最新开环和闭环控制习题3

开环与闭环控制1.普通机械式电饭煲简单的工作过程如下：接通电源，拨动杠杆按钮，给出做饭指令，磁钢吸合，拉住与之相连的杠杆，杠杆拨动微动开关，微动开关在杠杆的按压下接通加热回路，磁钢铝壳帽与锅底接触，开始加热。

当饭熟时（不再有水的沸腾），锅底温度升高，磁钢温度达到150℃时失去磁性，在弹簧力作用下，杠杆下移，微动开关恢复常态，结束加热状态。

此时电源仍是接通状态，由于双金属片温控器的作用，电饭煲进入保温状态（70度以下），这就是电饭煲接通电源后即使不按键也能得到温水的原因。

但不按下杠杆按键则煮不熟饭。

由上面的工作过程可知，普通电饭煲虽然简单，但其控制过程还是比较复杂的。

其工作流程为：给出“做饭”指令——进入加热状态——判断是否达到150度，没有达到，继续加热，如果达到，则进入保温状态。

从这个流程知道，电饭煲的控制，从总体上说，仍是一个开环控制。

因为，输入一个“做饭”指令，输出的就是“做饭”状态。

如果输入的是“温水”指令，则输出的状态就是“温水”状态。

即输入量和输出量是一一对应的。

但是，其局部环节还有反馈。

其参考方块图如下：3.宾馆、酒店的“自动叫醒服务系统”是一个开环控制系统。

参考框图如下：4．家用缝纫机的缝纫速度控制系统缝纫机“转速控制系统”的控制对象应该是“缝纫机”不应该是“机针”。

对缝纫机来说，还有其它控制系统，如“针距控制系统”、“倒车控制系统”等，这些系统的控制对象都是缝纫机。

参考框图如下：注：有些学生会认为这个控制系统是一个闭环控制系统，理由是人可以不断调整缝纫的转速。

其实这种理解是错误的。

它不是闭环的原因是：第一，它输入的转速不是恒定的，没法与输出转速进行比较。

第二，“人”作为操作者，对控制系统施加控制指令的行为不能视为“人作为某个环节参与了控制系统”。

5.走道路灯的声光控制系统声光自动控制白炽灯开关的基本工作原理如下：白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。

当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。

自动控制原理课后习题1.简答题。

（1）什么是控制系统？控制系统是由控制器、被控对象、控制目标和反馈装置组成的一种系统，用来实现对被控对象的控制和调节。

（2）控制系统的分类有哪些？控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统。

开环控制系统是指控制器的输出不受被控对象的影响，而闭环控制系统是指控制器的输出受到被控对象的影响并进行调节。

（3）什么是控制对象？控制对象是指控制系统中需要被控制或调节的对象，可以是机械、电气、液压等各种设备和系统。

2.计算题。

（1）某电动机的转速控制系统，控制电压为220V，电动机额定转速为1500rpm，控制器输出电压为180V时，电动机的实际转速为多少？解，根据电动机的转速控制系统原理，实际转速可以通过控制电压和额定转速的比例关系计算得出。

实际转速 = 控制器输出电压 / 控制电压× 额定转速 = 180V / 220V × 1500rpm = 1227.27rpm。

所以，电动机的实际转速为1227.27rpm。

（2）某水箱的液位控制系统，控制器输出信号为4-20mA，对应的液位范围为0-100cm，若控制器输出信号为12mA时，水箱的实际液位为多少？解，根据液位控制系统的标定原理，可以通过控制器输出信号和液位范围的比例关系计算得出实际液位。

实际液位 = (控制器输出信号4mA) / (20mA 4mA) × 液位范围= (12mA 4mA) / (20mA 4mA) × 100cm = 60cm。

所以，水箱的实际液位为60cm。

3.分析题。

（1）为什么在控制系统中需要引入反馈？在控制系统中引入反馈可以实现对被控对象的实时监测和调节，使控制系统能够更加准确地达到控制目标。

（2）闭环控制系统和开环控制系统各有什么优缺点？闭环控制系统能够实现对被控对象的实时监测和调节，具有较高的控制精度，但系统稳定性较差，容易产生振荡和不稳定现象；而开环控制系统系统稳定性较好，但控制精度较低，无法实时监测和调节被控对象。

