自动控制(第五版)第三章习题答案 胡寿松主编

3.4 已知二阶系统的单位阶跃响应为

)6.1sin(5.1210)(1.532.1?

-+-=t t h e

t

试求系统的超调量σ%，峰值时间t p 和调节时间 t s 。

解：t e t t t h

e

e

e

t

t

t

6.1sin 25)6.1cos(20)6.1sin(15)(2.12.12.11.531.53-?-?-=+-+=

4

4.240

)]([)(2

++==s s t h

L s φ 阻尼比ξ= 0.6， 自然频率

2=w n

，

阻尼振荡频率

w

d

=6.16.01212

=-?=-=ξw w n d

因为0<ξ<1，所以系统是欠阻尼状态。 1． 峰值时间

t

p

的计算

96.16

.1==

=

π

π

w

t d

p

2． 调节时间

t

s

的计算

9.22

6.05

.35

.3=?=

=

w t n

s ξ

3． 超调量σ%的计算

%48.9%1006.0%100%2

2

1/6.01/=?=?=-?--

-e

e

ππξξσ

3-8设控制系统如图3-9所示。要求：

（1） 取,1.0,021==ττ计算测速反馈校正系统的超调量，调节时间和

速度误差；

图3－9 控制系统

解答：（1）取120,0.1ττ==时，系统的传递函数为

()210

()210()210

G s s s s s s =

+Φ=

++

由开还传递函数可知，此系统是一个I 型系统，其速度系数为5v K =，由静态误差系数法可得系统的速度误差为

1

0.2ss v

e K =

=

由闭环传递函数可知，1

3.16,0.3163.16

n ωζ===

=，故 超调量

%35.09%e σ-==

调节时间 3.5

3.5s n

t ζω==

超调量

%76%d t ζσ-==

调节时间

3-9 已知系统特征方程为

4

3

2

310520s s s s ++++=

试用劳思判据和赫尔维茨判据确定系统的稳定性。并写出正实部根和负实部根及虚根数。 解答：首先用劳思判据来判定系统的稳定性，列出劳思表如下：

432

10 3 5 2 10 1

47

2 10153

47

2

s s s s s -

显然，由于表中第一列元素的符号有两次改变，所以该系统在s 右半平面有两个闭环极点。因此，该系统不稳定。

正实部根个数2个和负实部根个数2个及虚根数0个。

3－10 已知系统特征方程如下，试求系统在s 右半平面的根数及虚根值：

5432654325432(1) 3122432480(2) 44478100(3) 3122035250

s s s s s s s s s s s s s s s s +++++=+-+--+=+++++= 解答：（1）列劳思表如下：

5432

1 1 1

2 32

3 2

4 48 4 16

12 48

s s s s s 20 0 0 ( 28

s s 列辅助方程12+48=0)

24 0

由上表可见，劳思表中第一列元素全部大于零，所以系统在s 右半平面无根。 列辅助方程为 2

s 12+48=0 解之得 1,22s j =± 故系统的虚根值为 1,22s j =± （2） 列劳思表如下

6543 1 -4 -7 10 4 4 -8 -5 -5 10

0 s s s s 42210 0 (5 105

10

2

90

10

s s s s s --列辅助方程－-5+10=0)

-20

由上表可见，劳思表中第一列元素的符号改变两次，所以系统在s 右半平面有2个特征根。

列辅助方程为 4

2

5s s －-5+10=0 解之得

1,2s =，3,41s =±

故系统的虚根值为

1,2s = （3）劳思表如下

5432 1 12 35 3 20 25

1680

33

8040 3s s s s ()12

00

3

80 0 (53

400

3

s s s +列辅助方程=0)

由上表可知，劳思表中第一列元素全部大于零，所以系统在s 右半平面无根。列辅助方程为

()2

8053

s +=0 解之得

1,2s = 故系统的虚根值为

1,2s =

3-13以知单位反馈系统的开环传递函数

)

15.0)(1()15.0()(2

++++=

s s s s K s G s

试确定系统稳定时的K 值范围。 解：写出系统的闭环传递函数为

K

s K s K s s s s ++++++=

)5.01(25.15.0)

15.0()(2

3

4

φ

列出相应的劳斯表

s 4

0.5 2 K

s

3

1.5

1+0.5K 0

s 2

K K 30

5

355.15.0)5.01(25.1-=?+-? K s 1

K K

K K 30

5

355.1)5.01)(305

35(-?-+- s

K

根据劳斯稳定判据，令劳斯表中的第一列各元为正，

即????????

??><<-<-+

?

???

???????

>>--+?->-071.171.11100020101000305355.1)5.01()305

35(030

5352K K K K K K K K

K K K K K 求得K 得取值范围为0

3－12 已知系统结构图如图3－10所示。试用劳思稳定判据确定能使系统稳定的反馈参数τ的取值范围。

图 3－10 控制系统 解答：由图3－10中结构图求得系统闭环传递函数是

()()32101(s)

(s)=(s)1101010

s C R s s s τ+Φ=

++++ 系统的特征方程为

()3

2

11010100s s s τ++++=

列劳思表如下

321

0 1 10 110 10

100

1+10 10

s s s s ττ

τ+

由劳思稳定判据可知：要使系统稳定，必须满足如下条件

1100100>0 1+10τττ

+>??

