自动控制原理 第一章(2015)汇总
(完整版)自动控制原理第1章习题参考答案
第1章习题参考答案1-1 自动控制系统通常由哪些环节组成？它们在控制过程中担负什么功能?解:见教材P4-1-2 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。
解:见教材P4-61-7题1-7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原理方框图。
解:当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与开门实际位置间的偏差电压，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,系统原理方框如下图所示。
电桥电路放大器电动机绞盘大门_期望门位实际门位仓库大门控制系统原理方框图1-8 电冰箱制冷系统工作原理如题1-8图所示。
试简述系统的工作原理，指出系统的被控对象、被控量和给定量，画出系统原理方框图。
题1-8图电冰箱制冷系统工作原理题1-7图仓库大门自动开闭控制系统原解: 电冰箱制冷系统结构如下图电冰箱制冷系统结构图系统的控制任务是保持冰箱内温度c T 等于给定温度r T 。
冰箱体是被控对象；箱内温度是被控量，希望的温度r T 为给定量（由电位器的输出电压r U 对应给出）；继电器、压缩机、蒸发器、冷却器所组成制冷循环系统起执行元件的作用。
温度控制器中的双金属温度传感器（测量元件）感受冰箱内的温度并转换为电压信号c U ，与控制器旋钮设定的电位器输出电压r U （对应于希望温度r T ）相比较，构成偏差电压c r U U U -=∆（表征希望温度与实际温度的偏差），控制继电器K 。
当U ∆大到一定值时，继电器接通，压缩机启动，将蒸发器中的高温低压制冷剂送往冷却器散热，降温后的低温低压制冷剂被压缩成低温高压液态进入蒸发器，急速降压扩展成气体，吸收箱体内的热量，使箱体的温度下降；而高温低压制冷剂又被吸入冷却器。
自动控制原理目录
第一章绪论（6学时）
微型计算机发展概况、数制和码制。
第二章 8086 系统结构（8学时）
8086CPU结构、8086CPU的引脚及其功能、8086存储器组织、8086系统配置、8086CPU 时序。
第三章 8086的寻址方式和指令系统（10学时）
8086的寻址方式、指令的机器码表示方法、8086的指令系统。
第四章汇编语言程序设计（10学时）
汇编语言程序格式、MASM中的表达式、伪指令语句、程序设计方法、DOS系统功能调用。
第五章存储器（6学时）
存储器分类、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、CPU与存储器的连接。
第六章 I/O接口和总线（6学时）
I/O接口的功能、简单的输入输出芯片、I/O端口及其编址方式、I/O端口地址译码、CPU 与外设间的数据传送方式。
第七章可编程外围接口芯片8255A及应用（4学时）
8255A的结构和功能、8255A的控制字及初始化编程、8255A工作方式和C口状态字、8255A的应用举例。
第八章可编程计数器/定时器8253及应用（4学时）
8253的内部结构与引脚信号、8253的初始化编程、8253的工作方式、8253与系统的连接、8253的应用举例。
第九章微型计算机中断系统（8学时）
中断处理过程、中断优先级和中断嵌套、可编程中断控制器8259A。
第十章 A/D、D/A转换（6学时）
A/D转换器工作原理、D/A转换器工作原理、转换器与CPU连接。
第十一章高档微处理器（6学时）
CPU内部结构、管脚信号说明、寄存器组成。
(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弊端.解答： 1 开环系统(1)长处 :构造简单，成本低，工作稳固。
用于系统输入信号及扰动作用能早先知道时，可获得满意的成效。
(2)弊端：不可以自动调理被控量的偏差。
所以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长处：不论因为扰乱或因为系统自己构造参数变化所惹起的被控量偏离给定值，都会产生控制作用去消除此偏差，所以控制精度较高。
它是一种按偏差调理的控制系统。
在实质中应用宽泛。
⑵弊端：主要弊端是被控量可能出现颠簸，严重时系统没法工作。
1-2什么叫反应？为何闭环控制系统常采纳负反应？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应。
闭环控制系统常采纳负反应。
由1-1 中的描绘的闭环系统的长处所证明。
比如，一个温度控制系统经过热电阻（或热电偶）检测出目前炉子的温度，再与温度值对比较，去控制加热系统，以达到设定值。
1-3试判断以下微分方程所描绘的系统属于何种种类（线性，非线性，定常，时变）？2 d 2 y(t)3 dy(t ) 4y(t ) 5 du (t ) 6u(t )（1）dt 2 dt dt（2） y(t ) 2 u(t)（3）t dy(t) 2 y(t) 4 du(t) u(t ) dt dtdy (t )u(t )sin t2 y(t )（4）dtd 2 y(t)y(t )dy (t ) （5）dt 2 2 y(t ) 3u(t )dt（6）dy (t ) y 2 (t) 2u(t ) dty(t ) 2u(t ) 3du (t )5 u(t) dt（7）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表示图， 图中 Q1，Q2 分别为进水流量和出水流量。
