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自动控制元件部分课后题答案

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自动控制元件(第四版)习题答案资料

自动控制元件(第四版)习题答案资料

自动控制元件(第四版)习题答案部分习题答案，仅供参考！直流测速发电机1.为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势?答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S 极下的磁力线，因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。

由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A始终与处在N极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。

2. 如果图 2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、 B电刷的极性如何?答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a，S 极下导体cd中电势由d指向c。

电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B与线圈的d端相接触，故此时A电刷为正，B电刷为负。

当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体ab 处于S极下，这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反，于是线圈电势的方向也变为由a到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。

4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值?答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。

而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。

基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL∝n2。

同样可以证明ea∝n2。

因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。

所以，直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。

为了改善线性度，采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，即规定了最高工作转速。

自动控制原理课后习题答案

自动控制原理课后习题答案

C1 ( s ) R1 ( s ) （2）求传递函数阵 G(s)，其中，C(s)=G(s)R(s), C(s)= ，R(s)= 。 C 2 ( s ) R2 ( s )
8
图 2.80 习题 2.16 图
解： （1）
G1G2 G3 (1 G5 H 2 ) C1 ( s) G11 ( s) R1 ( s) 1 G5 H 2 G3 H 1 G5 G7 G8 G1G5 G6 G7 C 2 ( s) G21 ( s) R1 ( s) 1 G5 H 2 G3 H 1 G5 G7 G8 G3G4 G5 G9 C1 ( s) G12 ( s) R2 ( s) 1 G5 H 2 G3 H 1 G5 G7 G8 G4 G5 G（ C 2 ( s) 6 1 G3 H 1） G22 ( s) R2 ( s) 1 G5 H 2 G3 H 1 G5 G7 G8
解：
(a)
u u du u u 1 ur uc i2 dt ， 2 c ， i1 ， i1 ( 1 C1 1 ) ， i2 1 ， u 2 R1 R2 dt R3 R4 R5 C2

R1 R3 R4 C1C 2 RRRC c 1 3 4 2 u c u c u r u R5 R2 R5
解：
(a)
G( s)
G( s)
0.5K s 3.5s 2 s 0.5K
3
(b)
G1G2 G3G4 G1G5 G6 (1 G4 H 2 ) 1 G1G2 H 1 G1G2 G3 G1G5 G4 H 2 G1G2 G4 H 1 H 2
2.14 试梅逊公式求图 2.78 所示结构图的传递函数 C(s)/R(s)。

自动控制原理完整版课后习题答案

自动控制原理完整版课后习题答案

1 请解释下列名字术语：自动控制系统、受控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。

解：自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成；受控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。

如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。

外扰是系统的输入量。

给定值：受控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值参考输入即为给定值。

反馈：将系统的输出量馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较的过程。

2 请说明自动控制系统的基本组成部分。

解：作为一个完整的控制系统，应该由如下几个部分组成：①被控对象：所谓被控对象就是整个控制系统的控制对象；②执行部件：根据所接收到的相关信号，使得被控对象产生相应的动作；常用的执行元件有阀、电动机、液压马达等。

③给定元件：给定元件的职能就是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参考量）；④比较元件：把测量元件检测到的被控量的实际值与给定元件给出的参考值进行比较，求出它们之间的偏差。

常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置和电桥等。

⑤测量反馈元件：该元部件的职能就是测量被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，一般需要将其转换成为电量。

常用的测量元部件有测速发电机、热电偶、各种传感器等；⑥放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。

如电压偏差信号，可用电子管、晶体管、集成电路、晶闸管等组成的电压放大器和功率放大级加以放大。

⑦校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，用以改善系统的性能。

常用的校正元件有电阻、电容组成的无源或有源网络，它们与原系统串联或与原系统构成一个内反馈系统。

3 请说出什么是反馈控制系统，开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？解：反馈控制系统即闭环控制系统，在一个控制系统，将系统的输出量通过某测量机构对其进行实时测量，并将该测量值与输入量进行比较，形成一个反馈通道，从而形成一个封闭的控制系统；开环系统优点：结构简单，缺点：控制的精度较差；闭环控制系统优点：控制精度高，缺点：结构复杂、设计分析麻烦，制造成本高。

