感器获取被控对象的实际输出信号，并与预期输出信号进行比较，产生误差信号，再经过控制器进行处理，最终调整被控对象的状态。
闭环控制系统能够自动修正输出结果，对干扰和参数变化具有较好的适应性。
三、模糊控制系统模糊控制系统是一种基于模糊逻辑的控制系统，适用于复杂、非线性和模糊的控制问题。
它通过模糊化输入和输出信号，建立模糊规则库，并通过推理和模糊解模糊运算来计算控制信号。
相比传统的精确数学模型，模糊控制系统能够更好地应对系统的不确定性和模糊性，具有较强的鲁棒性和适应性。
模糊控制系统在自动驾驶、空调控制等领域有着广泛的应用。
四、自适应控制系统自适应控制系统是一种能够根据被控对象的动态特性和环境变化来自主调整控制策略的控制系统。
它通过建立数学模型和辨识算法，实时监测和估计被控对象的参数和状态，并根据实际情况调整控制器的参数和结构，以达到最优控制效果。
自适应控制系统能够应对系统参数的变化和外界干扰，提高控制系统的性能和稳定性。
自适应控制系统在飞行器、机器人等领域有着重要的应用。
总结：控制系统根据不同的分类标准可以分为开环控制系统、闭环控制系统、模糊控制系统和自适应控制系统。
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122()()()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+= 522()()()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++=62()()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;控制的目的是保持水位为一定的高度;试说明该系统的工作原理并画出其方框图;题1-4图 水位自动控制系统解答：1 方框图如下：⑵工作原理：系统的控制是保持水箱水位高度不变;水箱是被控对象,水箱的水位是被控量,出水流量Q2的大小对应的水位高度是给定量;当水箱水位高于给定水位,通过浮子连杆机构使阀门关小,进入流量减小,水位降低,当水箱水位低于给定水位时,通过浮子连杆机构使流入管道中的阀门开大,进入流量增加,水位升高到给定水位;1-5 图1-5是液位系统的控制任务是保持液位高度不变;水箱是被控对象,水箱液位是被控量,电位器设定电压时表征液位的希望值Cr 是给定量;题1-5图 液位自动控制系统解答:1 液位自动控制系统方框图：2当电位器电刷位于中点位置对应Ur 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事实上的控制电压,驱动电动机通过减速器减小阀门开度,使进入水箱的液位流量减少;此时,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,加大流入量,使液位升到给定的高度;1-6题图1-6是仓库大门自动控制系统的示意图,试说明该系统的工作原理,并画出其方框图;题1-6图仓库大门自动控制系统示意图解答：（1）仓库大门自动控制系统方框图：2工作原理：控制系统的控制任务是通过开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;仓库大门处于开启或关闭位置与检测电位器上的电压相对应,门的位置是被控量;当大门所处的位置对应电位器上的电压与开门或关门开关合上时对应电位器上的电压相同时,电动机不动,控制绞盘处于一定的位置,大门保持在希望的位置上,如果仓库大门原来处于关门位置,当开门开关合上时,关门开关对应打开,两个电位器的电位差通过放大器放大后控制电动机转动,电动机带动绞盘转动将仓库大门提升,直到仓库大门处于希望的开门位置,此时放大器的输入为0,放大器的输出也可能为0;电动机绞盘不动,大门保持在希望的开门位置不变;反之,则关闭仓库大门;1-7题图1-7是温湿度控制系统示意图;试说明该系统的工作原理,并画出其方框图;题1-7图温湿度控制系统示意图解答：1方框图：2被控对象为温度和湿度设定,控制任务是控制喷淋量的大小来控制湿度,通过控制蒸汽量的大小来控制温度;被控量为温度和湿度,设定温度和设定湿度为给定量;第二章 控制系统的数学模型2-2 试求图示两极RC 网络的传递函数U c S ／U r S;该网络是否等效于两个RC 网络的串联解答：故所给网络与两个RC 网络的串联不等效;2-4 某可控硅整流器的输出电压U d =KU 2Φcos α式中K 为常数,U 2Φ为整流变压器副边相电压有效值,α为可控硅的控制角,设在α在α0附近作微小变化,试将U d 