控制的目的是保持水位为必定的高度。
完整版)自动控制原理知识点汇总
完整版)自动控制原理知识点汇总自动控制原理总结第一章绪论在自动控制中，被控对象是要求实现自动控制的机器、设备或生产过程，而被控量则是表征被控对象工作状态的物理参量或状态参量，如转速、压力、温度、电压、位移等。
控制器是由控制元件组成的调节器或控制装置，它接受指令信号，并输出控制作用信号于被控对象。
给定值或指令信号r(t)是要求控制系统按一定规律变化的信号，是系统的输入信号。
干扰信号n(t)又称扰动值，是一种对系统的被控量起破坏作用的信号。
反馈信号b(t)是指被控量经测量元件检测后回馈送到系统输入端的信号。
偏差信号e(t)是指给定值与被控量的差值，或指令信号与反馈信号的差值。
闭环控制的主要优点是控制精度高，抗干扰能力强。
但是使用的元件多，线路复杂，系统的分析和设计都比较麻烦。
对控制系统的性能要求包括稳定性、快速性和准确性。
稳定性和快速性反映了系统的过渡过程的性能，而准确性则是衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。
第二章控制系统的数学模型拉氏变换是一种将时间域函数转换为复频域函数的数学工具。
单位阶跃函数1(t)、单位斜坡函数、等加速函数、指数函数e-at、正弦函数sinωt、余弦函数cosωt和单位脉冲函数(δ函数)都有其典型的拉氏变换。
拉氏变换的基本法则包括线性法则、微分法则、积分法则、终值定理和位移定理。
传递函数是线性定常系统在零初始条件下，输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比，称为系统或元部件的传递函数。
动态结构图及其等效变换包括串联变换法则、并联变换法则、反馈变换法则、比较点前移“加倒数”和比较点后移“加本身”，以及引出点前移“加本身”和引出点后移“加倒数”。
梅森公式是一种求解传递函数的方法，典型环节的传递函数包括比例(放大)环节、积分环节、惯性环节、一阶微分环节、振荡环节和二阶微分环节。
第三章时域分析法时域分析法是一种分析控制系统时域特性的方法。
其中，时域响应包括零状态响应和零输入响应。
自动控制原理第一章20150301
❖ PID控制器
解决方法：1939 年，Foxboro 仪器公司为了克服静 态偏差问题，手动增强调节系统的比例作用，使得 系统调节“恰好”弥补偏差。他们称之为“重置” （Reset）。后来人们专门设置了自动重置技术 （Automatic reset），每一时刻都根据上一时刻的 偏差，自动修改系数，在偏差不为零的时候，执行 机构一直动作下去，这就是积分作用（I）。
第二阶段。20世纪60～70年代，称为“现代控制理论” 时期。
第三阶段。20世纪70年代末至今。向着“大系统理论”和 “智能控制”方向发展。
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1、20世纪之前：科学家的早期探索
❖ 我国北宋时期(1086～1089年)天文学家苏颂、韩公 廉建造了水运仪象台 十七-十早八期世的纪蒸，汽动机力工装作置效成率为太研低究，重难点以，推风广车技术 和蒸气机取得突破发展。
自动控制原理
主讲 韩敏
E-mail：
助 课 许美玲
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第一章 自动控制的基本概念（2学时）
控制系统导论，反馈控制系统的工作原理、分类 方法、基本要求。
第二章 系统的数学模型（8学时）
控制系统数学模型，控制系统微分方程的建立及非 线性方程的线性化。
第三章 时域分析 （8学时）
控制系统的时域分析法，典型输入信号，系统的性 能指标，一阶系统的瞬态响应分析，系统稳定性分 析。
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第七章 非线性控制系统 （10学时） 非线性系统理论，非线性系统的特点、研究方法， 典型非线性特性的数学描述及特性。 第八章 离散控制系统 （10学时） 线性离散控制系统，系统分类，采样过程的数学描 述，采样定理，零阶保持器。
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第一章 自动控制的基本概念
Chapter 1 The basic concept of automatic control
自动控制原理第一章
为克服上述的缺点，可在原系统中增加一些设备而组成较完善 的自动控制系统，如图1－3所示。这里，浮子仍是测量元件， 连杆起着比较作用，它将期望水位与实际水位两者进行比较， 得出误差，并以运动的形式推动电位器的滑块作上下移动。电 位器输出电压的高低和极性充分反映出误差的性质（大小和方 向）。电位器输出的微弱电压经放大器放大后用以控制直流伺 服电动机，其转轴经减速器降速后拖动进水阀门，作为施予系 统的控制作用.
