自動(dòng)控制原理課后習(xí)題答案

1、.wd.wd.wd.目錄1自動(dòng)控制系統(tǒng)的 基本概念1.1內(nèi)容提要1.2習(xí)題與解答2自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 2.1內(nèi)容提要 2.2習(xí)題與解答3自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析 3.1內(nèi)容提要 3.2習(xí)顆與他答4根軌跡法4.1內(nèi)容提要4.2習(xí)題與解答5頻率法5.1內(nèi)容提要5.2習(xí)題與解答6控制系統(tǒng)的校正及綜合 6.1內(nèi)容提要 6.2習(xí)題與解答7非線性系統(tǒng)分析7.1內(nèi)容提要7.2習(xí)題與解答8線性離散系統(tǒng)的理論根基8.1內(nèi)容提要8.2習(xí)題與解答9狀態(tài)空間法 9.1內(nèi)容提要 9.2習(xí)題與解答附錄 拉普拉斯變換參考文獻(xiàn)1自動(dòng)控制系統(tǒng)的 基本概念1. 1內(nèi)容提要 基本術(shù)語(yǔ)：反響量，擾動(dòng)量，輸人量，輸出量，被控對(duì)象；

2、基本構(gòu)造：開(kāi)環(huán)，閉環(huán)，復(fù)合； 基本類型：線性和非線性，連續(xù)和離散，程序控制與隨動(dòng)； 基本要求：暫態(tài)，穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)定性。 本章要解決的問(wèn)題，是在自動(dòng)控制系統(tǒng)的 基本概念根基上，能夠針對(duì)一個(gè)實(shí)際的控制系統(tǒng)，找出其被控對(duì)象、輸人量、輸出量，并分析其構(gòu)造、類型和工作原理。1.2習(xí)題與解答 題1-1圖P1-1所示，為一直流發(fā)電機(jī)電壓白動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖。圖中，1為發(fā)電機(jī)；2為減速器；3為執(zhí)行電機(jī)；4為比例放大器；U0+-534+-負(fù)載GV12+-+-圖P1-7電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖5為可調(diào)電位器。 (1)該系統(tǒng)有哪些環(huán)節(jié)組成，各起什么作用 (2)繪出系統(tǒng)的框圖，說(shuō)明當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，系統(tǒng)如何保持發(fā)電機(jī)的電壓恒

3、定 (3)該系統(tǒng)是有差系統(tǒng)還是無(wú)差系統(tǒng)。 (4)系統(tǒng)中有哪些可能的擾動(dòng)， 答 (1)該系統(tǒng)由給定環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、中間環(huán)節(jié)、執(zhí)行構(gòu)造、檢測(cè)環(huán)節(jié)、發(fā)電機(jī)等環(huán)節(jié)組成。 給定環(huán)節(jié):電壓源。用來(lái)設(shè)定直流發(fā)電機(jī)電壓的給定值。 比較環(huán)節(jié):本系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的被控量與給定量進(jìn)展比較，是通過(guò)給定電壓與反響電壓反極性相接加到比例放大器上實(shí)現(xiàn)的 中間環(huán)節(jié):比例放大器。它的作用是將偏差信號(hào)放大，使其足以帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。該環(huán)節(jié)又稱為放大環(huán)節(jié) 執(zhí)行機(jī)構(gòu):該環(huán)節(jié)由執(zhí)行電機(jī)、減速器和可調(diào)電位器構(gòu)成。該環(huán)節(jié)的作用是通過(guò)改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路的電阻值，改變發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓 被控對(duì)象:發(fā)電機(jī)。其作用是供給負(fù)載恒定不變的電

