自動控制原理作業(yè)

1、自動控制原理作業(yè)1、解 ：當合上開門開關(guān)時，電橋會測量出開門位置與大門實際位置間對應(yīng)的偏差電壓，偏差電壓經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動伺服電動機帶動絞盤轉(zhuǎn)動，將大門向上提起。與此同時，和大門連在一起的電刷也向上移動，直到橋式測量電路達到平衡，電動機停止轉(zhuǎn)動，大門達到開啟位置。反之，當合上關(guān)門開關(guān)時，電動機帶動絞盤使大門關(guān)閉，從而可以實現(xiàn)大門遠距離開閉自動控制。系統(tǒng)方框圖如下圖所示。2、 解：加熱爐采用電加熱方式運行，加熱器所產(chǎn)生的熱量與調(diào)壓器電壓的平方成正比，增高，爐溫就上升，的高低由調(diào)壓器滑動觸點的位置所控制，該觸點由可逆轉(zhuǎn)的直流電動機驅(qū)動。爐子的實際溫度用熱電偶測量，輸出電壓。作為系統(tǒng)的反饋電壓與給

2、定電壓進行比較，得出偏差電壓，經(jīng)電壓放大器、功率放大器放大成后，作為控制電動機的電樞電壓。 在正常情況下，爐溫等于某個期望值°C，熱電偶的輸出電壓正好等于給定電壓。此時，故，可逆電動機不轉(zhuǎn)動，調(diào)壓器的滑動觸點停留在某個合適的位置上，使保持一定的數(shù)值。這時，爐子散失的熱量正好等于從加熱器吸取的熱量，形成穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài)，溫度保持恒定。 當爐膛溫度°C由于某種原因突然下降(例如爐門打開造成的熱量流失)，則出現(xiàn)以下的控制過程：控制的結(jié)果是使爐膛溫度回升，直至°C的實際值等于期望值為止。 CC 系統(tǒng)中，加熱爐是被控對象，爐溫是被控量，給定量是由給定電位器設(shè)定的電壓（表征爐

3、溫的希望值）。系統(tǒng)方框圖為： 3、解 在本系統(tǒng)中，蒸汽機是被控對象，蒸汽機的轉(zhuǎn)速是被控量，給定量是設(shè)定的蒸汽機希望轉(zhuǎn)速。離心調(diào)速器感受轉(zhuǎn)速大小并轉(zhuǎn)換成套筒的位移量，經(jīng)杠桿傳調(diào)節(jié)供汽閥門，控制蒸汽機的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)方框圖如圖所示。 4、解：系統(tǒng)在運行過程中，不論負載如何變化，要求發(fā)電機能夠提供由給定電位器設(shè)定的規(guī)定電壓值。在負載恒定，發(fā)電機輸出規(guī)定電壓的情況下，偏差電壓，放大器輸出為零，電動機不動，勵磁電位器的滑臂保持在原來的位置上，發(fā)電機的勵磁電流不變，發(fā)電機在原動機帶動下維持恒定的輸出電壓。當負載增加使發(fā)電機輸出電壓低于規(guī)定電壓時，輸出電壓在反饋口與給定電壓經(jīng)比較后所得的

4、偏差電壓，放大器輸出電壓便驅(qū)動電動機帶動勵磁電位器的滑臂順時針旋轉(zhuǎn)，使勵磁電流增加，發(fā)電機輸出電壓上升。直到達到規(guī)定電壓時，電動機停止轉(zhuǎn)動，發(fā)電機在新的平衡狀態(tài)下運行，輸出滿足要求的電壓。系統(tǒng)中，發(fā)電機是被控對象，發(fā)電機的輸出電壓是被控量，給定量是給定電位器設(shè)定的電壓。系統(tǒng)方框圖如下圖所示。5、下圖為函數(shù)記錄儀解：函數(shù)記錄儀由衰減器、測量元件、放大元件、伺服電動機-測速機組、齒輪系及繩輪等組成，其工作原理如上圖所示。系統(tǒng)的輸入（給定量）是待記錄電壓，被控對象是記錄筆，筆的位移是被控量。系統(tǒng)的任務(wù)是控制記錄筆位移，在紙上描繪出待記錄的電壓曲線。函數(shù)記錄儀的測量元件是由電位器和組成的橋式測量電路，