2003.6
二、自动控制系统中常用的名词术语
系统：自动控制系统是由被控对象和自动控制装置按一定方式 连结起来的，以完成某种自动控制任务的有机整体。 输入信号：指参考输入，又称给定量或给定值，它是控制着输 出量变化规律的指令信号。 输出信号：指被控对象中要求按一定规律变化的物理量，又称 被控量，它与输入量之间保持一定函数关系。 反馈信号：由系统输出端取出并反向送回系统输入端的信号。 有主反馈和局部反馈之分。
2003.6
图1－1所示是人工控制水位保 持恒定的供水系统。水池中的水 源源不断地经出水管道流出，以 供用户使用。随着用水量的增多， 水池中的水位必然下降。这时， 若要保持水位高度不变，就得开 大进水阀门，增加进水量以作补 充。在本例中，进水阀门的开启 程度（简称开度）并非不是一成 不变度，而是根据实际水位的多 少（它发应出用水量的大小）进 行操作的。
2003.6
二、开环控制系统 控制系统从信号传送的特点或系统的结构形式来看，可分 为开环控制系统和闭环控制系统两大类。 图1－4所示的他激直流电动机转速控制系统就是一种开 控制系统。它的任务是控制直流电动机以恒定的转速带动负载 工作。系统的工作原理是：调节电位器Rw的滑块，使其给定 某个参考电压ur。该电压经电压放大和功率放大后成为ua，再 送往电动机的电枢，作为控制电动机转速之用。由于他激直流 电动机的转速n与电枢电压ua成正比（对同一负载而言），因 此，当负载转矩Mc不变时，只要改变给定电压ur，便可得到 不同的电动机转速n。换言之， ur与n具有一一对应的函数关 系。
自动控制原理目录(1-5)
自动控制原理(普通高等教育十一五国家级规划教材)目录-------------------------------------------------------------------------------- 第一章自动控制概述1.1引言1.2自动控制系统的初步概念1.3自动控制系统的分类1.3.1开环控制和闭环控制1.3.2伺服系统.定值控制系统和程序控制系统1.3.3控制系统的其他类型1.4控制系统的组成及对控制系统的基本要求1.4.1控制系统的基本组成1.4.2对控制系统的基本要求习题第二章系统的数学模型2.1控制系统微分方程的建立2.2传递函数2.2.1传递函数的定义2.2.2关于传递函数的几点说明2.2.3基本环节及其传递函数2.2.4电气网络的运算阻抗与传递函数2.3控制系统的框图和传递函数2.3.1框图的概念和绘制2.3.2框图的变换规则2.3.3闭环系统的传递函数2.3.4框图的化简2.3.5梅森增益公式2.3.6机电装置的传递函数2.4非线性方程的线性化习题第三章控制系统的时域分析法3.1引言3.1.1典型输入信号3.1.2单位冲激响应3.1.3系统的时间响应3.1.4时间响应的性能指标3.2一阶系统的时域分析3.2.1一阶系统的单位阶跃响应3.2.2一阶系统的单位斜坡响应3.2.3单位冲激响应3.3二阶系统的时域分析3.3.1二阶系统的典型形式3.3.2二阶系统的单位阶跃响应3.3.3二阶欠阻尼系统的动态性能指标3.3.4二阶系统计算举例3.3.5二阶系统的单位冲激响应3.3.6二阶系统的单位斜坡响应3.3.7初始条件不为零时二阶系统的时间响应3.4高阶系统的时间响应概述3.5控制系统的稳定性3.5.1稳定的概念3.5.2线性定常系统稳定的充分必要条件3.5.3劳思稳定判据3.6控制系统的稳态误差3.6.1稳态误差的基本概念3.6.2利用终值定理求稳态误差3.6.3系统的型别与参考输入的稳态误差3.6.4扰动信号的稳态误差3.6.5动态误差系数法3.7复合控制3.7.1按输入补偿的复合控制3.7.2按扰动补偿的复合控制习题第五章频率特性法5.1频率特性的初步概念5.2频率特性的图形5.2.1极坐标图5.2.2对数频率特性图5.2.3最小相位系统5.2.4Nichols图5.3Nyquist稳定判据5.3.1完整的频率特性极坐标图5.3.2Nyquist稳定判据5.3.3用开环伯德图判定闭环稳定性5.4控制系统的相对稳定性5.4.1相位裕度5.4.2幅值裕度5.5闭环频率特性图5.5.1闭环频率特性图5.5.2等M圆5.5.3非单位反馈系统的闭环频率特性5.6频率特性与控制系统性能的关系5.6.1控制系统的性能指标5.6.2二阶系统性能指标间的关系5.6.3高阶系统性能