(整理)几个开环与闭环自动控制系统的例子
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自动控制原理开环增益与闭环增益的
在自动控制原理中,开环增益和闭环增益是两个关键概念。
它们描述了控制系统中信号的放大程度和调节效果。
开环增益(Open-loop
Gain)指的是控制系统中在没有反馈环路的情况下,输入信号与输出信号之间的比例关系。
它衡量了系统对于输入信号的放大程度。
在开环控制中,输出信号不会影响到系统的输入。
闭环增益(Closed-loop
Gain)则是在有反馈环路的情况下,输入信号与输出信号之间的比例关系。
它反映了整个闭环控制系统的稳定性和调节能力。
闭环控制系统的输出信号会通过反馈路径影响到输入信号,从而调节和修正系统的行为。
开环增益与闭环增益的关系可以用下面的公式表示:
闭环增益 = 开环增益 / (1 + 开环增益 * 反馈增益)
其中,反馈增益表示反馈路径中信号的放大程度。
开环增益主要用于描述系统的基本特性和放大能力,但由于没有反馈机制,容易受到外界扰动和系统参数变化的影响。
闭环增益则更能反映系统的稳定性和鲁棒性,通过反馈机制来校正和调节系统的行为。
在实际控制系统设计中,需要综合考虑开环增益和闭环增益,以平衡系统的放大能力和稳定性。
具体的选择和调节需要根据系统的特性、应用需求和控制性能要求进行合理的设计和优化。
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。
都说闭环与开环相比,其控制精度相对来讲比较高,在注塑机上表现为射出位置的重复性较高,最近对所用的机台作了一下比较,有几台开环的机,观察了一个小时,射出位置的复位准确度达到了95%,即每次射出终止位置都一样,每次都是16.5mm,,比闭环的还好,这该怎么解释呢??搞注塑的人都知道注塑机控制系统的执行元件主要是电机(如交流或直流电机及伺服电机、步进电机等)、液压油缸或液压马达,这两类执行元件的控制并无实质区别,当采用注塑机控制器进行闭环控制时,其控制和校正具有很大的相通性.注塑机闭环控制系统包括通讯、校正、※区补偿、限幅、D/A、A/D、可逆计数模块.系统采用模糊控制器实现模糊控制, 采用随机接受信息和主动反馈信息的通讯模式,接受注塑机控制器的各种控制命令和数据,检测反馈信号,自动完成控制任务.注塑机闭环控制系统具有※区补偿、零点漂移自动测定及补偿、注塑机参数可随时修改..所谓闭环控制也称反馈控制,它是指注塑工艺员预先规定注塑参数,通过对注塑机执行机构施加信号,并把注塑机电控系统输出量的一部分或全部,经过一定的转换,反馈到注塑机电控系统的输入端,并与之进行比较,将比较得到的差异施加于执行机构,以减少两者之间的偏差而进行的控制。
注塑机闭环控制的突出特点是具有自我调节功能。
控制器在发现某一过程状态记录与实际有偏差时,可以及时采取补救措施,从而保证注塑工艺参数的可靠准确实现。
閉环机所指是压力及流量带反馈控制或有射胶监控整个射胶过程及修正的射胶閉环,有射胶閉环,射胶才更精准,精度误差可凖0.5%关于开环与闭环,正如游总所说,其特点之关键在于具有自我调节功能,换句话说,就是具有抗干扰性.闭环控制是应用输出与输入信号之差来作用于控制器,进而来减少系统误差.而开环系统则没有这个功能.当系统的输入量已知,并且不存在任何干扰时,采用开环系统是完全能够达到稳定化的生产的,此时并不需要闭环控制.但是这个情况几乎无法实现.当存在着无法预知的干扰或系统中元件参数存在着无法预计的变化时,闭环系统才能充分发挥作用.我们做产品时,都有这样的经历:一个产品刚开始生产时,质量很难稳定下来,但只要连续性生产,越到后来,越稳定.为什么呢?就是外部条件(比如模温\料温\机床油温\模板温度\)等逐渐趋于稳定,其波动的干扰作用减弱.但是一遇到外部条件稍有变动(如油路不畅造成流量下降),系统就会难以恢复到原有状态.