与α的线性化;解答：.202002020cos (sin )()...sin sin )d u ku ku ku ku φφφφαααααααα=--+∆=-⋅∆=-d d 线性化方程：u 即u （2-9系统的微分方程组为式中1T 、2T 、1K 、2K 、3K 均为正的常数,系统地输入量为()r t ,输出量为()c t ,试画出动态结构图,并求出传递函数()()C s R s ; 解答：2-12 简化图示的动态结构图,并求传递函数()()C s R s ; 解答：ab c d e2-13 简化图示动态结构图,并求传递函数()()C s R s ;解答： a bcde(d)f第三章 时域分析法3-1 已知一阶系统的传递函数今欲采用负方馈的方法将过渡过程时间s t 减小为原来的倍,并保证总的放大倍数不变,试选择H K 和0K 的值;题3-1图解答：闭环传递函数：10()0.2110s s θ=+由结构图知：00010()10110()0.21()0.21101110HHh HK k G S k K s K G S s k S K θ+===+++++由00101011011010100.910H H H k k k k k ⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎩⎧⎪⎨⎪⎩=++===3-2已知系统如题3-2图所示,试分析参数b 对输出阶跃过渡过程的影响;题3-2 图解答：系统的闭环传递函数为：由此可以得出：b 的大小影响一阶系统的时间常数,它越大,系统的时间常数越大,系统的调节时间,上升时间都会增大;3-3 设温度计可用1(1)Ts +描述其特性;现用温度计测量盛在容器内的水温,发现1分钟可指示98％的实际水温值;如果容器水温依10℃/min 的速度线性变化,问温度计的稳态指示误差是多少解答：本系统是个开环传递函数 系统的闭环传递函数为：系统的传递函数：1()1G s Ts =+则题目的误差传递函数为：3-4 设一单位反馈系统的开环传递函数试分别求110K s -=和120K s -=时系统的阻尼比ζ、无阻尼自振频率n w 、单位阶跃响应的超调量p σ％和峰值时间p t ,并讨论K 的大小对动态性能的影响;解答：开环传递函数为3-8 设控制系统闭环传递函数试在s 平面上给出满足下列各要求的闭环特征根可能位于的区域： 1. 10.707,2n ζω>≥≥ 2. 0.50,42n ζω≥>≥≥ 3. 0.7070.5,2n ζω≥≥≤解答：欠阻尼二阶系统的特征根：1. 由0.7071,arccos ζβζ<<=,得045β︒︒<≤,由于对称关系,在实轴的下半部还有;2. 由00.5,arccos ζβζ<≤=,得6090β︒︒≤<,由于对称关系,在实轴的下半部还有;3. 由0.50.707,arccos ζβζ≤≤=,得出4560β︒︒≤≤,由于对称关系,在实轴的下半部还有;则闭环特征根可能位于的区域表示如下：1． 2． 3．3-10 设单位反馈系统开环传递函数分别为： 1.[]()(1)(0.21)G s K s s s =-+2. ()(1)[(1)(0.21)]G s K s s s s =+-+ 试确定使系统稳定的K 值;解答：1.系统的特征多项式为：()D s 中存在特征多项式中存在负项,所以K 无论取什么值,系统都不会稳定;2.系统的特征多项式为：32()0.20.8(1)D s s s k s k =++-+ 劳斯阵列为：3s k-12s k 0s k系统要稳定 则有 0.60.800.80k k ⎧⎪⎨⎪⎩->>所以系统稳定的K 的范围为43k >3-14 已知单位反馈系统开环传递函数如下： 1.]()10(0.11)(0.51)G s s s =++2.2()7(1)(4)(22)G s s s s s s ⎡⎤=++++⎣⎦ 3.2()8(0.51)(0.11)G s s s s ⎡⎤=++⎣⎦ 解答:1.系统的闭环特征多项式为: 可以判定系统是稳定的.则对于零型系统来说,其静态误差系数为:那么当()1()r t t =时, 11111ss p e k ==+当()1()r t t t =⋅时, 1ss ve k ==∞当2()1()r t t t =⋅时, 2ss ae k ==∞2.系统的闭环特征多项式为: 可以用劳斯判据判定系统是稳定的. 则对于一型系统来说,其静态误差系数为:那么当()1()r t t =时, 11ss p e k ==∞+ 当()1()r t t t =⋅时,187ss v e k ==当2()1()r t t t =⋅时, 20ss ae k ==3.