自動(dòng)控制原理習(xí)題及答案

1、第一章習(xí)題答案1-1根據(jù)題1-1圖所示的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)工作原理圖（1）將弘b與c, d用線連接成負(fù)反饋狀態(tài);畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題1-1圖速度控制系統(tǒng)原理圖解（1）負(fù)反饋連接方式為：dd, 2c；（2）系統(tǒng)方框圖如圖解IT所示。圖解速度控制系統(tǒng)方延圖1-2題1-2圖是倉(cāng)庫(kù)大門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖。試說(shuō)明系統(tǒng)自動(dòng)控制大門(mén)開(kāi)閉的工 作原理，并畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題卜2圖倉(cāng)庫(kù)大門(mén)自動(dòng)開(kāi)閉控制系統(tǒng)解 當(dāng)合上開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，電橋會(huì)測(cè)量出開(kāi)門(mén)位置與大門(mén)實(shí)際位置間對(duì)應(yīng)的偏差電壓，偏 差電壓經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，將大門(mén)向上提起。與此同時(shí)，和大 門(mén)連在一起的電刷也向上移動(dòng)，直到橋式測(cè)量電路達(dá)到平

2、衡，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，大門(mén)達(dá)到開(kāi) 啟位置。反之，當(dāng)合上關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤(pán)使大門(mén)關(guān)閉，從而可以實(shí)現(xiàn)大門(mén)遠(yuǎn)距離 開(kāi)閉自動(dòng)控制。系統(tǒng)方框圖如圖解1-2所示。1-3題1-3圖為工業(yè)爐溫自動(dòng)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(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題1-3圖 爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖解加熱爐采用電加熱方式運(yùn)行，加熱器所產(chǎn)生的熱量與調(diào)壓器電壓的平方成正比，增高，爐溫就上升，心的高低由調(diào)壓器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置所控制，該觸點(diǎn)由可逆轉(zhuǎn)的直流 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。爐子的實(shí)際溫度用熱電偶測(cè)量，輸出電壓f . Uf作為系統(tǒng)的反饋電壓與給定 電壓，進(jìn)行比較，得出偏差電壓，經(jīng)電壓放大器、功率放大器放

3、大成叫后，作為控制電 動(dòng)機(jī)的電樞電壓。在正常情況下，爐溫等于某個(gè)期望值丁 C,熱電偶的輸出電壓/正好等于給定電壓匕。 此時(shí)，心一 =,故血=叫=0,可逆電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)壓器的滑動(dòng)觸點(diǎn)停留在某 個(gè)合適的位置上，使保持一定的數(shù)值。這時(shí)，爐子散失的熱量正好等于從加熱器吸取的熱 量，形成穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài)，溫度保持恒定。當(dāng)爐膛溫度了 C由于某種原因突然下降（例如爐門(mén)打開(kāi)造成的熱量流失），則出現(xiàn)以下 的控制過(guò)程：控制的結(jié)果是使?fàn)t膛溫度回升，直至丁。C的實(shí)際值等于期望值為止。系統(tǒng)中，加熱爐是被控對(duì)象，爐溫是被控量，給定量是由給定電位器設(shè)定的電壓匚（表 征爐溫的希望值）。系統(tǒng)方框圖見(jiàn)圖解1-3。圖解1-3爐溫

4、控制系統(tǒng)方框圖1-4題1-4圖是控制導(dǎo)彈發(fā)射架方位的電位器式隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖。圖中電位器片、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(cè)量反饋元件。輸入軸由手輪操縱；轍出軸則由直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)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(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。解當(dāng)導(dǎo)彈發(fā)射架的方位角與輸入軸方位角一致時(shí)，系統(tǒng)處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)揺動(dòng)手輪使電位器片的滑臂轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)輸入角厲的瞬間，由于輸出軸的轉(zhuǎn)角,于是出現(xiàn)一個(gè)誤差角乞=&廠6,該誤差角通過(guò)電位器片、卩2轉(zhuǎn)換成偏差電壓=心-經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在驅(qū)動(dòng)導(dǎo)彈發(fā)射

5、架轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)輸出軸帶 動(dòng)電位器卩2的滑臂轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度乞，直至?xí)r，妁=叫，偏差電壓叫=,電動(dòng) 機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)，導(dǎo)彈發(fā)射架停留在相應(yīng)的方位角上。只要工叭，偏差就會(huì)產(chǎn)生調(diào)節(jié) 作用，控制的結(jié)果是消除偏差乞，使輸出量&。嚴(yán)格地跟隨輸入量的變化而變化。系統(tǒng)方框圖如圖解1-4所示。國(guó)解1-4導(dǎo)彈發(fā)射架方隹控制系統(tǒng)方框圖1-5采用離心調(diào)速器的蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如題卜5圖所示。其工作原理是：當(dāng)蒸汽機(jī) 帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)圓錐齒輪帶動(dòng)一對(duì)飛錘作水平旅轉(zhuǎn)。飛錘通過(guò)較鏈可帶動(dòng)套簡(jiǎn)上 下滑動(dòng)，套簡(jiǎn)內(nèi)裝有平衡彈簧，套筒上下滑動(dòng)時(shí)可撥動(dòng)杠桿，杠桿另一端通過(guò)連桿調(diào)節(jié)供汽 閥門(mén)的開(kāi)度。在蒸汽機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，飛錘旋轉(zhuǎn)