???

解之得 0τ>

所以，使系统稳定的反馈参数τ的取值范围为0τ>。 3－13 已知单位反馈系统的开环传递函数：

()()()()()

()

22100

(1) ()0.11550

(2) () 0.1151021(3) ()6100G s s s G s s s s s G s s s s =

++=

+++=

++

试求输入分别是2

()2()22r t t r t t t ==++和时，系统的稳态误差。 解答：（1）()()()()

10020

()0.1150.115G s s s s s =

=++++

由上式可知，该系统是0型系统，且20K =.

0型系统在2

11(),,2

t t t 信号作用下的稳态误差分别为：

1

,,1K

∞∞+。该系统在输入为()2r t t =时的稳态误差为

∞=ss1e

根据线性叠加原理，该系统在输入为2()22r t t t =++时的稳态误差为 21

2. 2.1ss e K

=+∞+∞=∞+ （2）()()()()

5010

()=

0.1150.110.21G s s s s s s s =

++++ 由上式可知，该系统式1型系统，且10K =。

1型系统在2

11(),,2

t t t 信号作用下的稳态误差分别为：

1

0,,K

∞。该系统在输入为()2r t t =时的稳态误差为

11

2.

0.2ss e K

== 根据线性叠加原理，该系统在输入为2()22r t t t =++时的稳态误差为 21

20 2.

ss e K =?+=∞+∞

（3） 首先需要判定此系统的稳定性，对于单位负反馈系统有()1H s =，所以系统的闭环特性方程为

()()2

2

432 ()61001021=610020100D s s

s

s s s s s s =++++++++=

用劳思稳定判据来确定此系统的稳定性，列劳思表如下

432

1 1 100 10 6 20

5806 10

11240s s s s 0280 10

s

显然，劳思表中的第一列元素均大于零。由劳思稳定判据可知系统是稳定的。 用终值定理来求系统的稳态误差，有

()

()()

10

22220

1

lim ()lim .()

1()()

6100lim .().

61001021ss s s s e sE s s

R s G s H s s s s s R s s s s s →→→==+++=++++

当输入为()2r t t =时，2

2

()R s s =

，则 ()()221222061002

lim ..061001021ss s s s s e s s s s s s →++==++++

当输入为2

()22r t t t =++时，()2

233

21222()s s R s s s s s ++=++=，则

()()

()()

22223

2

2

216100lim .

.

2061001021ss s s s s s s e s s

s s s s →++++==++++

3－14 已知单位反馈系统的开环传递函数：

()()()()()()

2

2250

(1) ();

0.1121(2) ();4200102141(3) ()210G s s s K

G s s s s s s G s s s s =

++=

++++=

++ 试求位置误差系数p K ，速度误差系数v K ，加速度误差系数a K 。 解答：（1）此系统时一个0型系统，且 50K =。故查表可得

50

p a v K K K K ====

(2)根据误差系数的定义式可得

()

()()

2

20

0240

0lim ()()lim

4200lim ()()lim

2004200lim ()()lim

4200p s s v s s a s s K

K G s H s s s s K K

K sG s H s s s K

K s G s H s s s →→→→→→===∞++===++===++

（3）根据误差系数的定义式可得

()()()

()()()

()()

()

2

20

2

22

102141lim ()()lim

210102141lim ()()lim

210102141lim ()()lim

1

210p s s v s s a s s s s K G s H s s s s s s K sG s H s s s s s s K s G s H s s

s →→→→→→++===∞++++===∞++++===++

3-22控制系统的结构图如图3－18所示。

（1） 当 0f K =时，确定系统的阻尼比ζ，无阻尼自然振荡频率n ω和()r t t =作

用下系统的稳态误差；

（2） 当 0.6ζ=时，确定参数 f K 值及()r t t =作用下系统的稳态误差； （3） 当 ()r t t =时，欲保持0.6ζ=和0.2ssr e =，试确定系统中的f K 值：此时

放大器系数A K 应为多少？

图3－18 解答： 开环传递函数

()2

01

.

(2)

()121.(2)

lim ()2A A f f A

v s f

K K s s G s s K s K s s s K K sG s K →+==++++==

+ ()r t t =时的稳态误差

()()()2

22212()

()1()212f

ssr v A

A

f A A f A

f K e K K K s K s K G s s K G s s K s K s K s

+=

=++Φ==

=+++++++ (1) 当10,0A f K K ==时，

210

222n n f K ωζω?=??=+=??

所以 3.16,0.316n ωζ==

()r t t =时的静态误差

210.2f

ssr v A

K e K K +=== （2）当10,0.6A K ζ==时

3.16

220.6 3.162n n f

K ωζω?==??=??=+??

