浙大自动控制元件作业

浙江大学远程教育学院《自动控制元件》课程作业答案第一章习题1－1由负载总转矩决定习题1－2稳态电磁转矩、控制电流（电枢电流）不变；转速升高。

习题1－380.5 mN ·m习题1－6电枢电流减少；电磁转矩减少；转速升高。

第二章习题2－4空载输出电压 53 V ；输出电流 0.01667 A第三章习题3－82－2通电，步距角 1.5º；2－3通电，步距角 0.75º习题3－10步距角 1.8º/0.9º单双八拍运行时，起动转矩为 0.1N ·m ；步距角 0.9º双四拍运行时，起动转矩为 0.1N ·m ；步距角 1.8º单四拍运行时，起动转矩为 0.0707N ·m ；步距角 1.8º第四章习题4－6cos sin sin s c x y s x y U U U U U U co θθθθ=+=-+习题4－8（1）21θθ= （2）5γ=-，负号表示逆时针。

第五章习题5－421θθθ=-，若21θθ-大于0，顺时针转；21θθ-小于0，逆时针转；21θθ-等于0，不转。

习题5－6（1） 逆时针方向；（2） 逆时针方向转过20°；（3） 不做（4） －20°（逆时针）习题5－70124.44sin()E fW θθ=Φ⋅-f 为激磁电源交变频率；W 为自整角变压器输出绕组有效匝数；Φ为自整角变压器的主磁通。

第六章习题6－8幅值控制、相位控制、幅相（复合）控制。

习题6－13控制信号（电压）消失时，伺服电动机不能停转，这种现象称为自转现象。

见书中图6－28实线所示机械特性。

第一章1-1. 在题图1-1中,若电压源12S U V =，电阻12R =Ω，试在图示参考方向下求支路电流I 。

解：12÷12=1A因电流与电压方向不一致，所以I= -1A1-2. 求图1-2各支路中未知量的值。

1-3. 在题图1-3a 、b 所规定的参考方向下，若电压U 和电流I 的代数值均为正，试分析两个网络实际发出还是吸收功率？题图1-1U s题图1-3IIUUab=?4V2Ω10VΩac题图1-21-4. 题图1-4是一个简化的晶体管电路，求电压放大倍数0/i U U ，再求电源发出的功率和负载L R 吸收的功率。

1-5. 题图1-5所示电路中，电流源6S I A =，电阻11R =Ω，22R =Ω，33R =Ω，46R =Ω，求电流0I 。

1-6. 题图1-6所示电路中，已知电流源S I 发出功率为4W ，试求电阻R 的值。

题图1-42Ω题图1-51-7. 题图1－7所示电路中，电压源分别为1E ＝6V ，2E =8V ，R=7Ω，试求电流I 。

1-8. 在题图1－8所示电路中，已知电流源1S I ＝2A ，2S I ＝1A ，R=5Ω，1R ＝1Ω，2R ＝2Ω，试求电流I 、电压U 为多少？1-9. 题图1-9所示电路中，电流源S I 及其内阻0R 为定值，改变负载电阻R ，求R 为何值时它可获得题图1-7题图1-81-10.题图1-10电路中，1S I =0.5A ，S I =1A ，控制系数r=10，电阻R=50Ω。

方框内为任意电路(设不短路)，试求电流I ？1-11.电路各参数如题图1-11所示，求输入电阻i R 。

题图1-10题图1-9I3II I1-12. 电路各参数如题图1-12所示，试求电流I 为多少？1-13.题图1-13所示电路中，电压源E 1=24V ，E 2=20V ，α=50，R=50Ω，R 1=500Ω，试求ab U 和U 。

1-14. 题图1-14所示电路中，已知电流表的读数A 1=5A ，A 2=1A ，试求电压源E 的值及流经电压源的电流I 为多少？题图1-12题图1-131-15.如题图1－15所示电路中，S U 发出功率为36W ，电阻1R 消耗的功率为18W ，试求S U 、2R 、3R 的值。

一、某放大电路经过测试得到如图1所示的电路结构，管子型号已经无法看清，可能是双极型管，也可能是单极型管。

画出两种可能的管子号（要标明相应的管脚位置）图1二、在图2所示电路中，晶体管的β=100，饱和管的压降V CES=0.3V；静态时b-e之间的电压V BEQ=0.7V，电阻R b1中的电流远大于晶体管的基极电流。

