自動(dòng)控制原理作業(yè)題-(后附答案)Word版

1、自動(dòng)控制原理作業(yè) 第一章基本概念 一、簡答題 1簡述自動(dòng)控制的基本槪念 2簡述自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成 3簡述控制系統(tǒng)的基本控制過程 4簡述自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本分類 5試比較開環(huán)控制和閉環(huán)控制的特點(diǎn) 6簡述自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能評價(jià)指標(biāo) 二、分析計(jì)算題 1液位自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖所示。試分析該系統(tǒng)工作原理，畫岀系統(tǒng)原理框圖，指出被控對象、 被控參量和控制量 2發(fā)動(dòng)機(jī)電壓調(diào)肖系統(tǒng)如圖所示，試分析其工作原理，畫出系統(tǒng)原理框圖.指出其特點(diǎn)。 發(fā)電機(jī) 疋爪放X 勵(lì)率放人 3液面控制系統(tǒng)如圖所示。試分析該系統(tǒng)的工作原理，指出系統(tǒng)中的擾量、被控制量及被 控制對象，并畫出系統(tǒng)的方框圖。 4控制系統(tǒng)如圖所示。簡述該系統(tǒng)的

2、工作原理說明該系統(tǒng)的給左值、被控制量和干擾量, 并畫岀該系統(tǒng)的方塊圖。 +E 第二章線性控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 一、簡答題 1簡述建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法及其數(shù)學(xué)表示形式 2簡述建立微分方程的步驟 3簡述傳遞函數(shù)的基本概念及其特點(diǎn) 4給岀組成控制系統(tǒng)典型基本環(huán)節(jié) 二、分析計(jì)算題 1有源電網(wǎng)絡(luò)如圖所示，輸入量為(/)，輸出量為u2(t)9試確立該電網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù) 2電樞控制式直流電動(dòng)機(jī)原理圖如圖所示，輸入量為q(f),輸岀量為$(/),試確左其微分 方程。 R r 圖中，電動(dòng)機(jī)電樞輸入電壓：電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)角；電樞繞組的電阻；電樞繞組的電感：流過電 樞繞組的電流：電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電勢：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩；電動(dòng)機(jī)及負(fù)

3、載這和到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣晝 電動(dòng)機(jī)及負(fù)載這和到電動(dòng)機(jī)軸上的粘性摩擦系數(shù)。 3某RC電路網(wǎng)絡(luò)原理圖如圖所示，電壓終為輸入島 叫(/)為輸出量，試畫出其方塊圖, 并求其傳遞函數(shù)。 2) 4: 4某控制系統(tǒng)方塊圖如圖所示，被控制蚩:為C(),控制量為/?($),試用悔森公式確立該系 統(tǒng)的傳遞函數(shù) 5某控制系統(tǒng)的信號流圖如圖所示，被控制量為CG).控制呈為R(s),試用梅森公式確左 其傳遞函數(shù) 第三章線性控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 一.簡答題 1控制系統(tǒng)的典型輸入信號有哪幾個(gè)？ 2評價(jià)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)由哪些？ 3簡述控制系統(tǒng)穩(wěn)左的基本概念及系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件 4簡述控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念 5簡述一

4、階控制系統(tǒng)的基本概念及其主要特點(diǎn) 6簡述控制系統(tǒng)中閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的符合條件 二.分析計(jì)算題 1某單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s) = K(s + 1) 5(7：?+ 1X25 + 1) 求該系統(tǒng)穩(wěn)怎 時(shí)，參數(shù)K和T的取值范圍 2已知控制系統(tǒng)方塊圖如圖所示。若使系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)具有4二16. 3%, tFl秒。試確怎 前垃放大器的增益K及內(nèi)反饋系數(shù) 3某單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開壞傳遞函數(shù)為6(5)= 一一 求：系統(tǒng)穩(wěn)左時(shí)，k 5(1 + 5)(1 + 5) 值的取值范囤。 4溫度計(jì)的傳遞函數(shù)為G(5)= -L- o用其測量某一容器中的水溫，發(fā)現(xiàn)經(jīng)1分鐘后才能 Ts +1 指示出實(shí)

