自動控制原理答案.doc

.第一章 習題答案習 題1-1 根據(jù)題1-1圖所示的電動機速度控制系統(tǒng)工作原理圖 (1) 將a，b與c，d用線連接成負反饋狀態(tài)；(2) 畫出系統(tǒng)方框圖。1-2 題1-2圖是倉庫大門自動控制系統(tǒng)原理示意圖。試說明系統(tǒng)自動控制大門開閉的工作原理，并畫出系統(tǒng)方框圖。題1-2圖 倉庫大門自動開閉控制系統(tǒng)1-3 題1-3圖為工業(yè)爐溫自動控制系統(tǒng)的工作原理圖。分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對象、被控量和給定量，畫出系統(tǒng)方框圖。題1-3圖 爐溫自動控制系統(tǒng)原理圖 1-4 題1-4圖是控制導彈發(fā)射架方位的電位器式隨動系統(tǒng)原理圖。圖中電位器、并聯(lián)后跨接到同一電源的兩端，其滑臂分別與輸入軸和輸出軸相聯(lián)結(jié)，組成方位角的給定元件和測量反饋元件。輸入軸由手輪操縱；輸出軸則由直流電動機經(jīng)減速后帶動，電動機采用電樞控制的方式工作。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出系統(tǒng)的被控對象、被控量和給定量，畫出系統(tǒng)的方框圖。題1-4圖 導彈發(fā)射架方位角控制系統(tǒng)原理圖題1-5圖 蒸汽機轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)1-5 采用離心調(diào)速器的蒸汽機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如題1-5圖所示。其工作原理是：當蒸汽機帶動負載轉(zhuǎn)動的同時，通過圓錐齒輪帶動一對飛錘作水平旋轉(zhuǎn)。飛錘通過鉸鏈可帶動套筒上下滑動，套筒內(nèi)裝有平衡彈簧，套筒上下滑動時可撥動杠桿，杠桿另一端通過連桿調(diào)節(jié)供汽閥門的開度。在蒸汽機正常運行時，飛錘旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與彈簧的反彈力相平衡，套筒保持某個高度，使閥門處于一個平衡位置。如果由于負載增大使蒸汽機轉(zhuǎn)速下降，則飛錘因離心力減小而使套筒向下滑動，并通過杠桿增大供汽閥門的開度，從而使蒸汽機的轉(zhuǎn)速回升。同理，如果由于負載減小使蒸汽機的轉(zhuǎn)速增加，則飛錘因離心力增加而使套筒上滑，并通過杠桿減小供汽閥門的開度，迫使蒸汽機轉(zhuǎn)速回落。這樣，離心調(diào)速器就能自動地抵制負載變化對轉(zhuǎn)速的影響，使蒸汽機的轉(zhuǎn)速保持在某個期望值附近。指出系統(tǒng)中的被控對象、被控量和給定量，畫出系統(tǒng)的方框圖。1-6 攝像機角位置自動跟蹤系統(tǒng)如題1-6圖所示。當光點顯示器對準某個方向時，攝像機會自動跟蹤并對準這個方向。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對象、被控量及給定量，畫出系統(tǒng)方框圖。題1-6圖 攝像機角位置隨動系統(tǒng)原理圖1-7 題1-7圖(a)，(b)所示的系統(tǒng)均為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。假設空載時兩系統(tǒng)發(fā)電機端電壓均為110V，試問帶上負載后，圖(a)，(b)中哪個能保持110V不變，哪個電壓會低于110V，為什么?題1-7圖 電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖1-8 題1-8圖為水溫控制系統(tǒng)示意圖。冷水在熱交換器中由通入的蒸汽加熱，從而得到一定溫度的熱水。冷水流量變化用流量計測量。試繪制系統(tǒng)方塊圖，并說明為了保持熱水溫度為期望值，系統(tǒng)是如何工作的？系統(tǒng)的被控對象和控制裝置各是什么？1-9 許多機器，像車床、銑床和磨床，都配有跟隨器，用來復現(xiàn)模板的外形。題1-9圖就是這樣一種跟隨系統(tǒng)的原理圖。在此系統(tǒng)中，刀具能在原料上復制模板的外形。試說明其工作原理，畫出系統(tǒng)方框圖。題1-8圖 水溫控制系統(tǒng)原理圖1-10 題1-10圖(a)，(b)所示均為調(diào)速系統(tǒng)。 (1) 分別畫出圖(a)、圖(b)對應系統(tǒng)的方框圖。給出圖(a)正確的反饋連線方式。(2) 在恒值輸入條件下，圖(a)、圖(b)中哪個是有差系統(tǒng)，哪個是無差系統(tǒng)，說明其道理。題1-10圖 調(diào)速系統(tǒng)工作原理圖1-11 題1-11圖為谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖。