自动控制原理精品课程第三章习题解(1)

3-1 设系统特征方程式：

4322101000s s Ts s ++++=

试按稳定要求确定T 的取值范围。

解：利用劳斯稳定判据来判断系统的稳定性，列出劳斯列表如下：

43

2

10

1100

2105

100

(10250)/(5)

100

s T s s T s T T s ---

欲使系统稳定，须有

50

25102500

T T T ->??>?

->? 故当T>25时,系统是稳定的。

3-2 已知单位负反馈控制系统的开环传递函数如下，试分别求出当输入信号为,

21(),t t t 和 时，系统的稳态误差(),()().ssp ssv ssa e e e ∞∞∞和

2210

7(1)8(0.51)

(1)()(2)()(3)()(0.11)(0.51)

(4)(22)(0.11)

s s D s D s D s s s s s s s s s ++=

=

=

++++++

解：（1）根据系统的开环传递函数可知系统的特征方程为： ()(0.11)(0.51)100.050.6110D s sz s s s =+++=++=

由赫尔维茨判据可知，n=2且各项系数为正，因此系统是稳定的。由G(s)

可知，系统是0型系统，且K=10，故系统在21(),t t t 和输入信号作用下的稳态误差分别为： 11

(),(),()111

ssp ssv ssa e e e K ∞=

=∞=∞∞=∞+ (2)根据系统的开环传递函数可知系统的特征方程为：

432()6101570D s s s s s =++++=

由赫尔维茨判据可知，n=2且各项系数为正，且

2212032143450,/16.8a a a a a a a ?=-=>?>=以及，因此系统是稳定的。 227(1)(7/8)(1)

()(4)(22)s(0.25s+4)(0.5s 1)

s s D s s s s s s ++=

=+++++

由G(s)可知，系统式I 型系统，且K=7/8,故系统在21(),t t t 和 信号作用下的稳态误差分别为：

()0,()1/,()ssp ssv ssa e e K e ∞=∞=∞=∞ (3)根据系统的开环传递函数可知系统的特征方程为： 32()0.1480D s s s s =+++=

由赫尔维茨判据可知，n=2且各项系数为正，且21203 3.20a a a a ?=-=>因此系统是稳定的。

由G(s)可知，系统是Ⅱ型系统，且K=8,故系统在21(),t t t 和 信号作用下的稳态误差分别为：

2

()0,()0,()0.25ssp ssv ssa e e e K

∞=∞=∞=

= 3-3 设单位反馈系统的开环传递函数为

100

()(0.11)

G s s s =

+

试求当输入信号2()12r t t t =++时，系统的稳态误差.

解：由于系统为单位负反馈系统，根据开环传递函数可以求得闭环系统的特征方程为： 2()0.11000D s s s =++=

由赫尔维茨判据可知，n=2且各项系数为正，因此系统是稳定的。 由G(s)可知，系统是Ⅱ型系统，且K=8,故系统在21(),t t t 和 信号作用下的稳

态误差分别为1

0,

,K

∞，故根据线性叠加原理有：系统的稳态误差为： 1

()0ss e K

∞=++∞=∞

3-4 设舰船消摆系统如图3-1所示，其中n(t)为海涛力矩产生，且所有参数

中除1K 外均为已知正值。如果()10o n t =×1()t ，试求确保稳态误差值

()0.1

o

ssn e ∞≤的1K 的值（e(t)在输入端定义）。

图3-1 舰船消除摆系统

解：根据图可知系统的特征方程为：

2

212()(1/)(2/)10n n D s s w s K K ωξ=+++=

由赫尔维茨判据可知，n=2且各项系数为正，因此系统是稳定的。

由图可知舰船消摆系统为一负反馈系统，且在扰动N(s)作用下，其前向通道传递函数为

22

()2n

n

G S s s ωξω=++ 反馈通道传递函数为12()H s K K = 则02

212

()1

()()()1()()(1/)(2/)1n n G s s N s N s G s H s s w s K K θωξ=

=++++ 由于e(t)在输入端定义，可得 2

2022

12

()0()()(1/)(2/)1n n n K E s K s N s s w s K K θωξ=-=-

+++ 用终值定理来求解系统的稳态误差，有

222

22220

012

12121010()lim ()lim 0.11(1/)(2/)1(1/)(2/)1ssn s s n n n n K K K e s N s s s K K s w s K K s w s K K ωξωξ→→∞=?

=?=≤+++++++

故确保稳态误差值()0.1o ssn e ∞≤的121001/K K ≥-。 3-5 已知单位负反馈的开环传递函数如下： ()(0.11)(0.51)

K

G s s s s =

++

试求位置误差系数p K ，速度误差系数v K 和加速度误差系数a K ，并确定输入r(t)=2t 时系统的稳态误差()ss e ∞。 解：根据静态误差系数的定义式可得

00002200lim ()()lim

(0.11)(0.51)

lim ()()lim (0.11)(0.51)

lim ()()lim 0

(0.11)(0.51)

p s s v s s a s s K

K G s H s s s s K

K s G s H s s K s s s K

K s G s H s s s s s →→→→→→===∞

++=?=?=++=?=?=++

由系统开环函数可知系统为Ⅰ型系统，故在输入r(t)=2t 时，系统的稳态误

差 ()/2/ss v e R K K ∞==

3-6 设前馈控制系统如图3-2所示，误差定义为e(t)=r(t)-c(t)。试选择前馈参数τ和b 的值，使系统对输入r(t)成为Ⅱ系统

图3-2前馈控制系统

解：由图可知前馈控制系统的闭环系统传递函数为： 1121

()

()(1)(1)K s b s T S T s K τ+Φ=

+++

根据误差定义：e(t)=r(t)-c(t)，可得：

2121211121

()()()()[1()]()1(1)

()

(1)(1)E s R s C s R s s T T s T T K s K b R s T s T s K τ=-=-Φ++-++-=+++ 欲使系统对输入r(t)成为Ⅱ系统，须有：

23()1/()0;()1/()0ss ss R s s e R s s =∞==∞≠时，时，e 即

121111

0;10;0T T K K K b TT τ+-=+-=≠， 则当选择前馈参数1211()/,11/T T K b K τ=+=+时，系统对输入r(t)成为Ⅱ型系统。

3-7 设控制系统如图3-3所示，其中12,K K 为正常；β为非负常数。试分析：（1）

β值对系统稳定性的影响；（2）β值对系统阶跃响应动态性能的影响；（3）β值

对系统斜坡响应稳态误差的影响。

图3-3 控制系统

解：根据图可得系统的开环传递函数为 12

2()()