第一章习题1-1日常生活中有许多开环和闭环控制系统，试举几个具体例子，并说明它们的工作原理。

1-2说明负反馈的工作原理及其在自动控制系统中的应用。

自动驾驶器用控制系统将汽车的速度限制在允许范围内。

画出方块图说明此反馈系统。

1-3双输入控制系统的一个常见例子是由冷热两个阀门的家用沐浴器。

目标是同时控制水温和流量，画出此闭环系统的方块图，你愿意让别人给你开环控制的沐浴器吗？1-4开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？1-5反馈控制系统的动态特性有哪几种类型？生产过程希望的动态过程特性是什么？1-6对自动控制系统基本的性能要求是什么？最主要的要求是什么？1-7下图表示一个水位自动控制系统,试说明其作用原理.1-8下图是恒温箱的温度自动控制系统.要求:(1) 画出系统的原理方框图;(2) 当恒温箱的温度发生变化时,试述系统的调解过程;(3) 指出系统属于哪一类型?1-9 下图为位置随动系统,输入量为转角r θ,输出量为转角c θ,p R 为圆盘式滑动电位器,s K 为功率放大器SM 为伺服电动机.要求: (1)说明系统由哪几部分组成,各起什么作用？ (2)画出系统原理方框图;(3)说明当r θ 变化时, c θ的跟随过程.1-10 位置随动系统如下图所示,回答以下问题 1.说明该系统的以下(1)-(10)各是什么:(1)被控制对象 (2)被控制量 (3)给定元件 (4)给定量 (5)主反馈元件 (6)主反馈量 (7)误差量 (8)负载 (9)积分元件 (10)执行元件. 2.画出系统作用方框图,表出个环节的输入输出量。

3.判断(在括号内对的上面打"对号")(1)该系统是(按偏差;按扰动)原则的控制系统; (2)该系统是(有差;无差)系统; (3)该系统是(0型,1型,2型)系统; (4)该系统的输入量是(rr U Q 、);(5)该系统的输出量是(c c U Q 、)。

1－11下图为温度自动控制系统,改变a 点位置可以改变恒温温度.试说明该系统的工作原理和性能,并指出它属何种类型?1-12如题图（a ）、（b ）所示两水位控制系统，要求∙ 画出方块图（包括给定输入量和扰动输入量）； ∙ 分析工作原理，讨论误差和扰动的关系。

第四章控制与设计第一节了解控制【使用课时】1课时【学习目标】1、理解控制的含义及其在生产、生活中的应用；2、明确控制现象中的控制对象、控制目的和控制手段；3、了解并区分人工控制和自动控制；开环控制和闭环控制。

【学习重点】1、控制的含义；2、区分开环和闭环控制、人工和自动控制。

【学习难点】区分开环和闭环控制、人工和自动控制。

【徳育渗透】通过学习，对控制技术产生强烈的兴趣和好奇心，并把它转化为对后续学习的动力。

【自主学习Ⅰ】一、控制请同学们思考下列问题：1、在你骑自行车上学的过程中，到达转弯处或遇到障碍时，该怎么办呢？2、同学们都喜欢用手机，你是怎么用手机发短信的呢？3、道路上是光控路灯你注意过吗？它是怎么工作的呢？以上这些现象是控制现象吗？结论：（1）控制是普遍存在的（2）控制的含义：（3）控制的组成1、控制的对象2、控制的目的3、控制的控制手段或方法【课堂探究一】观看视频，分析以下控制的组成，并填在学案上。

【总结】控制有三个要素：1、2、3、【自主学习2】二、开环控制和闭环游戏：请同学们在学案上画人像图（先睁开眼睛画，再蒙着眼睛画）回答下列问题：（1）此游戏其实就是一个控制过程。

蒙着眼睛时能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用的系统，称为控制。

睁着眼睛时的不能将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为控制。

（2）眼睛扮演的角色是：__________________________。

（3）它们之间的区别是： _________________________。

（4）蒙着眼睛时能将控制的结果反馈回来，反馈回来的部分，称为。

【练一练】人工调节液面电风扇开环控制系统GPS导航闭环控制系统喷墨打印机【课堂探究二】1、有人说，在前面介绍的投掷飞镖例子中，在飞镖飞出后，运动员的眼睛可以将飞镖的飞行路线反馈给大脑，存在反馈环节，所以投掷飞镖过程是一个闭环控制系统。

