自动控制原理问题详解.docx

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自动控制原理问题详解

第一章习题答案

习题

1-1根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图

（1）将a，b与c，d用线连接成负反馈状态；

（2）画出系统方框图。

1-2题1-2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。

题1-2图仓库大门自动开闭控制系统

1-3题1-3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。

题1-3图炉温自动控制系统原理图

1-4题1-4图是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。

图中电位器、并联后跨接到同一电源的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结，组成方位角的给定元件和测量反馈元件。

输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速后带动，电动机采用电枢控制的方式工作。

试分析系统的工作原理，指出系统的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。

题1-4图导弹发射架方位角控制系统原理图

题1-5图蒸汽机转速自动控制系统

1-5采用离心调速器的蒸汽机转速控制系统如题1-5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。

1-6摄像机角位置自动跟踪系统如题1-6图所示。

当光点显示器对准某个方向时，摄像机会自动跟踪并对准这个方向。

试分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量及给定量，画出系统方框图。

题1-6图摄像机角位置随动系统原理图

1-7题1-7图（a），（b）所示的系统均为电压调节系统。

假设空载时两系统发电机端电压均为110V，试问带上负载后，图（a），（b）中哪个能保持110V不变，哪个电压会低于110V，为什么?

题1-7图电压调节系统工作原理图

1-8题1-8图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？

系统的被控对象和控制装置各是什么？

1-9许多机器，像车床、铣床和磨床，都配有跟随器，用来复现模板的外形。

题1-9图就是这样一种跟随系统的原理图。

在此系统中，刀具能在原料上复制模板的外形。

试说明其工作原理，画出系统方框图。

题1-8图水温控制系统原理图

1-10题1-10图（a），（b）所示均为调速系统。

（1）分别画出图（a）、图（b）对应系统的方框图。

给出图（a）正确的反馈连线方式。

（2）在恒值输入条件下，图（a）、图（b）中哪个是有差系统，哪个是无差系统，说明其道理。

题1-10图调速系统工作原理图

1-11题1-11图为谷物湿度控制系统示意图。

在谷物磨粉的生产过程中，有一个出粉最多的湿度，因此磨粉之前要给谷物加水以得到给定的湿度。

图中，谷物用传送装置按一定流量通过加水点，加水量由自动阀门控制。

加水过程中，谷物流量、加水前谷物湿度以及水压都是对谷物湿度控制的扰动作用。

为了提高控制精度，系统中采用了谷物湿度的顺馈控制，试画出系统方块图。

题1-11图谷物湿度控制系统示意图

第二章习题答案

2-1

（1）

其中：

，

传递函数为:

（2）

其中：

，，

传递函数为:

2-2解:

（1）比较器

（2）放大器

（3）速度反馈

（4）电枢回路

（5）电动机轴上的力矩平衡

………机电时间常数

………..电框回路的电磁时间常数

2-3

2-4

其中：

两个环节之间有负责效应。

（b）

其中：

两个环节之间无负责效应。

2-5（a）

其中：

（b）

其中：

（c）

其中：

，，

（d）

这是准PI调节，当时

2-6（a）

（b）

2-7

2-8信号流图如下:

2-9信号流图如下:

2-10（a）五个回环,四个互不接触的回环,四条前向通道

（b）四个回环,一对互不接触回环,二条前向通道

第三章习题答案

3-1故传递函数为：

3-2当时，

，

初始条件为零，则

输入信号S

所以

其传递函数

3-3解：

则：

∴

由公式

可得系统单位阶跃响应

各项性能指标：

①超调量

②上升时间

③峰值时间

④调节时间

5振荡次数（考虑的误差带）

3-4解：

由图3-49可知：

即联立求解得

∴系统的开环传函

3-5

（1），，

（2）,,

（3），，

（4），，

3-6系统在阶跃信号作用下稳态误差为“0”的充分条件为：

系统在加速度信号作用下稳态误差为“0”时

3-7单位斜坡信号作用下的稳态误差

当选时，。

3-8

（1）当系统为I型系统时，系统的开环传递函数为：

（2）当系统为II型系统时，系统的开环传递函数为：

3-9系统开环传递函数

3-10解：

当时，，

当时，

3-11解：

（1）

（2）无论K取何值，系统都不稳定

（3）

（4）

3-12解：

（1）系统稳定时

（2）当时，闭环极点均位于直线的左边

3-13解：

，

3-14解：

系统临界增益，响应的振荡频率为

3-15解：

，

3-16解：

系统单位脉冲响应

第五章习题答案

5-2解:

（1）

（2）

5-3解:

，

5-4解:

系统地传递函数为

5-5解:

（a）

，

（b）

，

（c）

，

（d）

，

（e）

，

（f）

，

5-6解:

（1）k=1

（2）k=25

5-7解:

（a）.N=1，Z=0稳定（b）.N=-1，Z=1不稳定

（c）.N=1，Z=0稳定（d）.N=0，P=0，Z=0稳定

（e）.N=0，P=0，Z=0稳定（f）.N=-1，P=1，Z=2不稳定

（g）.N=-2，P=0，Z=2不稳定（h）.N=0，P=0，Z=0稳定

（i）.N=-2，P=1，Z=3不稳定

5-8解:

时，系统稳定

时，系统不稳定

5-9解:

（1）

（2）w=2.1642，k=5.156

5-10解:

（1），

（2）k=1.69

（3）k=12.1

5-11解:

5-12解:

（1）

（2）

5-13解:

（1）k=0.74

（2）k=1.1（3）k=0.511

5-14解:

当K>1时，奈氏图如图所示，P=1，N=1，Z=0系统稳定

5-15解:

（1）

（2）

5-16

5-17

5-18

（1）

（2）幅值裕量G=19.8168，相角裕量P=Inf，相位穿越频率wg=5.6578，开环剪切频率wc=NaN

5-19当K=10.428时，相角裕量P=300

5-20

（1）当K=5时，bode图如图所示

第八章习题答案

8-1

（1）

（2）

（3）

（4）

8-2

（1）

=

（2）

（3）

（4）

（5）

（6）

8-3

（1）

（2）

（3）

（4）

8-4

（1）

（2）

8-5

8-6

（1）

8-7

（1）

（2）

8-8

T=0.1时

T=0.5时

8-9

（1）

（2）

8-10

（1）系统稳定

（2）

8-110

8-12

8-13

（1）

（2）