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自动控制基础学习知识原理 课后习题集及其规范标准答案

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-* 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缺点. 解答：1开环系统 (1) 优点:结构简单，成本低，工作稳定。用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。 (2) 缺点：不能自动调节被控量的偏差。因此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优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。它是一种按偏差调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。

1-2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？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馈。闭环控制系统常采用负反馈。由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。

1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非线性，定常，时变）？

（1）22()()()234()56()dytdytdutytutdtdtdt （2）()2()ytut

（3）()()2()4()dytduttytutdtdt （4）()2()()sindytytuttdt （5）22()()()2()3()dytdytytytutdtdt （6）2()()2()dytytutdt （7）()()2()35()dutytututdtdt 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示意图，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一定的高度。试说明该系统的工作原理并画出其方框图。

Q2Q1

题1-4图 水位自动控制系统 解答： (1) 方框图如下：

⑵工作原理：系统的控制是保持水箱水位高度不变。水箱是被控对象，水箱的水位是被控量，出水流量Q2的大小对应的水位高度是给定量。当水箱水位高于给定水位，通过浮子连杆机构使阀门关小，进入流量减小，水位降低，当水箱水位低于给定水位时，通过浮子连杆机构使流入管道中的阀门开大，进入流量增加，水位升高到给定水位。

1-5 图1-5是液位系统的控制任务是保持液位高度不变。水箱是被控对象，水箱液位是被控量，电位器设定电压时（表征液位的希望值Cr）是给定量。

实际水温 给定水位

浮子 杠杆 阀门 水箱 -* 2Q电位计控制阀1Q



浮子减速齿轮电动机

题1-5图 液位自动控制系统 解答: (1) 液位自动控制系统方框图：

（2）当电位器电刷位于中点位置(对应Ur)时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等。从而液面保持在希望高度上。一旦流入水量或流出水量发生变化，例如当液面升高时，浮子位置也相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一事实上的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的液位流量减少。此时，水箱液面下降，浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度。反之，若水箱液位下降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入量，使液位升到给定的高度。

1-6 题图1-6是仓库大门自动控制系统的示意图，试说明该系统的工作原理，并画出其方框图。

给定电位 Cr 实际液位

电位计 电动机 减速器 阀门 水箱 -* 放大器电动机门开门开关

关门开关

绞盘

题1-6图仓库大门自动控制系统示意图 解答： （1） 仓库大门自动控制系统方框图：

（2）工作原理：控制系统的控制任务是通过开门开关控制仓库大门的开启与关闭。开门开关或关门开关合上时，对应电位器上的电压，为给定电压，即给定量。仓库大门处于开启或关闭位置与检测电位器上的电压相对应，门的位置是被控量。 当大门所处的位置对应电位器上的电压与开门（或关门）开关合上时对应电位器上的电压相同时，电动机不动，控制绞盘处于一定的位置，大门保持在希望的位置上，如果仓库大门原来处于关门位置，当开门开关合上时，关门开关对应打开，两个电位器的电位差通过放大器放大后控制电动机转动，电动机带动绞盘转动将仓库大门提升，直到仓库大门处于希望的开门位置，此时放大器的输入为0，放大器的输出也可能为0。电动机绞盘不动，大门保持在希望的开门位置不变。反之，则关闭仓库大门。

1-7 题图1-7是温湿度控制系统示意图。试说明该系统的工作原理，并画出 其方框图。

实际位置 开（关） 门位置 电位器 放大器 电动机 绞盘 大门 -* 控制器控制器水

蒸气湿度变送器

温度变送器 题1-7图温湿度控制系统示意图 解答：（1）方框图：

（2）被控对象为温度和湿度设定，控制任务是控制喷淋量的大小来控制湿度，通过控制蒸汽量的大小来控制温度。被控量为温度和湿度，设定温度和设定湿度为给定量。

第二章 控制系统的数学模型 2-2 试求图示两极RC网络的传递函数Uc（S）／Ur（S）。该网络是否等效于两个RC网络的串联？

()rUs()cUs1R()a11cs21cs2R

()rUs()cUs1R()a11cs21cs2R

1()Us1()Us

解答：

湿度 设定湿度 控制器 电动水阀

湿度变送器 -* 221

2212

2121211122222

212

1

221.

