(完整版)自动控制原理第1章习题参考答案
自控第一章习题答案.doc
i -1水箱液im高度控制系统的3种原理方案如图2-i-i所示。
在运行中，希望液面高度H维持不变。
M w W解：(a) ⑶工作原理：当电位器电刷位于中点(对应电压为零)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H。
当液面升高时(H>Ho),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，直到液面恢复给定高度Ho(H=Ho),电动机的停止转动。
反之，若液面降低(H〈H°),则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，直到液面恢复给定高度Ho(H=Ho) o被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位H；给定量:液位的希望值H。
；干扰量：用水量系统是按偏差调节的闭环控制系统。
系统方块图如图所示：工作原理：当流出水量匾变小时，液面的实际水位H升高(H>Ho),浮子也相应升高，通过杠杆调节阀门从而减小流入的水量Q.使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到液面恢复给定高度Ho(H=Ho)o反之，当流出水量Q2变大时，液面的实际水位H降低(IKHo),浮子也相应降低，通过杠杆调节阀门L,从而增大流入的水量Q,使液面逐渐升高，浮子位置也相应升高，直到液面恢复给定高度Ho(H=Ho)o被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位H；给定量:液位的希望值H。
；手排曷.田永昼m系统是按偏差调节的闭环控制系统。
系统方块图如图所示：（c）工作原理：当输出阀门12改变时，通过杠杆调节输入阀门L,改变输入流量Q,使液面高度维持不变（H=H。
）。
被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位H；给定量:液位的希望值H。
；干扰量：输出阀门b系统是按干扰补偿的开环控制系统。
系统方块图如图所示：I - 2仓库大门|'|动控制系统的原理如图 2 - I - 5所示。
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》(李晓秀)习题参考答案 (修复的)
第1章 习题答案1-3题 系统的控制任务是保持发电机端电压U 不变。
当负载恒定发电机的端电压U 等于设定值0U 时，0U ∆=，电动机不动，电位器滑臂不动，励磁电流f I 恒定；当负载改变，发电机的端电压U 不等于设定值0U 时，0U ∆≠，U ∆经放大器放大后控制电动机转动，电位器滑臂移动动，使得励磁电流f I 改变，调整发电机的端电压U ，直到0U U =。
系统框图为：1-4题 （1）在炉温控制系统中，输出量为电炉内温度，设为c T ；输入量为给定毫伏信号，设为r u ；扰动输入为电炉的环境温度和自耦调压器输入电压的波动等；被控对象为电炉；控制装置有电压放大器、功率放大器、可逆电动机、减速器、调压器等。
（2）炉温控制系统的任务是使炉内温度值保持不变。
当炉内温度与设定温度相等时，r u 等于f u ，即0u =，可逆电动机电枢电压为0，电动机不转动，调压器滑臂不动，炉温温度不改变。
若实际温度小于给定温度，0r f u u u =->，经放大后控制可逆电动机转动使调压器滑臂上移，使加热器电压增大，调高炉温；若实际温度大于给定温度，0r f u u u =-<，经放大后控制可逆电动机转动使调压器滑臂下移，使加热器电压减小，降低炉温。
使得f u 和r u 之间的偏差减小甚至消除，实现了温度的自动控制。
1-5题 （1） 在水位控制系统中，输出量为水位高度H ；输入量为给定电压g u ；扰动输入为出水量等。
（2）当实际水位高度H 为设定高度时，与受浮球控制的电位器滑臂位置对应的f u 与给定电压g u 相等，电动机不转动，进水阀门维持不变。