5、記錄筆就固定在電位器的滑臂上，因此，測量電路的輸出電壓與記錄筆位移成正比。當有慢變的輸入電壓時，在放大元件輸入口得到偏差電壓，經(jīng)放大后驅(qū)動伺服電動機，并通過齒輪減速器及繩輪帶動記錄筆移動，同時使偏差電壓減小。當偏差電壓時，電動機停止轉(zhuǎn)動，記錄筆也靜止不動。此時，表明記錄筆位移與輸入電壓相對應(yīng)。如果輸入電壓隨時間連續(xù)變化，記錄筆便描繪出相應(yīng)的電壓曲線。函數(shù)記錄儀方框圖見下圖。其中，測速發(fā)電機是校正元件，它測量電動機轉(zhuǎn)速并進行反饋，用以增加阻尼，改善系統(tǒng)性能。6、 解：采用自整角機作為角度測量元件的火炮方位角控制系統(tǒng)。圖中的自整角機工作在變壓器狀態(tài)，自整角發(fā)送機BD的轉(zhuǎn)子與輸入軸聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)子繞組通入

6、單相交流電；自整角接收機BS的轉(zhuǎn)子則與輸出軸(炮架的方位角軸)相連接。當轉(zhuǎn)動瞄準具輸入一個角度的瞬間，由于火炮方位角，會出現(xiàn)角位置偏差。這時，自整角接收機BS的轉(zhuǎn)子輸出一個相應(yīng)的交流調(diào)制信號電壓，其幅值與的大小成正比，相位則取決于的極性。當偏差角>0時，交流調(diào)制信號呈正相位；當<0時，交流調(diào)制信號呈反相位。該調(diào)制信號經(jīng)相敏整流器解調(diào)后，變成一個與的大小和極性對應(yīng)的直流電壓，經(jīng)校正裝置、放大器處理后成為。驅(qū)動電動機帶動炮架轉(zhuǎn)動，同時帶動自整角接收機的轉(zhuǎn)子將火炮方位角反饋到輸入端。顯然，電動機的旋轉(zhuǎn)方向必須是朝著減小或消除偏差角的方向轉(zhuǎn)動，直到為止。這樣，火炮就指向了手柄給定的方位角上

7、。在該系統(tǒng)中，火炮是被控對象，火炮方位角是被控量，給定量是由手柄給定的方位角。系統(tǒng)方框圖如下圖所示。7、試用梅遜公式法化簡下面動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，求如圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。解：圖中不再有回路，故D1=1=8、試用梅遜公式法求如圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。-11sC21sC11R21RC(s)R(s)9、方框圖如圖所示，用梅遜公式化簡方框圖求。10、已知系統(tǒng)方程組如下： 試繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求閉環(huán)傳遞函數(shù)。11、系統(tǒng)的微分方程如下： 式中、為常數(shù)，為指令，、為干擾，為被控量。試建立系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并分別求傳遞函數(shù)、。12、求如圖所示方框圖的傳遞函數(shù)和。13、某控制系統(tǒng)的方框圖如圖所示，試求(1)該系統(tǒng)的開環(huán)

8、傳函、閉環(huán)傳函和誤差傳函。 (2)若保證阻尼比=0.7和響應(yīng)單位斜坡函數(shù)的穩(wěn)態(tài)誤差為=0.25,求系統(tǒng)參數(shù)K、。14. 控制系統(tǒng)方塊圖如圖所示：（1）當=0時，求系統(tǒng)的阻尼比，無阻尼自振頻率和單位斜坡函數(shù)輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差；（2）當=0.7時，試確定系統(tǒng)中的值和單位斜坡函數(shù)輸入時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。15. 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 若要求閉環(huán)特征方程的根的實部均小于-1，問K值應(yīng)取在什么范圍？16、典型二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖二所示，試確定系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。 17、單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（1）試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)增益、阻尼比的范圍。（2）若，并保證系統(tǒng)的極點全部位于的左側(cè)，試

