《自动控制原理》作业
(整理)自动控制原理习题
《自动控制原理》习题习题11有一水位控制装置如图所示。
试分析它的控制原理，指出它是开环控制系统闭环控制系统？说出它的被控量，输入量及扰动量是什么？绘制出其系统图。
2 某生产机械的恒速控制系统原理如图所示。
系统中除速度反馈外，还设置了电流正反馈以补偿负载变化的影响。
试标出各点信号的正负号并画出框图。
3图示为温度控制系统的原理图。
指出系统的输入量和被控量，并画出系统框图。
4.自动驾驶器用控制系统将汽车的速度限制在允许范围内。
画出方块图说明此反馈系统。
5.双输入控制系统的一个常见例子是由冷热两个阀门的家用沐浴器。
目标是同时控制水温和流量，画出此闭环系统的方块图，你愿意让别人给你开环控制的沐浴器吗？6.开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？7.反馈控制系统的动态特性有哪几种类型？生产过程希望的动态过程特性是什么？习题21 试分别写出图示各无源网络的传递函数。
习题1图2 求图示各机械运动系统的传递函数。
(1)求图a的＝？(2)求图b的＝？(3) 求图c的＝？习题2图3 试分别写出图中各有源网络的传递函数U2(s)/ U1(s)。
习题3图4交流伺服电动机的原理线路和转矩－转速特性曲线如图所示。
图中，u为控制电压．T 为电动机的输出转矩。
N为电动机的转矩。
由图可T与n、u呈非线性。
设在某平衡状态附近用增量化表示的转矩与转速、控制电压关系方程为k n、k c为与平衡状态有关的值，可由转矩－转速特性曲线求得。
设折合到电动机的总转动惯量为J，粘滞摩擦系数为f，略去其他负载力矩，试写出交流伺服电动机的方程式并求输入为u c，输出为转角θ和转速为n时交流伺服电动机的传递函数。
习题4图5图示一个转速控制系统，输入量是电压V，输出量是负载的转速 ，画出系统的结构图，并写出其输入输出间的数学表达式。
习题5图6 已知一系统由如下方程组组成，试绘制系统框图，求出闭环传递函数。
7 系统的微分方程组如下：其中K0，K1，K2，T均为正常数。
自动控制原理期末作业
自动控制原理作业3-16.一种新型轮椅装有一种非常实用的速度控制系统，使颈部以下有残疾的人士也能自行驾驶这种轮椅，该系统在头盔上以90度间隔安装了四个速度传感器，用来指示前后左右四个方向，头盔传感器系统的综合输出与头部运动的幅值成正比。
图3-51给出了该控制系统的结构图，其中时间常数T1=0.5s ，T3=1s ，T4=0.25s 。
要求：1）确定使系统稳定的K 的取值（K=K1K2K3）；2）确定增益K 的取值，使系统单位阶跃响应的调节时间等于4s(Δ=2‰),计算此时系统的特征根，并用MATLAB 方法确定系统超调量σ%和调节时间ts(Δ=2‰).图3-51 轮椅控制系统解：（1）是系统稳定的K 值范围。
由系统结构图得知，系统开环传递函数81478)1)(125.0)(15.0(321)(23++=+++=S S S KS S S K K K s G闭环传递函数：)1(81478)(23k s s s ks +++=φ闭环特征方程：0)1(8147)(23=++++=k s s s s D实际速度预期速度劳斯表：)1(87890)1(87141023k s ks k s s +-+ 由劳斯判断知：使闭环稳定的K 值范围：-1<K<11.25 （2）确定使t=4S 时的K 值及特征根。
由于44.4==ns t ξω （Δ=2%）可得1.1=n ξω，所以希望特征方程为：)2.2()2.2()2.2)(()2)((22232222=+++++=+++=+++nn n n n b s b s b s s s b s s b s ωωωωξω但实际闭环系统特征方程为：0)1(81473)(2=++++=k s s s s D比较希望方程与实际特征方程可得：142.272.22=+=+b b nω )1(82k b n+=ω 解得：b=4.8 85.1n ω K=1.05此时闭环特征方程跟为：0)42.32.2)(8.4(2=+++s s s 所以系统的特征根是： S 1,2=--1.1+-j1.49, S 3=-4.8用MATLAB 验证： 系统的特征根为：P 1.2 =-1.1035+-j1.4816 P 3 =-4.7929 绘出的单位阶跃响应曲线如图，并可测得：超调量σ%=8.78%，调节时间t 3 =3.44s （Δ=2%）>> T1=0.5;T3=1;T4=0.25;K=1.05; >> num1=[K];den1=[T1 1];>> num2=[1];den2=[T3*T4 T3+T4 1]; >> [numc,denc]=series(num1,den1,num2,den2); >> [num,den]=cloop(numc,denc) num =0 0 0 1.0500den =0.1250 0.8750 1.7500 2.0500>> roots(den)ans =-4.7929 + 0.0000i-1.1035 + 1.4846i-1.1035 - 1.4846i>> t=0:0.01:10;>> figure>> step(num,den,t);>> grid5-18.在脑外科，眼外科等手术中，患者肌肉的无意识运动可能会导致灾难性后果。
