《自动控制原理（第2版）》李晓秀第1章 习题答案1-3题 系统的控制任务是保持发电机端电压U 不变。
当负载恒定发电机的端电压U 等于设定值0U 时，0U ∆=，电动机不动，电位器滑臂不动，励磁电流f I 恒定；当负载改变，发电机的端电压U 不等于设定值0U 时，0U ∆≠，U ∆经放大器放大后控制电动机转动，电位器滑臂移动动，使得励磁电流f I 改变，调整发电机的端电压U ，直到0U U =。
系统框图为：1-4题 （1）在炉温控制系统中，输出量为电炉内温度，设为c T ；输入量为给定毫伏信号，设为r u ；扰动输入为电炉的环境温度和自耦调压器输入电压的波动等；被控对象为电炉；控制装置有电压放大器、功率放大器、可逆电动机、减速器、调压器等。
（2）炉温控制系统的任务是使炉内温度值保持不变。
当炉内温度与设定温度相等时，r u 等于f u ，即0u =，可逆电动机电枢电压为0，电动机不转动，调压器滑臂不动，炉温温度不改变。
若实际温度小于给定温度，0r f u u u =->，经放大后控制可逆电动机转动使调压器滑臂上移，使加热器电压增大，调高炉温；若实际温度大于给定温度，0r f u u u =-<，经放大后控制可逆电动机转动使调压器滑臂下移，使加热器电压减小，降低炉温。
使得f u 和r u 之间的偏差减小甚至消除，实现了温度的自动控制。
1-5题 （1） 在水位控制系统中，输出量为水位高度H ；输入量为给定电压g u ；扰动输入为出水量等。
（2）当实际水位高度H 为设定高度时，与受浮球控制的电位器滑臂位置对应的f u 与给定电压g u 相等，电动机不转动，进水阀门维持不变。
若水位下降，电位器滑臂上移，f u 增大，偏差0g f u u u ∆=-<，经放大后控制电动机逆转调大进水阀门，加大进水量使水位升高；若水位升高降，电位器滑臂下移，f u 减小，偏差0g f u u u ∆=->，经放大后控制电动机正转调小进水阀门，减小进水量使水位下降，实现了水位的自动控制。
自动控制原理（非自动化类）答案第二版电位器放大器电动机减速器阀门水箱浮子杠杆 _电位器放大器电动机绞盘位置大门 _1 1-5 解：系统的输出量：电炉炉温给定输入量：加热器电压被控对象：电炉仓库大门自动控制开（闭）的职能方框图门实际开(闭)门的位置工作原理：系统的被控对象为大门。
被控量为大门的实际位置。
输入量为希望的大门位置。
当合上开门开关时，桥式电位器测量电路产生偏差电压，经放大器放大后，驱动电动机带动绞盘转动，使大门向上提起。
同时，与大门连在一起的电位器电刷上移，直到桥式电位器达到平衡，电动机停转，开门开关自动断开。
反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘反转，使大门关闭。
受控量：门的位置测量比较元件：电位计 1-4 解：受控对象：门。
执行元件：电动机，绞盘。
放大元件：放大器。
水位自动控制系统的职能方框图 h c hr 出水电动机通过减速器使阀门的开度减小（或增大），以使水箱水位达到希望值 hr 。
当 hc = hr 时，电位器电刷位于中点位置，电动机不工作。
一但hc ≠ hr 时，浮子位置相应升高（或降低），通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移（或上移），从而给电动机提供一定的工作电压，驱动电压 ur 相对应，此时电位器电刷位于中点位置）。
r c （与电位器设定工作原理：系统的被控对象为水箱。
被控量为水箱的实际水位 h 。
给定值为希望水位 h 测量元件：浮子，杠杆。
放大元件：放大器。
执行元件：通过电机控制进水阀门开度，控制进水流量。
比较计算元件：电位器。
c 被控量：水箱的实际水位 h 受控对象：水箱液面。