自动控制元件及线路课后题答案

自动控制元件及线路课后题答案

• 现代的先进步进电机驱动器一般同时 包括细分、恒流斩波、升频升压等电 路。
第九章
• 1.产生误差的主要原因是负载电流磁势的交轴 分量。可采用负边补偿和原边补偿消除误差。 • 2.线性旋变接线图 • 3.旋变发送机和变压器的转角分别为 1 和 2 。旋 ' ' s 变变压器定子磁密与定子绕组 1 s3 轴线的夹角为 1 ，与转子绕组 R2' R4' ' 90 (1 2 ) ，与 R1' R3 轴线的夹角为 ' ' 的夹角为 1 2 。所以 R2 R4 中的感 应电势有效值为
• 8.步进电机最大输出转矩与运行频率的关系 称为运行矩频特性。起动频率与负载转矩的 关系是起动矩频特性，起动频率与负载转动 惯量的关系是起动惯频特性。在负载条件下 能无失步运行的最高控制频率称为运行频率。
12. 步进电动机的驱动器包括哪些主要部分？ 它们的主要功能是什么？
驱动器包括脉冲分配器与功率放大器。 脉冲分配器接收控制脉冲和方向信号， 并按要求的状态顺序产生各相控制绕组 导通或截止的信号。 功率放大器包括信号放大器与处理、保 护电路，推动放大级和功率输出级。功放 输出级直接与步进电机各相绕组连接，直 接向绕组提供所要的电压、电流。
' ' ' ' ER 1 2 ) E R sin 24 ER cos[90 (1 2 )] E R sin(
故可测出两轴转角差。
7.当电机的轴被卡住不动，定子绕组仍加 额定电压，为什么转子电流会很大？ 伺服电动机从启动到运转时， 转子绕组 电流的频率、电势及电抗会有什么变化？ 为什么会有这些变化？
7.1）转子不动时，n=0，s=1， ' 1 - s r2 =0 模拟电阻 s 等效电路中转子电路阻抗最小，只有转子 本身的电阻和漏抗，故电流很大。 从物理角度看，转子不动时，转子与磁场 间相对速度最高，感 s :1 0 f2 = sf1 : f1 0

(完整版)自动控制原理课后习题及答案

(完整版)自动控制原理课后习题及答案

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弊端.解答： 1 开环系统(1)长处 :构造简单，成本低，工作稳固。

用于系统输入信号及扰动作用能早先知道时，可获得满意的成效。

(2)弊端：不可以自动调理被控量的偏差。

所以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长处：不论因为扰乱或因为系统自己构造参数变化所惹起的被控量偏离给定值，都会产生控制作用去消除此偏差，所以控制精度较高。

它是一种按偏差调理的控制系统。

在实质中应用宽泛。

⑵弊端：主要弊端是被控量可能出现颠簸，严重时系统没法工作。

1-2什么叫反应？为何闭环控制系统常采纳负反应？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应。

闭环控制系统常采纳负反应。

由1-1 中的描绘的闭环系统的长处所证明。

比如，一个温度控制系统经过热电阻（或热电偶）检测出目前炉子的温度，再与温度值对比较，去控制加热系统，以达到设定值。

1-3试判断以下微分方程所描绘的系统属于何种种类（线性，非线性，定常，时变）？2 d 2 y(t)3 dy(t ) 4y(t ) 5 du (t ) 6u(t )（1）dt 2 dt dt（2） y(t ) 2 u(t)（3）t dy(t) 2 y(t) 4 du(t) u(t ) dt dtdy (t )u(t )sin t2 y(t )（4）dtd 2 y(t)y(t )dy (t ) （5）dt 2 2 y(t ) 3u(t )dt（6）dy (t ) y 2 (t) 2u(t ) dty(t ) 2u(t ) 3du (t )5 u(t) dt（7）dt解答： （1）线性定常（2）非线性定常 （3）线性时变（4）线性时变（5）非线性定常（6）非线性定常（7）线性定常1-4 如图 1-4 是水位自动控制系统的表示图， 图中 Q1，Q2 分别为进水流量和出水流量。

控制的目的是保持水位为必定的高度。

自动控制元件(第四版)习题答案

自动控制元件(第四版)习题答案

部分习题答案，仅供参考！直流测速发电机1.为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势答：电枢连续旋转，导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线，因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。

由于通过换向器的作用，无论线圈转到什么位置，电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接，如电刷A始终与处在N极下的导体相连接，而处在一定极性下的导体电势方向是不变的，因而电刷两端得到的电势极性不变，为直流电势。

2. 如果图2 - 1 中的电枢反时针方向旋转，试问元件电势的方向和A、B电刷的极性如何答：在图示瞬时，N极下导体ab中电势的方向由b指向a，S极下导体cd中电势由d指向c。

电刷A通过换向片与线圈的a端相接触，电刷B与线圈的d端相接触，故此时A电刷为正，B电刷为负。

当电枢转过180°以后，导体cd处于N极下，导体ab处于S极下，这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反，于是线圈电势的方向也变为由a到d，此时d为正，a为负，仍然是A刷为正，B刷为负。