所以 1.792f K = ()r t t =时

210.3792f

ssr v A

K e K K +=

== （3）因为0.6,0.2ssr e ζ==，所以

20.2f A

K K +=

2

,22n A n f K K ωζω==+ 可得 5.2,36f A K K ==

3-36系统结构图如图3－31所示。若要求系统阶跃响应的性能指标：超调量%20%σ=，调节时间 1.8s t s =，试选择参数1K 和2K ，并计算此时系统在单位斜坡信号作用下的稳态误差。（北京航空航天大学2001年考题）

图3－31

解答： 由题意可得

%100%20%e

σ-==， 3.5

1.8s n

t s ζω=

=

即 0.46, 4.23n ζω== 由图3－31可得，系统的开环传递函数为 1

12()()

K G s s s K K =

+

系统的闭环传递函数为 1

2121

()K s s K K s K Φ=++

由上式可得

2117.9n K ω== 122 3.9n K K ζω== 即 127.9,0.22K K ==

由开环传递函数可知，这是一个I 型系统，其开环增益为1122

1

K K K K K ==。所以，系统在单位斜坡信号作用下的稳态误差为

211

0.22ss v e K K K

=

===

最新《自动控制原理》课后习题答案

掌握自动控制系统的一般概念（控制方式，分类，性能要求） 给定输入量: 给定值Ug 被控制量: 加热炉的温度 扰动量： 加热炉内部温度不均匀或坏境温度不稳定等外部因素 被控制对象：加热器 控制器： 放大器、发动机和减速器组成的整体 （2）工作原理： 给定值输入量Ug 和反馈量Ur 通过比较器输出， 经放大器控制发动 机的转速n ，再通过减速器与调压器调节加热器的电压U 来控制炉温。 T 7.（1）结构框图 略 给定输入量：输入轴θr 被控制量： 输出轴θc 扰动量： 齿轮间配合、负载大小等外部因素 被控制对象：齿轮机构 控制器: 液压马达 （2）工作原理： Ue Ug

掌握系统微分方程，传递函数(定义、常用拉氏变换)，系统框图 化简； 1.(a) ??? ?? ? ?? ? =+=+=dt du C i R u i i u iR u t c t c t t r ) (02) (0) (01 ) ()2......()1(.......... 将（2）式带入（1）式得： )()(01)(021 )(0t r t t t u dt du C R u R R u =++ 拉氏变换可得 )()(01)(0221s r s s U CsU R u R R R =+???? ??+ 整理得 2 1212 ) ()(0)(R R Cs R R R U U G S r S s ++= = 1.(b) ??? ?? ? ??? =+=+=dt di L u R u i i u iR u L t o t L t t r ) (2) (0) (01 ) ()2........()1......(.......... 将（2)式代入（1）式得 )()(02 2 1)(01t r t t u u R R R dt u L R =++? 拉氏变换得

自动控制原理课后习题答案

1.2根据题1.2图所示的电动机速度控制系统工作原理 （1）将a,b 与c,d 用线连接成负反馈系统； （ 2）画出系统 框图。 c d + - 发电机 解： （1） a 接d,b 接c. （2） 系 统 框 图 如下 1.3题1.3图所示为液位自动控制系统原理示意图。在任何情况下，希望页面高度c 维持不变，说明系统工作原理并画出系统框图。

解： 工作原理：当打开用水开关时，液面下降，浮子下降，从而通过电位器分压，使得电动机两端出现正向电压，电动机正转带动减速器旋转，开大控制阀，使得进水量增加，液面上升。同理，当液面上升时，浮子上升，通过电位器，使得电动机两端出现负向电压，从而带动减速器反向转动控制阀，减小进水量，从而达到稳定液面的目的。 系统框图如下： 2.1试求下列函数的拉式变换，设t<0时，x(t)=0: (1) x(t)=2+3t+4t 2 解： X(S)= s 2 +23s +38 s

(2) x(t)=5sin2t-2cos2t 解：X(S)=5 422+S -242+S S =4 2102+-S S (3) x(t)=1-e t T 1- 解：X(S)=S 1- T S 11+ = S 1-1 +ST T = ) 1(1 +ST S (4) x(t)=e t 4.0-cos12t 解：X(S)=2 212 )4.0(4 .0+++S S 2.2试求下列象函数X(S)的拉式反变换x(t)： (1) X(S)= ) 2)(1(++s s s 解：= )(S X )2)(1(++s s s =1 122+-+S S t t e e t x ---=∴22)( (2) X(S)=) 1(1 522 2++-s s s s 解：=)(S X ) 1(1522 2++-s s s s =15 12+-+S S S

