自动控制原理作业答案1-7(考试重点).docx

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T°C,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。
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。
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2—57所示,其中xi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:①图(a):由牛顿第二运动定律,在不计重力时,可得
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。
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)

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:
第三章
3-3已知二阶系统的单位阶跃响应为h(t) =10 −− sin( + )
试求系统的超调量σ%、峰值时间tp和调节时间ts。
解:

或:先根据c(t)求出系统传函,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K1和Kt,使系统ωn=6、ζ=1。



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。
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平面根的个数及纯虚根。
解:=0
列劳思表:S5 1 12 32
S4 3 24 48
S3 0
S2 48
S 0 辅助方程,
S 24 辅助方程求导:
S0 48
系统没有正根。对辅助方程求解,得到系统一对虚根。
列劳思表:
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