4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速负载电阻不能小于给定值答：转速越高，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应的去磁作用越强，磁通被削弱得越多，输出特性偏离直线越远，线性误差越大，为了减少电枢反应对输出特性的影响，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能低于最小负载电阻值，以保证线性误差在限度的范围内。

而且换向周期与转速成反比，电机转速越高，元件的换向周期越短；eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。

基于上述分析，eL必正比转速的平方，即eL∝n2。

同样可以证明ea∝n2。

因此，换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比，使输出特性呈现非线性。

所以，直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。

为了改善线性度，采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用，即规定了最高工作转速。

第三章1. 直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定答;直流电动机的电枢电流不仅取决于外加电压和本身的内阻，而且还取决于与转速成正比的反电势（当=常数时）根据转矩平衡方程式，当负载转矩不变时，电磁转矩不变；加上励磁电流If不变，磁通Φ不变，所以电枢电流Ia也不变，直流电动机的电磁转矩和电枢电流由直流电动机的总阻转矩决定。

自动控制原理课后习题答案

自动控制原理课后习题答案

自动控制原理课后习题答案自动控制原理课后习题答案自动控制原理是一门应用广泛的学科，它研究如何利用各种控制方法和技术，使得系统能够自动地实现预期的目标。

在学习这门课程的过程中，我们常常会遇到一些习题，下面我将为大家提供一些常见的自动控制原理课后习题的答案。

1. 什么是反馈控制系统？它的优点是什么？反馈控制系统是指通过测量系统输出信号，并将其与预期的参考信号进行比较，然后根据比较结果对系统进行调整的控制系统。

其优点包括：能够减小外部干扰对系统的影响，提高系统的稳定性和鲁棒性；能够根据系统实时的状态进行调整，使得系统能够更好地适应变化的工作环境；能够实现对系统输出的精确控制，提高系统的性能。

2. 描述比例控制器、积分控制器和微分控制器的工作原理。

比例控制器根据系统输出信号与参考信号的差异，按照一定的比例关系进行控制输出。

其工作原理是通过调节控制器输出信号与系统输入信号之间的比例关系，来实现对系统的控制。

积分控制器根据系统输出信号与参考信号的差异的积分值，进行控制输出。

其工作原理是通过积分计算，将系统输出信号与参考信号之间的差异进行累加，然后根据累加值来调节控制器输出信号，以实现对系统的控制。

微分控制器根据系统输出信号与参考信号的差异的变化率，进行控制输出。

其工作原理是通过对系统输出信号与参考信号之间的差异进行微分计算，然后根据微分值来调节控制器输出信号，以实现对系统的控制。

3. 什么是PID控制器？它的控制算法是怎样的？PID控制器是一种常用的控制器，它由比例控制器、积分控制器和微分控制器组成。

其控制算法是根据系统输出信号与参考信号的差异，按照比例、积分和微分的方式进行控制输出。

PID控制器的控制算法可以表示为：输出信号= Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益，e(t)为系统输出信号与参考信号的差异，de(t)/dt为差异的变化率。

自动控制习题课(习题答案)

自动控制习题课(习题答案)

uo (s)
31
ui (s)
-
+
1 R1
1 R2
-
1 R2
1 C1s
-
1 R2 1 R2
1 C2 s
uo (s)
ui (s)
-
+
1 R1
R2 R2C1s 1
1 R2 ( R2C2 s 1)
1 R2C2 s 1
uo (s)
ui (s)
-
+
1 R1
R2 R2C1s 1
1 R2C2 s 1
第三章 自动控制系统的时域分析
3-6某单位反馈随动系统的开环传递函数为：
若将开环特性近似为二阶的（即可考虑略去小时间常数）计算 闭环系统的瞬态性能指标 和 值。 解：先将开环传递函数写成时间常数形式：
第三章 自动控制系统的时域分析
解：由于要略去小时间常数项，即略去： 则新的开环传递函数为：
闭环传递函数为：
4
0.05s 3 0.2s 2 0.4s 1 0
试用胡尔
s 4 50s 3 200s 2 400s 1000 0
0 0 0 0
50 400 1 0 0
200 1000 50 400 1
200 1000 50 400 0 50 400 1 50 0, 2 0, 3 1 200 1000 0 1 200 0 50 400 4 1000 3 0, 且a4 1 0
可将框图看作是 则结果为：
输入的负反馈。
第二章 自动控制系统的数学模型
2-8化简下列系统结构图，并求出传递函数 。
第二章 自动控制系统的数学模型
解：

自动控制原理课后答案(1)

自动控制原理课后答案(1)