系统的闭环特征多项式为: 可以用劳斯判据判定系统是稳定的. 则对于零型系统来说,其静态误差系数为:那么当()1()r t t =时, 11ss p e k ==+ 当()1()r t t t =⋅时, 10ss v e k ==当2()1()r t t t =⋅时, 214ss a e k ==第四章 根轨迹法4-2 已知单位反馈系统的开环传递函数,绘出当开环增益1K 变化时系统的根轨迹图,并加以简要说明;1.1()(1)(3)K G s s s s =++2.12()(4)(420)K G s s s s s =+++解答:1 开环极点： p1=0,p2=－1,p3=－3实轴上的根轨迹区间： －∞,－3,－1,0 渐进线：分离点：111013d d d ++=++解得d1、2=－,;d2=－不在根轨迹上,舍去; 与虚轴交点：特征方程321()430D s s s s K =+++= 将s =j ω代入后得解之得 ω= 112K =当 ∞<≤10K 时,按180相角条件绘制根轨迹如图4-21所示;2 开环极点：p1=0,p2=－4,p3、4=－2±j4实轴上的根轨迹区间：－4,0 渐进线：分离点：)8018368(2341++++-=s s s s K 由01=ds dK解得 s1、2=－2,624,3j s ±-= 分离点可由a 、b 、c 条件之一进行判定：a ．∠Gs 3=－129o+51o －90o+90o=－180o,满足相角条件；b ．100)80368()(62234313>=+++-=+-=j s s s s s s KK 1在变化范围 )0[∞→ 内；c ．由于开环极点对于σ=－2直线左右对称,就有闭环根轨迹必定也是对于σ=－2直线左右对称,故s3在根轨迹上;与虚轴交点： 特征方程Routh 表s 4 1 36 K 1 s 3 8 80 s 2 26 K 1 s 80－8K1/26 s 0 K 1由 80－8k1/26=0和26s2+ k1=0,解得k1=260,102,1j s ±= ;当 ∞<≤10K 时,按180相角条件绘制根轨迹如图4－22所示;4-3 设单位反馈系统的开环传递函数为（1） 试绘制系统根轨迹的大致图形,并对系统的稳定性进行分析;、（2） 若增加一个零点1z =-,试问根轨迹有何变化,对系统的稳定性有何影响解答1 K 1>0时,根轨迹中的两个分支始终位于s 右半平面,系统不稳定；2 增加一个零点z=－1之后,根轨迹左移,根轨迹中的三个分支始终位于s 左半平面,系统稳定;4-4 设系统的开环传递函数为12(2)()()(2)K s G s H s s s s a +=++,绘制下列条件下的常规根轨迹;11a =； 2 1.185a = 33a =解答： 11=a实轴上的根轨迹区间： －∞,－1,－1,0 渐进线：分离点：22231+++-=s as s s K解得01=ds dK只取253+-=d ;与虚轴交点：特征方程022)(1123=++++=K s K as s s s D 令jw s =代入上式：得出与虚轴的交点系统的根轨迹如下图： 2185.1=a 零点为2-=z极点为0,43.01j p ±-=实轴上的根轨迹区间： －∞,－1,－1,0 渐进线：分离点：22231+++-=s as s s K解得01=ds dK特征方程022)(1123=++++=K s K as s s s D 令jw s =代入上式：得出与虚轴的交点系统的根轨迹如下图： 33=a 零点为2-=z极点为0,41.11j p ±-=实轴上的根轨迹区间： －∞,－1,－1,0 渐进线：分离点：22231+++-=s as s s K解得01=ds dK特征方程022)(1123=++++=K s K as s s s D 令jw s =代入上式：得出与虚轴的交点系统的根轨迹如下图：4-8 根据下列正反馈回路的开环传递函数,绘出其根轨迹的大致形状;1()()1()()12K G s H s s s =++ 2()()1()()12K G s H s s s s =++3()()()12()()13(4)K s G s H s s s s s +=+++解答：1 2 34-15 设单位反馈系统的开环传递函数为确定a 值,使根轨迹图分别具有：0、1、2个分离点,画出这三种情况的根轨迹;解答：首先求出分离点：分离点：321s s K s a +=-+ 解得2122(31)20()dK s a s as ds s a +++=-=+得出分离点1,2d =当119a <<时,上面的方程有一对共轭的复根当911<>a a 