6、所產(chǎn)生的離心力與彈簧的反彈力相平衡，套簡(jiǎn) 保持某個(gè)高度，使閥門(mén)處于一個(gè)平衡位置。如果由于負(fù)載增大使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速0下降，則飛錘 因離心力減小而便套筒向下滑動(dòng)，并通過(guò)杠桿增大供汽閥門(mén)的開(kāi)度，從而使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速回 升。同理，如果由于負(fù)載減小使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速力增加，則飛錘因離心力增加而使套簡(jiǎn)上滑, 并通過(guò)杠桿減小供汽閥門(mén)的開(kāi)度，迫使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速回落。這樣，離心調(diào)速器就能自動(dòng)地抵制 負(fù)載變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，使煞汽機(jī)的轉(zhuǎn)速血保持在某個(gè)期望值附近。指出系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。圖解1-5莪汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)方框圖解在本系統(tǒng)中，蒸汽機(jī)是被控對(duì)象，蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速血是被控量，給定量是設(shè)定的蒸汽 機(jī)希

7、望轉(zhuǎn)速。離心調(diào)速器感受轉(zhuǎn)速大小并轉(zhuǎn)換成套簡(jiǎn)的位移量，經(jīng)杠桿傳調(diào)節(jié)供汽閥門(mén)，控 制蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)方框圖如圖解1-5所示。1-6攝像機(jī)角位置自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)如題1-6圖所示。當(dāng)光點(diǎn)顯示器對(duì)準(zhǔn)某個(gè)方向時(shí)，攝像 機(jī)會(huì)自動(dòng)跟蹤并對(duì)準(zhǔn)這個(gè)方向。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量及給定量， 畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。31匚交流放大器自滋角機(jī)發(fā)送機(jī)I 光點(diǎn)顯 2仇示器題1-6圖攝像機(jī)角位置隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖解控制系統(tǒng)的任務(wù)是使攝像機(jī)自動(dòng)跟蹤光點(diǎn)顯示器指示的方向。當(dāng)攝像機(jī)方向角與光點(diǎn)顯示器指示的方向一致時(shí)，&2 =3,自整角機(jī)輸出 = 0,交流 放大器輸出電壓=,電動(dòng)機(jī)靜止，攝像機(jī)保持原來(lái)的協(xié)調(diào)

8、方向。當(dāng)光點(diǎn)顯示器轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè) 角度，&2工厲時(shí)，自整角機(jī)輸出與失諧角 =成比例的電壓信號(hào)(其大小、極性反映了失諧角的幅值和方向)，經(jīng)電位器后變成e,經(jīng)放大器放大后驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)， 并通過(guò)減速器帶動(dòng)攝像機(jī)跟蹤光點(diǎn)顯示器的指向，使偏差減小，直到攝像機(jī)與光點(diǎn)顯示器指 向重新達(dá)到一致時(shí)為止。測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行速度反饋，用以改善系統(tǒng)性能。圖1-6擾象機(jī)角位員隨動(dòng)系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)中，攝像機(jī)是被控對(duì)象，攝像機(jī)的方向角乞是被控量，給定量是光點(diǎn)顯示器指示 的方向角已。系統(tǒng)方框圖如圖解1-6所示。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(shè)空載時(shí)兩系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端電壓 均為110V,試

9、問(wèn)帶上負(fù)載后，圖(a), (b)中哪個(gè)能保持110V不變，哪個(gè)電壓會(huì)低于110Y, 為什么題1-7圖電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理因解帶上負(fù)載后，開(kāi)始由于負(fù)載的影響，(a)與(b)的端電壓都要下降，但圖(a)中所示系 統(tǒng)能恢復(fù)到110伏而圖(b)系統(tǒng)卻不能。理由如下：圖(a)系統(tǒng)，當(dāng)?shù)陀诮o定電壓時(shí)，其偏差電壓經(jīng)放大器K放大后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)D轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng) 減速器帶動(dòng)電刷，使發(fā)電機(jī)F的激磁電流4增大，發(fā)電機(jī)的輸出電壓會(huì)升高，從而使偏差電 壓減小，直至偏差電壓為零時(shí)，電機(jī)才停止轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，圖(a)系統(tǒng)能保持110伏不變。圖(b)系統(tǒng)，當(dāng)?shù)陀诮o定電壓時(shí)，其偏差電壓經(jīng)放大器K后，直接使發(fā)電機(jī)激磁電流 增大，提高發(fā)電機(jī)的端

