第一章 控制系統(tǒng)導(dǎo)論.doc

第一章 控制系統(tǒng)導(dǎo)論一、填空1、 對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制的性能要求可以概括為三個(gè)方面： 、 、 。2、 “經(jīng)典控制理論”的內(nèi)容是以 為基礎(chǔ)的。3、 根據(jù)采用的信號(hào)處理技術(shù)的不同，控制系統(tǒng)分為模擬控制系統(tǒng)和 。4、反饋控制又稱偏差控制，其控制作用是通過 與反饋量的差值進(jìn)行的。5、復(fù)合控制有兩種基本形式：即按 的前饋復(fù)合控制和按 的前饋復(fù)合控制。6、在水箱水溫控制系統(tǒng)中，受控對(duì)象為 ，被控量為 。7、自動(dòng)控制系統(tǒng)有兩種基本控制方式，當(dāng)控制裝置與受控對(duì)象之間只有順向作用而無反向聯(lián)系時(shí)，稱為 ；當(dāng)控制裝置與受控對(duì)象之間不但有順向作用而且還有反向聯(lián)系時(shí)，稱為 ；含有測(cè)速發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)，屬于 。8、火炮跟蹤系統(tǒng)是一種 控制系統(tǒng)，一般對(duì)系統(tǒng)的 指標(biāo)要求較高。9、按控制方式分類，制動(dòng)控制系統(tǒng)分為 、 和 。10、就歷史發(fā)展而言，自動(dòng)控制理論可分為以 為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論和以 為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論。二、選擇題1、 通過測(cè)量輸出量，產(chǎn)生一個(gè)與輸出信號(hào)存在確定函數(shù)比例關(guān)系值的元件稱為（C ）A.比較元件 B.給定元件 C.反饋元件 D.放大元件2、當(dāng)忽略電動(dòng)機(jī)的電樞電感后，以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為輸出變量，電樞電壓為輸入變量時(shí)，電動(dòng)機(jī)可看作一個(gè)（B ）A.比例環(huán)節(jié) B.微分環(huán)節(jié) C.積分環(huán)節(jié) D.慣性環(huán)節(jié)3、與開環(huán)控制系統(tǒng)相比較，閉環(huán)控制系統(tǒng)通常對(duì)（B ）進(jìn)行直接或間接地測(cè)量，通過反饋環(huán)節(jié)去影響控制信號(hào)。 A.輸出量 B.輸入量 C.擾動(dòng)量 D.設(shè)定量4、主要用于產(chǎn)生輸入信號(hào)的元件稱為（B ） A.比較元件 B.給定元件 C.反饋元件 D.放大元件5、如果被調(diào)量隨著給定量的變化而變化，這種控制系統(tǒng)叫（B ）A.恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng) B.隨動(dòng)系統(tǒng) C.連續(xù)控制系統(tǒng) D.數(shù)字控制系統(tǒng)6、與開環(huán)控制系統(tǒng)相比較，閉環(huán)控制系統(tǒng)通常對(duì)（B ）進(jìn)行直接或間接地測(cè)量，通過反饋環(huán)節(jié)去影響控制信號(hào)。A.輸出量 B.輸入量 C.擾動(dòng)量 D.設(shè)定量7、直接對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行操作的元件稱為（D ）A.給定元件 B.放大元件 C.比較元件 D.執(zhí)行元件8、開環(huán)控制系統(tǒng)的的特征是沒有（C ）A.執(zhí)行環(huán)節(jié) B.給定環(huán)節(jié)C.反饋環(huán)節(jié) D.放大環(huán)節(jié)9、主要用來產(chǎn)生偏差的元件稱為（A ）A.比較元件 B.給定元件 C.反饋元件 D.放大元件10、隨動(dòng)系統(tǒng)對(duì)（A ）要求較高。A.快速性 B.穩(wěn)定性 C.準(zhǔn)確性 D.