K K G

s s s K β=

+

（1）β值对系统稳定性的影响

通过系统开环传递函数，可得系统的特征方程为 212()0D s s K s K K β=++=

由赫尔维茨判据可知，n=2,若要求系统是稳定的，须有各项系数为正，因此当0β>时，系统稳定。

（2）β值对系统动态性能的影响。 系统的开环传递函数为

212

2()()(2)n n n K K G s s s K s s ωβξωωξ==

++==则

因此，β值通过影响阻尼比来影响系统的动态性能。β值越小，阻尼比越小，超调量越大，上升时间越短。

（3）β值对系统斜坡响应稳态误差的影响

根据系统的开环传递函数可知，该系统为Ⅰ型系统，且静态速度误差系数为1/v K K β=，则该系统对单位斜坡响应的稳态误差为

1()1//ss v e K K β∞==

因此，β值越大，系统在斜坡响应作用下的稳态误差将越大。 3-8 已知单位负反馈系统的开环传递函数：

（1）10

()(4)(51)

G s s s s =

++

（2）210(101)

()(4)(51)

s G s s s s +=

++

试求输入信号分别为r(t)=t 和2()243r t t t =++时，系统的稳态误差()ss e ∞。 解 （1）由于系统为单位负反馈，根据开环传递函数，可以求得闭环系统的特征方程：

32()5214100D s s s s =+++=

由赫尔维茨判据可知，n=3且各项系数为正，且1203340a a a a -=>因

此系统是稳定的。

由 10 2.5

()(4)(51)(0.251)(51)

G s s s s s s s =

=++++

可知，系统是Ⅰ型系统，且K=2.5。由于Ⅰ型系统在21(),t t t 和 信号作用下的稳态误差分别为1

0,

,K

∞，故根据线性叠加原理有： 当系统输入为r(t)=t 时，系统的稳态误差为 11

()0.4ss e K

∞=

= 当系统输入为2()243r t t t =++时，系统的稳态误差为2()ss e ∞=∞ （2）由于系统为单位负反馈系统，根据开环传递函数可以求得闭环系统的特征方程为：

432()5214100100D s s s s s =++++= 由赫尔维茨判据可知，n=3且各项系数为正，且

212034160a a a a ?=-=->因此系统不稳定，()ss e ∞不存在。

3-9设电子心律起搏器系统如图3-4所示，其中模仿心脏传递函数相当于一纯积分器。

（1） 若0.5ξ=对应最佳响应，问起搏器增益K 应取多大？

（2） 若期望心速为60次/min,。突然接通起搏器，问1s 后实际心速多

少？瞬时最大是心速多大？

电子起搏器

图3-4 电子心律起搏器系统

解：（1）由图可得系统开环传递函数为

2

20()(0.5)(20)(2)

n n K K

G s s s s s s s ωξω===

+++ 经比较可得，若0.5ξ=对应最佳响应，则应取起搏器K=20。 （2）满足0.5ξ=的系统的闭环传递函数为

2400

()20400

s s s Φ=

+

+

即系统的自然频率和阻尼比分别为

20

0.

n ωξ== 则该系统的单位阶跃响应表达式为：

sin(arccos )

10()11 1.155sin(17.3260)

n t t o h t e t ξωωξ--=-=-+

若期望心速为60次/min,突然接通起搏器，设1s 后实际心速为h(1),则

10(1)60[1 1.155

sin(17.3260)60.0015t o h e t -=?-+=次/min 由于01ξ<

<，故系统为欠阻尼二阶系统，其动态性能指标为 超调量：%100%16.3%e πξσ-=?= 峰值时间：0.18p t s =

=

设瞬时最大心速为max h 且发生在0.18p t s =时，则

故若期望心速为60次/min,突然接通起搏器，则1s 后实际心速为60.0015次

/min,瞬时最大心速发生在0.18s,为69.78次/min 。

3-10 已知二阶系统的单位阶跃响应为

1.2()101

2.5sin(1.65

3.1)t o h t e t -=-+

试求系统的闭环传递函数，超调量%σ、峰值时间p t 和调节时间s t 解： 本题二阶系统单位阶跃响应为

1.2 1.2()101

2.5sin(1.65

3.1)10[1 1.25sin(1.653.1)]t o t o h t e t e t --=-+=-+

由上式可知，该系统的放大系数为10，然而放大系数是不会影响系统的动态性能的。

标准的二阶系统的单位为阶跃响应

sin()

()1n t h t ξωωβ-=-

于是有

1.2

1.25

1.6

arccos 53.1o n ξωωβξ====

解得：0.6

2n ξω==

故系统的闭环传递函数为

240

() 2.44

s s s Φ=

++

由于01ξ<<，故系统为欠阻尼二阶系统，其动态性能指标为：

超调量：%100%9.5%e πξσ-=?= 峰值时间：

1.96p t s =

=

调节时间： 3.5

2.92s n

t s ξω=

=?（=5%）

3-11 设单位负反馈系统的开环传递函数

221

()s G s s

+=

试求系统的单位脉冲响应()k t 和单位阶跃响应()h t 。 解：根据题意可得系统的闭环传递函数为 2()21

()1()21

G s s s G s s s +Φ=

=+++

当输入为单位脉冲时，即R(s)=1,此时

22

()212(0.5)

()()()1()21(1)

G s s s K s s R s G s s s s ++=Φ=

==++++ 由于 10

02

[

][()1]()

at s a l a a t e s a --+=--+ 所以系统的单位脉冲响应 12

2(0.5)()[

](2)(1)

t

s k t l t e s --+==-+ 当输入为阶跃信号，即1

()R s s

=时，有

2

2(0.5)

()()()(1)

s C s s R s s s +=Φ=

+ 因此系统的单位阶跃响应为

12

2(0.5)

()[

]1(1)(1)

t s k t l t e s s --+==+-+ 3-12 某控制系统如图3-5所示，如果

12210

(),(),()1

G s G s H s s s =

=

=+ 试求n(t)=1(t)时，系统的稳态误差()ss e ∞

N （s ）

图3-5

控制系统

解 当仅有扰动n(t)=1(t),即1

()N s s

=

作用时，系统的误差函数为

212()()()()()()()()1

()0

1()()()E s R s H s C s H s C s G s H s N s G s G s H s s

=-=-=-

=?=+ 利用终值定理来求解稳态误差

1

()lim ()lim 0ss s s e sE s s s →→∞==-=。 3-13 试求如图3-6所示系统r(t)=1(t)和扰动()0.21()n t t =-?同时作用下的

稳态误差。

()

n t

图3-6 控制系统

解：根据图可得系统的开环传递函数为 200

()(2)

G s s s =

+，则该系统为Ⅰ型系

统，且100v k =。故在输入r(t)=1(t)作用下，系统稳态误差为()0ssv e ∞=。当考虑扰动()0.21()n t t =-?作用，即0.2

()N s s

=-

时，系统问题误差为 2()

()()()

1()

200

()

2200

n G s E s C s N s G s N s s s =-=-

+=-++

利用终值定理来求解稳态误差，有 20

2000.2

()lim ()lim 0.22200ssn n s s e sE s s s

s s →→∞==?