1111112211111()111()1()111()()1()111()()()()()11(),,1()1()1()()()crcccrrrRCSCSRusCSCSCSausRRCCSRCRCRCSRRCSCSCSRRCSCSususususCSusbusRCSusRCSusususRCS•1122

11

11RCSRCS

212121122

1()1RRCCSRCRCS 故所给网络与两个RC网络的串联不等效。

2-4 某可控硅整流器的输出电压 Ud=KU2Φcosα 式中K为常数，U2Φ为整流变压器副边相电压有效值，α为可控硅的控制角，设在α在α0附近作微小变化，试将Ud与α的线性化。 解答：

. 202002020cos(sin)()...sinsin)dukukukukudd线性化方程：u即u（ 2-9系统的微分方程组为 12112

323223

()()()()()()()()()()()()xtrtctdxtTKtxtdtxtxtKctdctTctKxtdt 式中1T、2T、1K、2K、3K均为正的常数，系统地输入量为()rt，输出量为()ct，试画出动态结构图，并求出传递函数()()CsRs。

解答：

21Jsfs1

11KTs

()Rs1()Xs2()Xs3()Xs()Cs

3k -* 1212122312

1223112

212

(1)(1)()()(1)(1)(1)11(1)(1)kkTSTSkkCskkkkRSTSTSkkTSkkTSTSTS





2-12 简化图示的动态结构图，并求传递函数()()CsRs。 解答：(a) RC

1G3G1H2H2G 

RC

2H123

1231GGGHGG

RC123

12322311GGGGGGHGGH

1231232231

()()1GGGCS

RSGGGHGGH

(b)

RC

1G

2G 

RC

11G

221GG -* RC12

212

(1)(1)12GGGGG



12212

(1)(1)()()12GGCSRSGGG



(c)

CR1G图(c)-(2)3G2GCR

图(c)-(1)3G

1G

2G

CR

1G

图(c)-(3)3G

2G2G

CR

3221

1GGGG

图(c)-(4) 1223

()()1GGCs

RsGG

(d) CR图(d)-(1)3G1G2GCR

图(d)-(2)3G1G

2G2G

CR

图(d)-(3)3G1G2G2G CR32211GGGG图(d)-(4) 1223

()()1GGCs

RsGG

(e)

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自动控制原理课后习题

自动控制原理课后习题


得：p
0，q
2
绘制Nyquis曲t 线。
N p2(ab) 02(01) 2，
不稳定，右半平面个 有特 两征根。
（-1，j0）
0
（1） （2）
已知：G(s)
k
,得：p 0，q 1，
s(T1s 1)(T2s 1)
绘制Nyquis曲 t 线，系统1: k2 k1。
系统2：N p 2(a - b) 0 2(01) 2，
K
若系统单位阶跃响应的超调量为σ%1 6 .3 %
1
C (s)
s(s 1)
在单位斜坡输入时，有essr=0.25。
Ts 1
试求：
1）ξ，ωn，K，T的值；（参考答案：0.5；2；4；0.25）
2）单位阶跃响应下的调节时间和峰值时间。 （参考答案：3或4秒；1.81秒。）
3
一、系统方框图如下所示
1）求开环传递函数；
2）绘制极坐标曲线；
3)用N氏判据分析稳定性。
参考答案：Gk(s)1(s()s)1s((0ss11)) 稳定。
8
零型系统稳定性分析应用 举例
(1) 0
（-1，j0） (2)
已知：Gk
(s)
(T1s
k 1)2 (T2s
1)
得：p
0，q
0
绘制Nyquis曲t 线。
系统1：N1 p2(ab) 02(01) 2， 不稳定，右半平面个 有特 两征根。
1、环节特性分析
2、Bode曲线的绘制
3、性能指标计算
结论ωγ：≈c系≈781统.06稳;°;定。18 0 （ 20 lc ） g 21l 0 2 0g c0 l
c10 g 14l0gkl
自动控制原理第五版 胡寿松课后习题答案完整版

自动控制原理第五版 胡寿松课后习题答案完整版

第 一 章1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。

在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。

图1-2 液位自动控制系统解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度不变。

工作原理：当电位电刷位于中点（对应r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度r c ，一旦流入水量或流出水量发生变化时，液面高度就会偏离给定高度r c 。

当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度r c 。

反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度r c。

系统方块图如图所示：1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统?（１）222)()(5)(dt t r d t t r t c ++=；（２）)()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++； （３）dt t dr t r t c dt t dc t )(3)()()(+=+； （４）5cos )()(+=t t r t c ω； （５）⎰∞-++=t d r dt t dr t r t c ττ)(5)(6)(3)(；（６）)()(2t r t c =；（７）⎪⎩⎪⎨⎧≥<=.6),(6,0)(t t r t t c解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，所以该系统为非线性系统。