自动控制原理课后答案1. 控制系统基础知识1.1 什么是控制系统？控制系统是由一个或多个控制器、执行器和传感器组成的系统，用于实现对被控对象的控制和调节。

它的基本原理是通过传感器采集被控对象的状态信息，经过控制器进行处理和计算，再通过执行器对被控对象进行控制。

1.2 控制系统的分类控制系统可以按照不同的标准进行分类，主要有以下几种分类方法：•按照控制方式：开环控制系统和闭环控制系统•按照控制对象：连续控制系统和离散控制系统•按照系统结构：单输入单输出系统和多输入多输出系统•按照控制策略：比例控制系统、积分控制系统和微分控制系统2. 反馈控制系统2.1 开环控制系统和闭环控制系统的区别是什么？开环控制系统和闭环控制系统是两种常见的控制系统结构。

它们的主要区别在于是否包含反馈回路。

在开环控制系统中，控制器的输出信号不依赖于被控对象的反馈信号，而是仅通过传感器对被控对象进行监测。

这种控制方式简单直接，但容易受到外界扰动和参数变化的影响，控制效果不稳定。

闭环控制系统中，除了传感器采集被控对象的状态信息外，还将反馈信号作为输入信号送回给控制器进行处理，并对输出信号进行调节。

这种方式可以通过对反馈信号的比较和处理，实现对系统的自动调节和稳定控制。

2.2 闭环控制系统的主要特点是什么？闭环控制系统相比开环控制系统具有以下几个主要特点：•自动调节能力：通过反馈信号的比较和处理，闭环控制系统可以自动调节输出信号，使得系统能够快速而准确地响应外界变化和扰动，保持稳定运行状态。

•鲁棒性：闭环控制系统能够抵御外界扰动和参数变化的影响，具有一定的鲁棒性。

•稳定性：闭环控制系统通过反馈机制可以实现稳定控制，保持系统的稳定运行状态。

•精度高：闭环控制系统通过不断的调节和校正，可以实现对被控对象的精确控制，并且控制精度高。

3. 控制器的基本原理3.1 比例控制器的工作原理是什么？比例控制器是一种简单的控制器，它的输出信号与误差信号成正比。

哈尔滨工业大学自动控制元件及线路 第一章 习题答案

哈尔滨工业大学自动控制元件及线路 第一章 习题答案

0.118 N m
3)
Tc1
0.03 N m
,
I1
Tc1 Kt
0 .03 0.219
0.137 A
Tc 2
0.04 N m
,
I2
Tc2 Kt
0.04 0.219
0.183 A
U a RIa Ke
U a RIa Ke
Tc 0.03 N m, I a 0.137 A T c 0.04 N m, I a 0.183 A
Ra I a1
Ke
2n01 60
110
80 0.055
2
4600 60
Ke
110
Ke 0.219 V s/rad, Kt 0.219 N m/s
1) U a
70
,
Ua
Ke
2n02 60
70
n02
70 60 2K e
70 60 2 219
3050
r/min
,或
02
70 Ke
1
长，电机就会发热导致损坏。所以直流电机必须在磁场正常时才
能加上电枢电压。
综上所述，为了避免磁通很低时接通电枢电压，电磁式直流电
动机起动时应先接通激磁绕组，然后再接电枢电压。停机时，应
先断开电枢电压，然后再切断激磁绕组。
13.
Ua
Ra I a
Ea
Ra
Tem Kt
Ke , U a不变时，Tem
增加,必有 下降，即，
2)
m
Ra J KeKt
200 3.7 10 6 0.19 0.19
0.02 s
3)
由
m
Ra J KeKt
知
m与U

自动控制课后习题答案

自动控制课后习题答案
解：（1）
1n＝3，根轨迹有3条分支,且均趋于无穷远处；
2实轴上的根轨迹：[-50,0],( 00];
3渐进线： ， ；
4分离点：
求解得： ， （舍去）；
作出根轨迹如图所示：
（2）临界开环增益 为根轨迹与虚轴交点对应的开环增益。
令 ，代入 ，并令其实部、虚部分别为零，即
，
解得： （舍去）
（3）系统处于临界阻尼比 ，相应闭环根位于分离点处，即要求分离点d对应的K值。将s＝d＝-21.3代入幅值条件：
（2）系统的脉冲响应
2-10试简化图2-9中的系统结构图，并求传递函数C(s)/R(s )和C(s)/N(s)。
可求出：
令R（s）＝0，简化结构图如图所示：
所以：
（b）令N（s）＝0，简化结构图如下图所示：
所以：
令R（s）＝0，简化结构图如下图所示
2-12 试用梅逊增益公式求图2-8中各系统信号流图的传递函 数C(s)/R(s)。
其中，T１、Ｔ２和K２为正常数。若要求r(t)=1+ t时，c?
分析：先求出系统的误差传递函数，再利用稳态误差计算公式，根据题目要求确定参数。
解：对方程组进行拉普拉斯变换，可得
按照上面三个公式画出系统的结构图如下：
定义误差函数
所以
令 ，可得 ，因此，当 时，满足条件。
可见，当 第一次为0时， ，所以
根据调节时间 的定义： ，即
，得
所以：
3-5设图3-3是简化的飞行控制系统结构图，试选择参数K１和Kt，使系统ωｎ＝６、ζ＝１。
分析：求出系统传递函数，如果可化为典型二阶环节形式，则可与标准二阶环节相对照，从而确定相应参数。
解 对结构图进行化简如图所示。

