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目录1自动控制系统的基本概念1.1内容提要1.2习题与解答2自动控制系统的数学模型2.1内容提要2.2习题与解答3自动控制系统的时域分析3.1内容提要3.2习颗与他答4根轨迹法4.1内容提要4.2习题与解答5频率法5.1内容提要5.2习题与解答6控制系统的校正及综合6.1内容提要6.2习题与解答7非线性系统分析7.1内容提要7.2习题与解答8线性离散系统的理论基础8.1内容提要8.2习题与解答9状态空间法9.1内容提要9.2习题与解答附录拉普拉斯变换参考文献1自动控制系统的基本概念1. 1内容提要基本术语：反馈量，扰动量，输人量，输出量，被控对象；基本结构：开环，闭环，复合；基本类型：线性和非线性，连续和离散，程序控制与随动；基本要求：暂态，稳态，稳定性。
本章要解决的问题，是在自动控制系统的基本概念基础上，能够针对一个实际的控制系统，找出其被控对象、输人量、输出量，并分析其结构、类型和工作原理。
1.2习题与解答题1-1图P1-1所示，为一直流发电机电压白动控制系统示意图。
图中，1为发电机；2为减速器；3为执行电机；4为比例放大器；5为可调电位器。
(1)该系统有哪些环节组成，各起什么作用” (2)绘出系统的框图，说明当 负载电流变化时，系统如何保持发 电机的电压恒定 (3)该系统是有差系统还是无 差系统。
(4)系统中有哪些可能的扰动， 答(1)该系统由给定环节、比较环节、中间环节、执行结构、检测环节、 发电机等环节组成。
给定环节:电压源0U 。
用来设定直流发电机电压的给定值。
比较环节:本系统所实现的被控量与给定量进行比较，是通过给定电 压与反馈电压反极性相接加到比例放大器上实现的中间环节:比例放大器。
它的作用是将偏差信号放大，使其足以带动 执行机构工作。
该环节又称为放大环节执行机构:该环节由执行电机、减速器和可调电位器构成。
该环节的 作用是通过改变发电机励磁回路的电阻值，改变发电机的磁场，调节发 电机的输出电压被控对象:发电机。
自动控制原理习题及其解答第一章（略） 第二章例2-1 弹簧，阻尼器串并联系统如图2-1示，系统为无质量模型，试建立系统的运动方程。
解：(1) 设输入为y r ，输出为y 0。
弹簧与阻尼器并联平行移动。
(2) 列写原始方程式，由于无质量按受力平衡方程，各处任何时刻，均满足∑=0F ，则对于A 点有021=-+K K f F F F其中，F f 为阻尼摩擦力，F K 1，F K 2为弹性恢复力。
(3) 写中间变量关系式220110)()(y K F Y Y K F dty y d f F K r K r f =-=-⋅=(4) 消中间变量得 020110y K y K y K dtdy f dt dy f r r=-+- (5) 化标准形 r r Ky dtdyT y dt dy T +=+00 其中:215K K T +=为时间常数，单位[秒]。
211K K K K +=为传递函数，无量纲。
例2-2 已知单摆系统的运动如图2-2示。
(1) 写出运动方程式 (2) 求取线性化方程 解：（1）设输入外作用力为零，输出为摆角θ ，摆球质量为m 。
（2）由牛顿定律写原始方程。
h mg dtd l m --=θθsin )(22其中，l 为摆长，l θ 为运动弧长，h 为空气阻力。
（3）写中间变量关系式)(dtd lh θα= 式中，α为空气阻力系数dtd l θ为运动线速度。
（4）消中间变量得运动方程式0s i n 22=++θθθmg dt d al dtd ml （2-1) 此方程为二阶非线性齐次方程。
（5）线性化由前可知，在θ ＝0的附近，非线性函数sin θ ≈θ ，故代入式（2-1）可得线性化方程为022=++θθθmg dt d al dtd ml 例2-3 已知机械旋转系统如图2-3所示，试列出系统运动方程。
解：（1）设输入量作用力矩M f ，输出为旋转角速度ω 。
（2）列写运动方程式f M f dtd J+-=ωω式中， f ω为阻尼力矩，其大小与转速成正比。