振蕩次數(shù)11、“現(xiàn)代控制理論”的主要內(nèi)容是以（B ）為基礎(chǔ)，研究多輸入、多輸出等控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題。A.傳遞函數(shù)模型 B.狀態(tài)空間模型 C.復(fù)變函數(shù)模型 D.線性空間模型12、 主要用于穩(wěn)定控制系統(tǒng)，提高性能的元件稱為（D ）A.比較元件 B.給定元件 C.反饋元件 D.校正元件13、系統(tǒng)已給出，確定輸入，使輸出盡可能符合給定的最佳要求，稱為（D ）A.系統(tǒng)辨識(shí) B.系統(tǒng)分析 C.最優(yōu)設(shè)計(jì) D.最優(yōu)控制14、系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是指（C ）的數(shù)學(xué)表達(dá)式。A.輸入信號(hào) B.輸出信號(hào) C.系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 D.系統(tǒng)的特征方程15、 對(duì)于代表兩個(gè)或兩個(gè)以上輸入信號(hào)進(jìn)行（C ）的元件又稱比較器。A.微分 B.相乘 C.加減 D.相除16、采用負(fù)反饋形式連接后，則 (D ) A、一定能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定； B、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能一定會(huì)提高； C、一定能使干擾引起的誤差逐漸減小，最后完全消除； D、需要調(diào)整系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，才能改善系統(tǒng)性能。三、計(jì)算題1、 電冰箱制冷原理圖如圖1所示，簡(jiǎn)述系統(tǒng)工作原理，指出被控對(duì)象，被控量和給定量，并畫出系統(tǒng)方框圖。圖1電冰箱制冷系統(tǒng)原理圖2、圖2為液位控制系統(tǒng)的示意圖，試說明其工作原理并繪制系統(tǒng)的方框圖。圖2液位控制系統(tǒng)示意圖3、圖3所示為一液面控制系統(tǒng)。圖中K為放大器的放大倍數(shù)，SM為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。試分析該系統(tǒng)的工作原理，在系統(tǒng)中找出參考輸入、干擾量、控制器及被控對(duì)象，并畫出系統(tǒng)的方塊圖。圖3液面控制系統(tǒng)原理圖4、圖4所示為一液面控制系統(tǒng)，試說明它的工作原理。圖4 液面控制系統(tǒng)原理圖答案一、填空題1、 快速性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性2、 傳遞函數(shù)3、 數(shù)字控制系統(tǒng)4、給定值5、輸入；擾動(dòng)；6、水箱；水溫7、開環(huán)控制系統(tǒng)；閉環(huán)控制系統(tǒng)；閉環(huán)控制系統(tǒng)8、 隨動(dòng)、快速性9、 開環(huán)控制、反饋控制、復(fù)合控制10、傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間二、選擇題1、C 2、B 3、B 4、B 5、B 6、B 7、D 8、C 9、A 10、A 11、B 12、D 13、D 14、C 15、C 16、D3、 計(jì)算題1、解：被控對(duì)象是看得見的實(shí)體，圖1電冰箱制冷系統(tǒng)原理圖不能與物理量相混淆。被控制量則是被控對(duì)象中表征被控制對(duì)象工作狀態(tài)的物理量。確定控制對(duì)象要看控制的目的與任務(wù)?？刂频娜蝿?wù)是保持冰箱內(nèi)的溫度Tc等于設(shè)定的溫度Tr。冰箱的箱體是被控對(duì)象，箱內(nèi)溫度是被控量。由控制器旋鈕設(shè)定出電位器輸出電壓（與希望溫度Tr值對(duì)應(yīng)）是給定量。溫度控制器中的雙金屬溫度傳感器（測(cè)量元件）感受冰箱內(nèi)的溫度，并把它轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，與控制器旋鈕設(shè)定出電位器（給定元件）輸出電壓（對(duì)應(yīng)于與希望溫度Tr）相比較，利用偏差電壓（表征實(shí)際溫度和希望溫度的偏差）控制繼電器。