5、際水溫的96%求：(1)該溫度計(jì)的指示從實(shí)際水溫的10$變化到90%所需要的時(shí) 間：(2)如給該容器加熱，使容器內(nèi)水溫以0.1 C/s的速度均勻上升，溫度讓的穩(wěn)態(tài)指示 誤差有多大。 5某位置隨動(dòng)控制系統(tǒng)如圖所示，求：(1)系統(tǒng)的開環(huán)極點(diǎn)和閉環(huán)極點(diǎn)；(2)輸入為單位階 躍函數(shù)信號時(shí)，系統(tǒng)的自然振蕩角頻率和阻尼比：(3)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)上升時(shí)間、調(diào)肖 時(shí)間和超調(diào)量。 c 1 A 6某單位負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為） 山）（。2宀），求輸入為斜坡 函數(shù)信號時(shí)，該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 7某系統(tǒng)在領(lǐng)初始條件下的單位階躍響應(yīng)為c（r） = l + 0.2e-1.2廣血，試確泄該系統(tǒng)的 閉環(huán)傳遞函數(shù)。

6、 8某單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為C（5）=,試系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)立時(shí)k 5（5 + 1）（5 + 2） 的取值范圍。 第四章線性控制系統(tǒng)的根軌跡分析 一、簡答題 1簡述很軌跡的基本概念 2簡述繪制根軌跡的依據(jù) 3簡述繪制根軌跡的基本規(guī)則 二. 分析計(jì)算題 某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為c（5）= R($ + 4) 5(5 + 2)， 試?yán)L制系統(tǒng)的概略根軌跡圖 2設(shè)一控制系統(tǒng)方框圖如圖4-5所示，試?yán)L制系統(tǒng)根軌跡。 R(s) k C(s) s(s + l)(s + 2) 圖4-5控制系統(tǒng)方框圖 3某控制系統(tǒng)的根軌跡如圖所示。由系統(tǒng)的根軌跡圖，求：1）確定系統(tǒng)穩(wěn)龍時(shí)參數(shù) （2）根據(jù)物理左律或通過實(shí)驗(yàn)等

7、方法得出物理規(guī)律，列出各環(huán)肖的原始方程式，并考慮 適當(dāng)簡化、線性化； （3）將各環(huán)節(jié)方程式聯(lián)立，消去中間變量，最后得出只含有輸入變量、輸出變量以及參 戢的系統(tǒng)方程式。 3、把具有線性特性的對象的輸入與輸岀間的關(guān)系，用一個(gè)函數(shù)（輸出波形的拉普拉斯變換 與輸入波形的拉普拉斯變換之比）來表示的，稱為傳遞函數(shù)。 特點(diǎn)： （1）傳遞函數(shù)是一種數(shù)學(xué)模型，與系統(tǒng)的微分方程相對應(yīng)。 （2）是系統(tǒng)本身的一種屬性，與輸入量的大小和性質(zhì)無關(guān)。 （3）只適用于線性定常系統(tǒng)。 （4）傳遞函數(shù)是單變量系統(tǒng)描述，外部描述。 （5）傳遞函數(shù)是在零初始條件下左義的，不能反映在非零初始條件下系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況。 （6）一般為復(fù)變量S