自动控制元件及线路 第五版 梅晓榕 课后答案

自动控制元件及线路 第五版 梅晓榕 课后答案

自动控制元件及线路第五版梅晓榕课后答案第一章简介1.1 自动控制的定义自动控制是指利用设备和线路来实现对系统或过程的自动管理和控制。

通过引入传感器、执行器和控制器等元件，可以使系统实现自动运行、自动调节和自动控制。

1.2 自动控制系统的组成自动控制系统主要由以下几个部分组成：•传感器：用于感知被控对象的状态或变量。

•执行器：用于执行控制信号，控制被控对象的状态或变量。

•控制器：通过对传感器的反馈信息进行处理，并生成控制信号，实现对被控对象的控制。

•信号调理电路：用于处理传感器信号，使其符合控制系统的输入要求。

•电源电路：为控制系统提供稳定的电源。

•通信线路：用于传输控制信号和传感器信号。

•被控对象：即需要被控制的系统或过程。

1.3 自动控制系统的分类自动控制系统可以按照不同的标准进行分类。

常见的分类方法包括按照控制方式、按照控制对象、按照控制任务等等。

按照控制方式可以分为开环控制和闭环控制。

开环控制是指控制器仅根据系统输入信号的设定值进行控制，不考虑被控对象的实际输出信号。

闭环控制则是根据系统输出信号与设定值的偏差来调节控制器的输出信号，实现对被控对象的精确控制。

按照控制对象可以分为连续控制系统和离散控制系统。

连续控制系统是指被控对象的输入与输出变量是连续变化的，如温度、压力等。

离散控制系统则是指被控对象的输入与输出是离散的，如开关等。

按照控制任务可以分为调节控制和跟踪控制。

调节控制是指对被控对象的输出变量进行调节，使其达到设定值。

跟踪控制则是指控制系统需要根据某个参考输入信号来跟踪输出信号，如跟踪轨迹等。

第二章传感器2.1 传感器的基本原理传感器是通过物理、化学、生物等效应来实现将被测量物理量转换为电信号的装置。

传感器的基本原理可以分为以下几种：•电阻性原理：根据被测量物理量对电阻的影响，如热敏电阻、应变电阻等。

•电容性原理：根据被测量物理量对电容的影响，如电容式湿度传感器等。

•压阻性原理：根据被测量物理量对压阻的影响，如压力传感器等。

自动控制元件 部分课后题答案

自动控制元件 部分课后题答案

自动控制元件部分课后题答案第一章直流伺服电动机1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定？答：a ：由T em =C m ΦI a 知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。

b ：由T em =T 0+T 2=CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)大小决定。

1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化？为什么？答：a ：电磁转矩T em =T 0+T 2可见电磁转矩也不变。

由T em =C m ΦI a 知控制电流I a 也不变b ：KeKtRaTem Ke Ua n -=知T em 不变可见U a 转速升高理想空载转速变大导致转速n 升高。

1-3已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V ，额定运行时电枢电流Ia=0.4A ，转速n=3600rpm ，它的电枢电阻Ra=50欧姆，负载阻转矩To=15mN.m 。

试问该电动机额定负载转矩是多少？答：Ea=Ua-IaRa=110-0.4×50=90VEa=CeΦn,Ce=0.105Cm CmΦ=0.23836000.10590n 105.0=⨯=⨯Ea T em =T 0+T 2=CmΦIa→T 2=CmΦIa-T 0=0.40.238=0.0952-15×10-3=80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。

答：磁转矩T em =T 0+T 2可见T 2↓电磁转矩也↓。

由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓Ea=Ua-IaRa 可见I a ↓知Ea↑，由Ea=CeΦn 知Ea↑知n↑第二章直流测速发电机2-4某直流测速发电机，其电枢电压U=50V ，负载电阻R L =3000Ω，电枢电阻Ra=180Ω，转速n=3000rpm ，求该转速下的空载输出电压Uo 和输出电流Ia 。