自动控制总结复习题库.doc

一：填空题 1、控制系统的基本要求是（稳定性） 、（快速性）、（准确性）。 2、线性定常控制系统的传递函数是零初始条件下， （输出变量）与（输入变量） 的拉氏变换之比。 3、一个稳定的线性系统的稳态误差取决于（系统型别） 、（开环增益）与（输入 信号的类型和幅值）。 4、常用的校正方式有（串联校正） 、（反馈校正）、( 前馈校正 ) （复合校正）。 5、反馈控制原理是（利用偏差消除偏差） 。 6、线性系统的基本特性是可以应用叠加原理， 即具有（齐次性）与（可叠加性）。 7、一个线性定常控制系统稳定的充分必要条件是（闭环极点均严格位于 s 左半 平面）。 8、线性系统的频率特性包括（幅频特性）与（相频特性） 。 9、 若负反馈前向通道的传递函数为 G （ s ），反馈通道的传递函数为 H （s ），则 开环传递函数为（ G (s) H (s) ），闭环传递函数为（ G( s) ）。 G(s)H ( s) 1 10、在斜坡函数的输入作用下， （0）型系统的稳态误差为无穷大。 11、在斜坡函数的输入作用下， （Ⅱ）型系统的稳态误差为零。 12、一阶惯性环节的传递函数 1 ，它的幅频特性的数学式是 （ 1 ）， Ts 1 1 2 T 2 它的相频特性的数学式是（arctan T ）。 13、已知系统的开环传递函数为 G (s) 3s 3 2 , 称之为（Ⅰ）型系统，系 s(s 3s 2) 统的开环极点为（ -1 ），（ -2 ），（ 0），零点为（ -1 ）。 1 14、惯性环节的传递函数表达式为 G （s ）=（ ）。 Ts 1 15、一阶微分环节的传递函数表达式为 G （s ）=（ Ts 1 ）。 16、积分环节的传递函数表达式为 G （ s ）=（ 1 ）。 s 17、在斜坡函数的输入作用下， （0）型系统的稳态误差为无穷大。 18、函数 f (t ) 3e 6t 的拉氏变换式是（ 3 ）。 s 6

自动控制原理课后习题答案解析

目录 1自动控制系统的基本概念 1.1内容提要 1.2习题与解答 2自动控制系统的数学模型 2.1内容提要 2.2习题与解答 3自动控制系统的时域分析 3.1内容提要 3.2习颗与他答 4根轨迹法 4.1内容提要 4.2习题与解答 5频率法 5.1内容提要 5.2习题与解答 6控制系统的校正及综合 6.1内容提要 6.2习题与解答 7非线性系统分析 7.1内容提要 7.2习题与解答 8线性离散系统的理论基础 8.1内容提要 8.2习题与解答 9状态空间法 9.1内容提要 9.2习题与解答 附录拉普拉斯变换 参考文献 1自动控制系统的基本概念 1. 1内容提要 基本术语：反馈量，扰动量，输人量，输出量，被控对象； 基本结构：开环，闭环，复合； 基本类型：线性和非线性，连续和离散，程序控制与随动； 基本要求：暂态，稳态，稳定性。 本章要解决的问题，是在自动控制系统的基本概念基础上，能够针对一个实际的控制系统，找出其被控对象、输人量、输出量，并分析其结构、类型和工作原理。

1.2习题与解答 题1-1图P1-1所示，为一直 流发电机电压白动控制系统示 意图。图中，1为发电机；2为减速器； 3为执行电机；4为比例放大器； 5为可调电位器。 (1)该系统有哪些环节组成， 各起什么作用” (2)绘出系统的框图，说明当 负载电流变化时，系统如何保持发 电机的电压恒定 (3)该系统是有差系统还是无 差系统。 (4)系统中有哪些可能的扰动， 答 (1)该系统由给定环节、比较环节、中间环节、执行结构、检测环节、 发电机等环节组成。 给定环节:电压源0U 。用来设定直流发电机电压的给定值。 比较环节:本系统所实现的被控量与给定量进行比较，是通过给定电 压与反馈电压反极性相接加到比例放大器上实现的 中间环节:比例放大器。它的作用是将偏差信号放大，使其足以带动 执行机构工作。该环节又称为放大环节 执行机构:该环节由执行电机、减速器和可调电位器构成。该环节的 作用是通过改变发电机励磁回路的电阻值，改变发电机的磁场，调节发 电机的输出电压 被控对象:发电机。其作用是供给负载恒定不变的电压. 检测环节跨接在发电机电枢两端、且与电压源0U 反极性相接到比 例放大器输人端的导线。它的作用是将系统的输出量直接反馈到系统的 输人端。 (2)系统结构框图如图1-5所示。当负载电流变化如增大时，发电 机电压下降，电压偏差增大，偏差电压经过运算放大器放大后，控制可逆 伺服电动机，带动可调电阻器的滑动端使励磁电流增大，使发电机的电压 增大直至恢复到给定电压的数值上，实现电压的恒定控制。 图P1-7电压自动控制系统示意图

自动控制原理习题集与答案解析

第一章 习题答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。

1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压 f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压 f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。

自动控制练习题

题1-1 根据题图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解所示。 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。

解当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 题1-3图为谷物湿度控制系统示意图。在谷物磨粉的生产过程中，有一个出粉最多的湿度，因此磨粉之前要给谷物加水以得到给定的湿度。图中，谷物用传送装置按一定流量通过加水点，加水量由自动阀门控制。加水过程中，谷物流量、加水前谷物湿度以及水压都是对谷物湿度控制的扰动作用。为了提高控制精度，系统中采用了谷物湿度的顺馈控制，试画出系统方块图。 解系统中，传送装置是被控对象；输出谷物湿度是被控量；希望的