8、的有理分式，即n全m。且所有的系數(shù)均為實(shí)數(shù)。 （7）如果傳遞函數(shù)已知，則可針對各種不同形式的輸入量研究系統(tǒng)的輸出或響應(yīng)。 （8）如果傳遞函數(shù)未知，則可通過引入已知輸入量并研究系統(tǒng)輸岀量的實(shí)驗(yàn)方法，確定系 統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 （9）傳遞函數(shù)與脈沖響應(yīng)函數(shù)一一對應(yīng)，脈沖響應(yīng)函數(shù)是指系統(tǒng)在單位脈沖輸入雖作用下 的輸出 4、控制系統(tǒng)典型基本環(huán)節(jié)：比例環(huán)節(jié)、慣性環(huán)廿、微分環(huán)肖、積分環(huán)節(jié)、振蕩環(huán)節(jié)、延時(shí) 環(huán)節(jié) 二、分析計(jì)算題 “3（巧W2（5）-Z/3（5） sC、sC2 = 也） 認(rèn)） =(R、sC + 1 R$C?以 RSC + 1 RrsC+1R jSCj 2、解:爲(wèi)詁竽+ W)+ g 丿答 +何=%)

9、 at T(t) = C,nia(t) = C店(/) = LaJ+ (LJ- + RJ)- + g atat 3、解： n傳遞函數(shù)G (s) =F (心 q+：)(心 q + 1) RsCq + 1) 4、 5、厶=妙 =bg =ch L4 =eif = ehi L6 = bi = 1-(厶+厶+厶+厶+厶5 +厶)+(厶厶+厶厶+厶厶)一厶厶厶 嚴(yán)1 = _af _bg ch _eif _ehi-bi + afbg + afch+bgch_afbgch P =abc A.=l 1 P2=ec P、= ae 傳遞函數(shù)竺=n R(s) 1-6(/ 一bg ch -eif -ehi-bi + a

10、jbg + afch + bgch -ajbgch 第三章線性控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 一、簡答題 1、控制系統(tǒng)的典型輸入信號有：單位脈沖函數(shù)、單位階躍函數(shù)、單位斜坡函數(shù)、單位加速 度函數(shù)、正弦函數(shù) 2、評價(jià)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：超調(diào)量、調(diào)卩時(shí)間、振蕩次數(shù)、延遲時(shí)間、上升時(shí)間、 峰值時(shí)間。 3、控制系統(tǒng)穩(wěn)定是指自動(dòng)控制系統(tǒng)在受到擾動(dòng)作用使平衡狀態(tài)破壞后，經(jīng)過調(diào)卩能重新達(dá) 到平衡狀態(tài)的性能。 控制系統(tǒng)穩(wěn)左的充要條件：閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根均具有負(fù)實(shí)部；或者說，閉環(huán)函 數(shù)的極點(diǎn)均位于S平而的左半部。 4、控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的基本概念：穩(wěn)態(tài)誤差是描述系統(tǒng)穩(wěn)定性能的一種性能指標(biāo)，是當(dāng)時(shí) 間趨于無窮是，系統(tǒng)

11、單位階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值與輸入量之差。 5、一階控制系統(tǒng)的基本概念：能夠用一階微分方程描述的系統(tǒng)稱為一階系統(tǒng)。 一階控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：一般只有一種儲能元件，英微分方程為一階方程 6、控制系統(tǒng)中閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)是：在所有極點(diǎn)中，距離虛軸最近的極點(diǎn)（往往是一對共軌 復(fù)數(shù)極點(diǎn)），此極點(diǎn)附近無零點(diǎn)，其他極點(diǎn)距離虛軸的距離是它的5倍以上。 二、分析計(jì)算題 1、解：該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) K(s + 1) G(s)H(s) = s(7 + l)(2s + l) =K(s + 1) 1 S 一 l + G(s)H(s) | K(s + 1) 一 27+ (2 + T)s2+(1 + K)s+K s(7 + l)(2

12、s + l) 特征方程 D(s) = 27V + (2 + T)s2 + (1 + K)$ + K = 0 勞斯表 + K K 0 0 2T 2 + T (2 + T)(l + K)-2TK 2 + T 根據(jù)勞斯判據(jù) +K。2+T0 性嚴(yán) K0 綜上所述=K0 T K = 1.318 3、解：該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) k $(1 + 了$)(1 +三$)L 心)=；=； 1 +: s +-s +s + k s(l + 1s)(l + 1$)182 36 121 a 特征方程 )(5)= -s3 + -s2+s + k=O 勞斯表 1 18 丄 2 _k_ 2?8 2 一18 9 k 3. 219T