大工春《自动控制原理》在线作业
大工11春《自动控制原理》在线作业1一、单选题（共10 道试题，共50 分。
）1. 判定一个系统是否稳定有多种方法，其中不包括()。
A. 劳斯判据法B. 奈奎斯特判据法C. 李雅普诺夫第二方法D. 信号流图法2. 当二阶系统为()响应时，系统的特征根为共轭虚根。
A. 欠阻尼B. 过阻尼C. 无阻尼D. 临界阻尼3. 若系统劳斯阵列表的第k行所有系数()，则系统要么不稳定，要么处于临界稳定状态。
A. 均为零B. 均为1C. 不为零D. 恒定4. 测速发电机属于()。
A. 比例环节B. 惯性环节C. 积分环节D. 振荡环节5. 下列哪种输入信号属于斜坡函数()。
A. 突然转换B. 突然合闸C. 负荷突变D. 数控机床加工斜面的进给指令6. 电枢控制的直流电动机属于()。
A. 一阶系统B. 二阶系统C. 三阶系统D. 四阶系统7. ()是经典控制理论中最基本也是最重要的概念。
A. 传递函数B. 频率法C. 根轨迹法D. 微分方程8. ()又称为参考输入。
A. 给定值B. 被控量C. 反馈通道D. 前向通道9. 高阶系统找到一对()就可近似地当作二阶系统来分析。
A. 主导零点B. 主导极点C. 共轭复数主导极点D. 共轭实数主导极点10. 用()建立模型时，是通过系统本身机理的分析确定模型的结构和参数，从理论上推导出系统的数学模型。
A. 数学法B. 差分法C. 演绎法D. 归纳法二、判断题（共10 道试题，共50 分。
）1. 如果系统受到扰动，偏离了平衡点，但当扰动消失后，能回到原平衡点，称这个系统是稳定的。
B. 正确2. 一般对有超调的系统常定义响应曲线的上升时间从稳态值10%-90%所需时间。
A. 错误3. 传递函数的零点、极点分布图表征了系统的动态性能。
B. 正确4. 过阻尼系统反应迟钝，动作缓慢，所以一般控制系统都不设计成过阻尼系统。
B. 正确5. 前向通路的各增益乘积称为前向通路增益。
B. 正确6. 静态条件是指变量的各阶导数为零。
自动控制原理作业习题
《自动控制原理》作业习题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1-4图1-6所示闭环调速系统，如果将反馈电压f系统，对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。
自动控制原理作业及答案.
j (1
15 j 2)(1
j
6)
A constant gain K=15 20lg K 23.5dB A pole at origin slope: -20dB/dec A pole at ω=2 slope: -20dB/dec A pole at ω=6 slope: -20dB/dec
③ A pole at ω= 2
slope: -20dB/dec
④ A zero at ω= 3
slope: 20dB/dec
⑤ A pole at ω= 4
slope: -20dB/dec
⑥ A zero at ω= 5
《自动控制原理》
slope: 20dB/dec
第五章 控制系统的频域分析
(1) Logarithm magnitude frequency characteristic Asymptote
101
/ rad / sec
第五章 控制系统的频域分析
2. A control system has an open-loop transfer function G(s)H (s) (s 3)(s 5) s(s 2)(s 4)
Sketch Bode diagram of the system.
6)
15
《自动控制原理》
K1 15 Select K1 15
第五章 控制系统的频域分析
(2) Draw the Bode plot of K1GH0( j) , and evaluate c0 , pm0 and GM0 .