也可以这样理解:原有建立起来的平衡被打破,系统需要较长时间达到新的平衡点,这是我们不愿意看到的,我们当然希望只有一个平衡点,当外界出现干扰时,控制系统能够削弱干扰,继续保持在原平衡点.所以,闭环的作用也就在此.还有一个:就是开环控制系统可以用高精度的元件或过硬的硬件设施来弥补其自身的不足,比如我们的液压系统中的压力流量型调速阀(即人们说的PQ阀),它可以削弱油温和负载压力的变化对流量的影响.我们的恒温恒湿车间用来削弱环境温度波动的干扰,我们的模具恒温机用来削弱模具温度变化的干扰,我们的油冷却器用来削弱油温变化的干扰.这些设施再配合高精度的机械和液压元件,是可以达到闭环控制系统的效果的.再来回答楼主的问题:塑化计量位置的重复精度高,可以使用高精度的位置传感器及良好的螺杆制动机制来实现.而且,位置检测本身就具有闭环性质,因为螺杆的实时位置就是靠传感器来检测,并输入到控制器(当然要经过一定的A/D转换)中,没有达到设定值时,系统当然会保持塑化动作,直到达到设定的塑化位置为止.注塑机需要闭环控制的几个地方是:注射保压压力\注射速度\油温\料温\模温\,当然开合模速度也可以实现闭环控制,但这个是摆设,意义不大.既然要反馈,就必须有传感器对控制对象进行实时的检测,比如压力控制,需要在注射油缸甚至是模具型腔里安装压力传感器,并将这个传感器信号实时的传入控制器内,与系统设定值进行比较,将其差值通过P.I.D组合控制,从而使实际压力值尽量与设定值相当.而料温控制,属于恒温控制,为自动调节系统之一,肯定属于闭环控制了,热电偶就是其传感器.伺服阀和伺服电机,内部有硬件反馈装置或伺服驱动器,更加具有实时和控高精度的优越性.这种零件应用于注塑机系统中,更加能够实现高精度和高的工艺重复精度.再配合控制器的闭环控制,高精度高稳定性就能够很好的实现了!应用伺服阀,液压机是能够与使用伺服电机的全电机有得一比的.其实这两个最明显的就是要求压力速度调节系统零件要灵敏,稳定,开环控制如果没有好的速度压力比例阀,注射很难稳定,但是工艺上用开环控制比较容易解决生产问题,我在用震德机的过程中就深有感受,震德机的闭环控制压力恒定,只可以调节速度位置,在保压过程中压力也不按设定的比例来走,很难生产要求高的产品,但用开环的时候又不稳定,主要是液压调节系统不好,同一个产品如果在三菱机上生产,开机的和生产过程中的废品会少三分二,三菱机调好后可以一个星期不用调节,但是震德机就不行,唉不过一分钱一分货.刘震9605:其实这两个最明显的就是要求压力速度调节系统零件要灵敏,稳定,开环控制如果没有好的速度压力比例阀,注射很难稳定,但是工艺上用开环控制比较容易解决生产问题,我在用震德机的过程中就深有感受,震德机的闭环控制压力恒定,只可以调节速度位置,在保压过程中压力也不按设定的比例来走,很难生产要求高的产品,但用开环的时候又不稳定,主要是液压调节系统不好,同一个产品如果在三菱机上生产,开机的和生产过程中的废品会少三分二,三菱机调好后可以一个星期不用调节,但是震德机就不行,唉不过一分钱一分货.楼主所说的震德机是没有闭环控制功能的!闭环控制的压力不会恒定,除非你设定的值不变.如果使用闭环控制的话,压力是不可能不按照你设定的值走的,除非你的电子放大板出现故障,比例线性调节功能失控.而且控制器的开环与闭环控制是预先编好了程序的,也就是说,系统运行时,必须有一个反馈环节,这个反馈环节要求控制器的CPU必须输入外部反馈信号,再经过比较器运算,再输出控制信号.所以,闭环机是不能随意"关闭"闭环功能的,除非你修改系统程序,但现在的控制器多使用电脑,而不是PLC,是不可以随意更改系统应用程序的哦!你所说的开环不稳定,主要还是液压系统设计不过关或液压元件制造不过硬造成的.因为开环控制系统是不存在稳定性问题的.只要机械的零部件质量优质可靠,以及外部条件不发生频繁的波动(这个条件能够满足,比如环境温度是不会频繁波动的),输出就是稳定的,但是,输出具有不可控制性,换句话说,就是实际压力与你设定的压力偏差很大的话,它就一直存在这个偏差,系统不会去修正这个偏差而使压力达到你设定的值,只要这个偏差不变,我们从外部看起来,就是很稳定的,这就是我们注塑工艺需要的"工艺重复精度".