东北大学自动控制原理答案(2008)
东北大学自控课后习题.
1-1试举几个开环与闭环自动控制系统的例子，画出它们的框图，并说明它们的工作原理，讨论其特点。
1-2闭环自动控制系统是由哪些环节组成的？各环节在系统中起什么作用？1-3图P1-1所示，为一直流发电机电压自动控制系统。
图中，1为发电机；2为减速器；3为执行机构；4为比例放大器；5为可调电位器。
（1）该系统由哪些环节组成，各起什么作用？（2）绘出系统的框图，说明当负载电流变化时，系统如何保持发电机的电压恒定。
（3）该系统是有差还是无差系统？（4）系统中有哪些可能的扰动？U的极性接反，成为正反馈系统，对1-4图1-6所示闭环调速系统，如果将反馈电压f系统工作有什么影响？此时各环节工作于什么状态？电动机的转速能否按照给定值运行？1-5图P1-2为仓库大门自动控制系统。
试说明自动控制大门开启和关闭的工作原理。
如果大门不能全开或全关，则怎样进行调整？图P1-1 电压自动控制系统图P1-2 仓库大门控制系统2-1 试求出图P2-1中各电路的传递函数。
图P2-12-2 试求出图P2-2中各有源网络的传递函数。
图P2-22-3 求图P2-3所示各机械运动系统的传递函数。
（1）求图（a ）的 ()()?=s X s X r c （2）求图（b ）的()()?=s X s X r c （3）求图（c ）的()()?12=s X s X （4）求图（d ）的 ()()?1=s F s X图P2-32-4 图P2-4所示为一齿轮传动机构。
设此机构无间隙、无变形，求折算到传动轴上的等效转动惯量、等效粘性摩擦系数和()()()s M s s W 2θ=。
图P2-4 图P2-52-5 图P2-5所示为一磁场控制的直流电动机。
设工作时电枢电流不变，控制电压加在励磁绕组上，输出为电机角位移，求传递函数()()()s u s s W r θ=。
2-6 图P2-6所示为一用作放大器的直流发电机，原电机以恒定转速运行。
试确定传递函数()()()s W s U s U r c =，设不计发电机的电枢电感和电阻。
东大离线自动控制原理 A王建辉参考答案
东北大学继续教育学院自动控制原理试卷（作业考核线上2） A 卷（共 3 页）一、（30分）回答下列各题1、自动控制系统由哪些基本环节组成？各环节的功能是什么？（10分）答：（1）控制对象或调节对象——要进行控制的设备或过程。
（2）执行机构——一般由传动装置和调节机构组成。
执行机构直接作用于控制对象，使被控制量达到所要求的数值。
（3）检测装置或传感器——该装置用来检测被控制量，并将其转换为与给定量相同的物理量。
（4）给定环节——设定被控制量的给定值的装置。
（5）比较环节——将所检测的被控制量与给定量进行比较，确定两者之间的偏差量。
（6）中间环节——一般包括比较环节和校正环节。
2、传递函数适合哪类控制系统？如何定义？（10分）答：传递函数适合线性连续系统。
其定义为：零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。
3、通常有哪几种减小稳态误差的途径？（10分）答：减小稳态误差的途径：增大系统的开环放大系数；提高开环传递函数中的串联积分环节的阶次N；采用补偿的方法——复合控制或前馈控制。
二、（20分）已知系统结构如图1所示，试化简结构图，并求出系统的开环传递函数和闭环传递函数以及误差传递函数。
学习中心：院校学号： 姓名图1解：开环传递函数))((4321G G G G W K -+= 闭环传递函数121234()1()()B G G W G G G G +=++-误差传递函数Ke W W +=11三、（20分）已知一单位负反馈控制系统的开环传递函数为()(1)KK K W s s s τ=+，其单位阶跃响应曲线如图2所示，图中的 1.25m X =， 1.5m t s =。
试确定系统参数K K 及τ值。
图2解由图2可知221 1.51() 1.251%100%100%25%100%()1m n m t x x e x ξωξσ--⎧==⎪-⎪⎨⎪-∞-=⨯=⨯==⨯⎪∞⎩解得 0.42.285 nξω≈⎧⎨≈⎩本系统的开环传递函数整理为()1KK K W s s s ττ=⎛⎫+ ⎪⎝⎭与标准形式()()22nk n W s s s ωξω=+相对比得 22 2.2851 220.4 2.285K n nK ωτξωτ⎧==⎪⎪⎨⎪==⨯⨯⎪⎩解得 2.8560.547 K K τ≈⎧⎨≈⎩四、（20分）试绘制下列环节的对数频率特性。