?=++

故系统在输入r(t)=1(t)和扰动()0.21()n t t =-?同时作用下的稳态误差：

()0.2ss ssr ssn e e e ∞=+=

自动控制原理试题

自动控制原理试题

一、填空题 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：、快速性和。 2、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过与反馈量的差值进行的。 3、复合控制有两种基本形式：即按的前馈复合控制和按的前馈复合控制。 4、根轨迹起始于，终止于。 5、PI控制器的输入－输出关系的时域表达式是， 其相应的传递函数为，由于积分环节的引入，可以改善系统的性能。 二、选择题： 1、下列关于转速反馈闭环调速系统反馈控制基本规律的叙述中，错误的是( ) A、只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的 B、反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动 C、反馈控制系统的作用是：抵抗扰动、服从给定 D、系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度 2、转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是( ) A．PID B．PI C．P D．PD

3、下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是( ) A、饱和非线性控制 B、转速超调 C、准时间最优控制 D、饱和线性控制 4、静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率( ) A．越小B．越大C．不变D．不确定 5、普通逻辑无环流（既无推β又无准备）可逆调速系统中换向时待工作组投入工作时，电动机处于（）状态。 A、回馈制动 B、反接制动 C、能耗制动 D、自由停车 6、在交—直—交变频装置中，若采用不控整流，则PWN逆变器的作用是（）。 A、调压 B、调频 C、调压调频 D、调频与逆变 7、下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是（）。 A、降电压调速 B、变极对数调速 C、变压变频调速 D、转

自动控制原理-王万良 第三章答案1

3.1已知系统特征方程如下，试用劳斯判据判别系统稳定性，并指出位于右半S 平面和虚轴上的特征根的数目。 （1）D （S ）=012442345=+++++S S S S S 解：劳斯表构成如下 5S 1 4 2 4S 1 4 1 3S ε 1 0 2S ε 1 4- 1 0 1 S 1 4142 ---εεε 0 0 0S 1 0 0 系统不稳定，有2个特征根在右半S 平面。 (2)D(S)=046895323456=++++++S S S S S S 解：劳斯表构成如下 6S 1 5 8 4 5S 3 9 6 4S 2 6 4 3S 8 12 2S 3 4 1S 4/3 0S 4 因为劳斯表第一列数符号相同，所以系统是稳定的。有4个

根在虚轴上。 (3)D(S)=02535201232345=+++++S S S S S 解：劳斯表构成如下 5S 1 1 2 35 4S 3 20 25 3S 16/3 80/3 2S 5 25 1S 10 0S 25 因为劳斯表第一列数符号相同，所以系统是稳定的。有2个根在虚轴上。 (4)D(S)=04473223456=-----+S S S S S S 解：劳斯表构成如下 6S 1 -2 -7 -4 5S 1 -3 -4 4S 1 -3 -4 3S 4 -6 2S -3 -8 1S -50 0S -4

因为劳斯表第一列数符号变化1次，所以系统是不稳定的，有1个特征根在右半S 平面。求解辅助方程043)(24=--=S S S F ，可得系统对称于原点的特征根为j S S ±=±=4,32,1,2。 3.3已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为 ) 2()(2 22n n v n S S S K S G ωζωω++= 当n ω=901 -S ,阻尼比2.0=ζ时，试确定v K 为何值时系统是稳定的。 解：系统开环传递函数为)2()(2 22n n v n S S S K S G ωζωω++=，特征方程为 02)(2 223=+++=v n n n K S S S S D ωωζω 劳斯表构成如下 3S 1 2n ω 2S n ζω 2 v n K 2ω 1 S ζ ωζω222 n v n K - 0S v n K 2ω 由劳斯稳定判据，系统稳定的充分必要条件为 ζωζω222 n v n K ->0 v n K 2ω>0 又因为n ω=901 -S ,阻尼比2.0=ζ，所以可得0

自动控制原理第一章习题解答

自编自控教材习题解答 第一章 1-2 图1-17 是液位自动控制系统原理示意图。图中SM为执行电动机。试分析系统的工作原理，指出该系统参考输入、干扰量、被控对象、被控量、控制器，并画出系统的方框图。 图1-17 习题1-2 液位自动控制系统 【解】 系统参考输入：预期液位；被控对象：水箱；被控量：水箱液位；控制器：电动机减速器和控制阀门；干扰量：用水流量Q2。系统的方块图如下 注意：控制系统的工作过程是在原物理系统中提炼出的控制流程，与原系统的物理组成不是完全对应的。有部分同学认为控制阀门是被控对象，只有阀门开度变化才有液位的变化。实际上它应该是执行机构，操纵它来改变被控对象的被控制量。 1-3在过去，控制系统常常以人作为闭环控制系统的一部分，图1-18是人在回路中的水位控制示意图，试画出该控制系统的方框图。 图1-18 习题1-3 阀门控制系统 【解】 略

1-4图1-19是仓库大门自动控制系统原理图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统的方块图。 图1-19 习题1-4 仓库大门自动系统 【解】 系统参考输入：给定门状态；被控对象：门；被控量： 门位置；控制器：放大器、伺服点击绞盘；系统的方块图如下 1-5 图1-20为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？指出该系统的参考输入、干扰量、被控对象和控制装置各是什么？ 图1-20 习题1-5 水温控制系统示意图 【解】 该系统的参考输入：给定温度；干扰量：冷水流量的变化；被控对象：热交换器；被控量：交换器的水温；控制装置：温度控制器，此时控制器的输出不仅与实际水温有关而且和冷水的流量有关，所以该系统不仅是反馈控制而是反馈+前馈的复合控制方式。它 的主要目的是一旦冷水流量增大或减少时，及时调整蒸汽流量，不用等到水温降低或升高 实际 给定