自动控制原理+第五版课后习题答案

自动控制原理+第五版课后习题答案

E(s) 10(12s2 + 23s + 5) =
R(s) 12s2 + 23s + 25
2-12(a)
Uo (s) Ui (s)
=
−
R1 Ro
(RoCos
+
1)
(b)
Uo (s) = − (R1C1s + 1)(RoCos + 10)
Ui (s)
R oC 1s
(b) Uo (s) = − R1 (R2C2s + 1)
（4-15题~4-19题）
整条实轴为根轨迹
k*= 2
j2
-0.732
k* = 0.536
2.732 k* = 7.464
-2+ j 6
k* = 96
j 21
-3.29
ω = 70.7 kc =150
±j 10
k* = 260
-2
θp =±45o ,±135o
-21.13 k o = 9.62
（4-11题~4-12题）
s1= -9.98 s2,3= -2.46 ± j3.354
-4
系统始终不稳定！
k* = 22.75
ω = j2.55
0 < k * < 22.75 时稳定
（4-13题~4-14题）
G
′(s)
=
k(s +2) s(s2 +2s+
3)
6 k=
7 j1.69
-0.434
G′(s) = k(s +10) s(s+1)(s+ 2)
-8.47
G′
(s)
=
(s
b(s + 4) + 2)2 +42

自动控制原理完整版课后习题答案

自动控制原理完整版课后习题答案

1 请解释下列名字术语：自动控制系统、受控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。

解：自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成；受控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。

如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。

外扰是系统的输入量。

给定值：受控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值参考输入即为给定值。

反馈：将系统的输出量馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较的过程。

2 请说明自动控制系统的基本组成部分。

解：作为一个完整的控制系统，应该由如下几个部分组成：①被控对象：所谓被控对象就是整个控制系统的控制对象；②执行部件：根据所接收到的相关信号，使得被控对象产生相应的动作；常用的执行元件有阀、电动机、液压马达等。

③给定元件：给定元件的职能就是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参考量）；④比较元件：把测量元件检测到的被控量的实际值与给定元件给出的参考值进行比较，求出它们之间的偏差。

常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置和电桥等。

⑤测量反馈元件：该元部件的职能就是测量被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，一般需要将其转换成为电量。

常用的测量元部件有测速发电机、热电偶、各种传感器等；⑥放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。

如电压偏差信号，可用电子管、晶体管、集成电路、晶闸管等组成的电压放大器和功率放大级加以放大。

⑦校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，用以改善系统的性能。

常用的校正元件有电阻、电容组成的无源或有源网络，它们与原系统串联或与原系统构成一个内反馈系统。

3 请说出什么是反馈控制系统，开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？解：反馈控制系统即闭环控制系统，在一个控制系统，将系统的输出量通过某测量机构对其进行实时测量，并将该测量值与输入量进行比较，形成一个反馈通道，从而形成一个封闭的控制系统；开环系统优点：结构简单，缺点：控制的精度较差；闭环控制系统优点：控制精度高，缺点：结构复杂、设计分析麻烦，制造成本高。

自动控制原理+课后答案.

自动控制原理+课后答案.
解：（a）由图得
（1）
（2）
（2）代入（1），整理得传递函数为
（b）由图得
（1）
（2）
整理得传递函数为
（c）由图得
（1）
（2）
（3）
（4）
整理得传递函数为
2-8 试简化图2-6中所示系统结构图，并求传递函数 和 。
解：（a）
⑴求传递函数 ，按下列步骤简化结构图：
1 令 ，利用反馈运算简化如图2-8a所示
求系统传递函数
由信号流图2-10b可见，从源节点 到阱节点 之间，有一条前向通路，其增益为
有三个相互接触的单独回路，其回路增益分别为
， ，
与 互不接触
流图特征式为
由于前向通路与所有单独回路都接触，所以余因子式
根据梅森增益公式，得系统闭环传递函数为
3-3已知二阶系统的单位阶跃响应为 ，试求系统的超调量 ，峰值时间 和调节时间 。
②实轴上根轨迹区间为
③根轨迹的渐近线条数为 ， ，
④分离点方程为
解得分离点
根轨迹如下图4-2d所示：
4-6已知单位反馈系统的开环传递函数为：范围。
解：由题得
开环极点： 和
开环零点：
分离、会合点：从 平面的零点、极点分布可知在区间内 可能有分离、会合点。
解：
(1)对于题5-4的系统，分 和 的两种情况来讨论系统的闭环稳定性。
当 时，系统的开环幅相曲线如图5-4a所示，由图可知，系统的开环幅相曲线不包围 ，根据奈奎斯特判据可得
又由系统得开环传递函数可知
即 ，闭环系统在 右半平面无极点， 时闭环系统稳定。
当 时，系统的开环幅相曲线如图5-4b所示，由图可知，
解：
由题目可知，系统的频率特性如下

