自動控制原理答案

1、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。 曲動機望 翦1a。題b1圖速度控制系統(tǒng)原理圖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。A電” 地大敗大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。<z的電偶電第叁題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 Eo的兩端，其滑臂分

2、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)。飛錘通過較鏈 可帶動套筒上下滑動，套筒裝有平 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

3、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

4、對象、被控量及給定量， 畫出系統(tǒng)方框圖。交也惻遞支電機“匕廠 莊整用機發(fā)鳴機題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、銃床和磨床

5、，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。溫度控制獸題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

6、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) d2uoduoI1 dtUoUi其中:傳遞函數(shù)為Uo sUi(2)TT2TTi,d3Uo 3-dF 其中:LR傳遞函數(shù)為：2-2UaUfUaTiLRT2RCtt2s2 t1sTi(T2T2T)a3) dt2d UoT3-dTUoUiT3R C2TT2T3S3 T«2 T3)S2 T3S 1解：(1)比較器*Uf(2)ksek

7、f w放大器速度反饋電中區(qū)回路Raiaa aLala(S)Ua(S)Ea(S)dia一 eadt1Ra(TeS 1)eaCeWTeLaRa(5)電動機軸上的力矩平衡dwM d M l fw JdtM DCmiaMd(s) Ml(s)1(f JS) (s)(S) -(Md(s) Ml(s) JS f(s)Ur(s)1kskfCm/Rks 備 / Ra(TeS 1)(JS f)cmce / Ra(TeS 1)(JS f)(1S 1)(JS f)Ml(s)ksCm / Ra(TeS 1)(JS f) kskfCm/Ra /Ce / Raks/Ce (TeS 1)(TmS Raf/CmCe) k$kf

8、/Ce 11JS f kskfCm/RaCmCe/Ra1 - (TeS 1)(JS f ) (TeS 1)(JS f)TeS 1(TeS 1)( JS f) kskfCm/Ra CmCe / Ra號(TeS 1)(TeS 1)(TmS Raf/CmCe) kskf/g 1機電時間常數(shù)TLaeRa.電框回路的電磁時間常數(shù)RaJ TmCmG2-3 4id4.197 10 Ud2-4T dUoR1T dUodtR2 R3 dt2TSUodui2T dt(1 i)TS 1其中:2R2R3Ri1R2R3R兩個環(huán)節(jié)之間有負責效應。(b)G渭其中：RiR2R3R3兩個環(huán)節(jié)之間無負責效應。2-5 (a)Uo(

9、s)RCUi(s)其中：(b)G(s)Uo(s)Ui(s)kp(1 1/s)其中:(c)R2cR2RiG(s) 2_kpTT2s(T1 T2)S1kp(TiS 1)(T2s 1)其中:T1(d)G(s)Uo(s)Ui(s)T2SR1C1T2R2C2T2SR2Rkp(1 1/ s)R I - R2R2cs這是準PI調(diào)節(jié)，當 R2 R3時G(s)kp(1 1/ s)2-6 (a)G(s)(b)G(s)C(s) .G1G2G3 G1G4G5R(s)1 G1G2H1 G2G3H2 G4H2 G1G2G3H3G1G4H32-7G1G2G3G41 G1G2G3G4HlG1G2G3 H 2 G2G3H 3

10、G3G4H 4C1G(s)R(s)1 G1G2G3G4C1G1G2G3R2(s)1 G1G2G3G42-8信號流圖如下：C2(s)G1G2G4R(s)1 G1G2G3G4C2(s) G2(s)R2(s)1 G1G2G3G42-9信號流圖如下C(s)1G G2G3(1 -G5G6 GHiG4G5H 2GG4G5GG4G5H1H2R2(s)G(s)3-2當t 0時， c(0) 0.9 0.9 0初始條件為零，則10.90.9c(s)s ss 10輸入信號所以10(s 1)s2(s 10)r(t) 1(t) t 1(t)S11R(s) 5s sG4G5G6(1 GHi)GG2G3G4G51 GHi

11、G4G5H 2GG4G5GG4G5HH 22-10 (a)五個回環(huán)，四個互不接觸的回環(huán)，四條前向通道1G3H1G3G4H2G5H3G5G6H4G3G5G3G5H1H3G3G4G6H1H4G3G4G5H2H3G3G4G5G6H2H 4G1G3G4(1 G5H3 G5G6H4) G1G3G5G6 G2G5G6(1 G3H1 G3G4H2) G3G4G5G6G(s) 1G3H1G3G4H2G5H3G5G6H4G3G5G3G5H1H3G3G5G6H1H4G3G4G5H2H3G3G4G5G6H2H4(b) 四個回環(huán)，一對互不接觸回環(huán)，二條前向通道abcd h(1 be cf)1 be cf dg bcd

12、i bedg第三章習題答案3-1故傳遞函數(shù)為：-k_ TsG6(1 (1Ts)e)其傳遞函數(shù)G(s)C(s)410(s 1)s2(s 10)s 1-2s10s 10G(s)3-3 解:s(s2)s(s則 由公式0.5h(t) 1nt sin(dt可得系統(tǒng)單位階躍響應2.3h(t) 1 e3各項性能指標：sin(3t60超調(diào)量e 1 2 1000016.30 0上升時間233,33Mp2.31.21s峰值時間調(diào)節(jié)時間3-4解：由圖M p 30003-493-5tpts3- 4212可知：tp 0.1e 1 20.30.1系統(tǒng)的開環(huán)傳函(1) Kp 50KvG(s)出 1.81s3(3 4)s聯(lián)立