10、電壓，使發(fā)電機(jī)G的端電壓回升，偏差電壓減小，但不可能等于篆， 因?yàn)楫?dāng)偏差電壓為0時(shí)，/=0,發(fā)電機(jī)就不能工作。即圖(b)所示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓會(huì)低于110 伏。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(jì)測(cè)量。試?yán)L制系統(tǒng)方塊圖，并說(shuō)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(duì)象和控制裝置各是什么解工作原理：溫度傳感器不斷測(cè)量交換器出口處的實(shí)際水溫，并在溫度控制器中與給 定溫度相比較，若低于給定溫度，其偏差值使蒸汽閥門(mén)開(kāi)大，進(jìn)入熱交換券的蒸汽量加大， 熱水溫度升高，直至偏差為零。如果由于某種原因，冷水流量加大，則

11、流量值由流量計(jì)測(cè)得, 通過(guò)溫度控制器，開(kāi)大閥門(mén)，使蒸汽量增加，提前進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)按冷水流量進(jìn)行順饋補(bǔ)償, 保證熱交換器出口的水溫不發(fā)生大的波動(dòng)。其中，熱交換器是被控對(duì)象，實(shí)際熱水溫度為被控量，給定量(希望溫度)在控制器中 設(shè)定；冷水流量是干擾量。題1-8圖 水溫控制系統(tǒng)原理圖圖解-8水溫控制系統(tǒng)方框囹系統(tǒng)方塊圖如圖解1-8所示。這是一個(gè)按干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)。1-9許多機(jī)器，像車(chē)床、銳床和磨床，都配有跟隨器，用來(lái)復(fù)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(fù)制模板的外形。試說(shuō)明其 工作原理，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題1T因跟隨系統(tǒng)原理圖解模板與原料同時(shí)固定在工

12、作臺(tái) 上。X, Y軸直流伺服馬達(dá)接受控制器的 指令，按輸入命令帶動(dòng)工作臺(tái)做X、Y 方向運(yùn)動(dòng)。模板隨工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，觸針 會(huì)在模板表面滑動(dòng)，跟隨刀具中的位移 傳感器將觸針感應(yīng)到的反映模板表面形狀的位移信號(hào)送到跟隨控制器，控制器的輸出驅(qū)動(dòng)Z軸直流伺服馬達(dá)帶動(dòng)切削刀具連 同刀具架跟隨觸針運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)毒呶恢门c觸針位置一致時(shí)，兩者位置偏差為零，Z軸伺服 馬達(dá)停止。系統(tǒng)中，刀具是被控對(duì)象，刀具位置是被控量，給定量是由模板確定的觸針位置。系統(tǒng)方框圖如圖解1-9所示。最終原料被切割加工成模板的形狀。圖解一9刀具跟隨系統(tǒng)方框圖1-10題1-10圖(R, (b)所示均為調(diào)速系統(tǒng)。仃)分別畫(huà)出圖(小、圖(b)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的

13、方框圖。給出圖(3)正確的反饋連線方式。(2)在恒值輸入條件下，圖(3)、圖(b)中哪個(gè)是有差系統(tǒng)，哪個(gè)是無(wú)差系統(tǒng)，說(shuō)明其道 理。放大器(a)(b題1TO圖調(diào)逮系統(tǒng)工作原理圖解(1)系統(tǒng)方框圖如圖解1-10所示。題1-10圖(a)正確的反饋連接方式如題1-10圖(a)中虛線所示。(2)題1-10圖(R的系統(tǒng)是有差系統(tǒng)，題1-10圖(b)的系統(tǒng)是無(wú)差系統(tǒng)。電放發(fā)電位4幺+4電A功器-機(jī)機(jī)電放位*器執(zhí)行電機(jī)foi則速發(fā)電機(jī)圖解1-10系統(tǒng)方樞圏(b)題1-10圖(小中，當(dāng)給定恒值電壓信號(hào)，系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的恒定是以 發(fā)電機(jī)提供恒定電壓為條件，對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)激磁繞組中電流一定是恒定值。這意

14、味著放大器前 端電壓是非零的常值。因此，常值偏差電壓存在是系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提，故系統(tǒng)有差。(題1-10圖(b)中，給定恒定電壓，電動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)激磁繞組中的勵(lì) 磁電流恒定，這意味著執(zhí)行電動(dòng)機(jī)處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)，放大器前端電壓必然為0,故系統(tǒng)無(wú)差。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(guò)程中，有一個(gè)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(guò)加水點(diǎn)，加水量由自動(dòng)閥門(mén)控制。加水過(guò)程中，谷物流量、加水前谷物濕度以及水壓 都是對(duì)谷物濕度控制的擾動(dòng)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(huà)出系統(tǒng)方塊圖。