我们不在乎系统偏差多与少,关键是要保证偏差值的不变.通俗的说,如果第一件产品压力偏差小,下一件产品成型时,由于油温的持续上升或液压管路堵塞,压力偏差大,压力曲线的重复性差,那是不可接受的.但是开环系统要做到始终保持重复精度高,是比较勉强的.我接触的主要就是三菱机,MM系列.它的注射压力和速度是开环控制.使用位置传感器检测位置信号,并与设定值比较,进而实现指定位置上的速度压力切换.也就是说,采用位移检测来实现多级注射压力速度的开环控制.至于三菱机性能为什么要好些,道理很简单,它使用的液压元件制造工艺优良,油路设计合理,机械零件精密度高,也就是所说的一分钱一分货吧,硬件上的优势可以弥补软件(即控制系统的控制方式)的不足.。
日常生活中的开环和闭环控制系统的例子开环控制系统和闭环控制系统是控制工程中常用的两种控制方式。
开环控制系统是指输出不受控制系统内部状态的影响,而闭环控制系统是指输出受控制系统内部状态的影响。
下面将从日常生活中的例子来详细介绍这两种控制系统。
1. 音响控制系统:开环控制系统:当我们使用遥控器调节音响音量时,开环控制系统会根据我们的指令直接调节音响的音量,而不会考虑当前音量是否合适。
闭环控制系统:当我们使用有音量调节功能的耳机时,闭环控制系统会通过内置的传感器检测当前的音量,并根据我们的指令调整音量大小,使得输出音量达到我们期望的水平。
2. 温度调节器:开环控制系统:当我们使用普通的电风扇来调节室内温度时,开环控制系统会根据我们的指令调节风扇的风速,但无法感知室内温度是否达到我们期望的温度。
闭环控制系统:当我们使用具有温度传感器的空调来调节室内温度时,闭环控制系统会通过感知室内温度,并根据我们的指令调整制冷或制热模式,从而使得室内温度稳定在我们期望的范围内。
3. 洗衣机:开环控制系统:当我们使用普通的洗衣机洗衣服时,开环控制系统会按照我们的指令进行洗涤和漂洗等操作,但无法感知衣物的清洁程度。
闭环控制系统:当我们使用具有传感器的智能洗衣机时,闭环控制系统会通过感知洗涤水的浑浊度来判断衣物的清洁程度,并根据我们的指令调整洗涤和漂洗的次数,从而使得洗衣效果更好。
4. 自动灯控系统:开环控制系统:当我们手动控制灯的开关时,开环控制系统会根据我们的指令直接打开或关闭灯,而不会考虑当前环境的亮度。
闭环控制系统:当我们使用具有光敏传感器的自动灯控系统时,闭环控制系统会通过感知环境的亮度,并根据我们的指令调整灯的亮度,使得室内光照始终保持在一个合适的水平。
5. 汽车巡航控制系统:开环控制系统:当我们在高速公路上使用定速巡航功能时,开环控制系统会根据我们的指令维持车辆的恒定速度,而不会考虑前方交通情况。
闭环控制系统:当我们使用具有雷达传感器的自适应巡航控制系统时,闭环控制系统会通过感知前方车辆的距离和速度,并根据我们的指令调整车辆的速度,以保持与前车的安全距离。
自动控制原理概述及开闭环实例分析摘要本文简单介绍了自动控制的基本原理和发展概况,并从开环控制和闭环控制两方面对自动控制原理进行了详细介绍。
列举了开环控制和闭环控制的几个实例,结合实例分析了开环控制和闭环的优缺点,并对两种控制方式进行了对比。
关键词:自动控制、基本原理、开环、闭环1自动控制基本原理及发展概述所谓的自动控制,就是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备(称为控制器)操作被控对象(如机器、设备或生产过程)的某个状态或参数(称为被控量),使其按预先设定的规律自动运行。
一般情况下自动控制理论的发展过程可以分为以下三个阶段:1.1经典控制理论时期时间为20世纪40-60年代,经典控制理论主要是解决单输入单输出问题,主要采用以传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析方法。
此阶段所研究的系统大多是线性定常系统,对非线性系统,分析时采用的相平面法一般不超过两个变量。