13、求解得2 ns(s 2 n)0 Ka 0(考慮2%的誤差帶)0.358n33.641131.92s(s 24.1)3-6C(s) R(s) 3-73-8(2)(3)KpKpKpKvKvK2008,Ka 0KaKa系統(tǒng)在階躍信號作用下穩(wěn)態(tài)誤差為“系統(tǒng)在加速度信號作用下穩(wěn)態(tài)誤差為mm2b0s0san 2san iSnn 1%sasan iS an單位斜坡信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差K100”的充分條件為：bm an0”時ana當選(1)G(s)一 limsE(s) 0n時，叩m。當系統(tǒng)為I型系統(tǒng)時，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:4(2)G(s)1,2s(s 4s當系統(tǒng)為6s 46)II型系統(tǒng)時，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)

14、為:s2(s 4)3-9系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)”5012s 25)3-10解：當當3-11解:(1)(2)(3)時,時,K3-12解:3-13解:(4)(1)(2)K3-143-153-16.10 3.160.2427無論K取何值，系統(tǒng)都不穩(wěn)定310系統(tǒng)穩(wěn)定時0 K 15當 0.720,解：系統(tǒng)臨界增益Gn(s) 解：G3(s)解：系統(tǒng)單位脈沖響應10100.3166.24時，閉環(huán)極點均位于3,響應的振蕩頻率為Gr(s)1 G3(s)H(s)G2(s)G3(s)c(t) Ke t cos 2ts 1直線的左邊第五章習題答案5-2 解：(1)y(t) 0.83sin(t 25.26 )(2)y

15、(t)0.83sin(t 4.76 ) 1.64sin(2t 35.54 )kq 20.82dB g5-3 解：39.295-4解：系統(tǒng)地傳遞函數(shù)為G(s) s 5-5 解:(a)10010s 10091.35G(s) 6(s 300)(s 5)(s 10)(b)G(s)0.1s0.02s 1258.7(c)G(s)(d)G(s)(e)G(s)(f)G(s)32s(0.5s 1)25 s(100s 1)(0.1s 1)0.5(2s 1)s2(0.5s 1)31.620.01s2 0.116s 114.041.7136.865-6 解：(1) k=1(2) k=255-7 解：(a).N=1,

16、Z=0 穩(wěn)定(c).N=1, Z=0 穩(wěn)定(b).N=-1(d).N=0(e).N=0, P=0, Z=0 穩(wěn)定 (f).N= -1(g).N=-2, P=0, Z=2 不穩(wěn)定 (h).N=0,Z=1不穩(wěn)定P=0 , Z=0 穩(wěn)定,P=1 , Z=2不穩(wěn)定,P=0, Z=0 穩(wěn)定(i).N= -2, P=1 , Z=3 不穩(wěn)定5-8解：0 k 10,25 k 10000時，系統(tǒng)穩(wěn)定10 k 25,k 10000時，系統(tǒng)不穩(wěn)定 1.1 4k21 . 2( 11 4k2 cos(1 4k )5-9 解：(1)2k(2) w=2.1642, k=5.156kg 20.82dB14125s2 1034

17、0s 100005-10 解：(1) (2) (3)5-11 解：5-12 解：(1)39.29k=1.69 k=12.10.1(s)(2)M p 15%ts0.058 0.077s5-13 解：(1)k=0.74 (2)k=1.1 (3)k=0.511 5-14解：當K>1時，奈氏圖如圖所示， P=1, N=1, Z=0系統(tǒng)穩(wěn)定-3-2.5-2-1.5-1-0.500.5Real AxisPXA vrhKpaa mlNyquist Diagram 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -151 -5wax A vra«psa上(1)Ny

18、quist Diagram 20 15 10 5 0m -5-10-15-20-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10Real Axis(2)Nyquist Diagram-1.5-1-0.500.511.52Real Axis-33 25 4GF VA wf-anraayr61 -5Bode DiagramGm = -5.34 dB (at 1.44 rad/sec) , Pm = 28.6 deg (at 1.84 rad/sec)JBdr eaH«Lh9aM19080702Mgdr esanp21010Frequency (rad/sec)

19、71-5Bode DiagramkcdveauhaaMxlawyavesawnp21010°101Frequency (rad/sec)5-18 Nyquist Diagram0.80.60.4S 0.2m -0.2-0.4-0.6-0.8-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81Real AxisBode Diagram10110210T10010-2103Frequency (rad/sec)(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

20、 P = 30 0Bode DiagramGm = 3.86 dB (at 3.17 rad/sec) , P m = 30 deg (at 2.87 rad/sec)50lBa(KeHMUkhawaM-10000-50la6avesahb-270-90-18010-1101010210Frequency (rad/sec)5-20 (1)當K=5時，bode圖如圖所示8-1(2)(4)f(t)f(t)(s)-150270-90Bode DiagramGm = 11 dB (at 0.834 rad/sec) , P m = 64.9 deg (at 0.211 rad/sec) 500-50-100180900-210-1100101Frequency (rad/sec)1010attef(t)nT (a en 02f(t)8-2 (1)(2)第八章習題答案 nTe anT (t