指标间的关系5.6.4开环对数幅频特性与性能指标间的关系5.7控制系统设计的初步概念5.8PID控制器简述5.8.1比例(P)控制器5.8.2比例微分(PD)控制器5.8.3积分(I)控制器5.8.4比例积分(PI)控制器5.8.5比例积分微分(PID)控制器5,9超前补偿5.9.1超前补偿网络的特性5.9.2超前补偿网络设计5.10滞后补偿5.10.1滞后补偿网络的特性5.10.2滞后补偿网络设计5.11滞后超前补偿..5.11.1滞后超前网络的特性5.11.2补偿原理与设计步骤5.12串联补偿网络的期望幅频特性设计方法5.13反馈补偿5.13.1反馈的功能5.13.2反馈补偿网络的设计5.14电子放大器的数学模型与补偿方法5.14.1电子放大器的数学模型5.14.2放大器的内部补偿5.14.3放大器的外部补偿习题。
自动控制原理(第一章)
Automatic Control Theory——Basic Concept of Automatic Control Theory——Basic
① 恒值控制系统
系统的输入量是一个常值，要求被控量也等于一个 系统的输入量是一个常值，要求被控量也等于一个 一个常值 常值。 常值。 基本任务：当出现扰动时， 基本任务：当出现扰动时，使得系统的输出量保持 恒定的希望值。 为恒定的希望值。
Automatic Control Theory——Basic Concept of Automatic Control Theory——Basic
1-1 自动控制的基本原理
1） 自动控制技术及其应用 ）
控制器 自动控制(Automatic Control)是指在没有人直接参 是指在没有人直接参 自动控制 是指在 的情况下， 机器、 与的情况下，利用外加的设备和装置，使机器、 设备或生产过程的某个工作状态或参数，自动地 按照预定的规律运行。 按照预定的规律运行。
1-2 自动控制系统示例
函数记录仪 飞机-自动驾驶仪系统 飞机 自动驾驶仪系统 电阻炉微型计算机温度控制系统 锅炉液位控制系统
Automatic Control Theory——Basic Concept of Automatic Control Theory——Basic
1-3 自动控制系统的分类
Automatic Control Theory——Basic Concept of Automatic Control Theory——Basic
2）快速性 ）
对控制系统过渡过程的时间的要求。 对控制系统过渡过程的时间的要求。
期望 温度
大脑
手 眼睛
调压器
恒温箱
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第一章 自动控制的一般概念
你心中的自动
1.1.1 自动控制技术及其应控用制是什么？
1. 自动控制（Automatic control）
是指在没有人直接参与的情况下， 利用外加的设备或装置（称控制装置 或控制器），使机器、设备或生产过 程（统称被控对象）的某个工作状态 或参数（即被控量）自动地按照预定 的规律运行。
要使受控制对象的被控变量高品质地按照预定的 规律变化，面临的以下两大问题：
1）受控系统的特性难于满足要求；
2）存在扰动和不确定性因素制约控制系统性能 的提高
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
自动控制理论学科以及本课程具有的特点：
1）自动控制理论研究的是自动控制系统运动的一 般规律（共性）和分析、设计的基本方法； 2）自动控制理论讨论的中心问题是控制系统的性 能； 本课程是一门方法论的技术基础课。讨论的重点 是分析和综合自动控制系统的基本理论和基本方法 。
自动控制原理
1.1.2 自动控制科学
第一章 自动控制的一般概念
2020/10/5
自动控制理论
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自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
例1 水温人工控制系统
系统的构蒸成汽： 通受过控热对传象导手:器水动箱 件调把节热阀量门传的递开 给度被水，控,从水制而的量调温:水节度温 与控蒸蒸制汽汽量的的流:阀流量门量,来开度 成（控正制蒸比水汽.的流温量度）.