这种说法对吗？2、如何判断一个控制系统是闭环系统还是开环系统？3、总结开环与闭环的优缺点【自主学习3】三、手动控制和自动控制1、控制系统必须在人的直接干预下才能完成控制任务，这种控制系统称为控制系统2、在控制的过程中如果不需要人的干预，就可按期望规律或预定程序进行的控制系统称为控制系统。

自动控制原理(孟华)第3章习题解答自动控制原理(孟华)的习题答案。

3.1.已知系统的单位阶跃响应为c(t) 1 0.2e 60t 1.2e 10t试求：（1）系统的闭环传递函数Φ(s)=？(2) 阻尼比ζ=？无自然振荡频率ωn=？解：（1）由c(t)得系统的单位脉冲响应为g(t) 12e 60t 12e 10t (t 0)(s) L[g(t)] 12__12 2 s 10s 60s 70s 6002n（2）与标准(s) 2对比得：2s 2 n nn 600 24.5，702 6001.4293.2.设图3.36 (a)所示系统的单位阶跃响应如图3.36 (b)所示。

试确定系统参数K1,K2和a。

(a) (b)图3.36 习题3.2图解：系统的传递函数为K12 nK1K2s(s a)W(s) K2 2 K2 2K1s as K1s 2 n n1s(s a)又由图可知：超调量Mp4 3133峰值时间tp 0.1 s自动控制原理(孟华)的习题答案。

代入得2n K1 1 21e30.1 2 n K K2解得：ln32；0.33，n10 2233.3，K1 n 1108.89，a 2 n 2 0.33 33.3 21.98，K2 K 3。

3.3. 给定典型二阶系统的设计性能指标：超调量p 5%，调节时间ts 3s，峰值时间tp 1s，试确定系统极点配置的区域，以获得预期的响应特性。

解：设该二阶系统的开环传递函数为2nG sss 2 n 20.05 p e33 则满足上述设计性能指标：ts nt 1 p2n得：0.69，n 1 n2由上述各不等式得系统极点配置的区域如下图阴影部分所示：自动控制原理(孟华)的习题答案。

3.4.设一系统如图3.37所示。

(a)求闭环传递函数C(s)/R(s)，并在S平面上画出零极点分布图；(b)当r(t)为单位阶跃函数时，求c(t)并做出c(t)与t的关系曲线。

图3.37 习题3.4图解：(a)系统框图化简之后有C(s)2 s2 R(s)s 0.5s 2.252 s(s35j)(s j)22z1 2,s1,2零极点分布图如下：35j 2自动控制原理(孟华)的习题答案。

1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。

1-2 试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统的例子，并说明其工作原理。

1-3 图1-8是水位控制系统的示意图，图中1Q ,2Q 分别为进水流量和出水流量。

控制的目的是保持水位为一定的高度。

试说明该系统的工作原理并画出其方框图。

1-4 仓库大门自动控制系统如图1-9所示，试分析系统的工作原理，绘制系统的方框图，指出各实际元件的功能及输入、输出量。

1-5 瓦特发明的蒸汽机机械式离心调速器，被认为是近代早期典型的自动调节装置，系统示意图如图1-10所示，试说明该系统的工作原理并画出其方框图。

1-6 图1-11所示为角位置随动系统工作原理图，简述其工作原理并画出系统方框图。

习题33-1 某一系统的数学模型为y=x 2。

试求其线性化方程。

求当x 在10附近时的线性化方程，并求将此线性化方程用于x=11时y 的误差。

3-2 图3-40是一旋转运动的惯量-阻尼-弹簧系统物理模型。

若输入量为转矩T ，输出量为转子转角θ，求传递函数，并写成式（3-28）的形式，求无阻尼固有频率ωn 及阻尼比ζ。

3-3 求图3-41所示二系统的传递函数。

3-4 证明图3-42中机械系统与电气系统是相似系统，即证明两者传递函数具有相同的形式。

3-5 试分析当反馈环节H(s)=1时，前向通道传递函数G(s)分别为惯性环节、微分环节、积分环节时，系统闭环传递函数为什么？3-6 化简图3-43的方框图，并求系统传递函数。

3-7 化简图3-44的方框图，并求系MθJck图3-40 题3-2图x i (t)x 0(t)mc ku i (t)u o (t)CR L（a ）（b ）图3-41 题3-3图（a ）（b ）x i (t)x 0(t)c 1k 2c 2k 1u i (t)u o (t)C 1R 1C 2R 2图3-42 题3-4图统传递函数。

3-8 化简图3-45的方框图，并求系统传递函数。