谷物湿度是给定量。 系统方框图如图解所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。 2-1 已知系统传递函数 2 32 )()(2++=s s s R s C ，且初始条件为1)0(-=c ，0)0(=c ，试求系统在输入)(1)(t t r =作用下的输出)(t c 。 解 系统的微分方程为 )(2)(2) (3)(2 2t r t c dt t dc dt t c d =++ （1） 考虑初始条件，对式（1）进行拉氏变换，得 s s C s sC s s C s 2)(23)(3)(2=++++ （2） 22 141) 23(23)(22++ +-=++-+-=s s s s s s s s s C ∴ t t e e t c 2241)(--+-= 2-2 已知在零初始条件下，系统的单位阶跃响应为 t t e e t c --+-=221)(，试求系统的传递函数。

自动控制原理课后习题答案

. 第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答： 自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。 闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。 闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。 < 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。 答： 自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。 稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。 准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的精度

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一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为G1(s)+G2(s)（用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率= n ω 阻尼比=ξ ，0.7072 = 该系统的特征方程为2220s s ++= ， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s +++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的 开环传递函数为(1) (1)K s s Ts τ++。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1 ()[()()]p u t K e t e t dt T =+ ?， 其相应的传递函数为 1 [1] p K Ts + ，由于积分环节的引入，可以改善系统的稳态性 能。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。 2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉

自动控制习题答案

第一章 例1-1 一个水池水位自动控制系统如图1-1所示。试简述系统工作原理，指出主要变量 和各环节的构成，画出系统的方框图。 进水阀门 进水 图1-1水池水位控制系统原理图 解在这个水位控制系统中，水池的进水量Q来自由电机控制开度的进水阀门，出水量Q2随意变化的情况下，保持水箱水位在希望的高度上不变。 希望水位高度由电位器触头A设定，浮子测出实际水位高度。由浮子带动的电位计触 头B的位置反映实际水位高度。A、B两点的电位差U AB反映希望水位的偏差。当实际低 于希望水位时，U AB 0。通过放大器驱动电动机转动，开大进水阀门，使进水量Q增加, 从而使水位上升。当实际水位上升到希望位置时， A B两个触头在同一位置，U AB 0，电动机停止转动，进水阀门开度不变，这时进水量Q1和出水量Q2达到平衡位置。若实际 水位高于希望水位，U AB 0，则电动机使进水阀门关小，使进水量减少，实际水位下降。 这个系统是个典型的镇定系统，在该系统中： 控制量希望水位的设定值 被控制量实际水位 扰动量出水量Q2 被控对象水池 测量元件浮子 比较元件电位器

放大元件 放大器 执行元件 电动机、减速器、进水阀门 系统的方框图如图1-2所示。控制系统中各元件的分类和方框图的绘制不是唯一的, 只要能正确反映其功能 和运动规律即可。 例1-2 图1-3所示为发电机电压调节系统， 试分析系统的工作原理， 画出方框图并指出 系统的结构特点。 解 发电机在电枢转速和激磁电压恒定不变时， 负载变化将引起输出电压和电枢回路电流 的改变。当负载增大时，将引起电枢电压下降和电枢电流增大，因此，电枢回路的电流 在电阻R 上的电压增大， u b 也增大，由于U b 与U i 的极性一致，因而发电机的激磁电压上 升，使输出电压增大。这种由扰动产生附加控制 作用的系统是扰动控制系统（本系统是 将负载变化作为扰动输入的。图 1-3所示的电压调节方式只能克服负载变化对发电机输 出电压的影响）。系统方框图如图1-4所示。 图1-3 发电机电压调节系统 希望水位 设定位 图1-2水池水位控制系统方框图

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s(s+5)(s+15)(1) G(s)=750解： s(G(s)=1051s+1)s+1)(15 1ω1=5ω 2=1520lgK=20dB ω=0ω=∞-90 φ)=-90o ( ω)=-270)=-270o φ( ω)=(2s+1)(8s+1) (3) G(s)=10解：20lgK=20dB ω1=0.125ω2=0.5 ω=0ω=∞0)=0o φ ( ω)=-180)=-180o φ( ω)= s(s-1)(5) G(s)=10解： 20lgK=20dB ω1=1 ω=0ω=∞-270φ)=-270o ( ω)=-180)=-180o φ( ω)=s 2(s+0.1)(s+15)(7) G(s)=10(s+0.2)解： s 2(10s+1)(0.67s+1)= 1.33(5s+1) 20lgK=2.5dB ω1=0.1ω2=0.2 ω3=15 ω=0ω=∞-180φ)=-180o (ω)=-270)=-270 o φ(ω)= (a) 20lg K =20K =10 10G(s)=(0.1s+1) (b) 20lg K =-20K =0.10.1s G(s)=(0.05s+1) 5-2 已知单位负反馈系统开环传递函数，试绘制系统开环对数频率特性曲线。 5-4 已知系统的开环幅频率特性曲线，写出传递函数并画出对数相频特性曲线。

(d) 20lg K =48 K =251 251G(s)=(s+1)(0.1s+1)(0.01s+1) (c) s 100G(s)=(100s+1)K =100 (0.01s+1) (c) s 100G(s)=(100s+1)K =100 (0.01s+1) (e)由图可得： 20lgM r =4.58dB M r =1.7得：1 =1-ζ2 2ζ1=±0.94ζ 2=±0.32 ζ=0.3ζωr ω=1-2 ζ2 n ω=50 n s 100G(s)=[(0.02s)2+0.01s+1)] =1000ωK= 2T ζ=0.01 T 1)22 =(=0.02 2n ω (a)系统不稳定 (b) (c) ω=0+ (d) (e) ω系统稳定 (f) 5-7 已知奈氏曲线，p 为不稳定极点个数，υ为积分环节个数，试判别系统稳定性。