在谷物磨粉的生產(chǎn)過程中，有一個出粉最多的濕度，因此磨粉之前要給谷物加水以得到給定的濕度。圖中，谷物用傳送裝置按一定流量通過加水點，加水量由自動閥門控制。加水過程中，谷物流量、加水前谷物濕度以及水壓都是對谷物濕度控制的擾動作用。為了提高控制精度，系統(tǒng)中采用了谷物濕度的順饋控制，試畫出系統(tǒng)方塊圖。題1-11圖 谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖第二章 習題答案2-1 (1) 其中： ， 傳遞函數(shù)為: (2) 其中： ， ， 傳遞函數(shù)為:2-2 解: (1) 比較器 (2) 放大器 (3) 速度反饋 (4) 電樞回路 (5) 電動機軸上的力矩平衡 機電時間常數(shù) .電框回路的電磁時間常數(shù)2-3 2-4 其中： 兩個環(huán)節(jié)之間有負責效應。 (b)其中： 兩個環(huán)節(jié)之間無負責效應。2-5 (a) 其中： (b) 其中： (c) 其中：， ， (d) 這是準PI調(diào)節(jié)，當 時2-6 (a) (b) 2-7 2-8 信號流圖如下: 2-9 信號流圖如下:2-10 (a) 五個回環(huán), 四個互不接觸的回環(huán), 四條前向通道 (b) 四個回環(huán), 一對互不接觸回環(huán), 二條前向通道第三章 習題答案3-1 故傳遞函數(shù)為：3-2 當時，初始條件為零，則 輸入信號 S所以 其傳遞函數(shù)3-3解： 則 ： 由公式 可得系統(tǒng)單位階躍響應 各項性能指標： 超調(diào)量 上升時間 峰值時間 調(diào)節(jié)時間 振蕩次數(shù) （考慮的誤差帶）3-4 解：由圖3-49可知： 即 聯(lián)立求解得 系統(tǒng)的開環(huán)傳函 3-5 （1）， （2）, , （3）， （4），3-6 系統(tǒng)在階躍信號作用下穩(wěn)態(tài)誤差為“0”的充分條件為： 系統(tǒng)在加速度信號作用下穩(wěn)態(tài)誤差為“0”時3-7 單位斜坡信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差 當選時，。3-8 (1)當系統(tǒng)為I型系統(tǒng)時，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： (2) 當系統(tǒng)為II型系統(tǒng)時，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：3-9 系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù) 3-10 解：當時， 當時，3-11 解：（1） （2）無論K取何值，系統(tǒng)都不穩(wěn)定 （3） （4）3-12 解：（1）系統(tǒng)穩(wěn)定時 （2）當時，閉環(huán)極點均位于直線的左邊3-13 解：，3-14 解：系統(tǒng)臨界增益 ，響應的振蕩頻率為 3-15 解：，3-16 解：系統(tǒng)單位脈沖響應第五章 習題答案5-2 解: (1) (2) 5-3 解: ， 5-4 解: 系統(tǒng)地傳遞函數(shù)為5-5 解: (a) ， (b) ， (c) ， (d) ， (e) ， (f) ， 5-6 解: (1) k=1 (2) k=255-7解: (a).N=1，Z=0 穩(wěn)定 (b).N=-1， Z=1 不穩(wěn)定 (c).N=1，Z=0 穩(wěn)定 (d).N=0， P=0， Z=0 穩(wěn)定 (e).N=0，P=0， Z=0 穩(wěn)定 (f).N= -1 ，P=1 ，Z=2 不穩(wěn)定 (g).N=-2，P=0，Z=2 不穩(wěn)定 (h).N=0 ，P=0， Z=0 穩(wěn)定 (i).N= -2， P=1 ，Z=3 不穩(wěn)定5-8 解: 時，系統(tǒng)穩(wěn)定 時，系統(tǒng)不穩(wěn)定5-9 解:（1）（2） w=2.1642 ，k=5.1565-10解: (1) ， (2) k=1.69(3) k=12.15-11解: 5-12解: (1) (2) 5-13解: (1)k=0.74 (2)k=1.1 (3)k=0.511 5-14 解: 當K1時，奈氏圖如圖所示，P=1，N=1，Z=0系統(tǒng)穩(wěn)定5-15 解: (1)(2)5-165-175-18(1)(2) 幅值裕量G =19.8168，相角裕量P = Inf，相位穿越頻率wg =5.6578，開環(huán)剪切頻率wc = NaN5-19當K=10.428時，相角裕量P = 3005-20（1）當K=5時，bode圖如圖所示第八章 習題答案8-1 (1) (2) (3) (4) 8-2