4、壓. 檢測(cè)環(huán)節(jié)跨接在發(fā)電機(jī)電樞兩端、且與電壓源反極性相接到比例放大器輸人端的導(dǎo)線。它的作用是將系統(tǒng)的輸出量直接反響到系統(tǒng)的輸人端。(2)系統(tǒng)構(gòu)造框圖如圖1-5所示。當(dāng)負(fù)載電流變化如增大時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓下降，電壓偏差增大，偏差電壓經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器放大后，控制可逆伺服電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)可調(diào)電阻器的滑動(dòng)端使勵(lì)磁電流增大，使發(fā)電機(jī)的電壓增大直至恢復(fù)到給定電壓的數(shù)值上，實(shí)現(xiàn)電壓的恒定控制。 負(fù)載電流減小的情況與此同理。 (3)假設(shè)在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)輸出的電壓與給定的電壓相等，也就是我們所稱謂的無(wú)差系統(tǒng)。此時(shí)，比例放大器輸出電壓為零，執(zhí)行電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，可調(diào)電位器的滑動(dòng)端不動(dòng)，發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)不變化，從而保持發(fā)電機(jī)

5、輸出電壓等于給定電壓。假設(shè)成立，故該系統(tǒng)為無(wú)差系統(tǒng)。 (4)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的外部擾動(dòng)負(fù)載電流的變化(增加或減少)?？赡艹霈F(xiàn)的內(nèi)部擾動(dòng)：系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作使電源電壓降低，執(zhí)行機(jī)構(gòu)、減速器等的機(jī)械性能的改變等。 題1-2圖1-6所示為閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)示意圖，如果將反響電壓的極性接反，成為正反響系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)工作有什么影響?此時(shí)各環(huán)節(jié)工作于什么狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能否按照給定值運(yùn)行， 答正反響系統(tǒng)的比較環(huán)節(jié)是使反響電壓與給定電壓相加。加給控制器的信號(hào)必然總在給定電壓根基上增大，系統(tǒng)將不具備調(diào)節(jié)能力，各環(huán)節(jié)的輸出量將處于飽和狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能按給定的值運(yùn)行 題1-3圖Pl-2為倉(cāng)庫(kù)大門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖。試說(shuō)明

6、自動(dòng)控制大門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的工作原理。如果大門(mén)不能全開(kāi)或全關(guān)，應(yīng)怎樣進(jìn)展調(diào)整? 答系統(tǒng)中，“開(kāi)門(mén)和“關(guān)門(mén)兩個(gè)開(kāi)關(guān)是互鎖的，即在任意時(shí)刻，只有開(kāi)門(mén)(或關(guān)門(mén))一個(gè)狀態(tài)，這一狀態(tài)對(duì)應(yīng)的電壓和與大門(mén)連接的滑動(dòng)端對(duì)應(yīng)的電壓接成反極性(即形成偏差信號(hào))送入放大器。放大器的輸出電壓送給直流電動(dòng)機(jī)M，直流電動(dòng)機(jī)與卷筒同軸相連，大門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉是通過(guò)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)來(lái)控制的。與大門(mén)連接的滑動(dòng)端對(duì)應(yīng)的電壓與“開(kāi)門(mén)滑動(dòng)端對(duì)應(yīng)的電壓相等時(shí)，大門(mén)停頓開(kāi)啟;與大門(mén)連接的滑動(dòng)端對(duì)應(yīng)的電壓與“關(guān)門(mén)滑動(dòng)端對(duì)應(yīng)的電壓相等時(shí)大門(mén)停頓關(guān)閉。 設(shè)“開(kāi)門(mén)滑動(dòng)端對(duì)應(yīng)的電壓為，“關(guān)門(mén)滑動(dòng)端對(duì)應(yīng)的電壓為，與大門(mén)連接的滑動(dòng)端對(duì)應(yīng)的電壓為。開(kāi)門(mén)時(shí)，將