自动控制原理(邹伯敏)第三章答案

自动控制理论第三章作业答案 题3-4 解： 系统的闭环传递函数为 2()()1()1()1 C s G s R s G s s s ==+++ 由二阶系统的标准形式可以得到 1 1, 2 n ωζ== 因此，上升时间 2.418r d d t s ππβωω--=== 峰值时间 3.6276p d t s πω=== 调整时间：35% 642% 8s n s n t s t s ωζ ωζ?=≈ =?=≈ = 超调量： 100%16.3%p M e =?= 题3-5 解： 22()10()(51)10 102510.60.5589 n n n C s R s s a s a a ωωζωζ=+++?=?=??????=+==???? ?=闭环传递函数

1.242 100%9.45% p d p t s M e π ω === =?= 3 5% 1.581 4 2% 2.108 s n s n t s t s ωζ ωζ ?=≈= ?=≈= 题3-7 解： 0.1 1.31 100%30% 1 p d p t M e π ω === - =?== 上升时间 超调量 =0.3579 33.64 n ζ ω ? ?? = ? 2 2 1131.9 () (2)24.08 n n G s s s s s ω ζω == ++ 开环传递函数 题3-8 （1） 2 100 () (824) G s s s s = ++ 解：闭环传递函数为 2 ()100 ()(824)100 C s R s s s s = +++ 特征方程为32 8241000 s s s +++= 列出劳斯表： 3 2 1240 81000 11.50 100 s s s s 第一列都是正数，所以系统稳定 （2） 10(1) () (1)(5) s G s s s s + = -+

自动控制原理八套习题集

41.求图示方块图的传递函数，以X i (s)为输入，X0 (s)为输出。 42.建立图示系统的数学模型，并以传递函数形式表示。 43.欲使图所示系统的单位阶跃响应的最大超调量为20%，峰值时间为2秒，试确定K和 K1值。 44.系统开环频率特性由实验求得，并已用渐近线表示出。试求该系统的开环传递函数。(设系统是最小相位系统)。 自动控制原理2 41.根据图示系统结构图，求系统传递函数C(s)/R(s)。

42.建立图示系统的数学模型，并以传递函数形式表示。 43.已知系统的传递函数) 11.0(10 )(+= s s s G ，试分析系统由哪些环节组成并画出系统的Bode 图。 44.电子心率起搏器心率控制系统结构如图所示，其中模仿心脏的传递函数相当于一个纯积分环节，要求： (1)若5.0=ζ，对应最佳响应，问起搏器增益K 应取多大。 (2)若期望心速为60次/min ，并突然接通起搏器，问1s 后实际心速为多少？瞬时的最大心速多大。 自动控制原理3 41.求如下方块图的传递函数。 y 0(t )

43.设单位反馈开环传递函数为) 505()(+=s s K s G ，求出闭环阻尼比为5.0时所对应的K 值， 并计算此K 值下的Mp t t t r p s ,,,。 44.单位反馈开环传递函数为) 10)(2() (10)(+++= s s s a s s G ， (1)试确定使系统稳定的a 值； (2)使系统特征值均落在S 平面中1Re -=这条线左边的a 值。 自动控制原理4 41.建立图示系统的数学模型，并以传递函数形式表示。 42.求如下方块图的传递函数。 44.已知单位反馈系统的开环传递函数) 12)(1()(++= s s s s G k ， F i (t )

自动控制原理试题与答案解析

课程名称: 自动控制理论 （A/B 卷 闭卷） 一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 输入 的前馈复合控制和按 扰动 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为 G 1(s)+G 2(s)（用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω ， 阻尼比=ξ ， 该系统的特征方程为 ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 。 6、根轨迹起始于 极点 ，终止于 零点或无穷远 。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ， 其相应的传递函数为 ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。

自动控制原理简答题

三.名词解释 47、传递函数：传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。 48、系统校正：为了使系统达到我们的要求，给系统加入特定的环节，使系统达到我们的要求，这个过程叫系统校正。 49、主导极点：如果系统闭环极点中有一个极点或一对复数极点据虚轴最近且附近没有其他闭环零点，则它在响应中起主导作用称为主导极点。 50、香农定理：要求离散频谱各分量不出现重叠,即要求采样角频率满足如下关系： ωs ≥2ωmax 。 51、状态转移矩阵：()At t e φ=，描述系统从某一初始时刻向任一时刻的转移。 52、峰值时间：系统输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间为峰值时间。 53、动态结构图：把系统中所有环节或元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中，并把相应的输入、输出信号分别以拉氏变换来表示，从而得到的传递函数方块图就称为动态结构图。 54、根轨迹的渐近线：当开环极点数 n 大于开环零点数 m 时，系统有n-m 条根轨迹终止于 S 平面的无穷远处，且它们交于实轴上的一点，这 n-m 条根轨迹变化趋向的直线叫做根轨迹的渐近线。 55、脉冲传递函数：零初始条件下，输出离散时间信号的z 变换()C z 与输入离散信号的z 变换()R z 之比，即()()() C z G z R z =。 56、Nyquist 判据（或奈氏判据）：当ω由-∞变化到+∞时， Nyquist 曲线（极坐标图）逆时针包围（-1，j0）点的圈数N ，等于系统G(s)H(s)位于s 右半平面的极点数P ，即N=P ，则闭环系统稳定；否则（N ≠P ）闭环系统不稳定，且闭环系统位于s 右半平面的极点数Z 为：Z=∣P-N ∣ 57、程序控制系统: 输入信号是一个已知的函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，这样的自动控制系统称为程序控制系统。

自动控制原理第三章课后习题-答案(最新)

3-1 设系统的微分方程式如下： （1） )(2)(2.0t r t c = （2） )()()(24.0)(04.0t r t c t c t c =++ 试求系统闭环传递函数Φ(s),以及系统的单位脉冲响应g(t)和单位阶跃响应c(t)。已知全 部初始条件为零。 解： （1） 因为)(2)(2.0s R s sC = 闭环传递函数s s R s C s 10 )()()(== Φ 单位脉冲响应：s s C /10)(= 010 )(≥=t t g 单位阶跃响应c(t) 2 /10)(s s C = 010)(≥=t t t c （2）)()()124.004.0(2 s R s C s s =++ 1 24.004.0) ()(2 ++=s s s R s C 闭环传递函数1 24.004.01 )()()(2 ++== s s s R s C s φ 单位脉冲响应：124.004.01 )(2 ++= s s s C t e t g t 4sin 3 25)(3-= 单位阶跃响应h(t) 16 )3(6 1]16)3[(25)(22+++-=++= s s s s s s C t e t e t c t t 4sin 4 3 4cos 1)(33----= 3-2 温度计的传递函数为1 1 +Ts ，用其测量容器内的水温，1min 才能显示出该温度的 98%的数值。若加热容器使水温按10oC/min 的速度匀速上升，问温度计的稳态指示误差有多大？ 解法一 依题意，温度计闭环传递函数 1 1 )(+= ΦTs s 由一阶系统阶跃响应特性可知：o o T c 98)4(=，因此有 min 14=T ，得出 min 25.0=T 。 视温度计为单位反馈系统，则开环传递函数为 Ts s s s G 1 )(1)()(=Φ-Φ= ? ? ?==11v T K 用静态误差系数法，当t t r ?=10)( 时，C T K e ss ?=== 5.21010 。

