2022年自动控制原理作业答案-演示教学 .pdf

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1、此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用红色为重点（ 2016 年考题）第一章1-2 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，电动机反转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。系统方框图如下图所示。1-4 题 1-4 图为水温控制系统示意图。冷水在热交换

2、器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？解 工作原理： 温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心

3、整理 - - - - - - - 第 1 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。其中， 热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定量 （希望温度） 在控制器中设定；冷水流量是干扰量。系统方块图如下图所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。1-5 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、被控量及各部件的作用，画出系统方框图。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Uc 的平方成正比，Uc 增高，炉温就上升，Uc的高低由

4、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 Uf。Uf 作为系统的反馈电压与给定电压Ur 进行比较，得出偏差电压Ue，经电压放大器、功率放大器放大成au 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TC，热电偶的输出电压Uf 正好等于给定电压Ur。此时， Ue=Ur-Uf=0，故 U1=Ua=0，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Uc 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TC 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失

5、)，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TC的实际值等于期望值为止。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ru（表征炉温的希望值） 。系统方框图见下图。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用注意 :方框图中被控对象和被控量放在最右边,检测的是被控量,非被控对象 .第二章2-2 设机械系统如图257 所示，其中 xi

6、为输入位移， xo为输出位移。 试分别列写各系统的微分方程式及传递函数。解：图 (a)：由牛顿第二运动定律，在不计重力时，可得名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用2-6 若某系统在阶跃输入r(t)=1(t) 时，零初始条件下的输出响应c(t)=1-e-2t+e-t，试求系统的传递函数和脉冲响应。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

7、 - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用2-8 在图 2-60 中，已知G(s)和 H(s)两方框相对应的微分方程分别是且初始条件均为零，试求传递函数及C(s)/R(s)及 E(s)/R(s)。2-9 求图 2-53 所示有源网络的传递函数Uo(s)/Ui(s)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 2

8、0 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用2-11 已知控制系统结构图如图2-55 所示。试通过结构图等效变换求系统传递函数C(s)/R(s)。解：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整

9、理 - - - - - - - 第 7 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用第三章3-3 已知二阶系统的单位阶跃响应为h(t) =10 - 12.5e- 1.2t sin(1.6t + 53.1o )试求系统的超调量、峰值时间p 和调节时间 s。解：)1sin(111)(22tetcntnarccos21/%enpt21nst5.36.01.53coscos0%5 .9%2226. 01/6 .06 . 01/6. 01/eee)(96.16.112stnp)(92.22.15.35.3stns或：先根据c(t)求出系统传

10、函，再得到特征参数，带入公式求解指标。3-6 设图 3-46 是简化的飞行控制系统结构图，试选择参数K和 Kt，使系统 n、。分析：求出系统传递函数，如果可化为典型二阶环节形式，则可与标准二阶环节相对照，从而确定相应参数。解 对结构图进行化简如图所示。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用3-10 已知系统的特征方程，试判别系统的稳定性，并确定在右半s 平面根的个

11、数及纯虚根。（1）0483224123)(2345ssssssD解：483224123)(2345ssssssD=0 列劳思表 : S5 1 12 32S4 3 24 48 S3 3 122434323483160S2 42431641248S 12 164481200 辅助方程124802s,S 24 辅助方程求导：024sS0 48系统没有正根。对辅助方程求解，得到系统一对虚根sj122,。（2）0108-7-44-4s)(23456ssssssD列劳思表：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -

12、 - - - - - 第 9 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用系统不稳定。3-12 已知系统结构图如图所示。试用劳思稳定判据确定能使系统稳定反馈参数 的取值范围。解：系统的开环传递函数为：所以 0。3-13 已知单位反馈系统的开环传递函数: （1）G(s) = （3）100)+6s+(ss12s10=G(s)22）（名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 20 页 - - - - - -

13、 - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用试求输入分别为r(t) = 2t 和r(t) = 2 + 2t +t 2 时，系统的稳态误差。（1）因为是二阶系统，且系数大于零，所以系统稳定。0=G(s)s0slim=Ka0=sG(s)0slim=Kv20=G(s)0slim=pK 2，（3）应先检查系统的稳定性。0.1=G(s)s0slim=Ka=sG(s)0slim=Kv=G(s)0slim=Kp2，第四章4-2 已知开环零、极点分布如图4-28 所示，试概略绘出相应的闭环根轨迹图。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -

14、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用另附其他地方例题：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用4-3 设单位反馈控制系统开环传递函数如下，试概略绘出相应的闭环根轨迹图(要求确定分离点坐标d)。4-5 设单位反馈控制系

15、统的开环传递函数如下，要求：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用(1) 确定)10)(1(s*sssKG）（产生纯虚根的开环增益值。4-8 设反馈控制系统中1)(,)5)(2(s2*sHsssKG）（要求：（1） 概略绘出系统根轨迹图，并判断闭环系统的稳定性；（2） 如果改变反馈通路传递函数，使H(s)=1+2s ，试判断 H(s)改变后的系统稳定性，研究由于

16、H（s）改变所产生的效应。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用第五章5-2 若系统单位阶跃响应c(t)=1-1.8e-4t+0.8e-9t，试确定系统的频率特性。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 20 页 - - - -

17、- - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用5-8 绘制下列传递函数的对数幅频渐近特性曲线（1）)1s8)(1s2(2s)(G（2）)110)(1(200)(2ssssG（1）（2）5-17 根据题 5-8 所绘对数幅频特性渐进曲线，近似确定截止频率c，并由此确定相角裕度的近似值。5-9 已知最小相位系统的对数幅频渐近特性曲线如图所示，试确定系统的开环传递函数。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 20 页 - - - - - -

18、 - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用（右图中的10000100，1001）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用/( )10(21)()10(21)10(21)t TnT Tne te nT名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - -

19、 - - - 第 18 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用(2)系统的开环脉冲传递函数：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 20 页 - - - - - - - - - 此文档来源于网络，如有侵权请联系网站删除只供学习交流用1211211122.57( )(1) (1)(1)22.57(1)(1)(1)()1(1)22.57(1)()G zzZs szezzzzzeezze特征方程为：1( )0G z令11wzw并运用劳斯判据，可知系统不稳定。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 20 页 - - - - - - - - -