自动控制技术答案

《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

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

习题参考答案

2-1 已知R-L-C网络如图所示，试列写以ui为输入，uo为输出的微分方程模型。

R1i1CLi3?uii2R3?uoR2??

解： 电感方程：L电容方程：Cdi3?uo?R1i1?ui...（1） dtduc?i2...（2） dt有6个变量，列出微分方程模型时保留2个，因此要消掉4个变量，还需要列出3个方程：

由KVL：R1i1?uc?R2i2?ui...（3） 由KCL：i1?i2?i3...（4） 在输出端：R3i3?uo...（5）

将（5）代入（1）（4）可消去i3，然后将（4）代入（1）（3）消去i1得到： u?Lduo?uo?R1(i2?o)?ui?(6)??R3dtR3 ?uo?R1(i2?)?uc?R2i2?ui?(7)?R3?用方程（2）消去uc：将（7）整理为代入，得到： R1duoi2didu??(R1?R2)2?i R3dtCdtdtR1CR1uo?uc?(R1?R2)i2?ui后取时间的导数，再将（2）R3duodidu?R3i2?R3(R1?R2)C2?R3Ci...（8） dtdtdtduo?(R3?R1)uo]，代入(8)?R1得到 dt1

最后，将（6）整理为R1R3i2?R3ui?[L

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

习题参考答案

2-1 已知R-L-C网络如图所示，试列写以ui为输入，uo为输出的微分方程模型。

R1i1CLi3?uii2R3?uoR2??

解： 电感方程：L电容方程：Cdi3?uo?R1i1?ui...（1） dtduc?i2...（2） dt有6个变量，列出微分方程模型时保留2个，因此要消掉4个变量，还需要列出3个方程：

由KVL：R1i1?uc?R2i2?ui...（3） 由KCL：i1?i2?i3...（4） 在输出端：R3i3?uo...（5）

将（5）代入（1）（4）可消去i3，然后将（4）代入（1）（3）消去i1得到： u?Lduo?uo?R1(i2?o)?ui?(6)??R3dtR3 ?uo?R1(i2?)?uc?R2i2?ui?(7)?R3?用方程（2）消去uc：将（7）整理为代入，得到： R1duoi2didu??(R1?R2)2?i R3dtCdtdtR1CR1uo?uc?(R1?R2)i2?ui后取时间的导数，再将（2）R3duodidu?R3i2?R3(R1?R2)C2?R3Ci...（8） dtdtdtduo?(R3?R1)uo]，代入(8)?R1得到 dt1

最后，将（6）整理为R1R3i2?R3ui?[L

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

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