目录1自动控制系统的基本概念1.1内容提要1.2习题与解答2自动控制系统的数学模型2.1内容提要2.2习题与解答3自动控制系统的时域分析3.1内容提要3.2习颗与他答4根轨迹法4.1内容提要4.2习题与解答5频率法5.1内容提要5.2习题与解答6控制系统的校正及综合6.1内容提要6.2习题与解答7非线性系统分析7.1内容提要7.2习题与解答8线性离散系统的理论基础8.1内容提要8.2习题与解答9状态空间法9.1内容提要9.2习题与解答附录拉普拉斯变换参考文献1自动控制系统的基本概念1. 1内容提要基本术语：反馈量，扰动量，输人量，输出量，被控对象；基本结构：开环，闭环，复合；基本类型：线性和非线性，连续和离散，程序控制与随动；基本要求：暂态，稳态，稳定性。
本章要解决的问题，是在自动控制系统的基本概念基础上，能够针对一个实际的控制系统，找出其被控对象、输人量、输出量，并分析其结构、类型和工作原理。
1.2习题与解答题1-1图P1-1所示，为一直 流发电机电压白动控制系统示意图。
图中，1为发电机；2为减速器； 3为执行电机；4为比例放大器； 5为可调电位器。
(1)该系统有哪些环节组成，各起什么作用”(2)绘出系统的框图，说明当 负载电流变化时，系统如何保持发 电机的电压恒定(3)该系统是有差系统还是无 差系统。
(4)系统中有哪些可能的扰动， 答(1)该系统由给定环节、比较环节、中间环节、执行结构、检测环节、 发电机等环节组成。
给定环节:电压源0U 。
用来设定直流发电机电压的给定值。
比较环节:本系统所实现的被控量与给定量进行比较，是通过给定电 压与反馈电压反极性相接加到比例放大器上实现的中间环节:比例放大器。
它的作用是将偏差信号放大，使其足以带动图P1-7电压自动控制系统示意图执行机构工作。
该环节又称为放大环节执行机构:该环节由执行电机、减速器和可调电位器构成。
该环节的作用是通过改变发电机励磁回路的电阻值，改变发电机的磁场，调节发电机的输出电压被控对象:发电机。
108020232单项选择题1、串级控制系统的主回路是一个（），因此对于设计中的主参数的选择，可以按照单回路控制系统的设计原则进行。
.随动控制系统 . 定值控制系统. 程序控制系统 .以上都不是2、比例调节的缺点是存在静态误差，因此也称为（）。
. 误差调节 . 动态调节. 有差调节.静态调节3、实验法建模时，为了获得被控对象的（），应加入激励信号使被控对象处于被激励的状态。
. 动态特性. 静态特性. 物理属性 .化学特性4、利用阶跃响应曲线法建立被控对象的数学模型，需求取被控对象输入与输出之间的（）。
.大小关系.最大值.最小值.传递函数5、比例积分调节规律中，积分调节可以消除（）。
.振荡.比例系数.调节时间.静态误差6、比例积分微分调节的缩写为（）。
.DCS.PID.PI.PD7、若调节对象的特性是线性的，应选择具有（）流量特性的调节阀。
.双曲线.抛物线.直线.等百分比8、为了减小调节阀（）的影响，一般采用阀门定位器克服阀杆摩擦力。
.流量.重量.间隙特性.尺寸9、弹性式压力表是利用各种弹性元件，在被测介质压力作用下产生弹性变形的原理来测量压力的，服从（）。
.法拉第电磁感应定律.胡克定律.质量守恒定律.惯性定律10、变送器一般由输入转换部分、放大器和（）组成。
.控制器.反馈部分.传感器.执行单元11、关于压力检测仪表的安装，下列叙述错误的是（）。
.压力检测仪表必须经检验合格后才能安装.压力检测仪表应水平安装.取压点应能如实反映被测压力的真实情况.压力检测仪表的连接处，应选择适当的材料作为密封垫圈12、串级控制系统是把两个调节器串接在一起，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的（），共同稳定一个被控变量所组成的闭合回路。
.输入值.给定值.扰动量.以上都不是13、阶跃响应曲线法适用于处于（）的被控对象。
.C. 开环、非稳态.开环、稳态.闭环、稳态.闭环、非稳态14、调节器的调节规律是指调节器输出信号与输入信号之间随（）变化的规律。
传递函数的求取
一、实验内容及目的
