《控制工程基础》第二版课后习题答案

控制工程基础习题答案

第一章

1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点？（略）

1-2 日常生活中有许多闭环和开环控制系统。试举几个具体例子，并说明它们的工作原理，画出结构方框图。（略）

1-3 图1.14是液面自动控制系统的两种原理示意图。在运行中，希望液面高度H0维持不变。

1．试说明各系统的工作原理。

2．画出各系统的方框图，并说明被控对象、给定值、被控量和干扰信号是什么?

图1.14 液位自动控制系统

解：()a工作原理：出水量2与进水量一致，系统处于平衡状态，液位高度保持在0H。当出水量大于进水量，液位降低，浮子下沉，通过连杆使阀门1L开大，使得进水量增大，液位逐渐回升；当出水量小于进水量，液位升高，浮子上升，通过连杆使阀门1关小，液位逐渐降低。

其中被控对象是水槽，给定值是液面高度希望值0H。被控量是液面实际高度，干扰量是出水量2。

()b工作原理：出水量与进水量一致系统处于平衡状态，电位器滑动头位于中间位置，液面为给定高度0H。当出水量大于（小于）进水量，浮子下沉（上浮）带动电位器滑动头向上（下）移动，电位器输出一正（负）电压，使电动机正（反）转，通过减速器开大（关小）阀门1L，使进水量增大（减小），液面高度升高（降低），当液面高度为0H时，电位器滑动头处于中间位置，输出电压为零，电动机不转，系统又处于平衡状态。

其中被控对象是水槽，给定值为液面高度希望值0H，被控量是液面实际高度，干扰量是出水量2。

()a，()b系统结构图如下图

1-4 若将图1.14(a)系统结构改为图1.15。试说明其工作原理。并与图1.14(a)比较有何不同?对系统工作有何影响?

解：若将1-17()a系统结构图改为1-18，系统变成了正反馈，当出水量与进水量一致，液面高度为给定值0H。当出水量大于进水量，液面位降低，浮子下称，通过连杆使阀门1关小，进水量越来越小，液面高度不能保持给定高度0H，同样当出水量小于进水量，浮子上浮，液位升高，使阀门1开大，进水量增大，液位越来越高，不可能维持在给定高度0H

1 第一章 概 论

本章要求学生了解控制系统的基本概念、研究对象及任务，了解系统的信息传递、反馈和反馈控制的概念及控制系统的分类，开环控制与闭环控制的区别；闭环控制系统的基本原理和组成环节。学会将简单系统原理图抽象成职能方块图。

例1 例图1-1a 为晶体管直流稳压电源电路图。试画出其系统方块图。

例图1-1a 晶体管稳压电源电路图

解：在抽象出闭环系统方块图时，首先要抓住比较点，搞清比较的是什么量；对于恒值系统，要明确基准是什么量；还应当清楚输入和输出量是什么。对于本题，可画出方块图如例图1-1b。

例图1-1b 晶体管稳压电源方块图

本题直流稳压电源的基准是稳压管的电压，输出电压通过3R和4R分压后与稳压管的电压wU比较，如果输出电压偏高，则经3R和4R分压后电压也偏高，使与之相连的晶体管基极电流增大，集电极电流随之增大，降在cR两端的电压也相应增加，于是输出电压相应减小。反之，如果输出电压偏低，则通过类似的过程使输出电压增大，以达到稳压的作用。

例2 例图1-2a为一种简单液压系统工作原理图。其中，X为输入位移，Y为输出位移，试画出该系统的职能方块图。

解：该系统是一种阀控液压油缸。当阀向左移动时，高压油从左端进入动力油缸，推动动力活塞向右移动；当阀向右移动时，高压油则从右端进入动力油缸，推动动力活塞向左移动；当阀的位置居中时，动力活塞也就停止移动。因此，阀的位移，即B点的位移是该系统的比较点。当X向左时,B点亦向左，而高压油使Y向右，将B点拉回到原来的中点，堵住了高压油，Y的运动也随之停下；当X向右时,其运动完全类似，只是运动方向相反。由此可画出如例图1-2b的职能方块图。