自动控制原理例题与习题[1]

自动控制原理例题与习题 第一章自动控制的一般概念 【例1】试述开环控制系统的主要优缺点。 【答】 开环控制系统的优点有： 1. 1.构造简单，维护容易。 2. 2.成本比相应的死循环系统低。 3. 3.不存在稳定性问题。 4. 4.当输出量难以测量，或者要测量输出量在经济上不允许时，采用开环系统比较合适（例如在洗衣 机系统中，要提供一个测量洗衣机输出品质，即衣服的清洁程度的装置，必须花费很大）。 开环控制系统的缺点有： 1. 1.扰动和标定尺度的变化将引起误差，从而使系统的输出量偏离希望的数值。 2. 2.为了保持必要的输出品质，需要对标定尺度随时修正。 【例2】图1.1为液位自动控制系统示意图。在任何情况下，希望液面高度c维持不变，试说明系统工作原理，并画出系统原理方框图。 图1.1 液位自动控制系统示意图 【解】系统的控制任务是保持液面高度不变。水箱是被控对象，水箱液位是被控量，电位器设定电压u r(表征液位的希望值c r)是给定量。 当电位器电刷位于中点位置(对应u r)时，电动机不动，控制阀门有一定的开度、使水箱中流入水量与流出水量相等。从而液面保持在希望高度c r上。一旦流入水量或流出水量发生变化，例如当液面升高时，浮子位置也相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动初通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的液体流量减少。这时，水箱液面下降，浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度。反之，若水箱液位下降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入水量，使液位升到给定高度c r。 系统原理方框图如图1.2所示。 图1.2 系统原理方框图 习题 1．题图1-1是一晶体管稳压电源。试将其画成方块图并说明在该电源里哪些起着测量、放大、执行的作用以及系统里的干扰量和给定量是什么？

自动控制原理试题及答案解析

自动控制原理 一、简答题：（合计20分, 共4个小题，每题5分） 1. 如果一个控制系统的阻尼比比较小，请从时域指标和频域指标两方面 说明该系统会有什么样的表现？并解释原因。 2. 大多数情况下，为保证系统的稳定性，通常要求开环对数幅频特性曲 线在穿越频率处的斜率为多少？为什么？ 3. 简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 4. 用根轨迹分别说明，对于典型的二阶系统增加一个开环零点和增加一 个开环极点对系统根轨迹走向的影响。 二、已知质量-弹簧-阻尼器系统如图(a)所示，其中质量为m 公斤，弹簧系数为k 牛顿/米，阻尼器系数为μ牛顿秒/米，当物体受F = 10牛顿的恒力作用时，其位移y (t )的的变化如图(b)所示。求m 、k 和μ的值。(合计20分) F ) t 图(a) 图(b) 三、已知一控制系统的结构图如下，（合计20分, 共2个小题，每题10分） 1） 确定该系统在输入信号()1()r t t =下的时域性能指标：超调量%σ，调 节时间s t 和峰值时间p t ； 2） 当()21(),()4sin3r t t n t t =?=时，求系统的稳态误差。

四、已知最小相位系统的开环对数幅频特性渐近线如图所示，c ω位于两个交接频率的几何中心。 1） 计算系统对阶跃信号、斜坡信号和加速度信号的稳态精度。 2） 计算超调量%σ和调节时间s t 。（合计20分, 共2个小题，每题10分） [ 1 %0.160.4( 1)sin σγ =+-, s t = 五、某火炮指挥系统结构如下图所示，()(0.21)(0.51) K G s s s s = ++系统最 大输出速度为2 r/min ，输出位置的容许误差小于2，求： 1） 确定满足上述指标的最小K 值，计算该K 值下的相位裕量和幅值裕量； 2） 前向通路中串联超前校正网络0.41 ()0.081 c s G s s +=+，试计算相位裕量。 （合计20分, 共2个小题，每题10分） (rad/s)

自动控制原理简答

自动控制原理简答 1、简要论述自动控制理论的分类及其研究基础、研究的方法。 自动控制理论分为“经典控制理论”和“现代控制理论”。“经典控制理论”以递函数为基础，以时域法、根轨迹法、频域法为基本方法，“现代控制理论”以状态空间法为基础，以频率法和根轨迹法为基本方法。 2、在经典控制理论中用来分析系统性能的常用工程方法有那些？分析内容有那些？ 常用的工程方法：时域分析法、根轨迹法、频率特性法； 分析内容：瞬态性能、稳态性能、稳定性。 3、相比较经典控制理论，在现代控制理论中出现了哪些新的概念？ 系统的运动分析，能控性，能观性，极点配置，观测器设计，跟踪器等。 4、人闭上眼见很难达到预定的目的试从控制系统的角度进行分析。 人闭上眼睛相当于系统断开反馈，没有反馈就不知道偏差有多大，并给予及时修正。所以人闭上眼睛很难到达预定目标。 5、试分析汽车行驶原理 首先，人要用眼睛连续目测预定的行车路线，并将信息输入大脑（给定值），然后与实际测量的行车路线相比较，获得行驶偏差。通过手来操作方向盘，调节汽车，使其按照预定行车路线行驶。 6、对飞机与轮船运行原理加以分析 飞机和轮船在行驶时，都会发射无线电信号来进行定位，无线电信号通过雷达反射到计算机中央处理器中。进行对比得出误差，再将误差发射，进入雷达反射到飞机和轮船的接收器中，计算机收到信号后可还原为数据，进而可知偏差而及时修正，这是时刻都进行的。所以飞机，轮船都能保持预定航向行驶。 7、从元件的功能分类，控制元件主要包括哪些类型的元件？ 控制元件主要包括放大元件、执行元件、测量元件、补偿元件。 8、线性定常系统的传递函数定义 传递函数：传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。 9、常见的建立数学模型的方法有哪几种？各有什么特点？ 有以下三种：（1机理分析法：机理明确，应用面广，但需要对象特性清晰 （2实验测试法：不需要对象特性清晰，只要有输入输出数据即可，但适用面受限 （3以上两种方法的结合:通常是机理分析确定结构，实验测试法确定参数，发挥了各自的优点，克服了相应的缺点 10、自动控制系统的数学模型有哪些 自动控制系统的数学模型有微分方程、传递函数、频率特性、结构图。 11、离散系统的数学模型 （1 差分方程 Z变换将差分变成代数方程 （2 脉冲传递函数脉冲传递函数：零初始条件下，输出离散时间信号的 z 变换 C z 与输入离散信号的变 C z换 R z 之比，即 G z /R z （3 离散空间表达式 12、定值控制系统、伺服控制系统各有什么特点？ 定值控制系统为给定值恒定，反馈信号和给定信号比较后控制输出信号；伺服控制系统为输入信号是时刻变化的，输入信号的变化以适应输出信