自动控制原理第二版课后答案

自动控制原理第二版课后答案

自动控制原理第二版课后答案1. 介绍。

自动控制原理是现代自动化领域中的重要基础课程，它涉及到控制系统的设计、分析和应用，对于工程技术人员来说具有重要的意义。

本文档将针对自动控制原理第二版课后习题进行详细解答，帮助学习者更好地掌握课程内容。

2. 第一章。

2.1 课后习题1。

答，根据控制系统的基本结构，可以将其分为开环控制系统和闭环控制系统。

开环控制系统中，控制器的输出不受到被控对象的影响，而闭环控制系统中，控制器的输出受到被控对象的影响。

闭环控制系统具有更好的稳定性和鲁棒性，但也更加复杂。

2.2 课后习题2。

答，传递函数是描述控制系统输入和输出之间关系的数学模型，其形式为输出变量的拉普拉斯变换除以输入变量的拉普拉斯变换。

传递函数可以帮助我们分析控制系统的性能和稳定性，并进行控制器的设计。

3. 第二章。

3.1 课后习题1。

答，稳定性是控制系统设计中需要考虑的重要因素，它决定了系统在受到干扰或参数变化时的表现。

稳定性分析可以通过判据、根轨迹和频域等方法进行，其中判据法是最为直观和简单的方法，通过对系统的特征方程进行判别来判断系统的稳定性。

3.2 课后习题2。

答，根轨迹是一种描述控制系统特征方程根在复平面上运动规律的方法，它可以直观地反映系统的稳定性、过渡过程和静态误差等性能指标。

通过对根轨迹的分析，可以帮助我们设计合适的控制器来满足系统性能指标的要求。

4. 第三章。

4.1 课后习题1。

答，比例控制器是一种简单的控制器，它的输出与系统的误差成正比。

比例控制器可以改善系统的静态误差性能，但无法消除系统的稳定性问题和过渡过程中的振荡。

4.2 课后习题2。

答，积分控制器是一种消除系统静态误差的控制器，它的输出与系统的误差积分成正比。

积分控制器可以有效地消除系统的静态误差，但在实际应用中可能会导致系统的过度调节和振荡。

5. 总结。

通过对自动控制原理第二版课后习题的详细解答，我们可以更好地理解控制系统的基本原理和设计方法。

自动控制理论课后题答案及试题

自动控制理论课后题答案及试题

自动控制理论课后题答案及试题自动控制理论课后题是学习过程中的重要环节，通过解答这些问题可以加深对课程内容的理解和掌握。

以下是一些自动控制理论课后题的答案及试题含答案，供参考。

1.什么是自动控制系统？它的基本组成部分有哪些？答案：自动控制系统是指通过传感器、执行器和控制器等组件，对被控对象进行监测、测量和控制的系统。

它的基本组成部分包括输入信号、传感器、控制器、执行器和被控对象。

试题：简述自动控制系统的基本组成部分，并说明各组成部分的作用。

答案：自动控制系统的基本组成部分包括输入信号、传感器、控制器、执行器和被控对象。

输入信号是指控制系统中的目标信号，通过传感器将其转化为电信号输入到控制器中。

传感器是用于测量被控对象状态的装置，将测量结果转化为电信号输入到控制器中。

控制器根据输入信号和传感器信号进行比较和计算，生成控制信号输出到执行器中。

执行器将控制信号转化为相应的控制动作，作用于被控对象。

2.什么是反馈控制？它的优点是什么？答案：反馈控制是指通过将被控对象的状态信息反馈给控制器，根据反馈信息进行控制调节的方法。

它的优点是能够实时监测被控对象的状态，并根据反馈信息进行调节，使系统更加稳定、精确和可靠。

试题：简述反馈控制的原理，并说明其优点。

答案：反馈控制的原理是将被控对象的状态信息反馈给控制器，控制器根据反馈信息进行比较和计算，生成相应的控制信号输出到执行器中，实现对被控对象的调节。

反馈控制的优点是能够实时监测被控对象的状态，根据反馈信息进行调节，使系统更加稳定、精确和可靠。

通过反馈控制，可以减小系统对参数变化和外界干扰的敏感度，提高系统的鲁棒性和韧性。

3.什么是开环控制？它的特点是什么？答案：开环控制是指在控制过程中，不考虑被控对象的状态信息和外界干扰，只根据输入信号进行控制的方法。

它的特点是控制过程简单，但对参数变化和外界干扰敏感，容易产生稳定性和精度问题。

试题：简述开环控制的原理，并说明其特点。