或时,上面的方程有两个不等的负实根当119a a ==或时,上面的方程有两个相等的实根1当1=a 时 系统的根轨迹为：可以看出无分离点 ,故排除2当91=a 时 系统的根轨迹为：可以看出系统由一个分离点 3当1>a 时 比如3=a 时系统的根轨迹为：可以看出系统由无分离点 4当91<a 时 比如201=a 时系统的根轨迹为： 可以看出系统由两个分离点 5当191<<a 时 比如21=a 时系统的根轨迹为：可以看出系统由无分离点 第五章 频域分析法5-1设单位反馈控制系统开环传递函4()1G s s =+,当将()sin(260)2cos(45)r t t t =+--作用于闭环系统时,求其稳态输出;解答：开环传递函数14)(+=s s G 闭环传递函数54)(+=Φs s闭环频率特性54)()()(+==Φωωωωαj e M j j当ω=2时,M2=,α2=； 当ω=1时,M1=,α1=； 则闭环系统的稳态输出：5-2 试求110()4G s s =+24()(21)G s s s =+3(1)()(1,)1K s G s K T Ts ττ+=>>+的实频特性()X ω、虚频特性()Y ω、幅频特性()A ω、相频特性()ϕω;解答：⑴4arctan 222216101610164016)4(10410)(wj e w w w j w w jw jw jw G -+=+-+=+-=+=则21640)(w w X +=,21610)(w ww Y +-=⑵)21arctan 180(2331444448)12(4)(wj ew w w w j w w w jw jw jw G ++=+-+-=+=则 w w w w X +-=348)( , w w w Y +-=344)(⑶)]arctan()[arctan(222222222111)(1)1(1)1()(wT w j e w T w k w T w T k j w T Tw k jTw w j k jw G -++=+-+++=++=τττττ则2221)1()(w T Tw k w X ++=τ,221)()(w T wT k w Y +-=τ 5-4 绘制下列传递函数的对数幅频渐近线和相频特性曲线;14()(21)(81)G s s s =++ 2()242()(0.4)(40)s G s s s +=++ 3228(0.1)()(1)(425)s G s s s s s s +=++++ 4210(0.4)()(0.1)s G s s s +=+解答：1转折频率为21,8121==w w2 3 45-10 设单位负反馈系统开环传递函数; 110()(0.51)(0.021)G s s s s =++,21()as G s s +=试确定使相角裕量等于45的α值; 2 3()(0.011)KG s s =+,试确定使相角裕量等于45的K 值;32()(100)KG s s s s =++,,试确定使幅值裕量为20dB 的开环增益K 值;解答：1由题意可得：解得： ⎩⎨⎧==84.019.1αc w2由题意可得：解得： ⎩⎨⎧==83.2100k w c3由题意可得：解得： ⎩⎨⎧==1010k w g5-13 设单位反馈系统开环传递函数 试计算系统的相角裕量和幅值裕量;解答：由18002.0arctan 5.0arctan 90)(-=---=g g g w w w γ所以幅值裕量)(14dB h =故16102.0arctan 5.0arctan 90)(-=---=c c c w w w ϕ所以相角裕量19161180)(=-=c w γ系统的幅频特性曲线的渐近线： 系统的幅相特性曲线：第六章 控制系统的综合与校正6-1 试回答下列问题：1 进行校正的目的是什么为什么不能用改变系统开环增益的办法来实现答：进行校正的目的是达到性能指标;增大系统的开环增益在某些情况下可以改善系统的稳态性能,但是系统的动态性能将变坏,甚至有可能不稳定;2 什么情况下采用串联超前校正它为什么能改善系统的性能答：串联超前校正主要用于系统的稳态性能已符合要求,而动态性能有待改善的场合;串联超前校正是利用校正装置的相位超前特性来增加系统的橡胶稳定裕量,利用校正装置幅频特性曲线的正斜率段来增加系统的穿越频率,从而改善系统的平稳性和快速性;（3）什么情况下采用串联滞后校正它主要能改善系统哪方面的性能答：串联滞后校正主要是用于改善系统的稳态精度的场合,也可以用来提高系统的稳定性,但要以牺牲快速性为代价;滞后校正是利用其在高频段造成的幅值衰减,使系统的相位裕量增加,由于相位裕量的增加,使系统有裕量允许增加开环增益,从而改善稳态精度,同时高频幅值的衰减,使得系统的抗干扰能力得到提高;思考题：1. 