7、“開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)閉合、關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，此時(shí)，。此偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器放大后帶動(dòng)可逆直流電動(dòng)機(jī)M轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)可調(diào)電位計(jì)滑動(dòng)端上移，直至?xí)r.直流電動(dòng)機(jī)M停頓、大門(mén)開(kāi)啟。 關(guān)門(mén)時(shí)，將“開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、“關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)閉合，此時(shí)有，此偏差信號(hào)經(jīng)放大后使直流電機(jī)M向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)可調(diào)電位計(jì)滑動(dòng)端下移，直至?xí)r，直流電機(jī)M停頓、大門(mén)關(guān)閉。 假設(shè)大門(mén)不能全開(kāi)(或全關(guān))可將價(jià)調(diào)大或?qū)⒄{(diào)小)，這可通過(guò)將“開(kāi)門(mén)滑動(dòng)端上移直至大門(mén)全開(kāi)(或?qū)ⅰ瓣P(guān)門(mén)滑動(dòng)端下移直至大門(mén)全關(guān))實(shí)現(xiàn)。 從下作原理上分析，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行(大門(mén)“全開(kāi)或“全關(guān))時(shí)，系統(tǒng)的輸出量完全等于系統(tǒng)的輸入量(大門(mén)“全開(kāi)時(shí)，；大門(mén)“全關(guān)時(shí)，)。故該系統(tǒng)屬于恒值、無(wú)差系統(tǒng)。2

8、自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.1內(nèi)容提要 (l)數(shù)學(xué)模刑 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)是建設(shè)在數(shù)學(xué)模型根基上的。數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)內(nèi)部各物理量之間動(dòng)態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。數(shù)學(xué)模型的形式可以有多種，在經(jīng)典控制理論中常甩的是微分方程和差分方程，在現(xiàn)代控制理論中常用的是狀態(tài)空間表達(dá)式 數(shù)學(xué)模型的求取可以采用解析法和統(tǒng)計(jì)法。本章主要以解析法為主。用解析法建設(shè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，應(yīng)根據(jù)元件及系統(tǒng)的特點(diǎn)和連接關(guān)系，按照它們所遵循的物理規(guī)律，抓住主要矛盾，忽略次要因素，列寫(xiě)各物理量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式、使得所建的數(shù)學(xué)模邢既正確又簡(jiǎn)草 (2)傳遞函數(shù) 傳遞函數(shù)是為方便進(jìn)展系統(tǒng)分析所引出的數(shù)學(xué)模型的另外一種形式。由它的定義

9、可知，傳遞函數(shù)只適合于線性連續(xù)系統(tǒng)。 (3)傳遞函數(shù)的求取 傳遞函數(shù)的求取方法有三種: 1利用傳遞函數(shù)的定義； 2)利用構(gòu)造圖等效變換； 3利用信號(hào)流圖 利用傳遞函數(shù)的定義求解傳遞函數(shù)，主要適合于求典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的情況。 構(gòu)造圖是系統(tǒng)傳遞函數(shù)的圖形化表示。它最大的優(yōu)點(diǎn)是可以形象直觀地表小出動(dòng)態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型及其相互關(guān)系。通過(guò)構(gòu)造圖的等效變換可以求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)由構(gòu)造圖等效變換求解傳遞函數(shù)，主要是調(diào)整相加點(diǎn)和分支點(diǎn)的位置，將其化為三種典型的連接形式，即串聯(lián)、井聯(lián)和反響連接，從而求得系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。應(yīng)注意的是，變換過(guò)程中相加點(diǎn)和分支點(diǎn)之間一般不宜相互變換位置 信號(hào)流圖也是一種用圖形表示線性系統(tǒng)方程組的方法。信號(hào)流圖與構(gòu)造圖在本質(zhì)上是一樣的，只是形式上不同。其中需要重點(diǎn)掌握的術(shù)語(yǔ)有前向通路、回環(huán)、不接觸回環(huán)等。它的最大優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)梅遜增益公式可以很方便快捷地求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。使用這種方法的關(guān)鍵在于對(duì)系統(tǒng)回環(huán)的判斷是否正確 (4)非線性數(shù)學(xué)模型的線性化 本章介紹的是利用小偏差線性化方法對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)展線性化處理。這種方法就是將一個(gè)非線性函數(shù)在其工作點(diǎn)處展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)，然后略去二次以上的高階項(xiàng)，得到線性化方程，用來(lái)代替原來(lái)的非線性函數(shù)。此種方法適合于非本質(zhì)非線性系統(tǒng)。2.2習(xí)題與解答題2-1試求出圖P2-