自动控制原理第三章复习总结(第二版)

第三章过程检测技术 目的：为了实现对生产过程的自动控制，首先必须对生产过程的各参数进行可靠地测量。 要点：学习和掌握过程测试及应用；正确地选择测试原理和方法；组成合适的测试系统。 第一节测量与误差基本知识 测量基本知识 一．测量的概念 1．概念测量是人类对自然界的客观事物取得数量概念的一种认识过程。或者说测量就是为取得任一未知参数而做的全部工作。 4．测量的基本方程式u x/ X 5．测量过程三要素 （1）测量单位； （2）测量方法； （3）测量仪器与设备。 二．测量单位 1．概念数值为1的某量，称为该量的测量单位或计量单位。 三．测量方法 （一）测量方法的分类 1．直接测量与间接测量 2．等精度测量和不等精度测量

3．接触测量与非接触测量 4．静态测量与动态测量 （二）直接测量法有以下几种常用方法： 1．直接比较测量法 2．微差测量法 3．零位测量法（又称补偿测量法或平衡测量法） （三）间接测量法 1．定义通过对与被测量有函数关系的其它量进行测量，才能得到被测量值的测量方法。 4．组合测量法 四．测量仪器与设备 （一）感受件（传感器） （二）中间件（变送器或变换器） （三）显示件（显示器） 误差基本知识 一.误差基础 （一）测量误差及分类 1．系统误差 2．随机误差（又称偶然误差） 3．粗大误差 （二）测量的精密度、准确度和精确度 1．精密度

2．准确度 3．精确度 （三）不确定度 概念用测量值代表被测量真值的不肯定程度。是测量精确度的定量表示。（四）仪表的基本误差限 1．绝对误差 2．相对误差 3．引用误差 二．误差分析与处理 （一）随机误差的分析与处理 1．统计特性（随机过程） 2．算术平均值原理 (1)真值的最佳估计值（最佳信赖值）。 （2）剩余误差 3．随机误差的标准误差估计（贝塞尔公式） 4．置信概率与置信区间 （二）系统误差的分析与处理 1．系统误差的估计 （1）恒定系统误差指误差大小和符号在测量过程中不变的误差。 （2）变值系统误差它是一种按照一定规律变化的系统误差。可分为 a.累积性系统误差随着时间的增长，误差逐渐增大或减少的系统误差。 b.周期性系统误差误差大小和符号均按一定周期变化的系统误差。 2．系统误差的消除 校准法、零示法、替代法、交换法、还有对称法、微差法、比较法等。

自动控制原理答案——第一章

第1章 习 题 1-1 日常生活中存在许多控制系统，其中洗衣机的控制是属于开环控制还是闭环控制？卫生间抽水马桶水箱蓄水量的控制是开环控制还是闭环控制？ 解：洗衣机的洗衣过程属于开环控制，抽水马桶的蓄水控制属于闭环控制。 1-2 用方块图表示驾驶员沿给定路线行驶时观察道路正确驾驶的反馈过程。 解：驾驶过程方块图如图 所示。 图 驾驶过程方块图 1-3自动热水器系统的工作原理如图T1.1所示。水箱中的水位有冷水入口调节阀保证，温度由加热器维持。试分析水位和温度控制系统的工作原理，并以热水出口流量的变化为扰动，画出温度控制系统的原理方块图。 图T1.1 习题1-3图 解：水位控制：输入量为预定的希望水位,设为H r, 被控量为水箱实际水位,设为H。当H=H r时，浮子保持一定位置，冷水调节阀保持一定开度，进水量=出水量，水位保持在希望水位上。当出水量增加时，实际水位下降，浮子下沉，冷水入口调节阀开大，进水量增加，水位上升直到H=H r。同理，当出水量减少时，实际水位上升，浮子上升，冷水入口调节阀关小，进水量减少，水位下降直到H=H r。 温度控制：在热水电加热器系统中，输入量为预定的希望温度（给定值），设为T r，被控量（输出量）为水箱实际水温，设为，控制对象为水箱。扰动信号主要是由于放出热水并注入冷水而产生的降温作用。当T=T r时，温控开关断开，电加热器不工作，此时水箱中水温保持在希望水温上。当使用热水时，由于扰动作用使实际水温下降，测温元件感受T

(完整版)自动控制原理课后习题及答案

第一章 绪论 1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答：1开环系统 (1) 优点:结构简单，成本低，工作稳定。用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。 (2) 缺点：不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量 偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。它是一种按偏差调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。 1-2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？试举例说 明之。 解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。 闭环控制系统常采用负反馈。由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。 1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非 线性，定常，时变）？ （1）22 ()()() 234()56()d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+ （2）()2()y t u t =+ （3）()()2()4()dy t du t t y t u t dt dt +=+ （4）() 2()()sin dy t y t u t t dt ω+= （5）22 ()() ()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++= （6）2() ()2() dy t y t u t dt +=

自动控制原理试题及答案

自动控制原理 一、简答题：（合计20分,共4个小题，每题5分） 1. 如果一个控制系统的阻尼比比较小，请从时域指标和频域指标两方面 说明该系统会有什么样的表现？并解释原因。 2. 大多数情况下，为保证系统的稳定性，通常要求开环对数幅频特性曲 线在穿越频率处的斜率为多少？为什么？ 3. 简要画出二阶系统特征根的位置与响应曲线之间的关系。 4. 用根轨迹分别说明，对于典型的二阶系统增加一个开环零点和增加一 个开环极点对系统根轨迹走向的影响。 二、已知质量-弹簧-阻尼器系统如图(a)所示，其中质量为m 公斤，弹簧系数为k 牛顿/米，阻尼器系数为μ牛顿秒/米，当物体受F = 10牛顿的恒力作用时，其位移y (t )的的变化如图(b)所示。求m 、k 和μ的值。(合计20分) F ) t 图(a) 图(b) 三、已知一控制系统的结构图如下，（合计20分,共2个小题，每题10分） 1） 确定该系统在输入信号()1()r t t =下的时域性能指标：超调量%σ，调 节时间s t 和峰值时间p t ； 2） 当()21(),()4sin 3r t t n t t =?=时，求系统的稳态误差。