15、自動(dòng)閥門(mén)自動(dòng)閥門(mén)水欖MlltlT5水欖輸入谷物輸入谷物出谷物出谷物|調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器題1-11圖 谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖解系統(tǒng)中，傳送裝置是被控對(duì)象；輸出谷物濕度是被控量；希望的谷物濕度是給定量。 系統(tǒng)方框圖如圖解1-11所示。這是一個(gè)按干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)。圖解谷物混度控制系統(tǒng)方椎圖在分析系統(tǒng)的工作原理時(shí)，應(yīng)注意控制裝置各組成部分的功能，以及在系統(tǒng)中如何完 成其相應(yīng)的工作，并能用方框圖對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)方法很多，其中最常見(jiàn)的是按系統(tǒng)輸入信號(hào)的時(shí)間特性進(jìn)行分類(lèi), 可分為恒值控制系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是：系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的；系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度要高（穩(wěn)態(tài)誤差要小）；系

16、統(tǒng)的響應(yīng)過(guò)程要平穩(wěn)快速。這些要求可歸納成穩(wěn)、準(zhǔn)、快三個(gè)字。習(xí)題1-1根據(jù)題1-1圖所示的電動(dòng)機(jī)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(fù)反饋狀態(tài);畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題1-1圖速度控制系藐原理圖1-2題1-2圖是倉(cāng)庫(kù)大門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖。試說(shuō)明系統(tǒng)自動(dòng)控制大門(mén)開(kāi)閉的工 作原理，并畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題卜2圖倉(cāng)庫(kù)大門(mén)自動(dòng)開(kāi)閉控制系統(tǒng)1-3題1-3圖為工業(yè)爐溫自動(dòng)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(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。題1-3圖爐富自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖1-4題1-4圖是控制導(dǎo)彈發(fā)射架方位的電位器式隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖。圖中電位器人、并 聯(lián)后跨接到同一電源的兩

17、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(cè)量反饋元件。輸入軸由手輪操縱；轍岀軸則由直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)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(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。題卜4圖 導(dǎo)彈發(fā)射架方位角控制系統(tǒng)原理圖1-5采用禽心調(diào)速器的蒸汽 機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如題1-5圖所示。 其工作原理是：當(dāng)蒸汽機(jī)帶動(dòng)負(fù)載 轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)圓錐齒輪帶動(dòng)一 對(duì)飛錘作水平族轉(zhuǎn)。飛錘通過(guò)較鏈 可帶動(dòng)套簡(jiǎn)上下滑動(dòng)，套簡(jiǎn)內(nèi)裝有 平衡彈簧，套簡(jiǎn)上下滑動(dòng)時(shí)可撥動(dòng) 杠桿，杠桿另一端通過(guò)連桿調(diào)節(jié)供 汽閥門(mén)的開(kāi)度。在蒸汽機(jī)正常運(yùn)行 時(shí)，飛錘旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與彈簧的反彈

18、力相平衡，套簡(jiǎn)保持某個(gè)高度，使閥門(mén)處于一個(gè)平衡位置。如果由于負(fù)載增大使孩汽 機(jī)轉(zhuǎn)速0下降，則飛錘因離心力減小而使套簡(jiǎn)向下滑動(dòng)，并通過(guò)杠桿增大供汽閥門(mén)的開(kāi)度， 從而使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速回升。同理，如果由于負(fù)載減小使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速Q(mào)增加，則飛錘因離心 力增加而使套簡(jiǎn)上滑，并通過(guò)杠桿減小供汽閥門(mén)的開(kāi)度，迫使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速回落。這樣，離心 調(diào)速器就能自動(dòng)地抵制負(fù)載變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速Q(mào)保持在某個(gè)期望值附近。指出系統(tǒng)中的被控對(duì)象.被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。上總攝像機(jī)角位置自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)如題1-6圖所示。當(dāng)光點(diǎn)顯示器對(duì)準(zhǔn)某個(gè)方向時(shí)，攝像 機(jī)會(huì)自動(dòng)跟蹤并對(duì)準(zhǔn)這個(gè)方向。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象

19、、被控量及給定量， 畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。JIE交流敖大器K、自滋角機(jī)發(fā)送機(jī)接枚機(jī)I 光點(diǎn)顯 2仇示器題1-6圖攝像機(jī)臬位置隨動(dòng)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(shè)空載時(shí)兩系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端電壓 均為110V,試問(wèn)帶上負(fù)載后，圖(a), (b)中哪個(gè)能保持110V不變，哪個(gè)電壓會(huì)低于M0Y, 為什么題1-7圖 電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理因1-8題卜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(jì)測(cè)量。試?yán)L制系統(tǒng)方塊圖，并說(shuō)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(duì)象和控制裝置各是什么1-9許多機(jī)器，像