當(dāng)大到一定的值時(shí)，繼電器接通壓縮機(jī)起動(dòng)將蒸發(fā)器中的高溫低壓氣態(tài)制冷液送到冷卻器散熱。降溫后流出的低溫低壓冷卻液被壓縮成低溫高壓液態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器急速降壓擴(kuò)散成氣體，吸收箱體內(nèi)的熱量，使箱體內(nèi)溫度降低，而高溫低壓制冷劑又被吸入冷卻器。如此循環(huán)，使冰箱達(dá)到制冷效果。繼電器，壓縮機(jī)，蒸發(fā)器和冷卻器組成系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成降溫功能。冰箱制冷系統(tǒng)方框圖如圖1-1所示。圖1-1 冰箱制冷系統(tǒng)方框圖圖2液位控制系統(tǒng)示意圖2、說明 液位控制系統(tǒng)是一典型的過程控制系統(tǒng)?？刂频娜蝿?wù)是：在各種擾動(dòng)的作用下盡可能保持液面高度在期望的位置上。故它屬于恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)?，F(xiàn)以水位控制系統(tǒng)為例分析如下。解 分析圖1-3可以看到：被控量為水位高度h（而不是水流量Q2或進(jìn)水流量Q1）；受控對(duì)象為水箱；使水位發(fā)生變化的主要原因是用水流量Q2，故它為系統(tǒng)的負(fù)載擾動(dòng)；而進(jìn)水流量Q1是用以補(bǔ)償用水流量的改變，使水箱的水位保持在期望的位置上的控制作用；控制進(jìn)水流量的使由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的閥門V1，故電動(dòng)機(jī)-減速器-閥門V1一起構(gòu)成系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；而電動(dòng)機(jī)的供電電壓ud取決于電位器動(dòng)觸點(diǎn)與接零點(diǎn)之間的電位差，若記接零點(diǎn)與電位參考點(diǎn)之間的電壓為ug，則它便是系統(tǒng)的給定信號(hào)，記動(dòng)觸點(diǎn)與電位參考點(diǎn)之間的電壓為uf，而ud=ug-uf，故uf為負(fù)反饋信號(hào)。于是可繪制系統(tǒng)方框圖，如圖2-1所示。圖2-1 液位控制系統(tǒng)方塊圖Q2Q1系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程如下：調(diào)整系統(tǒng)和進(jìn)水閥V1的開度使系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，這時(shí)進(jìn)水流量Q1和額定的用水流量Q2保持動(dòng)態(tài)平衡，液面的高度恰好在期望的位置上，而與浮子杠桿相聯(lián)接的電位器動(dòng)觸頭正好在電位器中點(diǎn)（即接零點(diǎn)）上，從而ud0電動(dòng)機(jī)停止不動(dòng)；當(dāng)用水流量發(fā)生變化時(shí)，比如用水流量增大使得液面下降，于是浮子也跟著下降，通過杠桿作用帶動(dòng)電位器的動(dòng)觸點(diǎn)往上移，從而給電動(dòng)機(jī)電樞提供一定的電壓，設(shè)其極性為正的(即ud0),于是電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，通過減速器驅(qū)動(dòng)閥門V1增大其開度。3、 解：液面為設(shè)定高度時(shí)，浮子的位置使電位器活動(dòng)端的電位為零，電機(jī)電壓為零，電機(jī)不轉(zhuǎn)閥門開度保持不變，液面高度保持不變。當(dāng)液面高度高于設(shè)定值時(shí)，浮子上升使電位器活動(dòng)端電位為正，電機(jī)電壓為正，電機(jī)正傳使閥門開度減小，使流入量M2減少，液面下降，趨于設(shè)定值。反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)，閥門開度增大，流入量增加，液面也趨于設(shè)定值。參考輸入是電位器中點(diǎn)電壓，是零。干擾量包括出水量，進(jìn)水管水壓的波動(dòng)等。被控量是液面高度?？刂?