若水位下降，电位器滑臂上移，f u 增大，偏差0g f u u u ∆=-<，经放大后控制电动机逆转调大进水阀门，加大进水量使水位升高；若水位升高降，电位器滑臂下移，f u 减小，偏差0g f u u u ∆=->，经放大后控制电动机正转调小进水阀门，减小进水量使水位下降，实现了水位的自动控制。
(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。
自动控制原理习题及解答
自动控制原理习题及其解答第一章（略） 第二章例2-1 弹簧，阻尼器串并联系统如图2-1示，系统为无质量模型，试建立系统的运动方程。
解：(1) 设输入为y r ，输出为y 0。
弹簧与阻尼器并联平行移动。
(2) 列写原始方程式，由于无质量按受力平衡方程，各处任何时刻，均满足∑=0F ，则对于A 点有其中，F f 为阻尼摩擦力，F K 1，F K 2为弹性恢复力。
(3) 写中间变量关系式 (4) 消中间变量得 (5) 化标准形 其中:215K K T +=为时间常数，单位[秒]。
211K K K K +=为传递函数，无量纲。
例2-2 已知单摆系统的运动如图2-2示。
(1) 写出运动方程式 (2) 求取线性化方程解：（1）设输入外作用力为零，输出为摆角? ，摆球质量为m 。
（2）由牛顿定律写原始方程。
其中，l 为摆长，l ? 为运动弧长，h 为空气阻力。
（3）写中间变量关系式 式中，α为空气阻力系数dtd lθ为运动线速度。
（4）消中间变量得运动方程式0s i n 22=++θθθmg dt d al dtd ml （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。
解：（1）设输入量作用力矩M f ，输出为旋转角速度? 。
（2）列写运动方程式 式中， f ?为阻尼力矩，其大小与转速成正比。
（3）整理成标准形为 此为一阶线性微分方程，若输出变量改为?，则由于代入方程得二阶线性微分方程式例2-4 设有一个倒立摆安装在马达传动车上。
如图2-4所示。
图2-2 单摆运动图2-3 机械旋转系统倒立摆是不稳定的，如果没有适当的控制力作用在它上面，它将随时可能向任何方向倾倒，这里只考虑二维问题，即认为倒立摆只在图2-65所示平面内运动。
控制力u 作用于小车上。
大学_自动控制原理第一版(滕青芳著)课后答案
自动控制原理第一版（滕青芳著）课后答案自动控制原理第一版（滕青芳著）课后答案下载出版说明前言第1章绪论1.1 开环控制系统和闭环控制系统1.1.1 开环控制系统1.1.2 闭环控制系统1.1.3 闭环控制系统示例1.2 闭环控制系统的基本组成1.3 自动控制系统的分类1.3.1 恒值控制系统、随动系统和程序控制系统1.3.2 线性控制系统和非线性控制系统1.3.3 连续控制系统和离散控制系统1.3.4 确定性系统和不确定性系统1.3.5 单输入单输出系统与多输入多输出系统1.3.6 集中参数系统和分布参数系统1.4 自动控制系统的分析和设计1.4.1 控制系统分析1.4.2 控制系统设计1.5 自动控制理论的发展简史1.5.1 经典控制理论阶段1.5.2 现代控制理论阶段小结习题第2章控制系统的数学模型2.1 控制系统的`时域数学模型2.1.1 线性系统微分方程的建立2.1.2 微分方程建立举例2.1.3 线性常系数微分方程的求解2.2 控制系统的复域数学模型2.2.1 传递函数的定义2.2.2 传递函数的一般表达式2.2.3 传递函数的性质2.3 典型环节的传递函数2.3.1 比例环节(Proportional Element) 2.3.2 积分环节(Integrating Element)2.3.3 理想微分环节(Ideal Derivative Element)2.3.4 惯性环节(Inertial Element)2.3.5 比例微分环节(Proportional-Derivative Element) 2.3.6 振荡环节(Oscillating Element)2.3.7 延迟环节2.4 控制系统的结构图2.4.1 功能框图(Block Diagram)2.4.2 系统框图的画法2.4.3 典型自动控制系统的框图2.4.4 框图的等效变换2.5 信号流图2.5.1 信号流图的基本概念2.5.2 信号流图的绘制2.5.3 信号流图的简化2.5.4 梅逊(Mason)公式及应用小结习题第3章控制系统的时域分析3.1 