自动控制理论第一章习题答案.doc
第一章自动控制概论
思考题
1、什么是自动控制？他对人类活动有什么意义？
所谓自动控制就是在没有人直接参与的情况下，通过控制装置使被控制对彖或生产过程自动地按照预定的规律运行，使Z达到预期的状态或性能要求。
自动控制是人类在认识世界和发明创新的过程屮发展起來的一门重要的科学技术。依靠它，人类可以从笨重、重复性的劳动中解放出來，从事更富创造性的工作。
2、什么是反馈？什么是负反馈？
通常，我们把输出量送回到输入端并与输入信号比较的过程称为反馈。
若反馈的信号是与输入信号相减而使偏差值越来越小，则称为负反馈。
3、开环控制系统是怎样实现控制作用的？请举例说明。
开环控制系统：如果系统的输出端和输入端Z间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制系统。
例：原始的数控机床进给系统就是开环控制系统。
指令输入到计算机控制系统Z中，带动步进电机运动，使工作台移动，产生位移输出。在口常生活中，许多控制系统都可以理解成开环控制系统，如电风扇的转速是由档位决定的，不能根据环境温度自动调节；洗衣机定时系统是由功能和时间决定，不能根据所洗衣物清洁程度自动调节。
4、闭环控制系统是怎样实现控制作用的？请举例说明。
闭环控制系统：闭环控制（亦称为反馈控制，Feedback Control）是指能对输出量与输入量进行比较，并且将它们的偏差作为控制手段，以保持两者Z间预定关系的系统。
如：自动调温空调，当环境温度高于设定温度时，空调制冷系统自动开启，调定室温到设定值。
5、对自动控制系统的基本要求是什么？
对控制系统的基本要求是：系统的稳定性、响应的快速性、响应的准确性。
6、试叙述电冰箱中温度控制系统的温度控制过程。
电冰箱温度控制系统由感温管，温度调节，执行动作等系统组成。冰箱没工作时，感温管内气体遇热就膨涨，触点就将两原来断开的接触点靠在一起了。冰箱在工作时，由于冰箱内制冷系统在给冰箱不段的输入冷气，就越来越冷，随着温度不短降低，感温管内的气体缩小，气垫就将断点段开，然而就将冰箱停止工作！
7、试叙述骑自行车时的闭环控制过程。
人在骑自行车时，眼睛做为检测装置检测路面及路况信息，反馈给大脑，大脑控制人的手和脚，从而控制自行车的行进路线及速度。
&在家用电器屮，有哪些是应用反馈控制原理来进行控制的？
空调温度测量控制空调频率或开关；
冰箱温度控制系统根据冰箱内温度变化进行调节；
马桶的水箱水多了就停止灌水水少了就自动灌水……
习题
1-1闭环控制系统是由哪些环节组成的？各环节在系统中起什么作用？
闭环控制系统主要由控制对彖、执行机构、检测装置、给定环节、比较环节、中间环节等环节组成。
控制对彖：指要进行控制的设备或过程。
执行机构：由传动装置和调节机构组成，直接作用于控制对彖，使被控量达到所要求的数值。
检测装置：用来检测被控量，并将其转换为与给定量相同的物理量。
给定环节：设定被控量的给定值的装置。
比较环节：将所检测的被控量与给定量进行比较，确定两者Z间的偏差量。
中间环节：一般是放大元件，将偏差信号变换成适用于控制执行机构工作的信号。
1-2如图1?21所示是一个液位控制系统的原理框图。试说明其控制原理，并画出控制系统的方框图。
控制原理：调整系统和气动阀门的开度使系统处于平衡状态，这时进水流量和出水流量保持动态平衡，页面的高度维持在期望的位置上，浮球位置相连接的控制器指示位置正好在中点上，当用水流量发生变化时，比如用水量增大，使得液面下降，于是浮球也跟着下降，通过连接的控制器指示发生变化，从而控制器控制气动阀门增大开度增加进水量使液面维持在给定位置。
1-3如图1?22所示为仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。
工作原理：当合上开门开关时，电位器桥式测量电路产生偏差电压，经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，使大门向上提起。与此同时，与大门连在一起的电位器电刷上移，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，开门开关自动断开。反之，当合上关门开关时，伺服电动机反向转动，带动绞盘使大门关闭，从而实现了远距离自动控制大门开闭的要求。
大门自动开用坯址肢理方柩图
1-4如图所示是温箱的温度自动控制系统。要求：
（1）指出系统的被控对象、被控量以及各部件的作用，画出系统的方框图。
（2）当恒温箱的温度变化时，试述系统的调节过程。
（3）指出系统属于那种类型？
（1）被控对象：温箱；被控量：温箱温度；输入量：给定电压信号；扰动量：外界环境温度。
系统方框图（如下）：
（2）调节过程：当温箱温度低于设定值吋，热电偶输出电压减小，偏差信号△u>0,经电压放人、功率放人后驱动电机正向转动，经减速器调整自耦变压器的滑动片位置，提高电阻丝的供电电压，使温箱温度升高。当炉温达到设定值时，△u=0,电机停止转动, 温箱温度
维持设定值；当温箱温度高于设定值时，热电偶输岀电压增大，偏差信号经电压放大、功率放大后驱动电机反向转动，经减速器调整自耦变压器的滑动片位置，降低电阻丝的供电电压，使温箱温度降低。当炉温达到设定值时，△□=(),电机停止转动，维持温箱温度为设定值。
(3) 系统屈丁?闭环控制系统。