1.2现代控制理论时期时间为20世纪60-70年代,这个时期由于计算机的飞速发展,推动了空间技术的发展。
经典控制理论中的高阶常微分方程可以转化为一阶微分方程组,用以描述系统的动态过程,这种方法可以解决多输入多输出问题,系统既可以是线性的、定常的,也可以是非线性的、时变的。
1.3大系统理论、智能控制理论时期时间为20世纪70年代末至今,控制理论向着“大系统理论”和“智能控制”方向发展。
“大系统理论”是用控制和信息的观点,研究各种大系统的结构方案、总体设计中的分解方法和协调等问题的技术理论基础。
而“智能控制”是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律,研究具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统。
2自动控制系统分类按照控制方式和策略,系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
2.1开环控制系统开环控制系统是一种简单的控制系统,在控制器和控制对象间只有正向控制作用,系统的输出量不会对控制器产生任何影响,如图1所示。
在该类控制系统中,对于每一个输入量,就有一个与之对应的工作状态和输出量,系统的精度仅取决于元件的精度和执行机构的调整精度。
王万良,《自动控制原理》,2版,高等教育出版社,2014.2习题解答第1章习题解答1.1 试举几个开环控制系统与闭环控制系统的例子,画出它们的框图,并说明它们的工作原理。
解:开环:原始的蒸汽机速度控制系统、烧开水等; 闭环:直流电动机自动调速系统等;框图和工作原理略1.2 根据图题1.2所示的电动机速度控制系统工作原理图(1)将a ,b 与c ,d 用线连接成负反馈系统; (2)画出系统方框图。
图题1.2解:(1)a 与d 接,b 与c 接(2)系统方框图如下:电动机速度控制示意图E1.1 单闭环速度控制系统原理图如图题E1.1所示。
(1) 说明工作原理,指出哪些元件起测量、放大和执行作用。
系统的参考输入和干扰分别是什么?(2) 画出系统方框图。
图题E1.1E1.1解(1)测速发动机起测量作用;晶闸管整流电路起放大和执行作用。
系统的参考输入是电位+-器电压;电动机负载变化以及电网电压波动等是干扰。
(2)E1.2 图题E1.2所示为液位自动控制系统原理示意图。
在任何情况下,希望液面高度c维持不变,说明系统工作原理并画出系统方框图。
图题E1.2E1.2解:当液面下降时,浮子会带动电位器触头向上,使电动机电枢两端出现正电压,使电动机正向运转,通过减速器来增加控制阀的开度,增加进水量,从而使液面上升。
同理,当液面上升时,浮子会带动电位器触头向下,使电动机电枢两端出现负电压,使电动机反向运转,通过减速器来减小控制阀的开度,减少进水量,从而使液面下降。
因此,尽管用水量发生变化,总能够保持液位不变。
液位自动控制方框图如下:液位自动控制示意图第2章习题解答2.1 列写图题2.1所示RLC 电路的微分方程。
其中,i u 为输入变量,o u 为输出变量。
RL图题2.12.1解:设电路中电流为 ,则:o o idu i C dtdi iR L u udt ⎧=⋅⎪⎪⎨⎪++=⎪⎩整理得:22o oo i d u du LC RC u u dt dt++=2.2 列写图题2.2所示RLC 电路的微分方程,其中,i u 为输入变量,o u 为输出变量。
开环控制系统与闭环控制系统方框图几例(仅供参考)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。
几个开环与闭环自动控制系统的例子2-1 试求出图P2-1中各电路的传递函数。
图P2-12-2 试求出图P2-2中各有源网络的传递函数。
图P2-22-3 求图P2-3所示各机械运动系统的传递函数。