自动控制元件课后练习题含答案

自动控制元件课后练习题含答案

自动控制元件课后练习题含答案第一部分：选择题1.下面哪一个元件是单刀单掷型？ A. 交叉开关 B. 按钮开关 C. 切换开关 D. 母线连接器答案：B2.下面哪一项是微观开关的作用？ A. 切断电路 B. 使电流流通 C. 控制电流流通方向 D. 规定电流大小答案：A3.将直流电分解成正负半个周期形成的电，叫做什么？ A. 干性正弦波B. 光电直流波C. 不均匀脉冲波D. 单向脉冲波答案：A第二部分：填空题1.继电器是一种联合触点电器，其基本组成部分有： [ ] 、铁芯、绝缘件、触点等。

答案：电磁线圈。

2.气动执行元件具有体积小、速度快、应用灵活等优点，可用于实现[ ] 、 [ ] 、 [ ] 等动作。

答案：顺序控制、间歇控制、往复运动等。

3.光电传感器用光电效应发电，并使用反射或透过物体的光线进行检测，将光线和电信号之间的转换作用，将感光部件和 [ ] 件组合在一起制成的。

答案：电子元件。

第三部分：简答题1.什么是自动控制元件？简述自动控制元件的种类和作用。

答：自动控制元件是指在自动控制系统中所使用的各种元器件，包括电气、机械、流体等。

按照功能可分为输入元件、处理元件、输出元件和执行元件；按照性质可分为开关、控制器、传感器、执行机构等。

自动控制元件是实现自动化控制的重要基础。

2.什么是继电器？简述其工作原理和应用场景。

答：继电器是一种联合触点电器，是由激励部分和触点部分两部分组成的。

工作原理为：当外加电源使电磁铁激励后，铁芯被磁化，使得触点闭合；当去除外加电源时，电磁铁失去激励，铁芯磁消失，触点断开。

继电器的应用场景很广泛，常用于控制电路、自动化装置、电气仪表、机电设备和工业自动化领域的门、窗、风扇等设备。

3.什么是电位器？简述其调节原理和在电路中的应用。

答：电位器是一种由固定电阻和可变电阻组成的电器，其调节原理为通过电位器的转动，改变可变电阻器的阻值，从而改变电路的电阻值。

电位器在电路中的应用很广泛，常用于调节或控制电路中各种参数值，如调整电压大小、调节电流、改变电阻等。

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自动控制元件 部分课后题答案
第一章 直流伺服电动机
1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定？
答：a ：由T em =C m ΦI a 知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。

b ：由T em =T 0 +T 2 =CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)大小
决定。

1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时，控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化？为什么？
答：a ：电磁转矩T em =T 0 +T 2可见电磁转矩也不变。

由T em =C m ΦI a 知控制电流
I a 也不变
b ：KeKt
RaTem Ke Ua n -=知T em 不变可见U a 转速升高理想空载转速变大导致转速n 升高。

1-3已知一台直流电动机，其电枢额定电压Ua=110V ，额定运行时电枢电流Ia=0.4A ，转速n=3600rpm ，它的电枢电阻Ra=50欧姆，负载阻转矩To=15mN.m 。

试问该电动机额定负载转矩是多少？
答：Ea= Ua- IaRa=110-0.4×50=90V
Ea=Ce Φn, Ce=0.105Cm Cm Φ=0.2383600
0.10590n 105.0=⨯=⨯Ea T em =T 0 +T 2=CmΦIa→T 2=CmΦIa -T 0 =0.40.238=0.0952-15×10-3=80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时，如将负载转矩减少，试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化？并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。

答：磁转矩T em =T 0 +T 2可见T 2 ↓电磁转矩也↓。

由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓
Ea= Ua- IaRa 可见I a ↓知Ea↑，由Ea=Ce Φn 知Ea↑知n ↑
第二章 直流测速发电机
2-4某直流测速发电机，其电枢电压U=50V ，负载电阻R L =3000Ω，电枢电阻Ra=180Ω，转速n=3000rpm ，求该转速下的空载输出电压Uo 和输出电流Ia 。

Ea = Ua IaRa Ia=
300050=0.0167A Ea=50 Ea =50+3000
50×180=53 空载Uo =Ea =53 第三章 步进电动机
3-8某五相反应式步进电动机转子有48个齿，试分析其有哪几种运行方式及对应的步距角，并画出它们的矩角特性曲线族。

