自动控制理论第一章作业及答案

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自动控制原理课后习题答案

第1章控制系统概述【课后自测】1-1 试列举几个日常生活中的开环控制和闭环控制系统，说明它们的工作原理并比较开环控制和闭环控制的优缺点。

解：开环控制——半自动、全自动洗衣机的洗衣过程。

工作原理：被控制量为衣服的干净度。

洗衣人先观察衣服的脏污程度，根据自己的经验，设定洗涤、漂洗时间，洗衣机按照设定程序完成洗涤漂洗任务。

系统输出量（即衣服的干净度）的信息没有通过任何装置反馈到输入端，对系统的控制不起作用，因此为开环控制。

闭环控制——卫生间蓄水箱的蓄水量控制系统和空调、冰箱的温度控制系统。

工作原理：以卫生间蓄水箱蓄水量控制为例，系统的被控制量（输出量）为蓄水箱水位（反应蓄水量）。

水位由浮子测量，并通过杠杆作用于供水阀门（即反馈至输入端），控制供水量，形成闭环控制。

当水位达到蓄水量上限高度时，阀门全关（按要求事先设计好杠杆比例），系统处于平衡状态。

一旦用水，水位降低，浮子随之下沉，通过杠杆打开供水阀门，下沉越深，阀门开度越大，供水量越大，直到水位升至蓄水量上限高度，阀门全关，系统再次处于平衡状态。

开环控制和闭环控制的优缺点如下表1-2 自动控制系统通常有哪些环节组成各个环节分别的作用是什么解：自动控制系统包括被控对象、给定元件、检测反馈元件、比较元件、放大元件和执行元件。

各个基本单元的功能如下：（1）被控对象—又称受控对象或对象，指在控制过程中受到操纵控制的机器设备或过程。

（2）给定元件—可以设置系统控制指令的装置，可用于给出与期望输出量相对应的系统输入量。

（3）检测反馈元件—测量被控量的实际值并将其转换为与输入信号同类的物理量，再反馈到系统输入端作比较，一般为各类传感器。

（4）比较元件—把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的给定值进行比较，分析计算并产生反应两者差值的偏差信号。

常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置和电桥等。

（5）放大元件—当比较元件产生的偏差信号比较微弱不足以驱动执行元件动作时，可通过放大元件将微弱信号作线性放大。

自动控制理论第四版答案

第一章习题参考答案1-1多速电风扇的转速控制为开环控制。

家用空调器的温度控制为闭环控制。

1-2 设定温度为参考输入，室内温度为输出。

1-3 室温闭环控制系统由温度控制器、电加热装置、温度传感器等组成，其中温度控制器可设定希望达到的室温，作为闭环控制系统的参考输入，温度传感器测得的室温为反馈信号。

温度控制器比较参考输入和反馈信号，根据两者的偏差产生控制信号，作用于电加热装置。

1-4 当实际液面高度下降而低于给定液面高度h r ，产生一个正的偏差信号，控制器的控制作用使调节阀增加开度，使液面高度逼近给定液面高度。

第二章习题参考答案2-1 （1）()()1453223++++=s s s s s R s C ；（2）()()1223+++=s s s ss R s C ；（3）()()1223+++=-s s s e s R s C s2-2 （1）单位脉冲响应t t e e t g 32121)(--+=；单位阶跃响应t t e e t h 3612132)(----=； (2)单位脉冲响应t e t g t 27sin72)(2-=；单位阶跃响应)21.127sin(7221)(2+-=-t e t h t 。

2-3 （1）极点3,1--，零点2-；(2) 极点11j ±-.2-4)2)(1()32(3)()(+++=s s s s R s C . 2-5 (a)()()1121211212212122112+++⋅+=+++=CS R R R R CS R R R R R R CS R R R CS R R s U s U ; (b)()()1)(12221112212121++++=s C R C R C R s C C R R s U s U2-6 (a)()()RCsRCs s U s U 112+=; (b)()()141112+⋅-=Cs R RR s U s U ;(c)()()⎪⎭⎫⎝⎛+-=141112Cs R R R s U s U . 2-7 设激磁磁通f f i K =φ恒定()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++=Θφφπφm e a a a a m a C C f R s J R f L Js L s C s U s 2602.2-8()()()φφφπφm A m e a a a a m A C K s C C f R i s J R f L i Js iL C K s R s C +⎪⎭⎫⎝⎛++++=26023.2-9 ()2.0084.01019.23-=⨯--d d u i . 2-10 (2-6)2-11(2-7)2-12 前向传递函数)(s G 改变、反馈通道传递函数)(s H 改变可引起闭环传递函数)()(s R s C 改变。

(完整版)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 tdt 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。