(1)求图(a )的 ()()?=s X s X r c (2)求图(b )的()()?=s X s X r c (3)求图(c )的()()?12=s X s X (4)求图(d )的 ()()?1=s F s X图P2-32-4 图P2-4所示为一齿轮传动机构。
设此机构无间隙、无变形,求折算到传动轴上的等效转动惯量、等效粘性摩擦系数和()()()s M s s W 2θ=。
图P2-4 图P2-52-5 图P2-5所示为一磁场控制的直流电动机。
设工作时电枢电流不变,控制电压加在励磁绕组上,输出为电机角位移,求传递函数()()()s u s s W r θ=。
2-6 图P2-6所示为一用作放大器的直流发电机,原电机以恒定转速运行。
试确定传递函数()()()s W s U s U r c =,设不计发电机的电枢电感和电阻。
图P2-62-7 已知一系统由如下方程组组成,试绘制系统方框图,并求出闭环传递函数。
()()()()()()[]()s X s W s W s W s W s X s X c r 87111--=()()()()()[]s X s W s X s W s X 36122-= ()()()()[]()s W s W s X s X s X c 3523-= ()()()s X s W s X c 34=2-8 试分别化简图P2-7和图P2-8所示的结构图,并求出相应的传递函数。
图P2-7 图P2-82-9 求如图P2-9所示系统的传递函数()()()s X s X s W r c =1,()()()s X s X s W N c =2。
图P2-92-10 求如图P2-10所示系统的传递函数。
2-1 试求出图P2-1中各电路的传递函数。
图P2-12-2 试求出图P2-2中各有源网络的传递函数。
图P2-22-3 求图P2-3所示各机械运动系统的传递函数。
(1)求图(a )的 ()()?=s X s X r c (2)求图(b )的()()?=s X s X r c (3)求图(c )的()()?12=s X s X (4)求图(d )的 ()()?1=s F s X图P2-32-4 图P2-4所示为一齿轮传动机构。
设此机构无间隙、无变形,求折算到传动轴上的等效转动惯量、等效粘性摩擦系数和()()()s M s s W 2θ=。
图P2-4 图P2-52-5 图P2-5所示为一磁场控制的直流电动机。
设工作时电枢电流不变,控制电压加在励磁绕组上,输出为电机角位移,求传递函数()()()s u s s W r θ=。
2-6 图P2-6所示为一用作放大器的直流发电机,原电机以恒定转速运行。
试确定传递函数()()()s W s U s U r c =,设不计发电机的电枢电感和电阻。
图P2-62-7 已知一系统由如下方程组组成,试绘制系统方框图,并求出闭环传递函数。
()()()()()()[]()s X s W s W s W s W s X s X c r 87111--=()()()()()[]s X s W s X s W s X 36122-= ()()()()[]()s W s W s X s X s X c 3523-= ()()()s X s W s X c 34=2-8 试分别化简图P2-7和图P2-8所示的结构图,并求出相应的传递函数。
图P2-7 图P2-82-9 求如图P2-9所示系统的传递函数()()()s X s X s W r c =1,()()()s X s X s W N c =2。
图P2-92-10 求如图P2-10所示系统的传递函数。
图P2-102-11 求图P2-11所示系统的闭环传递函数。
图P2-11 图P2-122-13 画出图P2-13所示结构图的信号流图,用梅逊公式求传递函数:()()()s X s X s W r c =1,()()()s N s X s W c =2。
图P2-132-14 画出图P2-14所示系统的信号流图,并分别求出两个系统的传递函数()()s X s X r c 11,()()s X s X r c 22。