9、確定此時的開環(huán)增益的范圍。18、已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示：（1）當、時，試確定系統(tǒng)的阻尼比、固有頻率和單位斜坡輸入時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。（2）若使，單位斜坡輸入下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，試確定系統(tǒng)中的值，此時放大系數(shù)應(yīng)為何值。19、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，要求系統(tǒng)響應(yīng)單位勻速信號的穩(wěn)態(tài)誤差及相角裕度，試確定串聯(lián)遲后校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。20、已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為=試設(shè)計串聯(lián)校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的相角裕度不小于，剪切頻率不低于50。21、設(shè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示： - -（1）分析說明內(nèi)反饋的存在對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。（2）計算靜態(tài)位置誤差系數(shù)、靜態(tài)速度誤差系數(shù)和靜態(tài)加速度誤差系數(shù)，并說明內(nèi)反

10、饋的存在對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響。22、單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線如圖所示，采用串聯(lián)校正，校正裝置的傳遞函數(shù) 開環(huán)對數(shù)幅頻特性曲線（1）寫出校正前系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；（2）在上圖中繪制校正后系統(tǒng)的對數(shù)幅頻特性曲線；（3）求校正后系統(tǒng)的截止頻率和相角裕度。23、某系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖所示，其中虛線表示校正前的，實線表示校正后的。要求:（1）確定所用的是何種串聯(lián)校正方式，寫出校正裝置的傳遞函數(shù)；（2）確定使校正后系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)增益范圍；（3）當開環(huán)增益時，求校正后系統(tǒng)的相角裕度和幅值裕度。24、已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，采樣周期。求系統(tǒng)穩(wěn)定時的取值范圍。 - 25、離散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，采樣

11、周期。（1）寫出系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)；（2）確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍；26、試求的z變換。27、已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為=試設(shè)計串聯(lián)校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的相角裕度不小于，剪切頻率不低于50。28、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，要求系統(tǒng)響應(yīng)單位勻速信號的穩(wěn)態(tài)誤差及相角裕度，試確定串聯(lián)遲后校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。29、系統(tǒng)不可變部分的傳遞函數(shù)為：要求滿足性能指標：（1） 系統(tǒng)型別（2） 開環(huán)增益（3） 剪切頻率（4） 相角裕度 試確定合適的校正環(huán)節(jié)30、某最小相角系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如下圖所示。要求:1、寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)；2、利用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3、將其對數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻程

12、，試討論對系統(tǒng)性能的影響。31、一單位負反饋系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻漸進線如圖所示，要求：（1）寫出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；（2）判定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（3）如果輸入信號時，求系統(tǒng)在輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。 -20 -40 -20 0.1 0.2 1 4 -4032、已知最小相位系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)Bode圖的對數(shù)幅頻特性如圖所示，試求該系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)。 -40 0 -20 (1/s) -4033、已知最小相位系統(tǒng)Bode圖的漸近幅頻特性如圖所示，求該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。 34、某系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和Nyquist圖如圖(a)和(b)所示，圖中 試判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性，并決定閉環(huán)特征方程正實部根的個數(shù)。 35、

13、設(shè)某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為=試繪制該系統(tǒng)的Bode圖，并確定剪切頻率的值。36、已知最小相位系統(tǒng)Bode圖的漸近幅頻特性如下圖所示，求該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。37、已知最小相位開環(huán)系統(tǒng)的漸進對數(shù)幅頻特性曲線如圖3所示，試：（1）求取系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)（2）利用穩(wěn)定裕度判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性38、已知最小相位系統(tǒng)Bode圖如圖3所示 ，試求系統(tǒng)傳遞函數(shù)。39、已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試用根軌跡法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確定若系統(tǒng)穩(wěn)定的取值范圍。40、單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試繪制系統(tǒng)根軌跡，并確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍。41、單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 （1）繪制時的系統(tǒng)根軌跡（確定漸近線，分離點，與虛軸交點）；（2）確定使系統(tǒng)滿足的開環(huán)增益的取值范圍；（3）定性分析在范圍內(nèi)，增大時，以及作用下的變化趨勢（增加/減小/不變）。42、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為試繪制閉環(huán)系統(tǒng)的概略根軌跡；并確定系統(tǒng)穩(wěn)定時的取值范圍。43