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可编辑word,供参考版！ 一、填空（每空1分，共18分） 1．自动控制系统的数学模型有 、 、 、 共4种。 2．连续控制系统稳定的充分必要条件是 。 离散控制系统稳定的充分必要条件是 。 3．某统控制系统的微分方程为： dt t dc ) (+0.5C(t)=2r(t)。则该系统的闭环传递函数 Φ(s)= ；该系统超调σ%= ；调节时间t s (Δ=2%)= 。 4．某单位反馈系统G(s)= ) 402.0)(21.0() 5(1002 +++s s s s ，则该系统是 阶 型系统；其开环放大系数K= 。 5．已知自动控制系统L(ω)曲线为： 则该系统开环传递函数G(s)= ； ωC = 。 6．相位滞后校正装置又称为 调节器，其校正作用是 。 7．采样器的作用是 ，某离散控制系统 ) ()1() 1()(10210T T e Z Z e Z G -----= （单位反馈T=0.1）当输入r(t)=t 时.该系统稳态误差为 。 二. 1. 求：) () (S R S C （10分） R(s)

2.求图示系统输出C（Z）的表达式。（4分） 四．反馈校正系统如图所示（12分） 求：（1）K f=0时，系统的ξ，ωn和在单位斜坡输入下的稳态误差e ss. （2）若使系统ξ=0.707，k f应取何值？单位斜坡输入下e ss.=？ 可编辑word,供参考版！

五.已知某系统L（ω）曲线，（12分） （1）写出系统开环传递函数G（s） （2）求其相位裕度γ （3）欲使该系统成为三阶最佳系统.求其K=？，γmax=? 六、已知控制系统开环频率特性曲线如图示。P为开环右极点个数。г为积分环节个数。判别系统闭环后的稳定性。 （1）（2）（3）

自动控制原理课后习题答案

第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答： 自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。 闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。 闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。 答： 自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。 稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。 准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的精度越高，准确性越好。当准确性与快速性有矛盾时，应兼顾这两方面的要求。 1-3 请给出图1-4炉温控制系统的方框图。 答：

自动控制原理课后答案

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（表征液位的希望值）；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）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，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。 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。 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。 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）； （２）； （３）； （４）； （５）； （６）； （７） 解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项，所以该系统为非线性系统。 （2）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。 （3）该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，所以该系统为线性系统，但第一项的系数为t，是随时间变化的变量，因此该系统为线性时变系统。 （4）因为c(t)的表达式中r(t)的系数为非线性函数，所以该系统为非线性系统。 （5）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。 （6）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项，表示二次曲线关系，所以该系统为非线性系统。 （7）因为c(t)的表达式可写为，其中，所以该系统可看作是线性时变系统。

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自动控制原理1 一、单项选择题（每小题1分，共20分） 1. 系统和输入已知，求输出并对动态特性进行研究，称为（ ） A.系统综合 B.系统辨识 C.系统分析 D.系统设计 2. 惯性环节和积分环节的频率特性在（ ）上相等。 A.幅频特性的斜率 B.最小幅值 C.相位变化率 D.穿越频率 3. 通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为（ ） A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件 4. ω从0变化到+∞时，延迟环节频率特性极坐标图为（ ） A.圆 B.半圆 C.椭圆 D.双曲线 5. 当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时，电 动机可看作一个（ ） A.比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D.惯性环节 6. 若系统的开环传 递函数为2) (5 10+s s ，则它的开环增益为（ ） A.1 B.2 C.5 D.10 7. 二阶系统的传递函数52 5)(2++= s s s G ，则该系统是（ ） A.临界阻尼系统 B.欠阻尼系统 C.过阻尼系统 D.零阻尼系统 8. 若保持二阶系统的ζ不变，提高ωn ，则可以（ ） A.提高上升时间和峰值时间 B.减少上升时间和峰值时间 C.提高上升时间和调整时间 D.减少上升时间和超调量 9. 一阶微分环节Ts s G +=1)(，当频率T 1=ω时，则相频特性)(ωj G ∠为（ ） A.45° B.-45° C.90° D.-90° 10.最小相位系统的开环增益越大，其（ ） A.振荡次数越多 B.稳定裕量越大 C.相位变化越小 D.稳态误差越小 11.设系统的特征方程为()0516178234=++++=s s s s s D ，则此系统 （ ） A.稳定 B.临界稳定 C.不稳定 D.稳定性不确定。 12.某单位反馈系统的开环传递函数为：()) 5)(1(++=s s s k s G ，当k =（ ）时，闭环系统临界稳定。 A.10 B.20 C.30 D.40 13.设系统的特征方程为()025103234=++++=s s s s s D ，则此系统中包含正实部特征的个数 有（ ） A.0 B.1 C.2 D.3 14.单位反馈系统开环传递函数为()s s s s G ++=652，当输入为单位阶跃时，则其位置误差