图P2-143-1 一单位反馈控制系统的开环传递函数为()()11+=s s s W K 。
求:(1)系统的单位阶跃响应及动态特性指标δ%、t r 、t S 、μ; (2)输入量x r (t )=t 时,系统的输出响应;(2)输入量x r (t )为单位脉冲函数时,系统的输出响应。
3-2 一单位反馈控制系统的开环传递函数为()()1+=s s K s W kK τ,其单位阶跃响应曲线如图P3-1所示,图中的X m =1.25,t m =1.5s 。
试确定系统参数K k 及 τ 值。
图P3-13-3 一单位反馈控制系统的开环传递函数为()()n nK s s s W ξωω22+=。
已知系统的x r (t )=1(t ),误差时间函数为()t t e e t e 73.37.14.04.1---=,求系统的阻尼比ξ、自然振荡角频率n ω、系统的开环传递函数和闭环传递函数、系统的稳态误差。
3-4 已知单位反馈控制系统的开环传递函数为()()1+=s s K s W kK τ,试选择K k 及τ值以满足下列指标。
当x r (t )=t 时,系统的稳态误差e (∞)≤0.02; 当x r (t )=1(t )时,系统的δ%≤30%,t S (5%)≤0.3s 。
3-5 已知单位反馈控制系统的闭环传递函数为()2222nn nB s s s W ωξωω++=,试画出以n ω为常数、ξ为变数时,系统特征方程式的根在s 复平面上的分布轨迹。
3-6 一系统的动态结构图如图P3-2所示,求在不同的K k 值下(例如,K k =1、K k =3、K k =7)系统的闭环极点、单位阶跃响应、动态指标及稳态误差。
图P3-23-7 一闭环反馈控制系统的动态结构图如图P3-3所示。
(1)求当δ%≤20%、t S (5%)=1.8s 时,系统的参数K 1及τ值。
(2)求上述系统的位置误差系数K p 、速度误差系数K v 、加速度误差系数K a 及其相应的稳态误差。
图P3-33-8 一系统的动态结构图如图P3-4所示。
求 (1)1.0,021==ττ时,系统的%δ、%)5(s t(2)0,1.021==ττ时,系统的%δ、%)5(s t(3)比较上述两种校正情况下的暂态性能指标及稳态性能。
图P3-43-9 如图P3-5所示系统,图中的()s W g 为调节对象的传递函数,()s W c 为调节器的传递函数。
如果调节对象为()()()1121++=s T s T K s W gg ,T 1 > T 2 ,系统要求的指标为:位置稳态误差为零,调节时间最短,超调量%δ≤4.3 %,问下述三种调节器中哪一种能满足上述指标?其参数应具备什么条件?三种调节器为 (a )()p c K s W =; (b) ()()ss K s W p c 1+=τ; (c) ()()()1121++=s s K s W pc ττ。
图P3-53-10 有闭环系统的特征方程式如下,试用劳斯判椐判断系统的稳定性,并说明特征根在复平面上的分布。
(1)05042023=+++s s s (2)010042023=+++s s s (3)08862234=++++s s s s (4)0722********=-++-+s s s s s (5)0121222189323456=++++++s s s s s s 3-11 单位反馈系统的开环传递函数为()()()()15.0115.02++++=s s s s s K s W k k试确定使系统稳定的K k 值范围。
3-12 已知系统的结构图如图P3-6所示,试用劳斯判椐确定使系统稳定的K f 值范围。
图P3-63-13 如果采用图P3-7所示系统,问τ取何值时,系统方能稳定? 3-14 设单位反馈系统的开环传递函数为()()()s s s Ks W k 167.0133.01++=,要求闭环特征根的实部均小于–1,求K 值应取的范围。
