自动控制原理作业及答案
自动控制原理习题及解答
对于本例，系统的稳态误差为
本题给定的开环传递函数中只含一个积分环节，即系统为1型系统，所以
系统的稳态误差为
解毕。
例3-21控制系统的结构图如图3-37所示。假设输入信号为r(t)=at( 为任意常数)。
解劳斯表为
1 18
8 16
由于特征方程式中所有系数均为正值，且劳斯行列表左端第一列的所有项均具有正号，满足系统稳定的充分和必要条件，所以系统是稳定的。解毕。
例3-17已知系统特征方程为
试判断系统稳定性。
解本例是应用劳斯判据判断系统稳定性的一种特殊情况。如果在劳斯行列表中某一行的第一列项等于零，但其余各项不等于零或没有，这时可用一个很小的正数ε来代替为零的一项，从而可使劳斯行列表继续算下去。
（3）写中间变量关系式
式中，α为空气阻力系数 为运动线速度。
（4）消中间变量得运动方程式
（2-1)
此方程为二阶非线性齐次方程。
（5）线性化
由前可知，在＝0的附近，非线性函数sin≈，故代入式（2-1）可得线性化方程为
例2-3已知机械旋转系统如图2-3所示，试列出系统运动方程。
图2-3机械旋转系统
解：（1）设输入量作用力矩Mf，输出为旋转角速度。
运动方程可直接用复阻抗写出：
整理成因果关系：
图2-15电气系统结构图
画结构图如图2-15所示：
求传递函数为：
对上述两个系统传递函数，结构图进行比较后可以看出。两个系统是相似的。机一电系统之间相似量的对应关系见表2-1。
表2-1相似量
机械系统
xi
x0
自动控制原理-课后习题及答案
⾃动控制原理-课后习题及答案⾃动控制原理-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）？（1）22()()()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+=（5）22()()()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++= （6）2()()2()dy t y t u t dt +=（7）()()2()35()du t y t u t u t dt dt =++?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。
自动控制原理八套习题集_(含答案),科
自动控制原理1一、单项选择题（每小题1分，共20分）9. 一阶微分环节Ts s G +=1)(，当频率T=ω时，则相频特性)(ωj G ∠为（ ） A.45° B.-45° C.90° D.-90° 10.最小相位系统的开环增益越大，其（ ）A.振荡次数越多B.稳定裕量越大C.相位变化越小D.稳态误差越小11.设系统的特征方程为()0516178234=++++=s s s s s D ，则此系统 （ ） A.稳定 B.临界稳定 C.不稳定 D.稳定性不确定。
12.某单位反馈系统的开环传递函数为：())5)(1(++=s s s ks G ，当k =（ ）时，闭环系统临界稳定。
A.10B.20C.30D.4013.设系统的特征方程为()025103234=++++=s s s s s D ，则此系统中包含正实部特征的个数有（ ） A.0 B.1 C.2 D.3 14.单位反馈系统开环传递函数为()ss s s G ++=652，当输入为单位阶跃时，则其位置误差为（ ） A.2 B.0.2 C.0.5 D.0.05 15.若已知某串联校正装置的传递函数为1101)(++=s s s G c ，则它是一种（ ）A.反馈校正B.相位超前校正C.相位滞后—超前校正D.相位滞后校正 16.稳态误差e ss 与误差信号E (s )的函数关系为（ ）A.)(lim 0s E e s ss →= B.)(lim 0s sE e s ss →=C.)(lim s E e s ss ∞→= D.)(lim s sE e s ss ∞→=17.在对控制系统稳态精度无明确要求时，为提高系统的稳定性，最方便的是（ ） A.减小增益 B.超前校正 C.滞后校正 D.滞后-超前 18.相位超前校正装置的奈氏曲线为（ ）A.圆B.上半圆C.下半圆D.45°弧线 19.开环传递函数为G (s )H (s )=)3(3s s K,则实轴上的根轨迹为（ ）三、名词解释（每小题3分，共15分） 31.稳定性32.理想微分环节 33.调整时间 34.正穿越 35.根轨迹四、简答题（每小题5分，共25分）36.为什么说物理性质不同的系统，其传递函数可能相同 ? 举例说明。
自动控制原理习题1(含答案)
《自动控制原理》习题解答第一章习题及答案1—1 根据题1—1图所示的电动机速度控制系统工作原理图(1） 将a ，b 与c,d 用线连接成负反馈状态；（2) 画出系统方框图。
解 （1）负反馈连接方式为：d a ↔,c b ↔；（2)系统方框图如图解1—1 所示.1—2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。
试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。
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c u 的平方成正比,c u 增高,炉温就上升，c u 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动机驱动。
炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。
f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。
在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u .此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。
这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。
自动控制原理与系统练习题及参考答案
自动控制原理与系统练习题及参考答案1、触发装置输入单元将电流调节器输出的正负信号变换为( )输出信号。
A、零B、负C、正负D、正答案：D2、单相半桥逆变器( )的每个导电臂由一个电力晶体管和一个( )二极管组成。
A、并联B、反并联C、反串联D、串联答案：B3、莫尔条纹的移动方向与两光栅尺相对移动的方向( )。
A、垂直B、无关C、平行D、相同答案：A4、感应同步器的定尺绕组是( )。
A、分段绕组B、断续绕组C、正弦绕组D、连续绕组答案：D5、当双闭环无静差调速系统稳态工作时，电流偏差应该等于( )。
A、最大值B、反馈值C、给定值D、零答案：D6、自控系统的开环放大倍数系统( )。
A、在保证系统动态特性的前提下越大越好B、在保证系统动态特性的前提下越小越好C、越大越好D、越小越好答案：A7、斩波器中的电力晶体管，工作在( )状态。
A、开关B、放大C、饱和D、截止答案：A8、下列实例属于闭环控制的是( )。
A、日光灯B、洗衣机C、电冰箱D、电风扇答案：C9、自动控制系统正常工作的首要条件是( )。
A、系统可调B、系统恒定C、系统闭环负反馈控制D、系统稳定答案：D10、电压型逆变器是用( )。
A、电容器来缓冲无功能量的B、电感器来吸收有功能量的C、电容器来缓冲有功能量的D、电感器来吸收无功能量的答案：A11、当开环系统出现偏差时，系统将( )。
A、能够消除偏差B、能自动调节C、不能自动调节D、能自动调节，只是调节能力差答案：C12、双闭环调速系统中电流调节器的输入信号有两个，即( )。
A、电路给定的信号及B、主电路反馈的电压信号及C、主电路反馈的电流信号及D、主电路反馈的转速信号及答案：C13、在闭环控制系统中，产生控制作用的是( )。
A、输入信号B、输出信号C、反馈信号D、偏差信号答案：D14、在自动控制系统中，若想稳定某个物理量，就该引入该物理量的( )。
A、微分负反馈B、微分正反馈C、正反馈D、负反馈答案：D15、在电压型变频器的转速开环调速系统中，环形分配器输出的各路脉冲发出的时间间隔为( )。
自动控制原理试题及答案
自动控制原理试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 自动控制系统中，开环系统与闭环系统的主要区别在于（）。
A. 是否有反馈B. 控制器的类型C. 系统是否稳定D. 系统的响应速度答案：A2. 在控制系统中，若系统输出与期望输出之间存在偏差，则该系统（）。
A. 是闭环系统B. 是开环系统C. 没有反馈D. 是线性系统答案：B3. 下列哪个是控制系统的稳定性条件？（）A. 所有闭环极点都位于复平面的左半部分B. 所有开环极点都位于复平面的左半部分C. 所有闭环极点都位于复平面的右半部分D. 所有开环极点都位于复平面的右半部分答案：A4. PID控制器中的“P”代表（）。
A. 比例B. 积分C. 微分D. 前馈答案：A5. 在控制系统中，超调量通常用来衡量（）。
A. 系统的稳定性B. 系统的快速性C. 系统的准确性D. 系统的鲁棒性答案：C6. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s)，闭环传递函数为T(s)，则闭环传递函数T(s)是（）。
A. G(s)H(s)B. G(s)H(s)/[1+G(s)H(s)]C. 1/[1+G(s)H(s)]D. 1/G(s)H(s)答案：B7. 根轨迹法是一种用于（）的方法。
A. 系统稳定性分析B. 系统性能分析C. 系统设计D. 系统故障诊断答案：B8. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s)，闭环传递函数为T(s)，则T(s)的零点是（）。
A. G(s)的零点B. H(s)的零点C. G(s)和H(s)的零点D. G(s)和H(s)的极点答案：A9. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s)，闭环传递函数为T(s)，则T(s)的极点是（）。
A. G(s)的零点B. H(s)的零点C. 1+G(s)H(s)的零点D. G(s)和H(s)的极点答案：C10. 一个系统如果其开环传递函数为G(s)H(s)，闭环传递函数为T(s)，则系统的稳态误差与（）有关。
自动控制原理试卷及答案20套
D.抛物线响应函数 答 ( )
3、(本小题 3 分) 如图所示是某系统的单位阶跃响应曲线，下面关于性能指标正确的是――
h (t )
1 .3
1.02
1
0
t
2
B.
