自动控制原理习题及解答03E

1、第1章 控制系统的基本概念 本章介绍了自动控制的定义 自动控制系统的组成 工作原理和相关的常用术语 比较了开环控制系统和闭环控制系统 并进一步说明了其优缺点和适用范围 介绍了典型闭环系统的功能框图 需要重点掌握负反馈在自动控制系统中的作用 闭环系统 或反馈系统 的特征是 采用负反馈 系统的被控变量对控制作用有直接影响 即被控变量对自身有控制作用 在分析系统的工作原理时 确定控制系统的被控对象 控制。

2、用机理分析法建立起来，也可以由系统的其它数学模型（传递函数、微分方程等）转换得到，或用实验法来确定。
2）在工程分析和设计中，通常把频率特性画成一些曲线。
频率特性图形因其采用的坐标不同而分为幅相特性(Nyquist 图)、对数频率特性 (Bode 图) 和对数幅相特性 (Nichols 图)等形式。
各种形式之间是互通的，每种形式有其特定的适用场合。
开环幅相特性在分析闭环系统的稳定性时比较直观，理论分析时经常采用；波德图可用渐近线近似地绘制，计算简单，绘图容易，在分析典型环节参数变化对系统性能的影响时最方便；由开环频率特性获取闭环频率指标时，则用对数幅相特性最直接。
3）开环对数频率特性曲线(波德图 )是控制系统分析和设计的主要工具。
开环对数幅频特性 L()低频段的斜率表征了系统的型别(v)，其高度则表征了开环传递系数的大小，因而低频段表征系统稳态性能；L()中频段的斜率、宽度以及幅值穿越频率，表征着系统的动态性能；高频段则表征了系统抗高频干扰的能力。
对于最小相位系统，幅频特性和相频特性之间存在着唯一的对应关系，根据对数幅频特性，可以唯一地确定相应的相频特性和传递函数。
4）奈奎斯特稳定性。

3、了利用 MATLAB 进行控制系统校正。
教材习题同步解析6.1 试分别说明系统的固有频率特性与系统期望频率特性的概念。
答：系统本身固有元件所具有的频率特性称为固有频率特性。
设计者希望系统所能达到的频率特性称为系统期望频率特性。
6.2 试比较串联校正和反馈校正的优缺点。
答：a、校正装置和未校正系统的前向通道环节相串联，这种叫串联校正，串联校正是最常用的设计方法，设计与实现比较简单，通常将串联装置安置在前向通道的前端。
b、并联校正也叫反馈校正，它是和前向通道的部分环节按反馈方式连接构成局部反馈回路，设计相对较为复杂。
并联校正一般不需要加放大器，它可以抑制系统的参数波动及非线性因素对系统性能的影。
6.3 PD 控制为什么又称为超前校正？串联 PD 控制器进行校正为什么能提高系统的快速性和稳定性？答：加入 PD 控制相当于在系统中加入一个相位超前的串联校正装置，使之在穿越频率处有较大的相位超前角。
因此，PD 控制称为超前控制。
PD 控制的传递函数为，由比例控制和微分控制组合而成。
增大比例系数 Kp，可以展宽系统()1)GsKps的通频带，提高系统的快速性。
微分控制反映信号的变化率的预报作。

4、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3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 的平方成正比，cu增高，炉温就上升， 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cucu动机驱动。
炉子的实际温度用 热电偶测量， 输出电压 。
作为系统的反馈电压与给定电压fuf进行比较，得出偏差电压 ，经电压放大器、功率放大器放大成 后，作 为控制电动机的r e a电枢电压。
在正常情况下，炉温等于某个期望值 C，热。

5、 自动控制原理习题及其解答 第一章 略 第二章 例2 1 弹簧 阻尼器串并联系统如图2 1示 系统为无质量模型 试建立系统的运动方程 解 1 设输入为yr 输出为y0 弹簧与阻尼器并联平行移动 2 列写原始方程式 由于无质量按受力平衡方程 各处任何时刻 均满足 则对于A点有 其中 Ff为阻尼摩擦力 FK1 FK2为弹性恢复力 3 写中间变量关系式 4 消中间变量得 5 化标准形 其中 为时间常数 。

6、第三章习题及答案 3 1 已知系统脉冲响应如下 试求系统闭环传递函数 s 解 3 2 设某高阶系统可用下列一阶微分方程近似描述 其中 0 T 1 试证系统的动态性能指标为 解 设单位阶跃输入 当初始条件为0时有 1 当 时 2 求 即从0 1到0 9所需时间 当 当 则 3 求 3 3 一阶系统结构图如题3 3图所示 要求系统闭环增益 调节时间 s 试确定参数的值 解 由结构图写出闭环系统传递函数。