13、=lmin =T=18. 64s 系統(tǒng)誤差為e(t)=r(t)-c(t) 呂= 1一丄=工 R(s) R(s) Ts + 7i + l j = lim 5($)/?($) = lim 邛=0 IT = 1 8ZC wU Ts + s2 5. 解：(1) 系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)6(5)= L + 1) 特征方程)(s) = s(zs + 1) = 0= 丿F環(huán)極點(diǎn)s, = 0,j2 = -y 系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函如滬iZr卅存 特征方程D,s) = M+ S + K= O=閉環(huán)極點(diǎn)?34 = 一丄土 r 二階系統(tǒng)的單位階躍響閉環(huán)特征方程為 S2+2gS +屈=0 =自然振蕩角頻率 = 了汞，阻尼比 = 2齊

14、存 1 /r-arccos JtK 上升時(shí)間f嚴(yán) pK l tK 調(diào)卩時(shí)間“天廠 超調(diào)量S =*敎才xlOO% = T/ 6、解: =lim s J-0 1 1 + GG) R(s) = liin s $T() 5(5 + 1X0.25 + 1) $($ + l)(02s + l) + 10 輸入信號為斜坡函數(shù)躺“時(shí)，R* 系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差S = lim s s(s + 1)(0.25 4-1) s(s + l)(02s +1) + 10 J解：經(jīng)拉氏變換得 C(心+ 0,2 1.2 5 + 605 + 10 600 5(5 + 60)(5 + 10) 600 5(52+705 + 600) 系

15、統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)G(S)= r S 600 + 70s + 600 8、解：該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) k G(s)= s(s + l)(s + 2)k * 一1 ： k 一/ + 3疋 + 2$ + & s(s + l)(s + 2) 特征方程 )(5)= s3+3s2 + 2s + k=0 勞斯表 3 =k0 =0 k d、= 1.174 = 6.83 2、解： （1）開環(huán)極點(diǎn) pi=0, pc=-l, p3=-2o （2）根軌跡分支數(shù)為3條，有3個(gè)無窮遠(yuǎn)的零點(diǎn)。 （3）實(shí)軸上根軌跡-8,-2, -1,0 （4）漸近線：n-m=3條 （5）分離點(diǎn) 0 = (2“ + 1) /3 = 60180 (

16、_1_2_0)_(0) 30 0(s)M(s)-D(s)NG) = O = 0(舍)， 3 = V2 3、解:(1)根據(jù)系統(tǒng)的根軌跡可得系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) G(s)=? s(s +0.5)2 系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) _ s(s + 0.5) + K 特征方程D(s)= 勞斯表 =s(s + 0.5) + / f =0 1 1 4 s2 2 K V1 2x 丄-K 4 0 2 5 K 0 =0K10（叭）的區(qū)域，反應(yīng)了時(shí)域響應(yīng)的起始階段特性。 髙頻段一般分貝值較低，對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)相應(yīng)影響不大。高頻段特性 反映了系統(tǒng)抗干擾能力。 中頻段一一開環(huán)對數(shù)幅頻在截止頻率c（Odb附近）的區(qū)段，其斜率和寬度，反 應(yīng)了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及輸出響應(yīng)的瞬態(tài)性能。 低頻段一一在第一個(gè)轉(zhuǎn)折頻率以前的區(qū)段，決定系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。 二、分析計(jì)算題 解： 10($+ 3) 3xl0(s + l) G(s)= 、 = s(s + 2)(5- +S + 2)2 X 2s(-s + )(-s2 + 丄s +1) 2 2 2 K =丄巴=7.5 = 20lg AT = 17.5 2x2 I、