(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()d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+ （2）()2()y t u t =+ （3）()()2()4()dy t du t t y t u t dt dt +=+ （4）() 2()()sin dy t y t u t t dt ω+= （5）22 ()() ()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++= （6）2() ()2() dy t y t u t dt +=

自动控制原理课后习题答案第二章

第二章 2-3试证明图2-5( a )的电网络与(b)的机械系统有相同的数学模型。 分析首先需要对两个不同的系统分别求解各自的微分表达式，然后两者进行对比，找岀两者之 间系数的对应关系。对于电网络，在求微分方程时，关键就是将元件利用复阻抗表示，然后利用电压、电阻和电流之间的关系推导系统的传递函数，然后变换成微分方程的形式，对于机械系统，关键就是系统的力学分析，然后利用牛顿定律列岀系统的方程，最后联立求微分方程。 证明：(a)根据复阻抗概念可得： 即取A、B两点进行受力分析，可得： 整理可得： 经比较可以看岀，电网络( a)和机械系统(b)两者参数的相似关系为 2-5 设初始条件均为零，试用拉氏变换法求解下列微分方程式，并概略绘制x(t)曲线，指岀各方程式的模态。 (1) (2 ) 2-7由运算放大器组成的控制系统模拟电路如图2-6所示，试求闭环传递函数U c ( s )/U r ( s)。 图2-6 控制系统模拟电路 解：由图可得 联立上式消去中间变量U1和U2,可得： 2-8某位置随动系统原理方块图如图2-7所示。已知电位器最大工作角度，功率放大级放

大系数为K3,要求：

(1) 分别求岀电位器传递系数 K 0、第一级和第二级放大器的比例系数 K 1和K 2； (2) 画岀系统结构图； (3) 简化结构图，求系统传递函数。 图2-7 位置随动系统原理图 (2)假设电动机时间常数为 Tm 忽略电枢电感的影响，可得直流电动机的传递函数为 式中Km 为电动机的传递系数，单位为。 又设测速发电机的斜率为，则其传递函数为 由此可画岀系统的结构图如下： (3)简化后可得系统的传递函数为 2-9若某系统在阶跃输入 r(t)=1(t) 时，零初始条件下的输岀 响应，试求系统的传递函数 和脉冲响应。 分析：利用拉普拉斯变换将输入和输出的时间域表示变成频域表示， 进而求解出系统的传递函数， 然后对传递函数进行反变换求岀系统的脉冲响应函数。 解：(1)，则系统的传递函数 (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) 分析：分别假定 R(s)=o 和N(s)=O ，画出各自的结构图，然后对系统结构图进行等效变换, 将其化成最简单的形式，从而求解系统的传递函数。 解：(a )令N (s )= 0,简化结构图如图所示： 可求出： 分析：利用机械原理和放大器原理求解放大系数, 构图，求岀系统的传递函数。 解：(1) 然后求解电动机的传递函数， 从而画岀系统结

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自动控制原理试题库含 答案 集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#

一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为 ()G s ，则G(s)为G1(s)+G2(s)（用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率 n ω 阻尼比=ξ，0.7072 = 该系统的特征方程为2220s s ++= ， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s + ++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传 递函数为(1) (1)K s s Ts τ++。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1 ()[()()]p u t K e t e t dt T =+ ?， 其相应的传递函数为 1 [1] p K Ts + ，由于积分环节的引入，可以改善系统的稳态性能。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。

2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换之比。 5、设系统的开环传递函数为 2(1)(1) K s s Ts τ++ 为arctan 180arctan T τωω--。 6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率 c ω对应时域性能指标调整时间s t ，它们反映了系统动态过程的。 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和准确性。 2、控制系统的输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值称为传递函数。一阶系统传函标准形式是1 ()1 G s Ts = +，二阶系统传函标准形式是22 2 ()2n n n G s s s ωζωω=++。 3、在经典控制理论中，可采用劳斯判据、根轨迹法或奈奎斯特判据等方法判断线性控制系统稳定性。 4、控制系统的数学模型，取决于系统结构和参数, 与外作用及初始条件无关。

