自控原理习题解答(第一章)

• 1-7控制系统的动态过程有哪几种?试分析 这几种动态过程的优劣。 • [答1-7] • 控制系统的动态过程有：单调过程、衰减 振荡过程、不衰减振荡过程、渐扩振荡过 程。 • 单调过程、衰减振荡过程的控制系统的性 能较优。
• 1-8举出几个生产过程自动控制系统中常遇 到的非线性元件，并说明是什么类型的非 线性元件。 • [答1-8] • 饱和非线性元件：阀门。 • 死区非线性元件：传感器。 • 继电器特性非线性元件：继电器。
• 1-9有一水箱水位控制系统结构图如图1-19所示。 试分析它的控制过程，指出它是开环控制系统还 是闭环控制系统?它的被控量、参考输入、扰动 量是什么?并画出该控制系统的方框图。
图中：
水
Q1-输入流量
Q2-输出流量 H1-实际水位 H2-希望水位
Q2 Q1
铰 链 浮子
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阀门
H2
H1
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自控原理习题解答
第一章 习题解答
1-1解释下列名词术语：自动控制系统、受控对象、 给定值、扰动量、自动控制装置。 [答1-1] • 自动控制系统：控制装置+受控过程。 • 受控对象：控制系统中的客体，或者说，受控制的 设备、装置、系统等。 • 给定值：控制系统的输入，给定的被控制量目标值。 • 扰动量：对被控制量有不希望的、不可控的扰动作 用的变量。 • 自动控制装置：可执行自动控制任务的设备组合。
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。
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。
[答1-9] 1．分析控制过程(略)。 2．是闭环控制系统。 3．被控量为实际水位、参考输入为希望水 位、扰动量是输出流量。 • 4．控制系统的方框图如附图1-1所示。
附图1-1 答题1-9图
输出流量 希望水位 杠杆 调节器 进水阀 调节阀 水箱 受控对象 实际水位
浮子
附图1-1 答题1-9图