东北大学自动控制原理 实验一
理论计算与实验测试数据表：
tr
理论 理论
tp
理论
ts
理论
σ
p
K
ω
ξ
实验
实验
实验
实验
信息科学与工程学院 自动化实验室
典型环节及高阶系统 的暂态响应分析
实验一 典型环节暂态响应特性模拟
信息科学与工程学院 自动化实验室
一、实验目的
(1)熟悉数字存储示波器的使用方法。 (2)掌握用运放组成典型环节的电子电路。 (3)测量典型环节的阶跃响应曲线。 (4)通过实验了解典型环节中参数的变化 对输出动态性能的影响。
信息科学与工程学院 自动化实验室
六、实验注意事项
1、输入阶跃给定信号的极性为负，因为 放大器有反向作用。 2、典型环节输出特性曲线的稳态值不要 超过放大器的正限幅值15V，否则将被 削波。 3、在作积分环节和比例积分环节实验时， 要想改变参数观察波形的变化，需将 放大器的输出与虚地A点短接放电，方 能进行下一步实验。 信息科学与工程学院
信息科学与工程学院 自动化实验室
二、实验设备及仪器
(1)DJK01电源控制屏 (2)DJK15控制理论实验挂箱。 (3)TDS2002数字存储示波器 及EDM-168A数字万用表
信息科学与工程学院 自动化实验室
三、实验线路及原理
图中K=R2/R1， T1=R2C1，T2=R3C2。
信息科学与工程学院 自动化实验室
自动化实验室
实验二 二阶系统的暂态响应分析
信息科学与工程学院 自动化实验室
一、实验目的
(1)熟悉二阶模拟系统的组成。 (2)研究二阶系统分别工作在0<<1，=1， 和1三种状态下的单位阶跃响应。 (3)研究增益K对二阶系统单位阶跃响应的 上升时间tr、峰值时间tp、调整时间ts 和超调量σ P的影响。
东北大学自动控制原理简答题汇总
1.闭环控制系统的基本环节及作用：1、给定环节：设定被控制的给定值的装置2、比较环节：将所检测的的被控制量与给定量进行比较，确定两者之间的偏差量3、校正环节：将比较环节的输出量转化为标准信号4、放大环节：将偏差信号变换成适于控制执行机构工作的信号5、执行机构:直接作用于控制对象，使被控量达到所要求的数值6、被控对象或调节对象:指要进行控制的设备或过程7、检测装置或传感器：用来检测被控量，并将其转换为与给定量相同的物理量2.什么是系统的暂态过程？对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加到某一个值时，输出量的暂态过程如何？（1）暂态过程：系统从一个稳态过渡到新的稳态的过渡过程（2）输出量的暂态过程可能有以下几种情况：1.单调过程。
输出量单调变化，缓慢达到新的稳态值。
2.衰减振荡过程。
被控制量变化很快，产生超调，经过几次振荡后，达到新的稳定工作状态。
3.持续振荡过程。
被控制量持续振荡，始终不能达到新的稳定工作状态。
4.发散振荡过程。
被控制量发散振荡，不能达到所要求的稳定工作状态。
3.如何区分线性系统和非线性系统？可以通过线性和非线性各自的特性区分，线性系统具有叠加性和齐次性，非线性系统则不具备以上特性。
非线性系统不仅与系统的结构和参数有关，还与系统的初始条件有关。
4.按给定力量的特征，系统可分成哪几种类型？1.恒值系统。
恒值系统的给定量保持不变。
（输出量恒定不变）2.随动系统。
随动系统中的给定量按照事先未知的时间函数变化。
（输出量跟随给定量的变化，所以也可以叫做同步随动系统）3.程序控制系统。
这种系统的给定量是按照一定的时间函数变化的。
（输出量与给定量的变化规律想同）5.简述控制系统性能指标。
自动控制系统的性能指标通常是指系统的稳定性，稳态性能和暂态性能。
稳定性：自动控制系统的首要条件时系统能稳定正常运行。
稳态性能：系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统控制的准确程度。
暂态性指标：1.最大超调量σ％：输出最大值与输出稳态值的相对误差。
(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。