串联校正装置为什么一般都安装在误差信号的后面,而不是系统股有部分的后面2. 如果1型系统在校正后希望成为2型系统,但又不影响其稳定性,应采用哪种校正规律6-3 设系统结构如图6-3图所示,其开环传递函数0()(1)KG s s s =+;若要求系统开环截至频率 4.4c ω≥rad/s,相角裕量045γ≥,在单位斜坡函数输入信号作用下,稳态误差0.1ss e ≤,试求无源超前网络参数;解答：1由10.1ss e K =≤可得：10K ≥,取10K =2原系统 3.16c ω= rad/s,017.6γ=,不能满足动态性能指标;3选' 4.4c ω=rad/s,由'0()10lg c L ωα=-即'21020lg10lg cαω=-可得:3.75α=那么0.12T == 无源超前校正网络：10.531()10.121c Ts s G s Ts s α++==++（4） 可以得校正后系统的'51.8γ=,满足性能指标的要求;6-4 设单位反馈系统开环传递函数()()()010.51KG s s s s =++;要求采用串联滞后校正网络,使校正后系统的速度误差系数5(1)v K s =,相角裕量40γ≥;解答： ⑴由00lim ()v s K sG s K→==可得：5K =2 原系统 2.15c ω=,22.2γ=-不满足动态要求3 确定新的'c ω由''1804012(90arctan arctan 0.5)c c ωω-++=---可解得：'0.46c ω=⑷由020lg 20lg (')c b G j ω=-得：0.092b =取'111510cbT ω⎛⎫= ⎪⎝⎭='15c ω得：118T =校正网络为：1111()11181c Tbs s G s Ts s ++=≈++校正后系统的相角裕量'42γ=,故校正后的系统满足性能指标的要求;第七章 非线性控制系统7-1 三个非线性系统的非线性环节一样,线性部分分别为1.2()(0.11)G s s s =+ 2.2()(1)G s s s =+ 3. 2(1.51)()(1)(0.11)s G s s s s +=++ 解答：用描述函数法分析非线性系统时,要求线性部分具有较好的低通滤波性能即是说低频信号容易通过,高频信号不容易通过; 从上图可以看出：系统2的分析准确度高;7-2 一个非线性系统,非线性环节是一个斜率1N -的饱和特性;当不考虑饱和因素时,闭环系统是稳定的;问该系统有没有可能产生自振荡解答：饱和特性的负倒描述函数如下：当1k =时,1()N A -曲线的起点为复平面上的(1,0)j -点; 对于最小相位系统有：闭环系统稳定说明系统的奈氏曲线在实轴(,1)-∞-段没有交点,因此,当存在1k =的饱和特性时,该系统不可能产生自激振荡7-4 判断图中各系统是否稳定,1()N A -与()G j ω的交点是否为自振点;图中P为()G s的右极点个数;解答：首先标出各图的稳定区用阴影部分表示abc da1N-曲线由稳定区穿入不稳定区,交点a是自激振荡点;b1N-曲线由稳定区穿入不稳定区,交点a是自激振荡点;c 交点,a c为自激振荡点,交点b不时自激振荡点;d 闭环系统不稳定;e 交点a不是自激振荡点;f 交点a是自激振荡点7-5 非线性系统如图所示,试确定其自振振幅和频率;题7-5图解答：由题可得下图：由1()()G j N A ω-=得1()()N A G j ω-=即：()()10*412j j j A ωωωπ++=- 320ωω-=得：ω=2403A ωπ-=-得：24020 2.1233A ππω===振幅为203π7-6非线性系统如图所示,试用描述函数法分析当10K =时,系统地稳定性,并求K 的临界稳定值;题7-6图解答：由题可得下图：K 的临界稳定值为：010653K == 所以,当06K <<时,()G j ω曲线不包围1()N A -曲线,系统闭环稳定;第八章 线性离散系统8-1 求函数()x t 的Z 变换;1.()1at x t e -=- 2. ()sin x t t t ω=3. ()sin x t t t ω=4. 