1.电路正常工作时，它是一个什么组态的放大电路？2.请列出电路正常工作时的电压放大倍数A v=v o/v i表达式。

3.列出电路中的输入电阻R i和输出电阻R o表达式。

4.当发生表中所列某一故障时，晶体管的b、c极的直流电位V BQ、V CQ约等于多少？晶体管处于什么状态（放大、饱和、截止）？将答案填入表格的相应位置。

图2故障原因V B/V V C/V 状态R c短路R b2开路R e短路R L开路三、由理想运放A1，A2组成的反馈放大电路如图所示，设A1，A2输出电压的最大幅值为±12V。

已知输入电压为0.1V。

1.A1和A2分别组成何种运放电路？2.计算输出V o=V o1-V o2的值3.若电阻R1开路，计算V o的值4.若电阻R1短路，计算V o的值5.计算该运算电路的输入电阻R if.四、数电基本知识题1.进制数和代码间转换（85）10=（）2=（）8421（1100100）2=（）8=（）10=（）162.将函数F=f(A,B,C)=AC+A B+BC(B表示B非)化为最小项之和表达式3.将函数F= f(A,B,C)=AC+ A B+BC用卡诺图表示（填在卡诺图上）五、有一个共阴极的半导体数码管（LED），共六段，分别用P1，P2，P3,P4,P5,P6表示，如图所示。

二位二进制计数器的初始状态Q1Q为“00”，试设计一个译码电路，在CP的脉冲下，使数码管轮流显示汉字“十”、“口”，“日”，“田”字型。

要求：1.列出译码器真值表；2.写出P1,P2,P3,P4,P5,P6段的最简与或逻辑函数表达式。

自动控制原理大作业题目：自动控制原理大作业专业班级：姓名：学号：MANUTEC机器人具有很大的惯性和较长的手臂，其实物如下图所示。

机械臂的动力学特性可以表示为Go(S)=(1)(0.251)Ks s s++根轨迹分析开环传递函数Go(S)=(1)(0.251)Ks s s ++=*(1)(4)K s s s ++这里 *K =4K所以 无零点有三个极点，P1=0，P2=-1，P3=-4。

均在实轴上。

渐近线与实轴的夹角 (21)k a n mπϕ+=-ϕ1=3πK=0ϕ2=π K=1ϕ3=53πK=2 与实轴交点δa=1n mi j iPi Zj n m==--∑∑=-53分离点111014dd d ++=++解得d1=-0.465，d2=-2.869（舍去） 与虚轴的交点令G(S)H(S)+1=0 解得*K =20，W=±2（负舍）。

所以0< *K <20时（0<K<5），系统是稳定的，当 *K >20时（K>5），系统不稳定。

根轨迹如图所示Matlab仿真如下图所示时域分析系统的闭环传递环数()()()1()()G S H S s G S H S ϕ=+=*(1)(4)K S S S ++这里取*K =4当输入为阶跃函数时，输出C （S ）为 C （S ）=ϕ（s ）R(S)=2(1)(4)S S S 10++,此时为四阶函数，不会进行拉普拉斯反变换，只能利用Matlab 仿真来进行时域分析。

经Matlab 分析得，上升时间Tr=2.425 S 峰值时间Tp=3.75 S 超调量δ=0.2779调节时间Ts=8.29（V =5%） Ts=11.29（V =2%）频域分析取K=2.5，则2.5()(1)(0.251)G s S S S =++2.5()(1)(0.251)G wj wj wj wj =++()A wj =()0()24wwj arctw arctπϕ=-++开环系统由四个典型环节串联而成：非最小相位比例环节，一个积分环节，两个惯性环节。

浙大远程机电运动控制系统作业必做答案 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】机电运动控制系统(习题集)必做作业1.直流电机有哪些调速方法根据其速度公式说明之, 并说明如何釆用电力电子手段实现。

答: 根据直流电机速度公式 φφe a a a e C I R U C E n -== , 有 (1) 电枢电压 U a 控制 － 调压调速 （向下调速）采用电力电子手段时，有晶闸管可控整流器供电和自关断器件H 型桥脉宽调制(PWM)供电等方式, 其损耗小，控制性能好。

(2) 磁场φ 控制 － 弱磁（向上调速）,采用电力电子手段时，有晶闸管可控整流器供电励磁控制。

(3)由于运行损耗大、效率低, 一般不再釆用串 R a 调速。

2. 画出双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统电原理图（非方块图），须清楚表达两个闭环的关键元件，写出各部分名称，标注有关信号量；指出两闭环连接上的特点及相互关系。