四、已知最小相位系统的开环对数幅频特性渐近线如图所示，c ω位于两个交接频率的几何中心。 1） 计算系统对阶跃信号、斜坡信号和加速度信号的稳态精度。 2） 计算超调量%σ和调节时间s t 。（合计20分,共2个小题，每题10分） [ 1 %0.160.4( 1)sin σγ =+-, s t = 五、某火炮指挥系统结构如下图所示，()(0.21)(0.51) K G s s s s = ++系统最 大输出速度为2 r/min ，输出位置的容许误差小于2 ，求： 1） 确定满足上述指标的最小K 值，计算该K 值下的相位裕量和幅值裕 量； 2） 前向通路中串联超前校正网络0.41 ()0.081 c s G s s +=+，试计算相位裕量。 （合计20分,共2个小题，每题10分） (rad/s)

自动控制原理_课后习题及答案

第一章绪论 1- 1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答：1 开环系统 （1）优点:结构简单，成本低，工作稳定。用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。 （2）缺点：不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量偏离给定 值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。它是一种按偏差 调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。 1- 2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？试举例说明之。 解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。闭环控制系统常采用负反馈。由1-1 中的描述的闭环系统的优点所证明。例如，一个温度控 制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。 1- 3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非线性，定常，时变）？ （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） 解答：（1）线性定常（2）非线性定常（3）线性时变（4）线性时变（5）非线性定常（6）非线性定常（7）线性定常 1-4如图1-4是水位自动控制系统的示意图，图中Q1, Q2分别为进水流量和出水流量。控制的目的是保持水位为一定的高度。试说明该系统的工作原理并画出其方框图。 题1-4 图水位自动控制系统 解答： （1）方框图如下：

给定水位 实际水温 浮子 杠杆 阀门 水箱 ⑵工作原理：系统的控制是保持水箱水位高度不变。水箱是被控对象，水箱 的水位是被控量，出水流量Q2的大小对应的水位高度是给定量。当水箱水位 高于给定水位，通过浮子连杆机构使阀门关小，进入流量减小，水位降低， 当水箱水位低于给定水位时，通过浮子连杆机构使流入管道中的阀门开大， 进入流量增加，水位升高到给定水位。 1- 5图1-5是液位系统的控制任务是保持液位高度不变。水箱是 被 控对象，水箱液位是被控量，电位器设定电压时（表征液 位的希望值Cr ）是给定量。 题1-5图 液位自动控制系统 解答： （1） 液位自动控制系统方框图: （2）当电位器电刷位于中点位置（对应Ur ）时，电动机不动，控制阀门有一 定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等。 从而液面保持在希望高度上 一旦流入水量或流出水量发生变化，例如当液面升高时，浮子位置也相应升 高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一事实 上的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的液位流 量减少。此时，水箱液面下降，浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中 点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度。反之，若水箱液位下 降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入量，使液位升到给定的高度。 1-6题图1-6是仓库大门自动控制系统的示意图，试说明该系统的工作原 理，并画出其方 框图 题1-6图仓库大门自动控制系统示意图 解答： （1）仓库大门自动控制系统方框图:

自动控制原理 第三章课后答案

3-1设温度计需要在一分钟内指示出响应值的98%，并且假设温度计为一阶系统，求时间常数T 。如果将温 度计放在澡盆内，澡盆的温度以10 C/min 的速度线性变化。求温度计的误差。 解： c(t)=c(∞)98%t=4T=1 min r(t)=10t e(t)=r(t)-c(t)c(t)=10(t-T+e )-t/T =10(T-e ) -t/T =10T =2.5 T=0.25 3-2电路系统如图所示，其中F C k R k R μ5.2,200,20110=Ω=Ω=。设系统初始状态为零，试求：系统的单位阶跃响应8)()(1=t u t u c c 以及时的1t 值； 解:R 1Cs+1R 1/R 0G (s )= u c (t)=K(1–-)=T=R 1C=0.5 K=R 1/R 0=10 =10(1–e -2t ) 8=10(1–e -2t ) 0.8=1–e -2t e -2t =0.2 t=0.8 g(t)=e -t/T t 1=0.8=4u c (t)=K(t-T+T e -t/T )=4R(s)=1s 2 R(s)=1R(s)=1s 3T 2=K(s +--2) =1.2Ts 1s 3 K +1U c (s)= -0.5t+0.25-0.25e -2t )12 t 2u c (t)=10( 3-3已知单位反馈系统的开环传递函数为) 5(4)(+= s s s G 试求该系统的单位阶跃响应。 解: C(s)=s 2+5s+4 R(s)4s(s+1)(s+4)C(s)=4R(s)=s 1s+41+1/3s =4/3s +1 -c(t)=1+ 4e 13-4t -t 3 -e 3-4已知单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 1(1 )(+= s s s G 试求该系统的上升时间r t 。、峰值时间p t 、 超调量%σ和调整时间s t 。