答: 5相单5拍A →B→C→D→E→A
Θb ==⨯=48
5360NZr 360 1.5° T emA =-T jmax sin(Θe ) T emB =-T jmax sin(Θe -
52π) T emC =-T jmax sin(Θe -5
4π) T emD =-T jmax sin(Θe -56π) T emE =-T jmax sin(Θe -58π) 5相双5拍AB→BC→CD→DE→EA→AB
Θb ==⨯=48
5360NZr 360 1.5° T emAB =-1.62T jmax sin(Θe -5π) T emBC =-1.62T jmax sin(Θe -5
3π) T emCD =-1.62T jmax sin(Θe -π) T emDE =-1.62T jmax sin(Θe -
57π) T emEA =-1.62T jmax sin(Θe -
5
9π) 5相10拍 A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA→AB
Θb ==⨯=48
10360NZr 3600.75°
em
T
3-10四相反应式步进电动机，转子有50个齿，试计算各种运行方式的步距角。

并画出其单、双拍制的矩角特性曲线族。

若单相通电时的最大静态转矩为0.1N·m ，试计算各种运行方式的起动转矩；并判断转子上负载为0.08N·m 时哪种运行方式可使步进电动机正常运行。

解a ：四相单四拍步距角Θb =
504360NZr 360⨯==1.8°， Θbe = 2π,如下图四相单四拍相邻2相矩角特性曲线交点q1转矩T emq1=TT jmax sin 4
π=0.1×0.707=0.0707N·m ＜0.08N·m 电机不能正常运行
b:四相双四拍步距角
Θb =504360NZr 360⨯==1.8°,Θbe = 2π，T emq1= 1.414T jmax sin
4π=1.414×0.0707=0.1N·m ＞0.08N·m ，电机能正常运行
四相八拍步距角
Θb =508360NZr 360⨯==0.9°,Θbe = 4π T emq1= 1.414T jmax sin
4
π=1.414×0.0707=0.1N·m ＞0.08N·m ，电机能正常运行
第四章旋转变压器
4-6用正余弦旋转变压器可以构成直角坐标系旋转θ角的变换，接线如图题图4-1，4-2所示（见书P119）。

试分析其工作原理。

解：Uxs= Us sinθ, Uys = Uscosθ, Uxc= Uc cosθ, U yc = Uc sinθ,
∵ Ux= Uxs- Uxc，Uy= Uys +Uyc ，
∴Ux= Us sinθ-Uc cosθ，Uy= Uscosθ+Uc sinθ，
如p点与坐标系uov相当于正余弦旋转变压器转子，当其顺时针旋转θ，
坐标系顺uov时针旋转θ就会输出新的坐标（Ux 、Uy ）4-8有一只旋变发送机XF和一只旋变变压器XB定子绕组对应联接作控制式运行，如题图4-3所示（见书P119），已知：图中的θ1=15°°，θ2=10°°，试求：（1）旋变变压器转子的输出绕组的协调位置XT；
解:协调位置XT在转子逆时针旋转95°
（2）失调角r。

r=-θ1- (90-θ2)=-95°
第五章自整角机
5-4三台自整角机如题图5-1所示（见书P147）接线。

中间一台为力矩式差动接收机，左右两台为力矩式发送机，试问：当左右边两台发送机分别转过θ2、θ1角度时，中间的接收机将转过的角度θ与θ2和θ1之间是什么关系？
解：r=θ2－θ1 ,
θ2－θ1>0则顺时针转动
θ2－θ1=0则不动
θ2－θ1<0则逆时针转动
5-6某力矩式自整角机接线如题图5-3所示（见书P148）
（1）画出接收机转子所受的转矩方向：
解：收机转子所受的转矩方向是逆时针方向
（2）画出接收机的协调位置；
解：接收机转子逆时针旋转转角度：(15-35= -20°)
（3）求失调角。

解：r=θ1－θ2=15°-35°=-20°
5-7对于题图5-4所示（见书P148）自整角测量线路，CX为自整角发送机，CT为自整角变压器，它们的转子的转角分别为θ1和θ2。

画出三相
绕组合成磁场轴线的位置，并写出输出电势的有效值Eo和转角θ1、θ2的
关系式。

（1） 合成磁场轴线的位置：
0124.44sin()E fW θθ=Φ⋅-
6-8 交流伺服电动机的控制方法有几种？幅值控制转速变化的物理过程如何？
答: 控制方法：幅值控制、相位控制、幅相控制
幅值控制就是将励磁绕组加上恒定的额定励磁电压Ujc ，并保持励磁电压和控制电压的相位差90°不变，改变控制电压的大小，以实现对伺服电动机转速的控制。

负载不变时，改变控制电压U k ，如U k ↑ →a ↑ 椭圆磁场越园，其转速n ↑，反之相反
6-13什么是自转现象？为了消除自转现象，交流伺服电动机在单相供电时应具有怎样的机械特性？
答：控制信号消失后，电动机仍以某个转速稳定运行的现象，就是自转现象。

消除自转将转子电阻足够大，使单相供电时机械特性曲线位于二、四象限。