20、車(chē)床、銳床和磨床，都配有跟隨器，用來(lái)復(fù)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(fù)制模板的外形。試說(shuō)明其 工作原理，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。溫度控制器按流量順饋題1-8圖水富控鋼系統(tǒng)原理圖題1-9圖跟隨系統(tǒng)原理圖1- 10題1-10圖Q), (b)所示均為調(diào)速系統(tǒng)。(1) 分別畫(huà)出圖(a)、圖(b)對(duì)應(yīng)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(3)、圖(b)中哪個(gè)是有差系統(tǒng)，哪個(gè)是無(wú)差系統(tǒng)，說(shuō)明其道理。粒大器執(zhí)行動(dòng)機(jī)題1T0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(guò)程中，有一個(gè)出粉最

21、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(guò)加水點(diǎn)，加水量由自動(dòng)閥門(mén)控制。加水過(guò)程中，谷物流量、加水前谷物濕度以及水壓 都是對(duì)谷物濕度控制的擾動(dòng)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(huà)出系統(tǒng)方塊圖。第二章習(xí)題2-1試求圖示電路的澈分方程和傳遞函數(shù)。題2-1圖2-2移恒速控制系統(tǒng)的原理圖如圖所示，給定電壓山為輸入量，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速3為輸G(s) 。($)出量，試?yán)L制系統(tǒng)的方框圖，并求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)Ur“)Mz.(s)。(ML為負(fù)我轉(zhuǎn)矩，J為 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，f為粘性摩擦系數(shù)，Ra和La分別為電樞回路的總電阻和總電感，Kf為 測(cè)速發(fā)

22、電機(jī)的反饋系數(shù))。題2-22-3圖示電路，二極管是一個(gè)非線性元件，其電流d 和電壓叫之間的關(guān)系為=io-6（,0026 -i）t假設(shè)系統(tǒng) 工作在為=,7o=X10:,A平衡點(diǎn)，試求在工作點(diǎn) （如幾）附近b =f（叫）的線性化方程。2-4試求圖示網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)，并討論負(fù)載效應(yīng)問(wèn)題。K=1R=gRo=0ii.局14Ln 1&Riu,L1 i&題2-4圖2-6已知系統(tǒng)方框圖如圖所示，試根據(jù)方框圖簡(jiǎn)化規(guī)則，求閉環(huán)傳遞函數(shù)。co C2G) G(s) C2G)2-7分別求圖示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)&G)、&G)、尺2(巧、尺2($)2-8繪出圖示系統(tǒng)的信號(hào)流圖，并求傳遞函數(shù)G(s) = C(s)/R(s)題2-7

23、圖題2-8圖29試?yán)L出囹4、刀、如信號(hào)流圖，求系統(tǒng)輸出C(s) 題2-10圖2- 10求圖示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)C(s)/斤(s)。2-11已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)、53 +4疋 +3j + 2G(s) = 匸(y+ l)(s + 4) +41. 試用MATLAB求取系統(tǒng)的閉環(huán)模型；2. 試用MATLAB求取系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)模和閉環(huán)零極點(diǎn)。2-12如圖所示系統(tǒng)1. 試用MATLAB化簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)圖，并計(jì)算系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù);2. 利用pzmap函數(shù)繪制閉環(huán)傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)圖。s? +2$ + 1題2-12圖第二章習(xí)題答案2-1其中:丁現(xiàn),丁廠RC傳遞函數(shù)為:G(S)S=)Us) tt2s2+ts + (

24、2)也獸+刁+心勢(shì) +婦牛+叫F其中：站遞函數(shù)為：G(S)= ；!；)7；7；7；S3 + Tl(T2+T3)S2 + T3S + 2-2解：比較器e = ur-uf(2) 放大器5十(3) 速度反饋U f = kfw(4) 電樞回路 礙+耳人(S)_1Ua(s)-Ea(s)心(乍 + 1)叭一嘰a普(5) 電動(dòng)機(jī)軸上的力矩平衡M D = CmiaMD(S)-ML(s) = (f + JS)Q(s)G($) =W(Mq(s)-%(s)kg / RC(s) (7；S + 1)G/S + /)麗一i| qc(7；S + 1)G7S + /) (7；S + 1)G7S + /)(7；S +1)( +

25、 /) + k5kfcin / R + cc / Ra MS (7；S + 1)(7；S + Raf /c,nce) + ksk/ /ce + 10(5)性1+ +(7；S + 1)S + /) (7；S + 1)G7S + /) TeS + -JS + f C 后 / Ra(TeS +1)(75 + /) + kskfcm / Ra + cmce / Ra牛（存+1）(TeS + )(TmS + RJ/cnlce) + kskf /c,+l機(jī)電時(shí)間常數(shù) 電框回路的電磁時(shí)間常數(shù)2- 3=497x1072- 4十du八R f山仁f diiT + !T + z/ = pT dt R2+R. dtd