东北大学自动控制原理简答题汇总

1.闭环控制系统的基本环节及作用： 1、给定环节：设定被控制的给定值的装置 2、比较环节：将所检测的的被控制量与给定量进行比较，确定两者之间的偏差量 3、校正环节：将比较环节的输出量转化为标准信号 4、放大环节：将偏差信号变换成适于控制执行机构工作的信号 5、执行机构:直接作用于控制对象，使被控量达到所要求的数值 6、被控对象或调节对象:指要进行控制的设备或过程 7、检测装置或传感器：用来检测被控量，并将其转换为与给定量相同的物理量 2.什么是系统的暂态过程？对于一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加到某一个值时，输出量的暂态过程如何？ （1）暂态过程：系统从一个稳态过渡到新的稳态的过渡过程 （2）输出量的暂态过程可能有以下几种情况： 1.单调过程。输出量单调变化，缓慢达到新的稳态值。 2.衰减振荡过程。被控制量变化很快，产生超调，经过几次振荡后，达到新的稳定 工作状态。 3.持续振荡过程。被控制量持续振荡，始终不能达到新的稳定工作状态。 4.发散振荡过程。被控制量发散振荡，不能达到所要求的稳定工作状态。 3.如何区分线性系统和非线性系统？ 可以通过线性和非线性各自的特性区分，线性系统具有叠加性和齐次性，非线性系统则不具备以上特性。非线性系统不仅与系统的结构和参数有关，还与系统的初始条件有关。 4.按给定力量的特征，系统可分成哪几种类型？ 1.恒值系统。恒值系统的给定量保持不变。（输出量恒定不变） 2.随动系统。随动系统中的给定量按照事先未知的时间函数变化。（输出量跟随给定量的 变化，所以也可以叫做同步随动系统） 3.程序控制系统。这种系统的给定量是按照一定的时间函数变化的。（输出量与给定量的 变化规律想同） 5.简述控制系统性能指标。 自动控制系统的性能指标通常是指系统的稳定性，稳态性能和暂态性能。 稳定性：自动控制系统的首要条件时系统能稳定正常运行。 稳态性能：系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统控制的准确程度。暂态性指标：1.最大超调量σ％：输出最大值与输出稳态值的相对误差。 2.上升时间tr:系统输出量第一次到达输出稳态值时所对应的时刻。 3.过渡时间ts：系统的输出量进入并一直保持在稳态输出值附近的允许误差 带内所需时间。 4.振荡次数μ：在调节时间内输出量在稳态值附近上下波动的次数。 6.对自动控制系统性能指标要求有？ 1.稳定性：即系统能工作的首要条件。

自动控制原理第一章教案

第一章绪论 一、自动控制技术 自动控制技术被大量应用于工农业生产、医疗卫生、环境监测、交通管理、科研开发、军事领域、特别是空间技术和核技术。自动控制技术的广泛应用不仅使各种生产设备、生产过程实现了自动化，提高了生产效率和产品质量，尤其在人类不能直接参与工作的场合，就更离不开自动控制技术了。自动控制技术还为人类探索大自然、利用大自然提供了可能和帮助。 二、自动控制理论的发展过程 1.1945年之前，属于控制理论的萌芽期。1945年，美国人伯德（Bode）的“网络分析与放大器的设计”奠定了控制理论的基础，至此进入经典控制理论时期，此时已形成完整的自动控制理论体系。 2.二十世纪六十年代初。用于导弹、卫星和宇宙飞船上的“控制系统的一般理论”（卡尔曼Kalman）奠定了现代控制理论的基础。现代控制理论主要研究多输入-多输出、多参数系统，高精度复杂系统的控制问题，主要采用的方法是以状态空间模型为基础的状态空间法，提出了最优控制等问题。

3.七十年代以后，各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂，自动控制理论继续发展，进入了大系统和智能控制时期。例如智能机器人的出现，就是以人工智能、神经网络、信息论、仿生学等为基础的自动控制取得的很大进展。 三、自动控制技术与人类历史发展 1.自动计时漏壶：古代利用滴水、沙多少来计量时间的一种仪器。水漏是以壶盛水，利用水均衡滴漏原理，观测壶中刻箭上显示的数据来计算时间。历史可追溯到夏、商时期。沙漏是为了避免水因气温变化而影响计时精度而设计的。其原理是通过流沙推动齿轮组，使指针在时刻盘上指示时刻。最早记载见于元代。 2.记里鼓车：记里鼓车是中国古代用于计算道路里程的车，行一里路打一下鼓的装置，故名“记里鼓车”。记里鼓车这是一种会自动记载行程的车辆，是中国的科学家、发明家研制出的自动机械物体，被机器人专家称为是一种中国。记里鼓车的记程功能是由完成的。车中有一套减速齿轮系，始终与车轮同时转动，其最末一只在车行一里时正好回转一周，车子上层的木人受牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓一次，以示里程。 3.指南车：指南车又称司南车，是中国古代用来指示方向的一种装置。它与指南针利用地磁效应不同，它不用磁性。它是利用机械传动系统来指明方向的一种机械装置。其原理是，靠人力来带动两轮的指南车行走，依靠车内的机械传动系统来传递转向时两车轮的差动来带动车上的指向木人与车转向的方向相反角度相同，使车上的木人指示方向，不论车子转向何方，木人的手始终指向指南车出发时设置木人指示的方向，“车虽回运而手常指南”。 4.伺服机构(servomechanism)系指经由闭和回路控制方式达到一个机械系统位置、速度、或加速度控制的系统，其中被控量为机械位置或机械位置对时间的。一个伺服系统的构成通常包含受控体(plant)、致动器(actuator)、(sensor)、(controller)等几个部分。 1.1.1 自动控制和自动控制系统

(完整版)自动控制原理第1章习题参考答案

第1章习题参考答案 1-1 自动控制系统通常由哪些环节组成？它们在控制过程中担负什么功能? 解:见教材P4- 1-2 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。 解:见教材P4-6 1-7题1-7图是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原理方框图。 解: 当合上开门开关时， 电桥会测量出开门位置与开门实际位置间的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起，与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制,系统原理方框如下图所示。 电桥电路放大器电动机绞盘大门 _ 期望门位实际门位 仓库大门控制系统原理方框图 1-8 电冰箱制冷系统工作原理如题1-8图所示。试简述系统的工作原理，指出系统的被控对象、被控量和给定量，画出系统原理方框图。 题1-8图电冰箱制冷系统工作原理 题1-7图仓库大门自动开闭控制系统原

解: 电冰箱制冷系统结构如下图 电冰箱制冷系统结构图 系统的控制任务是保持冰箱内温度c T 等于给定温度r T 。冰箱体是被控对象；箱内温度是被控量，希望的温度r T 为给定量（由电位器的输出电压r U 对应给出）；继电器、压缩机、蒸发器、冷却器所组成制冷循环系统起执行元件的作用。 温度控制器中的双金属温度传感器（测量元件）感受冰箱内的温度并转换为电压信号c U ，与控制器旋钮设定的电位器输出电压r U （对应于希望温度r T ）相比较，构成偏差电压c r U U U -=?（表征希望温度与实际温度的偏差），控制继电器K 。当U ?大到一定值时，继电器接通，压缩机启动，将蒸发器中的高温低压制冷剂送往冷却器散热，降温后的低温低压制冷剂被压缩成低温高压液态进入蒸发器，急速降压扩展成气体，吸收箱体内的热量，使箱体的温度下降；而高温低压制冷剂又被吸入冷却器。如此循环，使冰箱达到制冷的效果。电冰箱控制系统的原理方框图如下图所示。 电冰箱控制系统的原理方框图