1

例图1-2a 简单液压系统

例图1-2b 职能方块图

1．在给出的几种答案里，选择出正确的答案。

习 题

什么是线性系统其最重要的特性是什么下列用微分方程表示的系统中,xo表示系统输出,xi表示系统输入,哪些是线性系统

(1) xxxxxioooo222 (2) xtxxxiooo222

(3) xxxxio222oo (4) xtxxxxiooo222o

解: 凡是能用线性微分方程描述的系统就是线性系统。线性系统的一个最重要特性就是它满足叠加原理。该题中（2）和（3）是线性系统。

图（题）中三同分别表示了三个机械系统。求出它们各自的微分方程，图中xi表示输入位移，xo表示输出位移，假设输出端无负载效应。

图(题

解: (1)对图(a)所示系统，由牛顿定律有

xmxcxxcioo2o1)( 即 xcxccxmi121oo)(

(2)对图(b)所示系统，引入一中间变量x,并由牛顿定律有

)1()()(1xxckxxoi

)2()(2xkxxcoo

消除中间变量有

xckxkkxkkcio121o21)(

(3)对图(c)所示系统，由牛顿定律有

xkxxkxxcooioi21)()(

即 xkxcxkkxciioo121)(

求出图(题所示电系统的微分方程。

图（题）

解:(1)对图(a)所示系统,设i1为流过R1的电流,i为总电流,则有

idtCiRuo122

iRuuoi11 dtiiCuuoi)(111

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第⼀部分：单选题1.⾃动控制系统的反馈环节中必须具有[ b ] a.给定元件 b ．检测元件 c ．放⼤元件 d ．执⾏元件

2. 在直流电动机的电枢回路中，以电流为输出，电压为输⼊，两者之间的传递函数是[ a ] a ．⽐例环节 b ．积分环节 c ．惯性环节 d ．微分环节3. 如果系统不稳定，则系统 [ a ] a.不能⼯作 b ．可以⼯作，但稳态误差很⼤ c ．可以⼯作，但过渡过程时间很长 d ．可以正常⼯作4. 在转速、电流双闭环调速系统中，速度调节器通常采⽤[ B ]调节器。

a ．⽐例

b ．⽐例积分

c ．⽐例微分

d ．⽐例积分微分

5.单位阶跃函数1(t)的拉⽒变换式L[1(t)]为[ B ]： a ．S b. S

1 c.

21S

d. S 2

6. 在直流电动机的电枢回路中，以电流为输出，电压为输⼊，两者之间的传递函数是[ A ] A ．⽐例环节 B ．积分环节 C ．惯性环节 D ．微分环节7．如果系统不稳定，则系统 [ A ]

A. 不能⼯作 B．可以⼯作，但稳态误差很⼤

C．可以⼯作，但过渡过程时间很长 D．可以正常⼯作

8. 已知串联校正⽹络(最⼩相位环节)的渐近对数幅频特性如下图所⽰。试判断该环节的相位特性是[ A ]：

A．相位超前B．相位滞后

[ B ]调节器。

A．⽐例 B．⽐例积分

C．⽐例微分 D．⽐例积分微分

10. 已知某环节的幅相频率特性曲线如下图所⽰，试判定它是何种环

A．相位超前 B. 相位滞后

C. 相位滞后－超前

D. 相位超前－滞后 12. 开环增益K 增加，系统的稳定性（ c ）：

A ．变好 B. 变坏 C. 不变 D. 不⼀定 13. 开环传递函数的积分环节v 增加，系统的稳定性（ ）：

A ．变好 B. 变坏 C. 不变 D. 不⼀定 14. 已知 f(t)=0.5t+1，其L[f(t)]=( c ): A ．S+0.5S 2 B. 0.5S 2 C.