4
C.
6
8
10
12
14
A.
t r 6s
t s 4s
t p 14s
D.
% 30%
答
( ) 4、(本小题 5 分)
W (s)
答案参见我的新浪博客：/s/blog_3fb788630100muda.html
第 7 页 共 42 页
QQ753326843
考研直通车
6．已知非线性控制系统的结构图如图 7-38 所示。为使系统不产生自振，是利用 描述函数法确定继电特性参数 a,b 的数值。 （15 分）
答案参见我的新浪博客：/s/blog_3fb788630100muda.html 第 1 页 共 42 页
QQ753326843
考研直通车
r _
e
2 0 1
u
1 s2
c
六、采样控制系统如图所示，已知 K 10, T 0.2s ： 1．求出系统的开环脉冲传递函数。 1 2 2．当输入为 r (t ) 1(t ) t * 1(t ) 2 t * 1(t ) 时，求稳态误差 e ss 。
第 5 页 共 42 页
QQ753326843
3．当输入为
1 2 2
考研直通车
r (t ) 1(t ) t * 1(t ) t * 1(t ) 时，求稳态误差 e ss 。
R(s)
E (s)
1 e sT s
自动控制原理习题及答案
一、简答题1. 被控对象、被控量、干扰各是什么？答：对象：需进行控制的设备或装置的工作进程。
被控量：被控对此昂输出需按控制要求变化的物理量。
干扰：对生产过程产生扰动，使被控量偏离给定值的变量。
2. 按给定信号分类，控制系统可分为哪些类型？答：恒值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。
3. 什么是系统的静态？答：被控量不随时间改变的平衡状态。
4. 什么是系统的动态？答：被控量随时间变化的不平衡状态。
5. 什么是系统的静态特性？答：系统再平衡状态下输出信号与输入信号的关系。
6. 什么是系统的动态特性？答：以时间为自变量，动态系统中各变量变化的大小、趋势以及相互依赖的关系。
7. 控制系统分析中，常用的输入信号有哪些？答：阶跃、斜坡、抛物线、脉冲。
8. （3次）传递函数是如何定义的？答：线性定常系统在零初始条件下输出响应量的拉氏变换与输入激励量的拉氏变换之比。
9. 系统稳定的基本条件是什么？答：系统的所有特征根必须具有负的实部的实部小于零。
10. 以过渡过程形式表示的质量指标有哪些？答：峰值时间t p 、超调量δ%、衰减比n d 、调节时间t s 、稳态误差e ss 。
11. 简述典型输入信号的选用原因。
答：①易于产生；②方便利用线性叠加原理；③形式简单。
12. 什么是系统的数学模型？答：系统的输出参数对输入参数的响应的数学表达式。
13. 信号流图中，支路、闭通路各是什么？答：支路：连接两节点的定向线段，其中的箭头表示信号的传送方向。
闭通路：通路的终点就是通路的起点，且与其他节点相交不多于一次。
14. 误差性能指标有哪些？答：IAE ，ITAE ，ISE ，ITSE二、填空题1. 反馈系统又称偏差控制，起控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。
2. 复合控制有两种基本形式，即按参考输入的前馈复合控制和按扰动输入的前馈复合控制。
3. 某系统的单位脉冲响应为g(t)=10e -0.2t +5e -0.5t ，则该系统的传递函数G(s)为ss s s 5.052.010+++。
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12 s( s 2)( s 6)
pm
≥ 50° .
×
-
Gc (s)
Y(s)
Fig. 1
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
Solution
(1) Determine the additional open-loop gain K1.
Consider the uncompensated system
② A pole at orgin ③ A pole at ω= 2 ④ A zero at ω= 3 ⑤ A pole at ω= 4 ⑥ A zero at ω= 5
《自动控制原理》
20 lg K 5.5dB
slope: -20dB/dec slope: -20dB/dec slope: 20dB/dec slope: -20dB/dec slope: 20dB/dec
Re
N 2
P0
Z N P 20
闭环系统不稳定。
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
4. Consider the open-loop transfer function of a system
K ( s 3) G( s) H ( s) s(0.2 s 1)( 0.5 s 1)
G0 ( s )
12 s( s 2)( s 6)
12 K v 0 lim sG0 ( s ) lim 1 15 s0 s 0 ( s 2)( s 6)
The velocity error constant of uncompensated system
do not satisfy Kv≥15s-1 .