26、tG(s)=込(l + pJTS + l其中:T = R兩個(gè)環(huán)節(jié)之間有負(fù)責(zé)效應(yīng)。RR2 + R3R2+R3(b)G($) =-TS + 其中：R、R2 + R3兩個(gè)環(huán)節(jié)之間無(wú)負(fù)責(zé)效應(yīng)。2- 5 (a)t = RC6($)=乞竺 =_疽 E(s)其中：(b)5滬牆i小)其中： t = R2C(c)GG) =kplT.T2S2 + (7； + 7；)S +1 _ 0 + 1)(7；S +1)t2s其中：7=/?C, T2 = R22 ,t2s.R、r(d)G(滬如一加+ ) SG)1+鳥(niǎo)+丄R2 R2cs這是準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)，當(dāng)尺2尺3時(shí)G(s) 2-心(1 + 1/岱)2- 6(a)R(s) 51+

27、GQM +G2G3H2 +G4H2 +Gfi2G3H.+GG4H.(b)GGGGg(s)= 2=g$+G(S) -Gfi2Gfi4Hl +GQ2G3弘 +G2G,H. +G3G4H42- 7G(s)_G|(s)Rs) -Gfi2Gfi4C,(5)_ -Gfi2G3 R2(s) -Gfi2G3G42-8信號(hào)流圖如下: c2(5)_ -gg2g4 &(s) 一 l-gGGC2(s) _-G2(s)R2(s) I-i _-zEpa =G|G2G3 + G4 + GH+G2G.H2 +GxG1G3HGAHGfifiyHH22-9信號(hào)流圖如下:ff2C( Sj =GG2G3 ( 一 GqG、H j 一

28、GGGGGGGJ1 + GHJ + GGG3G4G、1 + G| -G/7,弘+qG2s恥)2-10 (a)五個(gè)回環(huán)，四個(gè)互不接觸的回環(huán).四條前向通道A = 1 + Gd| +GQ比十GH + GG比 +qq +G&S耳弘Gfi,GsH2H. +G,G4G5G6/72/4qqGj( 1+g,/+qqqq+(1+ grh)-1 +G3Wt +G.G4W2 +G5/yA +G5G6W4 +G.G5 +G3G5W/3 +7, +GyG4G5H2Hy +Gfi,GsG(H 2H 4(b)四個(gè)回環(huán).一對(duì)互不接觸回環(huán)，二條前向通道G(s) =abed + h(-be-cf)-be-cf -dg -hedi

29、 + bedg第三章習(xí)題3 - 1已知系統(tǒng)在零初始條件下的脈沖響應(yīng)函數(shù)如圖所示，求其傳遞函數(shù)。3 - 2系統(tǒng)在廠(/) = 1( + /1(作用下，系統(tǒng)響應(yīng) 為c(f) = f + 0.9-0.9嚴(yán)，試求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。3 - 3設(shè)單位反饋的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G(s)= s(s + 2)試求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)和各項(xiàng)性能指標(biāo)。3 - 4設(shè)單位反饋二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)如圖所示。試確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。3 - 5單位反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下，試 求系統(tǒng)的靜態(tài)位置、速度、加速度誤差系數(shù)。50(1) (1 + 0.15)(1 + 25)(1 + 0.55)G(S)_5(52 +45 + 200)K(

30、l + 2$)G( S)_ 7(5+ 1)(52 +25 + 10)7(5 + 1)G(S)_5(5 + 4)(52+2s + 2)3-6圖示系統(tǒng)傳遞函數(shù)為題3-6圖R(s) l + G(s)H(y)_仇捫+勺嚴(yán)+a0S， + aiSl +an-lS + an誤差e定義為r - c ,且系統(tǒng)穩(wěn)定，試確定系統(tǒng)在階躍信號(hào)作用下穩(wěn)態(tài)誤差為篆的充分條CG)件。求出系統(tǒng)在等加速度信號(hào)作用下穩(wěn)態(tài)誤差為零時(shí)R(s)的形式。3 - 7系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖(G所示.試計(jì)算在單位斜坡輸入信號(hào)下的穩(wěn)態(tài)誤差，如果在 輸入端加入一比例微分環(huán)節(jié)如圖(b),試證明適當(dāng)選擇參數(shù)a后，系統(tǒng)跟蹤斜坡輸入的穩(wěn)態(tài) 誤差可以消除。(b)題3-

31、7圖3 - 8單位反饋控制系統(tǒng)，要求(1)由單位階躍函數(shù)輸入引起的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零;/3上升時(shí)間CDn J1-孑V?館 97ty/3tp =1.815 峰值時(shí)間 9$-孑 334 J3 ts =7T = (3 4)5即-亍聯(lián)立求解得f? = 0.35833.641131.92s(s + 24.1)(1)=50K嚴(yán)=0K。=0(2)=009K嚴(yán)K200Af0(3)=00K、=oOK=lo7(4)5=00K、=8,=0系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳函3-6 系統(tǒng)在階躍信號(hào)作用下穩(wěn)態(tài)誤差為“0”的充分條件為: 系統(tǒng)在加速度信號(hào)作用下穩(wěn)態(tài)誤差為“0”時(shí)C(S)=空 + 方$” + + 勺_2$ + 5R(s)aos,1