图P3-73-15 设有一单位反馈系统,如果其开环传递函数为 (1)()()()15410++=s s s s W k(2)()()()()1541.0102+++=s s s s s W k求输入量为()t t x r =和()2542t t t x r ++=时系统的稳态误差。
3-16有一单位反馈系统,系统的开环传递函数为()sK s W k k =。
求当输入量为()221t t x r =和()t t x r ωsin =时,控制系统的稳态误差。
3-17有一单位反馈系统,其开环传递函数为()()15103-+=s s s s W k ,求系统的动态误差系数;并求当输入量为()2211t t t x r ++=时,稳态误差的时间函数()t e s 。
3-18 一系统的结构图如图P3-8所示,并设 ()()s s T K s W 1111+=,()()s T s K s W 2221+=。
当扰动量分别以()s s N 1=∆、21s作用于系统时,求系统的扰动稳态误差。
图P3-83-19 一复合控制系统的结构图如图P3-9所示,其中1231==K K ,T 2=0.25s ,K 2=2。
(1)求输入量分别为()1=t x r ,()t t x r =,()221t t x r =时,系统的稳态误差; (2)求系统的单位阶跃响应,及其%δ,s t 值。
图P3-9 图P3-103-20 一复合控制系统如图P3-10所示,图中()bs as s W c +=2,()()()s s s s W g 2.011.0110++=。
如果系统由1型提高为3型系统,求a 值及b 值。
4-1 求下列各开环传递函数所对应的负反馈系统的根轨迹。
(1))2)(1()3()(+++=s s s K s W g K(2))2)(3()5()(+++=s s s s K s W g K(3))10)(5)(1()3()(++++=s s s s K s W g K4-2 求下列各开环传递函数所对应的负反馈系统的根轨迹。
(1)32)2()(2+++=s s s K s W g K(2))22)(2()(2+++=s s s s K s W gK(3))22)(3()2()(2++++=s s s s s K s W g K(4))164)(1()1()(2++-+=s s s s s K s W g K(5)2)125.0)(1()11.0()(+++=s s s s K s W g K4-3 已知单位负反馈系统的开环传递函数为)22)(1()(2+++=s s Ts s Ks W K 求当4=K 时,以T 为参变量的根轨迹。
4-4 已知单位负反馈系统的开环传递函数为)1()()(2++=s s a s K s W K求当41=K 时,以a 为参变量的根轨迹。
4-5 已知单位负反馈系统的开环传递函数为)22)(16()(2+++=s s s K s W gK试用根轨迹法确定使闭环主导极点的阻尼比5.0=ξ和自然角频率2=n ω时g K 值。
4-6 已知单位正反馈系统的开环传递函数为2)4)(1)(1()(+-+=s s s K s W gK试绘制其根轨迹。
4-7 设系统开环传递函数为)4)(2()1()(2+++=s s s s K s W g K试绘制系统在负反馈与正反馈两种情况下的根轨迹。
4-8 设单位负反馈系统的开环传递函数为)11.0()1()(2++=s s s K s W K如果要求系统的一对共轭主导根的阻尼系数为0.75,用根轨迹法确定 (1) 串联相位迟后环节,设15=a k 。
(2) 串联相位引前环节,设15=a k 。
4-9 已知单位负反馈系统的开环传递函数为)20)(4()(++=s s s K s W gK设要求)/1(12s k v ≥、%25%≤δ、s t s 7.0≤,试确定串联引前校正装置的传递函数,并绘制校正前、后的系统根轨迹。
4-10 设单位负反馈系统的开环传递函数为)5)(4()(++=s s s K s W gK要求校正后)/1(30s k v ≥、主导极点阻尼比707.0=ξ,试求串联迟后校正装置的传递函数。