自动控制原理非自动化类答案王万良

自动控制原理（非自动化类）习题答案

第一章 习题

1-1（略） 1-2（略） 1-3 解：

受控对象：水箱液面。

被控量：水箱的实际水位 hc 测量元件：浮子，杠杆。 放大元件：放大器。

执行元件：通过电机控制进水阀门开度，控制进水流量。 比较计算元件：电位器。

工作原理：系统的被控对象为水箱。被控量为水箱的实际水位 h h r （与电位器设定 c 。给定值为希望水位 电压 ur 相对应，此时电位器电刷位于中点位置）。

当 hc ? hr 时，电位器电刷位于中点位置，电动机不工作。一但 hc ? hr 时，浮子位置相应升高（或

降低），通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移（或上移），从而给电动机提供一定的工作电压，驱动

电动机通过减速器使阀门的开度减小（或增大），以使水箱水位达到希望值 hr 。

出水 hr _ 电位器 放大器 电动机 减速器 阀门 水箱 h c 浮子 杠杆 水位自动控制系统的职能方框图

1-4 解：

受控对象：门。 执行元件：电动机，绞盘。 放大元件：放大器。

工作原理：系统的被控对象为大门。被控量为大门的实际位置。输入量为希望的大门位置。

当合上开门开关时，桥式电

系统集成

一、运输皮带电机5台 （1）7.5kW 2台 （2）5.5kW 1台 （3）1.5kW 2台

上述电机全部为AC380V，50Hz供电，要求通过变频器调速，变频器选用6SE70系列。

二、单电控电磁阀5只

三、现场检测元件

（1）接近开关3只 （2）行程开关2只

四、水泵一台（恒速），带出口电动阀，设置现场操作箱一面，带必需的操作按钮、运行指示灯、故障指示灯、急停按钮等，检测水泵出口压力和流量各一点，所有信号通过远程IO站接入PLC。

五、PLC选用S7-300系列。

设计范围：

PLC柜、变频器柜、现场操作箱的数量、尺寸及柜（箱）内元器件清单。不需要设计图纸。

提供一些以前独立完成的图纸

软件编程

题1：单按钮（不带锁定）控制一个电灯，按一下开，再按一下关。

题2：二个切换开关（二位）控制一个楼梯灯，开始时不管开关在什么位置灯都是灭的，然后每个开关可以单独开关电灯，也可通过一个开关打开，用另一个开关关闭；如超过30秒未关则自动关闭。

HMI界面

将软件编程的按钮或开关放在WINCC界面供用户操作；显示电灯状态；记录用户操作记录

第一章第二章

一、单项选择题

1、适合应用传递函数描述的系统是 ( ) 。 （分数：1分） A. 单输入，单输出的线性定常系统 B. 单输入，单输出的线性时变系统 C. 单输入，单输出的定常系统 D. 非线性系统

正确答案：A

2、

采用负反馈形式连接后，则 ( )。

（分数：1分）

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

正确答案：D

3、若某负反馈控制系统的开环传递函数为，则该系统的闭环特征方

程为 ( ) 。 （分数：1分）

A. s(s+1)=0 B. s(s+1)+5=0 C. s(s+1)+1=0

D. 与是否为单位反馈系统有关

正确答案：B

4、关于传递函数，错误的说法是 ( ) 。 （分数：1分） A. 传递函数只适用于线性定常系统；

B. 传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C. 传递函数一般是为复变量s的真分式； D. 闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性

正确答案：B

5、

非单位负反馈系统，

第 一 章

1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，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方块图。

图1-2 液位自动控制系统

解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位位的希望值不变。

ur（表征液

cr）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度

ur）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的

cr，一旦流入水量或流出水量

工作原理：当电位电刷位于中点（对应

开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度

发生变化时，液面高度就会偏离给定高度r。

当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度r。

反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度r。

系统方块图如图所示：

ccc

1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试

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）？

d2y(t)dy(t)du(t)2?3?4y(t)?5?6u(t)2dtdtdt（1

天津大学自动控制理论本校辅导班 讲义

自动控制理论

第一章：绪论

一．

反馈控制原理 1．负反馈概念

典型系统框图

2．闭环系统

主要问题 1.稳定2.性能

3．开环控制

二.