K1GH0( j)
K1G0( j)
180 j( j 2)( j 6)
自动控制原理作业
⾃动控制原理作业⾃动控制原理作业1、下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。
2、下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。
3、⽤离⼼调速器的蒸汽机转速控制系统如图所⽰。
其⼯作原理是：当蒸汽机带动负载转动的同时，通过圆锥齿轮带动⼀对飞锤作⽔平旋转。
飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动，套筒内装有平衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠杆，杠杆另⼀端通过连杆调节供汽阀门的开度。
在蒸汽机正常运⾏时，飞锤旋转所产⽣的离⼼⼒与弹簧的反弹⼒相平衡，套筒保持某个⾼度，使阀门处于⼀个平衡位置。
如果由于负载增⼤使蒸汽机转速ω下降，则飞锤因离⼼⼒减⼩⽽使套筒向下滑动，并通过杠杆增⼤供汽阀门的开度，从⽽使蒸汽机的转速回升。
同理，如果由于负载减⼩使蒸汽机的转速ω增加，则飞锤因离⼼⼒增加⽽使套筒上滑，并通过杠杆减⼩供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。
这样，离⼼调速器就能⾃动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速ω保持在某个期望值附近。
指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的⽅框图。
4、电压调节系统如图所⽰：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。
5、下图为函数记录仪函数记录仪是⼀种通⽤记录仪,它可以在直⾓坐标上⾃动描绘两个电量的函数关系。
同时,记录仪还带有⾛纸机构,⽤以描绘⼀个电量对时间的函数关系。
请说明其组成、⼯作原理。
并画出系统⽅框图。
6、下图为⽕炮⽅位⾓控制系统原理图，请说明其⼯作原理，并画出系统⽅框图。
7、试⽤梅逊公式法化简下⾯动态结构图，求如图所⽰系统的传递函数)()(s R s C 。
8、试⽤梅逊公式法求如图所⽰系统的传递函数)()(s R s C 。
9、⽅框图如图所⽰，⽤梅逊公式化简⽅框图求)()(s R s C 。
10、已知系统⽅程组如下：=-=-=--=)()()()()]()()([)()]()()()[()()()]()()[()()()(3435233612287111s X s G s C s G s G s C s X s X s X s G s X s G s X s C s G s G s G s R s G s X 试绘制系统结构图，并求闭环传递函数)() (s R s C 。
大工14秋《自动控制原理》在线作业1答案
自动控制原理大工14秋《自动控制原理》在线作业1 一,单选题1. 控制系统的动态模型不包括()。
A. 微分方程B. 偏微分方程C. 差分方程D. 恒值?正确答案：D2. 弹簧-质量-阻尼器系统属于()。
A. 一阶系统B. 二阶系统C. 三阶系统D. 四阶系统?正确答案：B3. 电位器可认为是()。
A. 比例环节B. 惯性环节C. 积分环节D. 振荡环节?正确答案：A4. 对于线性定常系统的性能分析不包括()。
A. 常值B. 动态性能C. 稳定性D. 稳态误差?正确答案：A5. ()接受控制量并输出被控量。
A. 被控对象B. 比较装置C. 计算装置D. 放大装置?正确答案：A6. 目前，非线性系统在工程上常用的分析方法不包括()。
A. 相平面法B. 相轨迹法C. 描述函数法D. 逆系统法?正确答案：B7. 求解离散函数的Z变换不包括()方法。
A. 级数求和法B. 部分分式法C. 留数求和法D. 留数计算法?正确答案：C8. 判别一个系统是否稳定有多种方法，其中不包括()。
A. 劳斯判据法B. 奈奎斯特判据法C. 李雅普诺夫第二方法D. 拉普拉斯法?正确答案：D9. 等速采样也称为()。
A. 等效采样B. 周期采样C. 等频率采样D. 数字采样?正确答案：B10. ()适合于研究给定初始状态的二阶自由运动系统。
A. 相平面法B. 相轨迹法C. 描述函数法D. 逆系统法?正确答案：A二,判断题1. 电冰箱可用一阶微分方程描述其动态过程。
A. 错误B. 正确?正确答案：B2. 控制系统的数学模型有动态模型和静态模型之分。
A. 错误B. 正确?正确答案：B3. 如果信号流图有多个回路，各回路之间没有任何公共节点，则称为不接触回路。
A. 错误B. 正确?正确答案：B4. 振荡环节在动态过程中两个储能元件不能进行能量交换。
A. 错误B. 正确?正确答案：A5. 在正弦输入信号下，非线性系统可能呈现出分频振荡。
自动控制原理大作业完成版