第五章 控制系统的频域分析
dB
30 23.5 20 10 0 10
20dB / dec 40dB / dec
8dB
c 0
60dB / dec
( ) /
90
130 170 180 210 250 270 10 2
204
g0
24
5.5
《自动控制原理》
10 1
100
2
3 3.4
/ rad / sec
Determine the range of K for which the system is stable by using the Nyquist criterion.
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
Solution
K ( s 3) G( s) H ( s) s(0.2 s 1)( 0.5 s 1)
Sketch Bode diagram of the system.
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
Solution:
15 (1 j 3)(1 j 5) GH ( j ) 8 j (1 j 2) (1 j 4)
① A constant gain K=15/8
⑤ ω > 5rad/sec
《自动控制原理》
The line with slope -20dB/dec
第五章 控制系统的频域分析
dB
20 10 5.5 0
20dB / dec 40dB / dec 20dB / dec 40dB / dec 20dB / dec
10 20
1
3
(180 tg
4 16 1
2
)
( 4)
ω/rad/sec
0
0.5
1
3
4
5
10
∞
φ(ω)/°
0
2.2
3.5
-14.7 -36.9 -55.2 -81.2
-90
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
dB
0
10 14.5 20
20dB / dec
( ) /
0 20 40 60 80 100
10 1
0.5
100
3 4 5
101
/ rad / sec
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
2. A control system has an open-loop transfer function
( s 3)( s 5) G( s) H ( s) s( s 2)( s 4)
10 1
100
3 4
101
/ rad / sec
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
(2) Phase magnitude frequency characteristic
( ) tg 1
3
tg 1
4 1 2 16
1
( 4)
( ) tg
1 2
《自动控制原理》
slope: -40dB/dec
4
第五章 控制系统的频域分析
(1) Logarithm magnitude frequency characteristic
Asymptote ① ω≤3rad/sec
The horizontal line go through (1rad/sec, 20lgK=-14.5dB) point ② 3rad/sec <ω ≤4rad/sec The line with slope 20dB/dec ③ ω > 4rad/sec The line with slope -20dB/dec
10 1
100
2
3 4 5
101
/ rad / sec
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
(2) Phase frequency characteristic
( ) tg
1
3
tg
1
5
90 tg
1
2
tg
1
4
ω/rad/sec
0
0.1
1
2
3
4
5
10
② 2rad/sec <ω ≤3rad/sec
The line with slope -40dB/dec
③ 3rad/sec <ω ≤ 4rad/sec
The line with slope -20dB/dec
④ 4rad/sec <ω ≤ 5rad/sec
The line with slope -40dB/dec
第五章 控制系统的频域分析
(1) Logarithm magnitude frequency characteristic
Asymptote
① ω≤2rad/sec
The line go through the (1rad/sec, 20lgK=5.5dB) point with slope -20dB/dec
∞
φ(ω)/°
-90
-91
-101 -106 -107 -106 -105
-100
-90
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
dB
20 10 5.5 0
20dB / dec 40dB / dec 20dB / dec 40dB / dec 20dB / dec
10 20
A constant gain K=15 A pole at origin A pole at ω=2 A pole at ω=6
《自动控制原理》
20 lg K 23.5dB
slope: -20dB/dec slope: -20dB/dec slope: -20dB/dec
第五章 控制系统的频域分析
1 2
r n 1 2 2 2.83 rad / sec
1 2 1
2
M p
1.16
20 lg M p 1.25dB 20 lg G( j 2.83) 10.5dB
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
dB
0
10 14.5 20
20dB / dec
(1)
K GH ( s ) 3 s
GH ( s ) K s 2 (s 1)
(2)
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
(1) Solution
K GH ( s ) 3 s
j
s plane
Mapping
B GH ( s ) plane
C 1 0
Im
C
B A × ×
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
dB
0 20dB / dec 20dB / dec
10 14.5 20
10 1
100
3 4
101
/ rad / sec
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
Rectification
For the pair of complex poles at ω=ωn= 4rad/sec
0
A
Re
N 2
P0
Z N P 20
闭环系统不稳定。
《自动控制原理》
第五章 控制系统的频域分析
(2) Solution
K GH ( s ) 2 s (s 1)
C
j
Im
s plane
MappingBG ( s ) planeB A × ×
0
C 1 0
A
( ) /