2()atx t t e -=解答：1. (1)()1(1)()aT aT aT z e z z X z z z e z z e ----=-=----2.2222(1)sin sin ()()2cos 1(2cos 1)Tz z T d z T X z Tz dz z z T z z T ωωωω-=-=-+-+Z 域微分定理3.22222(cos )cos ()2cos 12cos aT aT aT aT aT aT aTze ze T z ze T X z z e ze T z ze T e ωωωω-----==-+-+复数位移定理4.23(1)()4(1)aT aT aT Tze ze X z ze +=-复数位移定理8-2 已知()X s ,试求对应的()X z ;1.3()(1)(2)s X z s s +=++ 2.2()(1)s X z s s =+3.21()s X z s += 4. 21()(1)s e X z s s --=+解答：1. ()321()12(1)2s X s s s s s +==-++++ 2. 2111()1(1)(1)s X s s s s s s s ===-+++ 3. 22111()s X s s s s +==+4. ()()221111()111s s e X s e s s s s s --⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦-==--+++()1211(1)T T Tzz z X z z z z e z --⎛⎫⎡⎤⎪⎢⎥⎪⎢⎥⎣⎦⎝⎭=--+---()121(1)1(1)1()T T T T z z z e T T e z z e ----⎛⎫⎡⎤⎪⎢⎥ ⎪⎣⎦⎝⎭-+++-+=--负偏移定理8-3 已知()X z ,试求()X nT ;1. ()()()1012zX z z z =--2. ()()()20.80.1z X z z z =--3. ()2(1)1.250.25z z X z z z -=-+解答：1. ()()()1012zX z z z =--=10()21zz z z ---2. ()()()20.80.1z X z z z =--81770.80.1z zz z =---3.()2(1)1.250.25z zX zz z-=-+(1)(0.25)(1)z zz z-=--(0.25)zz=-8-6 已知系统的结构如图所示,1T s=,试求系统的闭环脉冲传递函数()zφ;解答：211111 ()*(1)1(1)TsTseG s es s ss s s--⎛⎫⎪⎪⎝⎭-==--+++思考题：1. 在单位阶跃输入作用下,试求上题所给系统的输出()c t;2. 系统结构如上题,试求当输入为()1()r t t=、t、2t时的稳态误差;。
开环控制与闭环控制的特征、优缺点和应用场合
开环控制与闭环控制的特征、优缺点和应用场合1. 引言1.1 概述本篇文章旨在深入探讨开环控制与闭环控制的特征、优缺点以及应用场合。
在自动控制领域，开环和闭环控制是两种常见的控制策略，它们在不同的系统中有着各自独特的特点和适用条件。
通过对这两种控制策略进行充分了解，可以更好地选择和应用于不同实际问题中。
1.2 文章结构文章将从以下几个方面对开环控制和闭环控制进行详细介绍和比较：特征、优缺点以及应用场合。
首先，在第2节中，我们将展示开环控制的特征，并分析其所具备的优缺点，以及适用于哪些场合。
接着，在第3节中，我们将重点关注闭环控制的特征，并阐述其优缺点，同时说明其适用范围。
然后，在第4节中，我们会直接比较开环和闭环控制的异同，并对它们各自的应用场合进行对比。
最后，在第5节中，我们将给出一个总结，并提出进一步研究方向和展望。
1.3 目的本文旨在帮助读者全面了解开环控制和闭环控制，并对它们的特征、优缺点以及应用场合有一个清晰的认识。
这将有助于读者更好地理解自动控制中的基本概念，为实际问题选择最合适的控制策略提供参考。
同时，通过对开环与闭环控制的比较，我们可以深入研究这两种策略在不同领域中的优势和局限性，并为未来进一步研究提供指导和展望。
2. 开环控制的特征、优缺点和应用场合2.1 特征开环控制是一种控制系统，其中输出信号不会影响系统输入信号的调整。
它基于预先确定的模型和输入来产生输出。
开环控制主要有以下特征：a) 简单性：开环控制系统通常由较少的组件组成，结构相对简单。
b) 响应快：由于没有反馈机制，开环控制系统能够快速产生输出响应。
c) 低成本：开环控制系统通常不需要传感器或测量装置，并且因为简化了结构，具备低成本的优势。
2.2 优缺点a) 优点：i) 快速响应: 开环控制通过明确的输入信号可以快速响应变化。
ii) 简易实现: 相对于闭环控制来说，开环控制结构简单、容易实现和维护，解决了许多特定问题。
电路中的控制系统开环控制与闭环控制的比较
电路中的控制系统开环控制与闭环控制的比较电路中的控制系统是指通过某种方式来控制电路中信号或物理量的变化。
在电路中，常用的控制方法包括开环控制和闭环控制。