典型输入信号3.1.1 阶跃信号3.1.2 斜坡信号3.1.3 等加速度信号3.1.4 脉冲信号3.1.5 正弦信号3.2 线性系统的时域性能指标3.3 一阶系统的时域分析3.3.1 单位阶跃响应3.3.2 单位速度响应3.3.3 单位加速度响应3.3.4 单位脉冲响应3.4 二阶系统的时域分析3.4.1 传递函数的推导3.4.2 二阶系统的单位阶跃响应3.4.3 二阶系统阶跃响应的动态性能指标 3.4.4 具有零点的二阶系统分析3.4.5 二阶系统的性能改善3.5 高阶系统的时域响应3.5.1 高阶系统的单位阶跃响应3.5.2 闭环零、极点对系统性能的影响3.5.3 利用ZHU导极点估算系统的动态性能指标3.6 控制系统的稳定性3.6.1 稳定性概念3.6.2 线性系统稳定的充要条件3.6.3 线性系统稳定的必要条件3.6.4 代数稳定性判据3.6.5 劳斯稳定判据的应用3.7 控制系统的稳态误差3.7.1 误差和稳态误差3.7.2 给定作用下的稳态误差3.7.3 给定作用下动态误差系数3.7.4 扰动作用下的稳态误差3.7.5 扰动作用下动态误差系数3.8 用MATLAB对线性系统进行时域响应分析小结习题自动控制原理第一版（滕青芳著）：内容简介点击此处下载自动控制原理第一版（滕青芳著）课后答案自动控制原理第一版（滕青芳著）：目录本书全面地阐述了自动控制的基本理论与应用。
(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。
自动控制原理第一章习题解答
自编自控教材习题解答第一章1-2 图1-17 是液位自动控制系统原理示意图。
图中SM为执行电动机。
试分析系统的工作原理，指出该系统参考输入、干扰量、被控对象、被控量、控制器，并画出系统的方框图。
图1-17 习题1-2 液位自动控制系统【解】系统参考输入：预期液位；被控对象：水箱；被控量：水箱液位；控制器：电动机减速器和控制阀门；干扰量：用水流量Q2。
系统的方块图如下注意：控制系统的工作过程是在原物理系统中提炼出的控制流程，与原系统的物理组成不是完全对应的。
有部分同学认为控制阀门是被控对象，只有阀门开度变化才有液位的变化。
实际上它应该是执行机构，操纵它来改变被控对象的被控制量。
1-3在过去，控制系统常常以人作为闭环控制系统的一部分，图1-18是人在回路中的水位控制示意图，试画出该控制系统的方框图。
图1-18 习题1-3 阀门控制系统【解】略1-4图1-19是仓库大门自动控制系统原理图。
试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统的方块图。
图1-19 习题1-4 仓库大门自动系统【解】系统参考输入：给定门状态；被控对象：门；被控量： 门位置；控制器：放大器、伺服点击绞盘；系统的方块图如下1-5 图1-20为水温控制系统示意图。
冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。
冷水流量变化用流量计测量。
试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？指出该系统的参考输入、干扰量、被控对象和控制装置各是什么？图1-20 习题1-5 水温控制系统示意图【解】该系统的参考输入：给定温度；干扰量：冷水流量的变化；被控对象：热交换器；被控量：交换器的水温；控制装置：温度控制器，此时控制器的输出不仅与实际水温有关而且和冷水的流量有关，所以该系统不仅是反馈控制而是反馈+前馈的复合控制方式。
它的主要目的是一旦冷水流量增大或减少时，及时调整蒸汽流量，不用等到水温降低或升高实际给定后再调节，所以可提高系统对扰动的能力。
- 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)。
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P4-6
1-7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。
如此循环，使冰箱达到制冷的效果。
电冰箱控制系统的原理方框图如下图所示。
电冰箱控制系统的原理方框图。