32、 + q 嚴(yán) + + ans + an3-7單位斜坡信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差N=Z2忑一 2 .2卡| |=e 1 117TX 7t振蕩次數(shù)2 調(diào)節(jié)時(shí)間凱 33-4解：由圖3-49可知：M 廠 30%rp=0(考慮2%的誤差帶)lims()= 03-8(1)當(dāng)系統(tǒng)為I型系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：G(s) = ；s(s +4$+ 6)(2)當(dāng)系統(tǒng)為II型系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為:6 + 47(7+4)3-9系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G(s) =505(?+ 125 + 25)3-103-11解：當(dāng) 了 = 0 時(shí)，=祠=3.16, 10當(dāng)HO 時(shí)，r = 0.2427(1)解:0VKV63-12解:3

33、-133-14(2)(3)(4)(1)(2)無(wú)論K取何值，系統(tǒng)都不穩(wěn)定0vKv3OvKv 巴3系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)0Kvl5當(dāng).72 7C 0, r0解：解：系統(tǒng)臨界增益K = 3，響應(yīng)的振蕩頻率為 3 =躬恥）“丄%）+ %）%）3- 15 解：$（）,GgGg）3- 16解：系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)c（） = Ke_ cos2/第四章習(xí)題4- 1已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)如下，試?yán)L制系統(tǒng)參數(shù)K：Otoo時(shí)，系統(tǒng)的根軌跡圖，對(duì) 特殊點(diǎn)要加以簡(jiǎn)單說(shuō)明。（l）G（5）/7（5）=K($ + 4)5(5+ 1)(5 + 2)4- 2已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s) =K(s + 2)(s + 3)5(5 + 1

34、)1. 試?yán)L制系統(tǒng)參數(shù)KQtco時(shí)，系統(tǒng)的根軌跡圖，求取分離點(diǎn)和會(huì)合點(diǎn);2. 試證明系統(tǒng)的根軌跡為圓的一部分。4- 3已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s) =Ks(s + l)(s + 3)1. 試?yán)L制系統(tǒng)參數(shù)K：0tco時(shí)，系統(tǒng)的根軌跡圖;2. 為了使系統(tǒng)的階躍響應(yīng)呈現(xiàn)衰竭振蕩形式，試確定K的取值范圍。4- 4設(shè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s) =K($ + 2) s(s + a)1.試分別確定使系統(tǒng)的根軌跡有一個(gè)、兩個(gè)和三個(gè)實(shí)數(shù)分離點(diǎn)的a值；分別畫(huà)出相應(yīng)的根軌跡圖;2. 采用MATLAB繪出該系統(tǒng)的不同a值下的根軌跡圖。4- 5設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的G(s)H(s)= K

35、s(s + 2)1. 繪制系統(tǒng)的根軌跡圖；2. 如果系統(tǒng)增加一個(gè)開(kāi)環(huán)篆點(diǎn)s + o,試?yán)L制a2和。2時(shí)系統(tǒng)的根軌跡圖，并討論増加零點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。4- 6已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為廠/八 口/八 K(s +1)(5 + 3)G(s)H(5)=1. 繪制系統(tǒng)的根軌跡；2. 確定系統(tǒng)穩(wěn)定K的取值范圍；3. !.采用MATLAB繪制系統(tǒng)的根軌跡。4-7已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s) =K($ + 10)s(s + 5)1. 繪制系統(tǒng)的根軌跡;2. 計(jì)算當(dāng)增益K為何值時(shí)，系統(tǒng)的阻尼比最小，并求此時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)；3. 求取當(dāng)K = 2時(shí)，系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)及性能指標(biāo)(超調(diào)量和過(guò)渡過(guò)程時(shí)間);4

36、. 釆用MATLAB來(lái)驗(yàn)證你的結(jié)果。4-8已知負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s) =s(s + 2)1. 試?yán)L制系統(tǒng)的根軌跡圖;2. 求系統(tǒng)穩(wěn)定K的取值范圍；3. 確定系統(tǒng)響應(yīng)為等幅振蕩的K值和振蕩頻率。4-9已知負(fù)反饋控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為5心餡試?yán)L制以d為參變呈的根軌跡圖。4- 10已知系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s) =KG + 2)1. 繪制系統(tǒng)的根軌跡圖；2. 求根軌跡與虛軸交點(diǎn)的K值和振蕩頻率；3. 當(dāng)阻尼比 0)s + as+ 61. 試?yán)L制gOtoo時(shí)系統(tǒng)的根軌跡圖；2. 判斷(T?,丿)點(diǎn)是否在根軌跡上；3. 0時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定與虛軸無(wú)交點(diǎn)根軌跡如圖4-2：Re