本文将探讨开环控制和闭环控制的原理、优缺点以及适用环境，以便更好地理解和运用这两种控制方式。
一、开环控制开环控制（Open-loop Control）是指在控制系统中，输出信号不会对输入信号产生反馈，也不会对系统输出进行检测和修正。
简言之，开环控制是单向的信号流动，不考虑系统输出的影响。
开环控制的原理是通过设置输入信号或执行固定的操作，使系统按照预定的输出进行工作。
例如，我们常见的延时开关就是一个典型的开环控制系统。
在延时开关中，通过设置时间参数来控制输出开关在给定时间后关闭。
开环控制的优点是简单、低成本和快速响应。
由于没有反馈机制，所以系统设计较为简单，通常只需考虑初始参数即可。
此外，在某些需要快速响应的场景下，开环控制也能够满足需求。
然而，开环控制也存在一些缺点。
首先，由于没有反馈，系统无法检测和修正输出的误差。
其次，受到外界因素的影响，开环控制容易失效，导致系统输出无法达到预期。
因此，开环控制适用于对输出精度要求较低、环境稳定且变化较小的场景，例如恒温器的控制、闹钟等。
二、闭环控制闭环控制（Closed-loop Control），亦称反馈控制，是指系统通过对输出进行检测，并根据误差信号对系统输入信号进行修正，以达到期望的输出效果。
闭环控制的原理是通过反馈机制来修正系统输出。
在闭环控制中，输出信号经过传感器检测后与期望值进行比较，得到误差信号，然后利用控制算法对输入信号进行修正，使系统逐渐趋向于稳定状态。
闭环控制具有精度高、稳定性好、适应性强等优点。
由于有反馈机制的存在，系统可以不断检测和修正输出误差，从而实现更精确的控制。
此外，在环境变化较大的情况下，闭环控制可以根据反馈信号进行动态调整，适应性更强。
然而，闭环控制也存在一些缺点，包括较高的设计成本、复杂的实施和响应时间较长等。
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开环控制系统和闭环控制系统的优缺点
如果系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环控制系统。
闭环控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。
所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。
在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。
因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。
开环控制系统的优点是结构简单，比较经济。
缺点是无法消除干扰所带来的误差。
同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。
在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。
因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。
但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。
为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。
主要从三方面比较：
1、工作原理：开环控制系统不能检测误差，也不能校正误差。
控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。
合闭环控制系统不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。
控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。
因此，一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小，或精度要求不高的一些场合。
2、结构组成：开环系统没有检测设备，组成简单，但选用的元器件要严格保证质量要求。
闭环系统具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。
3、稳定性：开环控制系统的稳定性比较容易解决。
闭环系统中反馈回路的引入增加了系统的复杂性。
For personal use only in study and research; not for commercial use。