控制系统的基本组成

三. 控制系统的分类

1．从系统实现目标上分 伺服系统， 恒值系统 2．从输入输出变量的个数分 SISO,MISO

1

3．从信号性质 连续， 离散，混合 4．数学描述 线性， 非线性

5．从控制方式上分

1．按偏差控制 2．复合控制

3．先进的控制策略

四．控制系统的基本要求

１． 稳定 ２． 静态指标

３． 动态指标

品质、性能

2

第二章：控制系统的数学模型

§1. 控制系统的微分方程描述

１）R—L—C电路

根据电路基本原理有: ??Ri?Ldidt?u

c?ur???i?cduc dt2

?Lcducdudt2?Rccdt?uc?ur

2）质量－弹簧－阻尼系统

由牛顿定律： ?F?ma

ky?fdyd2F?ydt?mdt2

?md2ydydt2?fdt?ky?F

3

赣 南 师 范 学 院

班级： 姓名： 学号： ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉ 题答得不内线封密 2006–2007学年第一学期期终考试试卷（A答案卷）

开课学院： 物理与电子信息学院 课程名称： 自动控制原理 考试形式：闭卷，所需时间120分钟 题号 得分 评卷一 二 三 四 五 六 七 八 总 分

注意事项：1、教师出题时请勿超出边界虚线； 2、学生答题前将密封线外的内容填写清楚，答题不得超出密封线； 3、答题请用蓝、黑钢笔或圆珠笔。 一、（20分）选择题，请选择一个最合适的答案 1． 对每个系统当被控量变化全过程提出的基本要求是（A ）。 A)稳定性，准确性，快速性 (B) 调节时间，超调量，稳态误差 （C) 开环增益，穿越频率，相角裕量 2．在通常的闭环控制系统结构中，系统的控制器和控制对象共同构成了（B ） (A) 开环传递函数 (B) 前向通道 (C) 反馈通道 (D) 闭环传递函数 3．下面数学模型中，（ D）是线性定常系统的外

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班级： 姓名： 学号： ┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉┉ 题答得不内线封密 2006–2007学年第一学期期终考试试卷（A答案卷）

开课学院： 物理与电子信息学院 课程名称： 自动控制原理 考试形式：闭卷，所需时间120分钟 题号 得分 评卷一 二 三 四 五 六 七 八 总 分

注意事项：1、教师出题时请勿超出边界虚线； 2、学生答题前将密封线外的内容填写清楚，答题不得超出密封线； 3、答题请用蓝、黑钢笔或圆珠笔。 一、（20分）选择题，请选择一个最合适的答案 1． 对每个系统当被控量变化全过程提出的基本要求是（A ）。 A)稳定性，准确性，快速性 (B) 调节时间，超调量，稳态误差 （C) 开环增益，穿越频率，相角裕量 2．在通常的闭环控制系统结构中，系统的控制器和控制对象共同构成了（B ） (A) 开环传递函数 (B) 前向通道 (C) 反馈通道 (D) 闭环传递函数 3．下面数学模型中，（ D）是线性定常系统的外

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自动控制原理课程设计

本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用。主要内容包括：古典自动控制理论（PID）设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB仿真。通过本课程设计的实践，掌握自动控制理论工程设计的基本方法和工具。

1 内容

某生产过程设备如图1所示，由液容为C1和C2的两个液箱组成，图中Q为稳态液体流量(m3/s)，?Qi为液箱A输入水流量对稳态值的微小变化(m3/s)，

?Q1为液箱A到液箱B流量对稳态值的微小变化(m3/s)，?Q2为液箱B输出水流量对稳态值的微小变化(m3/s)，h1为液箱A的液位稳态值(m)，?h1为液箱A液面高度对其稳态值的微小变化(m)，h2为液箱B的液位稳态值(m)，?h2为液箱B液面高度对其稳态值的微小变化(m)，R1,R2分别为A，B两液槽的出水管液阻

(m/(m3/s))。设u为调节阀开度(m2)。

已知液箱A液位不可直接测量但可观，液箱B液位可直接测量。

Qi+△Qih10+△h1AQ10+△Q1h20+△h2BQ20+△Q2

图1 某生产过程示意图

要求

1. 建立上述系统的数学模型；

2. 对模型特性进行分析，时域指标计算，绘出bode,乃示图，阶跃反应曲线 3