但人工难以实现稳定的高质量控制.
第一章 自动控制的一般概念
采摘机器手
弹琴
自动控制原理
机器人外科手术系统
第一章 自动控制的一般概念
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念 基于GPS的无人驾驶自动插秧机器人
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
日本的“ASIMO”能走、跑、上下楼 梯、踢足球、跳舞、避障、 “交际”、 “接待”等
2020/10/5
自动控制理论
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自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
1.1 自动控制的基本原理与方式
1.1.1 自动控制及其应用 1.1.2 自动控制科学 1.1.3 反馈控制原理 1.1.4 反馈控制系统的结构 1.1.5 自动控制系统的控制方式
2020/10/5
自动控制理论
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自动控制原理
钢 铁 生 产
第一章 自动控制的一般概念
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
柔性制造系统与自动化工厂
自动搬运车
自动立 体仓库
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
工业机器人：装配、搬运、焊接、喷漆、钻孔等
自动控制原理
其他机器人：
第一章 自动控制的一般概念
导盲
加油
处理危险物
自动控制原理
灵巧手
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
例2 水温自动控制系统
系统通中过增电加机了调：
节阀控门制的器开度
控制器
从电而机调节蒸汽 流工入作，原控理制：水的
加 温入度给. 定实信现号没有
检 人 动水测 直实 接温际参控制温与度的. 自 产生控制信号
自动控制原理
水位自动控制系统
流入 Q1
气动阀门
第一章 自动控制的一般概念
无人作战武器系统
自动控制原理
无人机
侦查监视
电 子 战
通信中继
气象探测
美“全球鹰”无人驾驶 侦察机
攻击作战
科研训练
遥感测绘
第一章 自动控制的一般概念
美“无人小鸟”直升机
中国“沉沦者” 无人攻击机
自动控制原理
制 造 系 统
第一章 自动控制的一般概念
数控机床与数控加工中心
自动化生产线与生产车间
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
自动控制原理：
研究各类控制系统的共性问题、共同规律、分析 和设计控制系统的基本理论和方法
讨论的中心问题：控制系统的性能； （属于“方法论”的科学）
研究方法：建模 分析、设计、优化 仿真 实 验
自动控制的核心：反馈方法、系统观点、控制策略
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
工业控制
双容水箱 倒立摆
学术研究与试验
电冰箱 空调 2020/洗10/衣5 机 人体
生活与家居
自动控制理论
返回8
自动控制原理
宇宙飞行：
第一章 自动控制的一般概念
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
1969年7月20日，“阿波罗11号”飞船首次登陆月球时的珍贵图片
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
控制器
浮子
H
•控制任务： 维持水箱内水位恒定；
•受控对象： 水箱、供水系统；
水箱
流出 Q2
•控制装置： 气动阀门、控制器；
•被控量： 水箱内水位的高度；
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
2、自动控制技术的应用
无人驾驶飞机 人造卫星 导弹发射和制导系统
航天航空
数控车床 化学反应炉 机器人
2008年9月25日至28日,中国成功实施了神舟七号载人航天飞行（新化社报道）
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
国防：核心是指挥自动化和武器装备自动化
海陆空天一体的自动化指挥体系
自动控制原理
精确制导武器
第一章 自动控制的一般概念
采用GPS制导的炮弹
激光制导炸弹 制导子弹
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
自动控原理
第一章 自动控制的一般概念
Automatic Control Theory 自动控制理论
School of Information Science and Engineering,CSU
2015.3
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
第一章 绪论
1.1 自动控制的基本原理与方式 1.2 自动控制系统举例 1.3 控制系统的分类 1.4 自动控制系统的基本要求 本章小结
第一章 自动控制的一般概念
自动控制原理 科学研究
第一章 自动控制的一般概念
直线电机二级倒立摆
2020/10/5
自动控制理论
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自动控制原理
家用电器：
第一章 自动控制的一般概念
电扇：控制转速 洗衣机：控制水位、强弱、时间等
电冰箱、空调、电饭煲：控制温度
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
自动控制原理
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
日本的“村田顽童”可行走坡道和S型平衡木、倒车 行走、检测和躲避障碍物等
自动控制原理
第一章 自动控制的一般概念
苏格兰科学家展示新近研制成功的高仿真仿生学假肢。
自动控制原理
交通系统
第一章 自动控制的一般概念
• 安全、快捷、舒适、准点
自动控制原理
智能建筑
通信 电梯 供水 通风 空调 安防 抄表 …