一、 设计任务书设计任务是考虑到飞机的姿态控制问题，姿态控制转换简化模型如图所示，当飞机以4倍音速在100000英尺高空飞行，姿态控制系统的参数分别为：4,0.1,0.1,0.111====a a aK ωεωτ设计一个校正网络(),s G c 使系统的阶跃响应超调量小于5%，调节时间小于5s （按2%准则）2、计算机辅助设计（1）simulink仿真框图Simulink仿真框图双击scope显示图像，观察阶跃相应是否达到指标放大图像观察超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求（2）绘制bode 图校正前的bode图校正后的bode图（3）绘制阶跃相应曲线校正前的阶跃相应曲线校正后的阶跃相应曲线三、校正装置电路图前面为放大装置放大25倍，后面为超前补偿电路，它自身的K 为0.1，相乘之后为指标中的2.5，校正装置电路完成160)16(5.2++=s s G c 。
四、设计结论设计的补偿网络为160)16(5.2++=s s G c 。
经过仿真得出超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求。
五、设计后的心得体会实际的控制系统和我们在书中看到的标准系统差别很大，参数的要求比书中要求相对要苛刻，在设计校正网络的过程中，遇到很多困难超前滞后用根轨迹法无法求出，只能用simulink 画出仿真框图，通过经过一定的计算大概确定某些参数，通过不断地尝试修改，才能最终得到满足指标要求的阶跃相应曲线，很多时候现实中的参数没有书中的参数给的那么简单，会遇到很多难以想象的复杂状况，所以我们学习控制原理关键是学习怎么处理，如何应用好软件来配合完成系统的设计，现代控制理论不能单纯的通过简单的计算得出结论的，需要我们熟练运用软件来辅助设计，这样我们才能设计好一个校正网络。
附录：绘制bode图程序：g1=tf(16*[1.1],[1,2,16,0]);margin(g1)g2=tf(400*[1,7,6],[1,62,136,960,0]); margin(g2)绘制阶跃相应程序g1=tf(16*[1.1],[1,2,16,0]);h=tf([1],[1]);gc1=feedback(g1,h);t=0:0.01:10;step(gc1,t);gridg2=tf(400*[1,7,6],[1,62,136,960,0]); h=tf([1],[1]);gc2=feedback(g2,h);t=0:0.01:10;step(gc2,t);grid。
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题1-6 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）绘制出系统的框图，说明当负载电流变化时，系统如何保持发电机的电压恒定？
1 2-13（a）试求下图中电路的传递函数
2 2-14（a）试求下图中有源网络的传递函数w（s）=Uc（s）/Ur(s)
12-24：已知一个系统由如下方程组组成，试绘制系统的方框图，并求出闭环传递函数
2 2-28 求图中系统的闭环传递函数
答案：
设第一和第二运算放大器的的输出端电压分别为U1和U2，根据运算放大器的“虚地”概念可以列出如下方程组
消除中间变量U1和U2，整理的闭环传递函数为
1
3-10
（10.0分）正确答案：
答案解析：
闭环传递函数对2分，特征方程1分，劳斯表列对5分，结论2分2
3-11
（10.0分）
正确答案：
答案解析：
阻尼比和频率占5分，剩余部分5分
3
3-19：有闭环系统的特征方程如下，试用劳斯判据判断系统的稳定性，并说明特征根在复平面的分布。
（10.0分）
正确答案：
答案解析：
表头列对5分，计算和结论5分
4
3-19：有闭环系统的特征方程如下，试用劳斯判据判断系统的稳定性，并说明特征根在复平面的分布。
（10.0分）
正确答案：
答案解析：
表头列对5分，计算和结论5分
5
3-19：有闭环系统的特征方程如下，试用劳斯判据判断系统的稳定性，并说明特征根在复平面的分布。
（10.0分）
正确答案：
解：根据系数中出现了负值，不用列劳斯表就可以判断系统是不稳定的，但是要知道根的分布情况还是要用劳斯表的。
答案解析：
表头5分，计算和结论5分
6
3-19：有闭环系统的特征方程如下，试用劳斯判据判断系统的稳定性，并说明特征根在复平面的分布。
（10.0分）
正确答案：
答案解析：
表头5分，计算和结论5分
7
3-21：已知系统的结构图如图所示，试用劳斯判据确定使系统稳定的K f的取值范围
（10.0分）
正确答案：
答案解析：
得出方程3分，表头3分，计算和结论各占2分8
3-23：设单位反馈系统的开环传递函数是
（10.0分）
正确答案：
答案解析：
写出特征方程2分，代入Z平面得到方程2分，劳斯表列写和计算4分，结论2分9
3-24: 设有一单位反馈系统，如果其开环传递函数为：
（10.0分）
正确答案：
答案解析：
变成标准形式2分，每问计算各占4分
10
3-24: 设有一单位反馈系统，如果其开环传递函数为：
（10.0分）
正确答案：
答案解析：
变成标准形式2分，每问计算各占4分11
3-26：
（10.0分）
正确答案：
答案解析：
每一问各占5分。
12
3-23 补充
正确答案：
答案解析：
写出特征方程2分，代入Z平面得到方程2分，劳斯表列写和计算4分，结论2分
计算题（共1题,50.0分）
1
正确答案：
答案解析：
二.其它（共1题,50.0分）1
正确答案：
答案解析：
一.简答题（共4题,100.0分）
1
5-8 绘制下列各传递函数对应的幅相频率特性
正确答案：
答案解析：2
正确答案：
答案解析：3
正确答案：
答案解析：4
正确答案：
答案解析：。