东北大学19春学期《自动控制原理Ⅰ》在线作业123答案
19春学期《自动控制原理Ⅰ》在线作业1最大超调量越大，说明系统过渡过程越不平稳。
A.是B.否正确答案:A调节时间的长短反映了系统动态响应过程的波动程度，它反映了系统的平稳性。
A.是B.否正确答案:BA.是B.否正确答案:A对于最小相位系统，相位裕度等于零的时候表示闭环系统处于临界稳定状态。
（）A.是B.否正确答案:A开环对数频率特性的中频段反映了系统的稳定性和暂态性能。
（）A.是B.否正确答案:A典型的非线性环节有继电器特性环节、饱和特性环节、不灵敏区特性环节等。
A.是B.否正确答案:A振荡次数越少，说明系统的平稳性越好。
A.是B.否正确答案:A系统结构图等效变换的原则是，换位前后的（）保持不变。
A.输入信号B.输出信号C.反馈信号D.偏差信号正确答案:B上升时间指系统的输出量第一次达到输出稳态值所对应的时刻。
A.是B.否正确答案:A开环对数频率特性的低频段反映了系统的控制精度。
（）A.是B.否正确答案:A在典型二阶系统中，当（）时，系统是不稳定的。
A.AB.BC.CD.D正确答案:DA.是B.否正确答案:B典型二阶系统，（）时为二阶工程最佳参数。
A.AB.BC.CD.D正确答案:B时滞环节在一定条件下可以近似为（）A.比例环节B.积分环节C.微分环节D.惯性环节正确答案:D最大超调量反映了系统的平稳性。
A.是B.否正确答案:A自动控制系统按其主要元件的特性方程式的输入输出特性，可以分为线性系统和非线性系统。
A.是B.否正确答案:A频率特性可分解为相频特性和幅频特性。
（）A.是B.否正确答案:A对于最小相位系统，相位裕度大于零的时候表示闭环系统是不稳定的。
（）A.是B.否正确答案:B在典型二阶系统中，（）时，系统是不稳定的。
A.过阻尼状态B.欠阻尼状态C.临界阻尼状态D.无阻尼状态正确答案:D最大超调量反映了系统的A.稳定性B.快速性C.平稳性D.准确性正确答案:C对于一般的控制系统，输出量的暂态过程中，下列哪种情况是稳定的A.持续振荡过程B.衰减振荡过程C.发散振荡过程D.等幅振荡过程正确答案:B振荡次数越多，说明系统的平稳性越好。
东北大学自动控制原理必备课后简答
第一章1、什么就是自动控制系统？自动控制系统通常由哪些基本环节组成？各环节起什么作用？1) 在无人直接参与下可使生产过程或其她过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。
2) 6部分:控制对象:要进行控制的设备或过程;执行机构:直接作用于控制对象,使被控制量达到所要求的数值;检测装置:检测被控制量;给定环节:设定被控制量的给定值的装置;比较环节:检测的被控制量与给定量比较,确定两者之间的偏差量;中间环节:一般为放大环节,将偏差信号变换成适于控制执行机构执行的信号。
2、试比较开环控制系统与闭环控制系统的优缺点1) 工作原理:开环控制系统不能检测误差,也不能校正误差,控制精度与抑制干扰的性能都比较差,而且对系统参数的变动很敏感。
闭环控制系统可以根据检测误差,从而抗干扰性强。
2) 结构组成:开环系统没有检测设备,组成简单。
闭环系统由于添加了纠正偏差的环节,所以成本较高。
3) 稳定性:开环控制系统的稳定性比较容易解决。
闭环系统中反馈回路的引入增加了系统的复杂性。
3、什么就是系统的暂态过程？对一般的控制系统,当给定量或扰动量突然增加到某一个值时,输出量的暂态过程如何？1) 系统从一个稳态过度到另一个稳态的需要经历的过渡过程。
2) 单调过程;衰减振荡过程;持续振荡过程;发散振荡过程。
第二章1、什么就是系统的数学模型？在自动控制系统中常见的数学模型形式有哪些？1) 描述系统因果关系的数学表达式2) 微分方程、传递函数、状态方程、传递矩阵、结构框图与信号流图。
2、简要说明用解析法编写自动控制系统动态微分方程的步骤。
1) 确定系统的输入量与输出量;2) 从系统的输入端开始,沿着信号传递方向,逐次依据组成系统各元部件的有关物理规律,列写元件或环节的微分方程;3) 消除中间变量,建立只有输入量与输出量及其各阶导数构成的微分方程。