本次实验要求如下：
○1用足够多的方法求得以下电路系统的传递函数。
○2当在Ui上加入一个1V的输入电压时仿真出系统的输出曲线
其中Ui是输入，Uo是输出。
本次实验共用了4种方法求得传递函数，分别是利用微分方程求解、利用阻抗法求解、利用方框图化简求解、利用流图与梅森公式求解。
之后用了两种方法求得输出曲线，分别是matlab程序仿真和simulink图形仿真。
实验目的是通过实践分析不同求传递函数方法的需求条件，加深对各种工具的熟练程度。
一、实验方案及内容
1、利用微分方程直接求传递函数
根据电路理论可列得下列等式：
-----------------------------------------○1
-----------------------------------------○2
-----------------------------------------○3
-----------------------------------------○4
-----------------------------------------○5利用拉布拉斯变换将其转化为频域下的方程：
------------------------------------------○6
------------------------------------------○7
------------------------------------------○8
------------------------------------------○9
------------------------------------------○10解得：，即为传递函数。
2、利用阻抗法求传递函数
在频域下将电容C1、C2用阻值为
、
的电阻来替换，此时得到的
传递函数不发生变化，等效为电阻R4上的电压。
可以直接计算或利用戴维南、诺顿定理来求解。
如利用戴维南定理求U0：
（1）将R4断开，求开路电压Uoc （如左图1）
（2）求输入电阻（如左图2）：
R=
（3）利用等效电路求解（如左图3）
将R 、Uoc 代入，解得：
即为传递函数。
3、 利用方框图化简求传递函数
将之前得到的频域下的方程○6、○7、○8、○9、○10转化为方框图形式，如
下：
4、 将方框图转化为流图，如下：
利用梅森公式，该流图共有一个前向通路、三个单回路、一对两两互不接触回路，即得：
即得传递函数为
图 1
图 2
图 3
二、输出曲线仿真
1、利用matlab程序仿真
取R1=1，R2=2，C1=3，C2=4
程序如下：
clc;
close all;
clear all;
R1=1;
R2=2;
C1=3;
C2=4;
num=[1];
den=[C1*C2*R1*R2 C2*R2+C2*R1+C1*R1 1];
t=0:0.1:120;
step (num,den,t);
得到图像如下：
2、利用simulink仿真
模型为：
得到的图像
为
三、实验结果
分析
四种求传递函数的方法，各自都有其优劣：
（1）利用微分方程求传递函数思路简单，最具普适性，但解法困难，大多数系统难以使用。
（2）利用阻抗法求传递函数，解法简单，但只适合只含频域下能用电阻来等效替换的元件的系统。
（3）利用方框图化简求解传递函数，实用性不大。
大部分系统的方框图都不易化简，因而此种方法有些鸡肋，一般用梅森公式替代。
（4）利用流图与梅森公式求解传递函数最为实用。
既方便观看内部元件之间的相互关系，又有利于求解最终的传递函数。
但对于复杂系统的流图，独立回路难以寻找，易出现遗漏。
四、实验出现的问题
1、用何种方法可以将这种电路系统仿真出来？
利用proteus的示波器仿真时，不会出现如以上图像的慢爬过程，而是出现骤变。
是我仿真方法有问题，还是proteus软件不支持这种模拟图像的产生？
下图为proteus中示波器的产生时刻，为骤变，而非渐变。
2、这几种求传递函数的方法都只适合简单的低阶系统，那复杂系统的传递函数如何得到？对于黑箱系统，输入什么样的信号才能将传递函数探测出来？。
