自动控制技术形考作业答案

自动控制上机大作业

班级： 学号： 姓名：

1.1

设质量——阻尼——弹簧系统的微分运动方程为

d2x(t)dx(t)?Kx(t)?f(t) M2?Bdtdt式中，x(t)为位移输出信号，f(t)为输入的力信号。质量为M=1kg，粘性摩擦系数为

B = 5N / m? s?1，弹簧的弹性系数为K=20N/m。当t=0 时，施加外力f(t)=30N，试问系统

何时达到稳定？并画出该机械系统位移、速度随时间变化的曲线以及速度与位移的关系曲

线。

提示：龙格-库塔法求解微分方程数值解的函数：odel13(), 调用方式：[T,Y] = ODE113(ODEFUN,TSPAN,Y0,OPTIONS)。

其中ODEFUN 为用户自定义的系统微分方程的描述，本题中可使用xt4odefile.m 文件定义的函数； TSPAN 表示计算开始和结束的时间；Y0 表示微分方程的初始条件；OPTION 为计算精度的可选参数，由 odese()函数设置。

odel13()函数只接受一阶微分方程的形式，使用时需要先将高阶方程化为若干个一阶微分方程；

绘图函数：plot()，subplot(); 程序：

ft = 30; M=1; B=5;

K=20;

自动控制原理作业

1、下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，并画出系统方框图。

2、下图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。

3、用离心调速器的蒸汽机转速控制系统如图所示。其工作原理是：当蒸汽机带动负载转动的同时，通过圆锥齿轮带动一对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动，套筒内装有平衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽阀门的开度。在蒸汽机正常运行时，飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速?下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速?增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速?保持在某个期望值附近。

指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。

4、电压调节系统如图所示：分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画

SHANGHAI UNIVERSITY

课程项目

MATLAB的模拟仿真实验

专业课：自动控制原理

学 院 机自学院

专业（大类） 电气工程及其自动化

姓名学号

分工：蒋景超负责MATLAB仿真部分

顾玮负责分析结论 其它共同讨论

二阶系统性能改善

一、要求

（1）比例-微分控制与测速反馈控制的传递函数求解 （2）性能分析与对比

（3）举出具体实例，结合matlab分析

二、原理

在改善二阶系统性能的方法中，比例-微分控制和测速反馈控制是两种常用的方法。

（1）比例-微分控制：

比例-微分控制是一种早期控制，可在出现位置误差前，提前产生修正作用，从而达到

改善系统性能的目的。

图1 比例微分控制系统

（2）测速反馈控制：

测速反馈控制是通过将输出的速度信号反馈到系统输入端，并与误差信号比较，其效

果与比例微分-控制相似，可以增大系统阻尼，改善系统性能。

图2测速反馈控制系统

(3)经典二阶控制系统

图3经典二阶控制系统

三、实例分析

?n2?n21、标准传递函数 G(s)? ?(s)? 2s(s?2??n)s(s?2??n)??n?n?2.0

1—1 解释下列名词术语：自动控制系统、被控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。 答：自动控制系统：尽量不要人的参与，由控制装置实现的使被控对象的某些属性按人期望的轨迹变化的系统，；

被控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程，反应了干扰、控制量和被控量三者之间关系的环节。

扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。 给定值：被控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值 参考输入即为给定值。

反馈：将系统的输出量反馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较和控制运算的过程。

1—3 开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点? 解：开环系统优点：结构简单，缺点：控制的精度较差；

闭环控制系统优点：控制精度高，缺点：结构复杂、有稳定性问题、设计分析麻烦，制造成本高。

1—4 什么是反馈控制系统、前馈控制系统、前馈一反馈复合控制系统? 反馈控制系统：即闭环控制系统，在一个控制系统，将系统的输出量通过某测量机构对其进行实时测量，并将该测量值与输入量进行比较，形成一个反馈通道，从而形成一个封闭信息回路的控制系统；