北理工《自动控制理论1》在线作业【标准答案】

北理工《自动控制理论1》在线作业【标准答案】
北理工《自动控制理论1 》在线作业-0005
试卷总分:100 得分:100
一、单选题 (共 20 道试题,共 60 分)
1.梅森公式主要用来（）。

A.判断稳定性
B.计算输入误差
C.求系统的传递函数
D.求系统的根轨迹
答案:C
2.放大环节的对数幅频特性曲线是（）。

A.平行于横轴的直线
B.斜率为1的直线
C.逐渐增大至某一值的曲线
D.垂直于横轴的直线
答案:A
3.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
答案:D
4.典型二阶系统的超调量越大，反映出系统（）
A.频率特性的谐振峰值越小
B.阻尼比越大
C.闭环增益越大
D.相角裕度越小
答案:D
5.系统的频率特性（）
A.是频率的函数
B.与输入幅值有关
C.与输出有关
D.与时间t有关
答案:A
6.系统在r(t)=t2作用下的稳态误差ess=∞，说明( )。

A.型别ν<2
B.系统不稳定
C.输入幅值过大
D.闭环传递函数中有一个积分环节
答案:A。

【2017年整理】自动控制原理课后习题答案第一章

1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。

在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。

图1-2 液位自动控制系统解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度不变。

工作原理：当电位电刷位于中点（对应r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度r c ，一旦流入水量或流出水量发生变化时，液面高度就会偏离给定高度r c 。

当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度r c 。

反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度r c。

系统方块图如图所示：1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统? （１）222)()(5)(dt t r d t t r t c ++=；（２）)()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++；（３）dt t dr t r t c dt t dc t )(3)()()(+=+；（４）5cos )()(+=t t r t c ω；（５）⎰∞-++=t d r dt t dr t r t c ττ)(5)(6)(3)(；（６）)()(2t r t c =；（７）⎪⎩⎪⎨⎧≥<=.6),(6,0)(t t r t t c解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，所以该系统为非线性系统。

自动控制理论第一章习题答案

第一章自动控制概论思考题1、什么是自动控制？他对人类活动有什么意义？所谓自动控制就是在没有人直接参与的情况下，通过控制装置使被控制对象或生产过程自动地按照预定的规律运行，使之达到预期的状态或性能要求。

自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程中发展起来的一门重要的科学技术。

依靠它，人类可以从笨重、重复性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作。

2、什么是反馈？什么是负反馈？通常，我们把输出量送回到输入端并与输入信号比较的过程称为反馈。

若反馈的信号是与输入信号相减而使偏差值越来越小，则称为负反馈。

3、开环控制系统是怎样实现控制作用的？请举例说明。

开环控制系统：如果系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制系统。

例：原始的数控机床进给系统就是开环控制系统。

指令输入到计算机控制系统之中，带动步进电机运动，使工作台移动，产生位移输出。

在日常生活中，许多控制系统都可以理解成开环控制系统，如电风扇的转速是由档位决定的，不能根据环境温度自动调节；洗衣机定时系统是由功能和时间决定，不能根据所洗衣物清洁程度自动调节。

4、闭环控制系统是怎样实现控制作用的？请举例说明。

闭环控制系统：闭环控制（亦称为反馈控制，Feedback Control）是指能对输出量与输入量进行比较，并且将它们的偏差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统。

如：自动调温空调，当环境温度高于设定温度时，空调制冷系统自动开启，调定室温到设定值。

5、对自动控制系统的基本要求是什么？对控制系统的基本要求是：系统的稳定性、响应的快速性、响应的准确性。

6、试叙述电冰箱中温度控制系统的温度控制过程。

电冰箱温度控制系统由感温管，温度调节，执行动作等系统组成。

冰箱没工作时，感温管内气体遇热就膨涨，触点就将两原来断开的接触点靠在一起了。

冰箱在工作时，由于冰箱内制冷系统在给冰箱不段的输入冷气，就越来越冷，随着温度不短降低，感温管内的气体缩小，气垫就将断点段开，然而就将冰箱停止工作！7、试叙述骑自行车时的闭环控制过程。

北理工《自动控制理论1 》在线作业1答案

北理工《自动控制理论1 》在线作业-0002试卷总分:100 得分:0一、单选题(共20 道试题,共60 分)1.主导极点的特点是（）。

A.距离虚轴很近B.距离实轴很近C.距离虚轴很远D.距离实轴很远正确答案:A2.系统的频率特性（）A.是频率的函数B.与输入幅值有关C.与输出有关D.与时间t有关正确答案:A3.单位反馈系统的开环传递函数G(s)=16/(s(s+4*sqrt(2)))，其幅值裕度h等于（）A.0B.4sqrt(2)dBC.16dBD.无穷正确答案:D4.系统对输入信号的时域响应中，其调整时间的长短是与（）指标密切相关。