答:双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统电原理图如下：两闭环连接上的关系是速度调节器的输出作为电流调节器的输入，这就使得该系统具有由速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进而确定了系统的最大电流的特点。

3.分析双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统：(1) 如果要改变转速，应调节什么参数为什么(2) 如要控制系统的起动电流、确保系统运行安全，应调节什么参数为什么答: (1) 改变转速时只能改变速度调节器的输入u g ，因为它是速度环的指令信号。

改变速度调节器的参数对稳态速度无调节作用，仅会影响动态响应速度快慢。

(2) 要控制系统的起动电流、确保系统运行安全，应调节速度调节器的输出限幅值。

因为速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进而确定了系统的最大电流。

4. 填空 : 双闭环晶闸管━直流电动机调速系统中，内环为＿电流＿环，外环为＿速度＿环，其连接关系是：＿速度调节器＿的输出作为＿电流调节器＿的输入，因此外环调节器的输出限幅值应按＿调速系统允许最大电流＿ 来整定；内环调节器的输出限幅值应按＿可控整流器晶闸管最大、最小移相触发角＿来整定。

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 ：KeKtRaTemKe 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=0.23836000.10590n 105.0=⨯=⨯EaT em =T 0 +T 2=CmΦIa→T 2=CmΦIa -T 0 =0.40.238=0.0952-15×10-3=80.2mN.m1-6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 。

.【全部章节】1惯性环节2积分环节3比例积分环节4比例积分微分环节, 其中属于典型环节的是:• A 13• B 234• C 123• D 1234•单选题2.【全部章节】理想运算放大器的满足条件不包括：• A 放大倍数为无限大• B 开环输入阻抗为0，输出阻抗无限大• C 通频带无限大• D 输入输出呈线性特性•3.【全部章节】下列不属于测试控制系统频率特性的方法的是：• A 劳斯判据• B 输人输出曲线直接记录法• C 李沙育图形法• D 补偿法•单选题4.【全部章节】控制系统性能分析，一般不包括：• A 快速性• B 准确性• C 稳定性• D 可实现性•5.【全部章节】利用matlab进行控制系统实验属于：• A 物理仿真• B 半物理仿真• C 数字仿真• D 实物验证•单选题6.【全部章节】伺服电机由于要克服摩擦和负载转矩，需要有一定的启动电压，这反映了电机的:• A 齐次性• B 饱和特性• C 继电器特性• D 死区特性•7.【全部章节】不属于非线性特性的是：• A 齐次性• B 饱和特性• C 继电器特性• D 死区特性•判断题8.【全部章节】系统的非线性特性只有坏处。

•正确错误•判断题9.【全部章节】微分方程模拟的基本原理就是采用逐项微分法。

•正确错误•判断题10.【全部章节】输入信号为单位冲激函数时，求出系统的输出响应，称为单位阶跃响应。

•正确错误•判断题11.【全部章节】随动系统又称伺服系统或伺服机构。

•正确错误•判断题12.【全部章节】齐次性和叠加性是系统的非线性特征。

•正确错误•判断题13.【全部章节】在MATLAB命令窗口内输入a=10:5:20，则a的值是 [10 15 20]。

•正确错误•判断题14.【全部章节】Simulink是对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包。

•正确错误•判断题15.【全部章节】Bode图、Nyquist曲线都是分析系统频率响应的工具。

浙江大学远程教育学院《自动控制元件》课程作业—————————————————————————————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：电磁转矩T em=C mΦI a 由每极磁通量和绕组电流大小决定。

控制电流由负载转矩大小决定。

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：（1）控制电流由负载转矩大小决定，不变。

（2）电磁转矩T em=C mΦI a 可见电磁转矩也不变。

（3）Ua-Ua0=Ea=CeΦn，可见转速变大。

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=。

试问该电动机额定负载转矩是多少解：Ea=Ua-IaRa=*50=90VEa=CeΦnCe=0.105Cm得：90=0.105CmΦ*3600 则CmΦ=T2+T0=Tem= CmΦIa代入得：T2=**10-3=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。

解：Ea=Ua-IaRa=CeΦnTem=T2+T0=CmΦIa电枢电流由负载转矩决定。

可得：电枢电流减小、电磁转矩减小、转速增大。

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。

解：U0=Ea/（1+Ra/Rf）=Ia=U0/Rl=3000=0.015A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。

解：步矩角：2π/（48*5）=π/120五相单5拍五相双5拍五相三拍五相四拍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。

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