自动控制原理答案完全版_第二版

自动控制原理（非自动化类）习题答案

第一章习题

被控量：水箱的实际水位 h c

执行元件：通过电机控制进水阀门开度，控制进水流量。 比较计算元件：电位器。

h 「。给定值为希望水位 h r （与电位器设定

c

r

电压u r 相对应，此时电位器电刷位于中点位置）

当h c h r 时，电位器电刷位于中点位置，电动机不工作。一但

h c h r 时，浮子位置相应升高（或

C

I

c I

降低），通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移（或上移） ，从而给电动机提供一定的工作电压，驱动

电动机通过减速器使阀门的开度减小（或增大）

，以使水箱水位达到希望值 h r 。

水位自动控制系统的职能方框图

受控量：门的位置 测量比较元件：电位计

工作原理：系统的被控对象为大门。被控量为大门的实际位置。输入量为希望的大门位置。

当合上开门开关时，桥式电位器测量电路产生偏差电压，经放大器放大后，

驱动电动机带动绞盘转动,

使大门向上提起。同时，与大门连在一起的电位器电刷上移，直到桥式电位器达到平衡，电动机停转，开 门开关自动断开。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘反转，使大门关闭。

1-5 解：

系统的输岀量：电炉炉温 给定输入量：加热器电压 被控对象：电炉

1-1 （略） 1-2

（略）

1-3 解： 受控对象：水箱液面 测量元件：浮子，杠杆。 放大元件：放大器。

工作原理：系统的被控对象为水箱。被控量为水箱的实际水位

1-4 解：

受控对象：门。

执行元

件：电动机，绞盘。 放大 元件：放大器。

开闭门

门实际

仓库大门自动控制开（闭）的职能方框图

放大元件：电压放大器，功率放大器，减速器比较元件：电位计测量元件：热电偶

职能方框图:

KK

3 2 Ts (T 1)s s K1K 3电位器电压放大

炉温

热电偶

第二章习题

2-1解：对微分方程做拉氏变换：X,(s) R(s) C(s) N,(s)

X 2 (s) Q X/s)

X 3 (s) X2 (s) X5

(s TsX4 (s) X 3 (s)

X5 (s) X4 (s) K2 N2

(s k 3 X

5 (s) s

2C (s) sC(s) C(s) / R(s) 功率放大加热器

'电机电炉

R(s)

绘制上式各子方程的方块图如下图所示:

C(s) / N i(s) C(s) / R(s),

K2K3TS

Ts3~~T 1)s2 s K1K 3

2-2解：对微分方程做拉氏变换

X i(s) K[R(s) C (s)]

X2 (s) sR(s)

(s 1) X 3(s) X i(s) X2 (s)

(Ts 1)X 4 (s) X3 (s) X 5 (s)

C(s) X4 (s) N (s)

X 5 (s) (Ts 1) N(s)

(b) C(s)字红

R(s) 1 G1G3 G G4 G2 G3 G2G4 X

3(s)

绘制上式各子方程的方块如下图:

将方块图连接得出系统的动态结构图:

..R(s) 1 (s 1)：Ts 1)

C(s) 0

N (s) 0

2-3解：（过程略）

K ____________

C(s) (s 1)

Ts2 (T s 1)s (K 1) C(s) / N2 (s)

R(s) ms fs K

(c)誤 R(s) G 2 G 1G 2 1 G-i G 2G-I (d 普 R(s)

G 1 G 2 1 G 2G 3

(e)R^ R(s)

G 1G 2G 3G 4 1 G<|G 2 G 2G 3 G 3G 4 G 1G 2G 3G 4 2-4 解：（1）求 C/R ，令 N=0 KK K 3

s(Ts 1) C (s) / R(s) G(s)

1 G(s) 求C/N ，令R=0，向后移动单位反馈的比较点 K C(s) / N (s) (K n G n K 1 0 ) — J s 1 亠 K 1

G(s)

K 1K 2 K 3 Ts 2

K i K 2 K 3

K n K 3s K 1K 2 K 3G K 2 n

2 一

Ts 2

s K 1K 2 K 3 Ts 1 s （2）要消除干扰对系统的影响

C(s) / N (s) K n K3s K1K2 K3Gn

Ts 2 s K 1K 2 K 3

G n (s) Kns

K 1K 2

2-5 解：（a ） （1 ）系统的反馈回路有三个，所以有

3

L a L 1 L 2 L 3 a 1

G 1G 2G 5 G 2G 3G 4 G 4G 2G 5

三个回路两两接触，可得 1 L a 1 GG 2G 5 G 2G 3G 4 G 4G 2G 5

(2) 有两条前向通道，且与两条回路均有接触，所以

P P 2 G 1G 2G 3,

1

1, 2 1

(3) 闭环传递函数C/R 为

GGG 3 1

1 G 1G 2G 5 G 2G 3G 4 G 4G 2G 5

(b)

(1) 系统的反馈回路有三个，所以有

3

L a

a 1

L 1

L 3 G 1G 2 G 1 G 1

三个回路均接触，可得 1 L a 1 G-i G 2 2G-)

(2 )有四条前向通道，且与三条回路均有接触，所以

R G 1G 2 , 1

1

P 2

G, 2

1

P

G

2

,

3 1

P 4

G 1,

4

1

(3)闭环传递函数C/R 为

C G 1G 2 G 1 G 2 G

G-i G 2 G 2 R 1 G 1G 2

2G 1 1 G-|G 2 2G.

2-6解：用梅逊公式求，有两个回路，且接触，可得

1

L a 1 GG 2G 3 G 2，可得

第三章习题

采用K 0 , K H 负反馈方法的闭环传递函数为

1OK o

要使过渡时间减小到原来的 0.1倍，要保证总的放大系数不变，则：

(原放大系数为10,时

间常数为0.2)

3-2解：系统为欠阻尼二阶系统(书上改为“单位

负反馈……”，“已知系统开环传递函数”)

% e / 1 $

100%

100% 1

C(s) G-|G 2G 3 G 2G 3 R(s) 1 G 1G 2G 3 G 2 C (s)

(1 G 2 )G 3

N 2 (s) 1 GG 2G 3 G 2 E(s) 1 G 2 G 2G 3 R(s) 1 G-|G 2G ：3 G 2 E(s) C(s) (1 G 2 G N 2 (s)

N 2 (s)

1 G 1G 2G 3 G 2

C (s) NQ

C(s) / R(s)

C(s) 1 (1 GG 2G 3 G 2 ) 1

N 3 (s) 1 G 1G 2G 3 G 2 E(s) C(s) G 2G 3 G 1G 2G 3 N 1 (s) N 1(s) 1 G 1G 2G 3 G 2

E(s)

C(s) 1

N 3 (s)

N 3 (s)

3-1解：(原书改为G(s) 10

0.2s 1)

(s)

C(s) K G(s) R(s) 0

1 G(S )K H

1 10K H 0.2

s

1 10K

10K 。 1

10K H

10

1 10K H 10

K

K H

10 0.9