自动控制原理作业答案

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

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

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

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

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，

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.

自控控制原理 MATLAB 程序设计作业 指导老师:汪晓宁 目录

一、题目 ............................................ 2 二、运行结果 ........................................ 3 三、程序说明 ........................................ 8

四、附录 ............................................ 9 代码 . ............................................. 9 参考文献 ......................................... 17

一、题目

用 Matlab 创建用户界面,并完成以下功能

a 将产生未综合系统的根轨迹图以及 0.707阻尼比线, 你可以交互地选择交点的运行 点。 界面能显示运行点的坐标、 增益值以及近似为二阶系统估算的超调量、 调整时 间、峰值时间、阻尼比、无阻尼自然震荡频率以及稳态误差

b 显示未综合系统的阶跃响应

c 输入控制器的参数, 绘制综合后系统的根轨迹图以及显示综合的设计点

自动控制原理A（2）课外作业

已知单位反馈控制系统如图所示，其中G0(s)?K。 s(s?1)

要求：

1、 试用频率法设计串联超前校正网络Gc(s)，满足：单位斜坡输

入时，位置输出稳态误差ess?1???7.5rad/s，，开环截止频率?c16相角裕度????45，请写出校正具体步骤；

2、 用MATLAB画出校正前系统、校正装置和校正后系统的Bode图； 3、 用MATLAB绘制校正前和校正后系统的单位阶跃响应图，并分

析两个系统不同的动态性能指标（超调量、调节时间等）。 4、 如果在Gc(s)前的前向通路中加入一个周期为T的理想采样开

关构成采样闭环控制系统，试用MATLAB绘制：当采样周期T分别取0.01, 0.1, 1, 10时，采样控制系统的单位阶跃响应，并与未加采样开关时的连续系统的单位阶跃响应比较，分析采样器及采样周期的大小对系统性能的影响。

解：单位斜坡输入时，位置稳态误差ess?1k?116,k?16。待校正网络

的截止频率?c'?4rads，相角裕度??180?90?arctan??c'??14。 待校正网络的开环对数幅频和相频曲线如图：

Bode Diagram50Magnitude (dB)Phase (deg)0-

第三章 线性系统的时域分析与校正

习题及答案

3-1 已知系统脉冲响应

k(t)?0.0125e?1.25t

试求系统闭环传递函数?(s)。

解 ?(s)?Lk(t)?0.012/5(s?1.25) 3-2 设某高阶系统可用下列一阶微分方程

Tc(t)?c(t)??r(t)?r(t)

近似描述，其中，0?(T??)?1。试证系统的动态性能指标为 td??0.693?ln??????T??????T

?T?? tr?2.2T ts??3?ln(T??T???)?T ?1 s解 设单位阶跃输入R(s)?当初始条件为0时有：

C(s)?s?1? R(s)Ts?11T???

Ts?1ssTs?1T???t/TC(t)?h(t)?1?e

T1) 当 t?td 时

T???td/te h(t)?0.5?1?T ?C(s)??s?11??

1T???td/T?T???td?e ; ?ln2?ln??? 2T?T?T??T????td?T?ln2?ln???

T???? ? 26

2) 求tr（即c(t)从0.1到0.9所需时间)