1-1（略）1-2（略）1-3 解：习题第一章自动控制原理（非自动化类）习题答案电位器电压放大功率放大电机加热器电炉热电偶 K1 K2 1 s 2 + s 1 Ts K3 K2 1 Ts 1 s2 + s K1 K3 - - 2 1 3 Ts3 + (T +1)s2 + s + K K ， C (s) / R(s) = K1K3 _5(s) _4(s) _3(s) _2(s) R(s) C(s) _N1(s) +_1(s) N2(s) 将方块图连接起来，得出系统的动态结构图：_5(s) - _4(s) C(s) _5(s) _4(s) _3(s) N2(s) _5(s) C(s) - - _2(s)_1(s) _3(s) _2(s) _1(s) + R(s) ⎩ 3 5 绘制上式各子方程的方块图如下图所示：N1(s) ⎩K _ (s) = s2C (s) + sC (s) ⎩ ⎩ _ 5 (s) = _ 4 (s) − K2 N2 (s) ⎩Ts_ 4 (s) = _ 3 (s) ⎩ ⎩ _ 2 (s) = K1 _1 (s) ⎩ _ 3 (s) = _ 2 (s) − _ 5 (s) ⎩ 2-1 解：对微分方程做拉氏变换：⎩ _1 (s) = R(s) − C (s) + N1 (s) 习题第二章—炉温给定炉温放大元件：电压放大器，功率放大器，减速器比较元件：电位计测量元件：热电偶职能方框图：1 s + 1 K s τ 1 Ts + 1 s T Ts+1 τs 1 s + 1 1 Ts + 1K - 3 1 3 1 4 2 3 2 4 (b) R(s) 1 + G G − G G + G G − GG (a) = R(s) ms2 + fs + K G1 + G2 C (s) = 1 C(s) 2-3 解：（过程略）0 N (s) = C (s) (s + 1)(Ts + 1) 1 + Ts2 + (T + 1)s + (K + 1) k R(s)C (s) = (s + 1)(Ts + 1) (s + 1)(Ts + 1) = K + s + K s _4(s) _3(s) _1(s) R(s) — C(s) _5(s) _2(s) N(s) 将方块图连接得出系统的动态结构图：C(s) _4(s) _4(s) _3(s) — _5(s) N(s) N(s) _5(s) C(s) - _3(s) _1(s) _2(s) R(s) _1(s) R(s) _2(s) ⎩ ⎩⎩ _ 5 (s) = (Ts + 1) N (s) 绘制上式各子方程的方块如下图：⎩C (s) = _ (s) − N (s) 4 ⎩(Ts + 1) _ 4 (s) = _ 3 (s) + _ 5 (s)⎩ ⎩ _ 2 (s) = sR(s) ⎩(s + 1) _ 3 (s) = _1 (s) + _ 2 (s) ⎩ 2-2 解：对微分方程做拉氏变换⎩ _1 (s) = K[R(s) − C (s)] 1 3 Ts3 + (T +1)s2 + s + K K 2 C (s) / N (s) =− K2 K3Ts C (s) / N1 (s) = C (s) /R(s) ，三个回路均接触，可得Ä = 1 − ∑ La = 1 + G1G2 + 2G1 4 ∑La = L1 + L2 + L3 = −G1G2 − G1 − G1 a =1 3 （b）（1）系统的反馈回路有三个，所以有 R 1 + G1G2G5 + G2G3G4 − G4G2G5G1G2G3 + 1 C = 三个回路两两接触，可得Ä = 1 − ∑ La = 1 + G1G2G5 +G2G3G4 − G4G2G5 （2）有两条前向通道，且与两条回路均有接触，所以 P1 =G1G2G3 , Ä1 = 1 P2 = 1, Ä2 = 1 （3）闭环传递函数 C/R 为∑ La = L1 + L2 + L3 = −G1G2G5 − G2G3G4 + G4G2G5 a =1 3 2-5 解：（a）（1）系统的反馈回路有三个，所以有 K1K2 n G (s) = Kn s 1 2 3 Ts2 + s + K K K （2）要消除干扰对系统的影响 C (s) / N (s) = K n K3 s −K1K2 K3Gn = 0 Ts + 1 s 1 1 2 3 K 2 3 1 + s Ts2 + s + K K K K K n n 1 C (s) / N (s) = (K − G K K3 K2 ) Ts + 1 = K n K3 s − K1K2K3Gn 求 C/N，令 R=0，向后移动单位反馈的比较点 1 2 3 1 + G(s) Ts2 + s + K K K = C (s) / R(s) = G(s) K1K2 K3 s(Ts + 1) 2-4 解：（1）求C/R，令 N=0 G(s) = K1K2 K3 R(s) 1 + G1G2 + G2G3 + G3G4 + G1G2G3G4 (e)G1G2G3G4 C (s) = R(s) 1 − G2G3 R(s) 1 + G1 + G2G1 (d) (c) C(s) = G1 − G2 C(s) = G2 + G1G2 5 n ù 1 − î 2 = 0.1 t p = ð 1 3-2 解：系统为欠阻尼二阶系统（书上改为“单位负反馈……”，“已知系统开环传递函数”）ó = e−ðî / 1−î ×100 = 1.3 −1 ×100 2 H ⎩ 1 + 10K = 10 H ⎩⎩K = 0.9 H ⇒ ⎩ ⎩1 + 10K 0 ⎩ = 10 ⎩ K = 10 ⎩ 10K0 要使过渡时间减小到原来的 0.1 倍，要保证总的放大系数不变，则：（原放大系数为 10，时间常数为 0.2）1 + 10KH H s + 1 0.2 R(s) 0 1 + G(s)K = 1 + 10K H G(s) ö (s) = C (s) = K 10K0 采用 K0 , K H 负反馈方法的闭环传递函数为 0.2s + 1 ）3-1 解：（原书改为 G(s) = 10 习题第三章 N3 (s) N3 (s) N2 (s) N2 (s) 1 + G1G2G3 + G2 = 1 = E(s) = − C (s) −(1 + G2 )G3 E (s) =− C (s) N1 (s) N1 (s) 1 + G1G2G3 + G2 R(s) 1 + G1G2G3 + G2 E(s) =− C (s) = −G2G3 −G1G2G3 E(s) = 1 + G2 − G2G3 N3 (s) 1 + G1G2G3 + G2 N2 (s) 1 + G1G2G3 +G2 = C (s) C (s) = −1× (1 + G1G2G3 + G2 ) = −1 (1 + G2 )G3 N1 (s) R(s) 1 + G1G2G3 + G2 = C (s) / R(s) C (s) C (s) = G1G2G3 + G2G3 2-6 解：用梅逊公式求，有两个回路，且接触，可得Ä = 1 − ∑ La = 1 + G1G2G3 + G2 ，可得 1 + G1G2 + 2G1 1 + G1G2 + 2G1 R G1G2 + G2 C = G1G2 + G1 + G2 − G1 = （2）有四条前向通道，且与三条回路均有接触，所以P1 = G1G2 , Ä1 = 1 P2 = G1 , Ä2 = 1 P3 = G2 , Ä3 = 1 P4 = −G1 , Ä4 = 1 （3）闭环传递函数C/R 为 6 n c.î = 0.1,ù = 1s−1 时，n îù s = 3.5s t = 3.5 2 ó = e−ðî / 1−î ×100 = 72.8 n b.î = 0.1,ù = 10s−1 时，n îù s = 7s t = 3.5 2 ó = e−ðî / 1−î ×100 = 72.8 n a.î = 0.1,ù = 5s−1 时，n 2îùn = 10 解得：ùn = 14.14, î = 0.354, ó =30, t p = 0.238 结论，K 增大，超调增加，峰值时间减小。