自动控制原理 课后习题答案

第1章控制系统概述 【课后自测】 1-1 试列举几个日常生活中的开环控制与闭环控制系统,说明它们的工作原理并比较开环控制与闭环控制的优缺点。 解:开环控制——半自动、全自动洗衣机的洗衣过程。 工作原理:被控制量为衣服的干净度。洗衣人先观察衣服的脏污程度,根据自己的经验,设定洗涤、漂洗时间,洗衣机按照设定程序完成洗涤漂洗任务。系统输出量(即衣服的干净度)的信息没有通过任何装置反馈到输入端,对系统的控制不起作用,因此为开环控制。 闭环控制——卫生间蓄水箱的蓄水量控制系统与空调、冰箱的温度控制系统。 工作原理:以卫生间蓄水箱蓄水量控制为例,系统的被控制量(输出量)为蓄水箱水位(反应蓄水量)。水位由浮子测量,并通过杠杆作用于供水阀门(即反馈至输入端),控制供水量,形成闭环控制。当水位达到蓄水量上限高度时,阀门全关(按要求事先设计好杠杆比例),系统处于平衡状态。一旦用水,水位降低,浮子随之下沉,通过杠杆打开供水阀门,下沉越深,阀门开度越大,供水量越大,直到水位升至蓄水量上限高度,阀门全关,系统再次处于平衡状态。 1-2 自动控制系统通常有哪些环节组成？各个环节分别的作用就是什么？ 解:自动控制系统包括被控对象、给定元件、检测反馈元件、比较元件、放大元件与执行元件。各个基本单元的功能如下: (1)被控对象—又称受控对象或对象,指在控制过程中受到操纵控制的机器设备或过程。 (2)给定元件—可以设置系统控制指令的装置,可用于给出与期望输出量相对应的系统输入量。 (3)检测反馈元件—测量被控量的实际值并将其转换为与输入信号同类的物理量,再反馈到系统输入端作比较,一般为各类传感器。 (4)比较元件—把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的给定值进行比较,分析计算并产生反应两者差值的偏差信号。常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置与电桥等。 (5)放大元件—当比较元件产生的偏差信号比较微弱不足以驱动执行元件动作时,可通过放大元件将微弱信号作线性放大。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与功率放大级加以放大。 (6)执行元件—用于驱动被控对象,达到改变被控量的目的。用来作为执行元件的有阀、电动机、液压马达等。 (7)校正元件:又称补偿元件,它就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,以改善控制系统的动态性能与稳态性能。 1-3 试阐述对自动控制系统的基本要求。 解:自动控制系统的基本要求概括来讲,就就是要求系统具有稳定性、准确性与快速性。 稳定性就是对系统最基本的要求,不稳定的系统就是无法正常工作的,不能实现预定控制

自动控制原理试题库

课程名称: 自动控制原理（A/B 卷闭卷） 试题二 一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按的前馈复合控制和按的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为（用G 1(s)与G 2(s)表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω， 阻尼比=ξ， 该系统的特征方程为， 该系统的单位阶跃响应曲线为。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为。 6、根轨迹起始于，终止于。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是， 其相应的传递函数为，由于积分环节的引入，可以改善系统的性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( )

A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( ) A 、 型别2

自动控制原理习题及答案

世界由运动的物质构成。物质有丰富的、多层次的内部结构和相互作用。研究不同层次上物质的结构、物质间的相互作用和在相互作用下产生的运动形态和运动规律，始终是基础科学无止境的追求。在科学技术近现代史上，科学技术迅速发展。 （1）科学方面的发展 从15 世纪起, 欧洲首先从中世纪进入近代, 科学的发展逐步实现了革命性的突破, 并在20 世纪成为一种具有世界性特色的全球文化。 在这一发展过程中, 天文学的主要成就是日心说、行星运动定律、万有引力定律、对太阳系的进一步认识、对银河系的初步认识、对太阳发光发热机理的解释、关于恒星和太阳系乃至宇宙演化的假说、射电天文学等。在地学方面从考察岩石的成因开始, 产生了大陆漂移、海底扩张的学说, 直到建立了关于地壳结构的板块构造理论。在力学方面从自由落体定律和牛顿运动三定律开始, 产生了理论力学、流体力学、材料力学等分支学科, 并且还产生了给力学带来革命的相对论力学。物理学方面探究了热的本质, 发现了热力学的三个定律; 研究了电磁现象, 发现了电和磁相互转化的关系, 并探讨了光的特性和本质。 由于对热辐射和光电效应的研究导致了量子说的提出, 并最终建立了量子力学。另外,对电子和放射性的研究导致了原子核物理学乃至基本粒子物理学的产生。近代以来化学研究方面提出了元素的概念, 认识了燃烧现象, 并用原子-分子学说解释了化学现

象, 发现了元素周期律和元素的放射性衰变, 有机化学和量子化学得到了发展和应用。生物学在个体研究方面从认识人体结构开始, 发现了血液循环、细胞, 进而发现了基因、染色体和生物大分子, 认识了核酸的结构, 发现了遗传密码, 并开始了对脑的研究。可以说, 近现代科学的发展是一个不断接近真理的过程, 这个过程在增加人类关于自然的知识的同时也揭示了科学与人本身的相对关系,否定着人类在科学探索过程中形成的某些观念,也否定着人类认识自然界终极真理的可能性, 表明探索自然之谜的科学前进的结果便是面对新的自然之谜。正是由于科学发展过程中这种始终面对新的自然之谜的境况, 才使人类的智慧受到了不断的挑战。 （2）技术方面的发展 18 世纪30 年代之后, 首先在英国发生了以机器生产为特征的工业革命, 热能被通过蒸汽机应用到机器工业之中。 19 世纪以来,随着以机器生产为标志的工业革命浪潮先后在欧洲大陆、北美乃至全世界的扩展, 世界性的贸易市场、铁路和轮船航运逐渐打破了世界各地区之间在经济、技术和文化等方面的相对隔绝状况, 电力作为一种崭新的二次能源被广泛应用到工业之中。 20世纪以来, 航空技术, 航天技术得到了飞速发展;雷达、电视、卫星和其它通讯技术将全球变成了所谓“地球村”；电子计算机及其网络技术正在改变着人类智力劳动和联系的方式; 核技术在发电、尤其是在军事方面的应用，使人类不得不重