3、什么就是小偏差线性化？这种方法能够解决哪类问题？就就是将一个非线性函数在工作点展开成泰勒级数,略去二次以上的高次项,得到线性化方程,用来替代原来的非线性函数。
东北大学期末考核《自动控制原理》期末考试备战高分题集9
自动控制原理期末考试备战题集一、已知系统结构如图1所示，试化简结构图，并求出系统的开环传递函数和闭环传递函数以及误差传递函数。
)(1S G )(2S G)(3S G)(4S G--+++R(S)Y(S)图1 题二图解：开环传递函数))((4321G G G G W K -+= 闭环传递函数121234()1()()B G G W G G G G +=++-误差传递函数Ke W W +=11二、已知一单位负反馈控制系统的开环传递函数为()(1)KK K W s s s τ=+，其单位阶跃响应曲线如图2所示，图中的 1.25m X =， 1.5m t s =。
试确定系统参数K K 及τ值。
图2 题三图解由图2可知1.5() 1.251%100%100%25%100%()1m m t x x e x σ⎧=⎪⎪⎨⎪-∞-=⨯=⨯==⨯⎪∞⎩解得 0.42.285 nξω≈⎧⎨≈⎩本系统的开环传递函数整理为()1KK K W s s s ττ=⎛⎫+ ⎪⎝⎭与标准形式()()22nk n W s s s ωξω=+相对比得 22 2.2851 220.4 2.285K n nK ωτξωτ⎧==⎪⎪⎨⎪==⨯⨯⎪⎩解得 2.8560.547 K K τ≈⎧⎨≈⎩三、试绘制下列环节的对数频率特性。
(1) ()320s W s s +=+ (2) ()()0.20.02s W s s s +=+解：(1) 203)(++=s s s W 13320120s s +=+ ()13320120j W j j ωωω⎛⎫+ ⎪⎝⎭=+ ()A ω=()arctanarctan320ωωϕω=-()22320lg 20lg 120lg 120320L ωωω⎛⎫⎛⎫=++-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭交接频率为 13ω=, 220ω=。
对数幅频特性分为三段： 10ωω<<，高度为320lg20的水平线； 12ωωω<<，特性斜率为20/dB dec +；2ωω<<∞，特性斜率为0/dB dec 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
自动控制原理部分（60分，75分钟）
一、（25分）简要回答下列各问。
1．（2分）线性系统的主要特点是什么?
答：服从叠加原理
2．（2分）线性连续系统稳定的充要条件是什么？
答：系统的闭环极点具有负实部（即分布在S 左半平面）
3．（8分）什么是无差系统，减小误差的方法通常有哪些?
答：稳态误差为零的系统为无差系统。
减小误差的方法通常有3种：提高开环增益，增加开环中的积分环节个数，采用补偿的办法——复合控制。
4．（3分）用描述函数法分析非线性系统的前提条件是什么？
答：1）系统可以化为非线性部分和线性部分串联的典型结构；
2）非线性部分中的高次谐波的幅值低于基波振幅；
3）线性部分具有低通滤波特性。
5．（5分）试列出5种系统校正的方式。
答：超前、迟后、串联、反馈、前馈、复合、迟后-超前
6．（5分）试述香农采样定理（可以用公式表达）
答：2s m ωω≥，其中s ω为采样频率，m ω为对象的频带宽度。
二、（15分）求图1所示系统的传递函数()/()C s R s 、
()/()C s E s 、()/()E s R s 。
图1 题二图 答：121
()/()(1)K C s R s s s K K =+++ 12()/()(1)
K C s E s s s K =++ 221
(1)()/()(1)s s K E s R s s s K K ++=+++ 三、（20分）图2所示控制系统，当100k =时，绘制系统的开环对
数频率特性（Bode 图），计算相位裕量，判断稳定性。
图2 题三图 解：100()(1)(1)(1)(1)220220
K k
W s s s s s s s ==++++ 14.14c ω≈
()18090arctan arctan 2
20c c c ωωγω=︒-︒-- 9081.9535.60c ω≈︒-︒-︒< 故系统不稳定。