A.允许的峰值时间B.允许的超调量C.允许的上升时间D.允许的稳态误差正确答案:D5.系统型次越高，稳态误差越（）。

A.越小B.越大C.不变D.无法确定正确答案:A6.用实验法求取系统的幅频特性时，一般是通过改变输入信号的（）来求得输出信号的幅值。

A.相位B.频率C.稳定裕量D.时间常数正确答案:B7.系统的传递函数在右半S平面上没有零点和极点，则该系统称作（）。

A.非最小相位系统B.最小相位系统C.不稳定系统D.振荡系统正确答案:B8.适合应用传递函数的系统是（）。

A.单输入，单输出的线性定常系统B.单输入，单输出的线性时变系统C.单输入，单输出的定常系统D.非线性系统正确答案:A9.已知串联校正装置的传递函数为0.2(s+5)/(s+10)，则它是（）A.相位迟后校正B.迟后超前校正C.相位超前校正D.A、B、C都不是正确答案:C10.二阶系统的调整时间长，则说明（）。

A.系统响应快B.系统响应慢C.系统的稳定性差D.系统的精度差正确答案:B11.典型二阶系统的超调量越大，反映出系统（）A.频率特性的谐振峰值越小B.阻尼比越大C.闭环增益越大D.相角裕度越小正确答案:D12.开环频域性能指标中相角裕度对应时域性能指标( ) 。

A.超调B.稳态误差C.调整时间D.峰值时间正确答案:A13.最小相角系统闭环稳定的充要条件是（）A.奈奎斯特曲线不包围（-1，j0）点B.奈奎斯特曲线包围（-1，j0）点C.奈奎斯特曲线顺时针包围（-1，j0）点D.奈奎斯特曲线逆包围（-1，j0）点正确答案:A14.系统稳定的充分必要条件是其特征方程式的所有根均在根平面的（）。

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1-13 对自动控制系统基本的性能要求是什么？最主要的要求是什么？并叙述其内容。

答：稳定性；快速性；准确性。

最主要的要求是稳定性。

(叙述其内容在书上第六页。

)
1-8 一晶体管稳压电源如图1-3所示。

试画出其方框图，说明该电路的工作原理，并说明在该电路图中哪些元件起测量﹑放大﹑执行的作用，以及系统的干扰量和给定量是
什么？
1-3晶体管稳压电路答：是给定量
是放大是执行是测量
BG1 BG2 R 1 R 2 BG2 BG1 U sr U w
因为：(当输出电压Usc 下降的时候，通过R1 、R2组成的分压电路的作
用，BG2 的基极电位Ub2也下降了。

由于基准电压UW 使BG2 的发射极电位保持不变，Ubc2 ＝Ub2一UW 随之减小。

于是BG2 集电极电流Ic2减小，Uc2增高，即BG1 的基极电位Ub1增高，使Icl 增加，管压降Uce1减小，从而导致输出电压Usc ＝Usr 一Uce1保持基本稳定。

BG2 的放大倍数越大，调整作用就越强，输出电压就越稳定。

如果输出电压Usc 增高时，同样道理，又会通过反馈作用使Usc 减小，保持输出电压基本不变。

)
方框图如下：
1．一个水池水位自动控制系统如图1-1所示。

试简述系统工作原理，指出主要变量和各环节的构成，画出系统的方框图。

电动机
图1-1 水池水位控制系统原理图
解在这个水位控制系统中，水池的进水量1Q 来自由电机控制开度的进水阀门，出水量2Q 随
意变化的情况下，保持水箱水位在希望的高度上不变。

希望水位高度由电位器触头A 设定，浮子测出实际水位高度。

由浮子带动的电位计触头B 的位置反映实际水位高度。

A 、B 两点的电位差AB U 反映希望水位的偏差。

当实际低于希望水位时，0AB U >。

通过放大器驱动电动机转动，开大进水阀门，使进水量1Q 增加，从而使水位上升。

当实际水位上升到希望位置时，A 、B 两个触头在同一位置，0AB U =，电动机停止转动，进水阀门开度不变，这时进水量1Q 和出水量2Q 达到平衡位置。

若实际水位高于
希望水位，0AB U <，则电动机使进水阀门关小，使进水量减少，实际水位下降。

（5分）
这个系统是个典型的镇定系统，在该系统中：控制量希望水位的设定值被控制量实际水位扰动量出水量2Q
被控对象水池
测量元件浮子
比较元件电位器
放大元件放大器
执行元件电动机、减速器、进水阀门（5分）
系统的方框图如图1-2所示。

控制系统中各元件的分类和方框图的绘制不是唯一的，只要能正确反映其功能和运动规律即可。

图1-2 水池水位控制系统方框图
（5分）。