前馈控制系统：测量干扰，并根据它对系统的输

《自动控制基础》复习提纲

第一章 绪论

1．自动控制、经典控制理论和现代控制理论

自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控制对象的某些工作状态或参数（被控量）按照预定的规律变化。 经典控制理论：以线性定常系统为主的单输入单输出系统为研究对象，以传递函数作为描述系统的数学模型，以时域分析法、根轨迹法和频域分析法为主要分析设计工具。 现代控制理论：以时变参数、多变量、非线性复杂系统为研究对象，以状态方程作为描述系统的数学模型，以最优控制和卡尔曼滤波为核心的控制系统分析、设计的原理和方法。

2． 自动控制系统的工作原理；

3．开环控制系统、闭环控制系统、复合控制系统以及它们的区别； 开环控制系统：输入直接供给控制器，通过控制器对受控对象产生控制作用，没有输出反馈，输出量对控制没有影响。

闭环控制系统：输出全部或部分被反馈回输入端，与输入比较得出偏差加给控制器，再根据偏差调节受控对象，形成闭环控制回路。

复合控制系统：将开环控制与闭环控制结合起来，组成开环-闭环控制方式，以实现复杂而准确度要求较高控制任务，这种系统称为复合控制系统。

4．反馈控制系统的基本组成（方框图、各元件的作用）；

xi

给定元件：产生给定信

《自动控制基础》复习提纲

第一章 绪论

1．自动控制、经典控制理论和现代控制理论

自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控制对象的某些工作状态或参数（被控量）按照预定的规律变化。 经典控制理论：以线性定常系统为主的单输入单输出系统为研究对象，以传递函数作为描述系统的数学模型，以时域分析法、根轨迹法和频域分析法为主要分析设计工具。 现代控制理论：以时变参数、多变量、非线性复杂系统为研究对象，以状态方程作为描述系统的数学模型，以最优控制和卡尔曼滤波为核心的控制系统分析、设计的原理和方法。

2． 自动控制系统的工作原理；

3．开环控制系统、闭环控制系统、复合控制系统以及它们的区别； 开环控制系统：输入直接供给控制器，通过控制器对受控对象产生控制作用，没有输出反馈，输出量对控制没有影响。

闭环控制系统：输出全部或部分被反馈回输入端，与输入比较得出偏差加给控制器，再根据偏差调节受控对象，形成闭环控制回路。

复合控制系统：将开环控制与闭环控制结合起来，组成开环-闭环控制方式，以实现复杂而准确度要求较高控制任务，这种系统称为复合控制系统。

4．反馈控制系统的基本组成（方框图、各元件的作用）；

xi

给定元件：产生给定信

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

吉大《自动控制原理》在线作业二

二、多选题（共 5 道试题，共 20 分。） 得分：20V 1. 控制系统的基本分类有（）。 A. 线性系统 B. 非线性系统 C. 连续控制系统 D. 离散控制系统

满分：4 分 得分：4

2. 对控制系统的基本要求是（ ）。 A. 稳 B. 快 C. 准 D. 慢

满分：4 分 得分：4

3. 控制系统的性能由以下两部分组成（）。 A. 静态性能 B. 动态性能 C. 常态性能 D. 非常态性能

满分：4 分 得分：4

4. 传递函数是指下列哪两项的比值关系（ ） A. 系统输出 B. 系统输入 C. 反馈

D. 偏差

满分：4 分 得分：4

5. 下面有关状态空间分析法，正确的是（）。 A. 它是现代控制理论的基础

B.

2016

自动控制原理习题

一、单选题

1．根据控制方式，控制系统可分为（ ）。

A.反馈控制系统和开环控制系统

B.线性控制系统和非线性控制系统

C.恒值控制系统和随动控制系统

D.连续控制系统和离散控制系统

2．系统的动态性能包括（ ）。

A ．稳定性、平稳性

B ．快速性、稳定性

C ．平稳性、快速性

D ．稳定性、准确性

1．传递函数反映了系统的动态性能，它与下列哪项因素有关？（ ）。

A.输入信号

B.初始条件

C.系统的结构参数

D.输入信号与初始条件

2.适合应用传递函数描述的系统是（ ）。

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

1.如下图所示系统的开环传递函数Gk(s) =（ ）。

A. 133212321()G G G H G G G H +++

B. 12321232

1()G G G H G G G H ++++ C. 123231()1G G G H G H ++ D. 123311232

()1()++++G G G G H G G G H 2.二阶系统的传递函数为

14412++s s ,则其无阻尼固有频率n ω