37、al Axis圖4-22)證明：令代入開(kāi)環(huán)傳函G(s)H(s)得:G(s)H(s) =K(兒 + 2)(5, + 3) _ K(w + 2+ yv)(w + 3 + yv) 兒(片 + 1)(M + JV)(M + 1 + JV )因?yàn)楦壽E上一點(diǎn)，故滿(mǎn)足相角條件+ 2 + 3 = (2鳥(niǎo) +1” + z -i 和=+ 2)(“+ 3)即：化簡(jiǎn)整理得:1(“ + 1.5)2 + 為一個(gè)圓的方程，圓心在（一L5J0）處，半徑為2 4-3解：1）系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，故有兩條根軌跡，起始于戸=一1, ”2=一3；全部終止于 無(wú)窮遠(yuǎn)處 實(shí)軸上的根軌跡區(qū)間為（-玄一1） 漸近線恥一2,化=90,-90 當(dāng)K

38、 = 1時(shí)，有分離點(diǎn)5=2根軌跡如圖4-3：Root Locus- rrReal Axis圖4-32）當(dāng)1 Kv8時(shí)，系統(tǒng)階躍響應(yīng)表現(xiàn)為衰減振蕩的形式4-4解：系統(tǒng)為三階系統(tǒng)，故有三條根軌跡，起始于/?=,卩2=,必=-；終止 于=2和兩個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)處 當(dāng)0va2時(shí)，分離點(diǎn)不在根軌跡上，舍去當(dāng)26718時(shí)，有三個(gè)分離點(diǎn)根軌跡如圖4-4：4-5解：系統(tǒng)為三階系統(tǒng)，故有三條根軌跡，起始于宀=,必=一2；全部 終止于無(wú)窮遠(yuǎn)處x2丄2兀0 = = ，兀 漸近線：3 ,3 分離點(diǎn)與會(huì)合點(diǎn)：K = 06=,即根軌跡的起點(diǎn)根軌跡如圖4-5：4-6解：1）系統(tǒng)為三階系統(tǒng)，故有三條根軌跡，起始于卩=, “2=,必=

39、；終 止于勺=一1, =一3和一個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)處 實(shí)軸上的根軌跡在區(qū)間為（Y._3）, （1,0）（ 分離點(diǎn)與會(huì)合點(diǎn)：冰=0心2=0）, （K = 0.232,S3 =-6.646）K=?_ .廠 當(dāng) 一時(shí)，與虛軸交點(diǎn)為吐2= 土八用根軌跡如圖4-6：IIcc 1 - /、 /- /7-一 一rr8-64 202Real Axis圖4-6Root Locus3 2 10 12 3 sxAJeuuleE3/c2）由圖可知，4時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定4-7解：1）系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，故有兩條根軌跡，起始于/?i=0,心=-5 ；終止于=-10 , 和一個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)處 實(shí)軸上的根軌跡在區(qū)間為（Y.-10）, （5,0） 會(huì)合點(diǎn)

40、為（K = 29.14,s產(chǎn)-17.07）,分離點(diǎn)為（K=0.85&=-2.929） 一條漸進(jìn)線，即實(shí)軸根軌跡如圖4-7：Real Axis 圖4-72） K=5 ,主導(dǎo)極點(diǎn)為2= 一52343）閉環(huán)極點(diǎn)=-3.5 J5.5677 J = 0.677%;p4-8解：1）有兩條根軌跡，起始于/?i=0,久二一？；終止于=-1和一個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)處 ） 實(shí)軸上的根軌跡為（一2,0）, （1.8） 會(huì)合點(diǎn)為（K = 0.536小=-0.732），分離點(diǎn)為（K = 7.464,心=2.732） 當(dāng)K = Kp=2時(shí)，與虛軸交點(diǎn)為2=土八伍根軌跡如圖4-8：22 2024Real Axis6 8Root Loc

41、us55 0 5 0 0 越玄 AgceuJ-圖4-82) xjeu_6euj-2) 不是3) y(t)=06(s+刃G(s)=-J4-12解：系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為G + 2廣待征根為： =-1.441385,2 =-3.052166,巧.4 =0245 土 ji-324- 13解：(1)穩(wěn)定時(shí)K取值范圍為： 一8yy64 根軌跡如圖4-13-1：、 % / 9/ 、 rrRoot LocusReal Axis 圖 4-13-1(2) 穩(wěn)定時(shí)K取值范圍為：yy10207 根軌跡如圖4-13-2：Root Locus403020i1 / /Z/r% % 、-2002040Real Axis-4060-40圖 4-13-2(2)穩(wěn)定時(shí)K取值范圍為：23.315 yy3568 根軌跡如圖4-13-3：s?xAJeudeoJ- (d Root Locus505Real Axis圖 4-1