自動(dòng)控制原理答案要點(diǎn)

1、第一章習(xí)題答案1-1根據(jù)題1-1圖所示的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)工作原理圖(1)將a, b與c, d用線連接成負(fù)反饋狀態(tài);(2)畫出系統(tǒng)方框圖。測速 發(fā)電機(jī)題1-1圖速度控制系統(tǒng)原理圖1-2題1-2圖是倉庫大門自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖。試說明系統(tǒng)自動(dòng)控制大門開閉的工作原理，并畫出系統(tǒng)方框圖。1-3題1-3圖為工業(yè)爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理圖。分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量和給定量，畫出系統(tǒng)方框圖。題1-3圖爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖圖中電位器R、p2并1-4 題1-4圖是控制導(dǎo)彈發(fā)射架方位的電位器式隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖。聯(lián)后跨接到同一電源 E。的兩端，其滑臂分別與輸入軸和輸出軸相聯(lián)結(jié)，組成方位角的給定

2、元件和測量反饋元件。輸入軸由手輪操縱；輸出軸則由直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)采用電樞控制的方式工作。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出系統(tǒng)的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫出系統(tǒng)的方框圖。題1-4圖導(dǎo)彈發(fā)射架方位角控制系統(tǒng)原理圖題1-5圖蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)1-5采用離心調(diào)速器的蒸汽 機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如題 1-5圖所示。 其工作原理是：當(dāng)蒸汽機(jī)帶動(dòng)負(fù)載 轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，通過圓錐齒輪帶動(dòng)一 對(duì)飛錘作水平旋轉(zhuǎn)。飛錘通過較鏈 可帶動(dòng)套筒上下滑動(dòng)，套筒內(nèi)裝有 平衡彈簧，套筒上下滑動(dòng)時(shí)可撥動(dòng) 杠桿，杠桿另一端通過連桿調(diào)節(jié)供 汽閥門的開度。在蒸汽機(jī)正常運(yùn)行 時(shí)，飛錘旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與彈簧的反彈力相平衡，套筒保持某個(gè)高

3、度， 使閥門處于一個(gè)平衡位置。如果由于負(fù)載增大使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速與下降，則飛錘因離心力減小而使套筒向下滑動(dòng)，并通過杠桿增大供汽閥門的開度，從而使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速回升。同理，如果由于負(fù)載減小使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速8增加，則飛錘因離心力增加而使套筒上滑，并通過杠桿減小供汽閥門的開度，迫使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速回落。這樣,離心調(diào)速器就能自動(dòng)地抵制負(fù)載變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速切保持在某個(gè)期望值附近。指出系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫出系統(tǒng)的方框圖。1-6攝像機(jī)角位置自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)如題1-6圖所示。當(dāng)光點(diǎn)顯示器對(duì)準(zhǔn)某個(gè)方向時(shí)，攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)跟蹤并對(duì)準(zhǔn)這個(gè)方向。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量及給定量， 畫出系統(tǒng)方

4、框圖。接收機(jī) 自造用機(jī)發(fā)送機(jī)題1-6圖攝像機(jī)角位置隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖1-7題1-7圖(a), (b)所示的系統(tǒng)均為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。假設(shè)空載時(shí)兩系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端電壓 均為110V,試問帶上負(fù)載后，圖(a), (b)中哪個(gè)能保持110V不變，哪個(gè)電壓會(huì)低于110V,為什么？題1-7圖電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖1-8題1-8圖為水溫控制系統(tǒng)示意圖。冷水在熱交換器中由通入的蒸汽加熱，從而得到一定溫度的熱水。冷水流量變化用流量計(jì)測量。試?yán)L制系統(tǒng)方塊圖，并說明為了保持熱水溫度為期望值，系統(tǒng)是如何工作的？系統(tǒng)的被控對(duì)象和控制裝置各是什么？1-9許多機(jī)器，像車床、銃床和磨床，都配有跟隨器，用來復(fù)現(xiàn)模板的外形。題就是這樣一種

5、跟隨系統(tǒng)的原理圖。在此系統(tǒng)中，刀具能在原料上復(fù)制模板的外形。1-9圖試說明其工作原理，畫出系統(tǒng)方框圖。工軸直謊何服馬達(dá)題1Y圖跟隨系統(tǒng)原理圖1-10題1-10圖(a), (b)所示均為調(diào)速系統(tǒng)。(1)分別畫出圖(a)、圖(b)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的方框圖。給出圖(a)正確的反饋連線方式。(2)在恒值輸入條件下，圖(a)、圖(b)中哪個(gè)是有差系統(tǒng)，哪個(gè)是無差系統(tǒng)，說明其道理。題1-10圖調(diào)速系統(tǒng)工作原理圖1-11題1-11圖為谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖。在谷物磨粉的生產(chǎn)過程中，有一個(gè)出粉最多的濕度，因此磨粉之前要給谷物加水以得到給定的濕度。圖中，谷物用傳送裝置按一定流量通過加水點(diǎn)，加水量由自動(dòng)閥門控制。加水過程

6、中，谷物流量、 加水前谷物濕度以及水壓都是對(duì)谷物濕度控制的擾動(dòng)作用。為了提高控制精度，系統(tǒng)中采用了谷物濕度的順饋控制， 試畫出系統(tǒng)方塊圖。第二章習(xí)題答案2-1 (1)TT d"o1 2 dt2duodtuo = ui其中:T2 = RC傳遞函數(shù)為Uo s1T2Ui sTT2S2 1S 1(2)d uoT3- u0 = udtd 3u0d2uTT2T33o T1(T2 T3)2dtdt其中：T LT3 = R C211 RT2=RC傳遞函數(shù)為1TT2T3S3 T1(T2 T3)S2 T3S 12-2解：(1)比較器eyp(2)放大器U a = kse(3)速度反饋U f = kfw(4

7、)電樞回路diaUa =RaiaLa / eadtIa(s)_1Ua(s) -Ea(s) - Ra(TeS 1)ea =CeWLaRa(5)電動(dòng)機(jī)軸上的力矩平衡dwMd Ml - fw = J dtMd = CmiaMD(s) -ML(s) =(fJS"(s)11Xs)=-(Md(s)-Ml(s)JS fks5/R(TeS 1)(JS f)U(S)1kskfCm/RaCmCe / Ra(TeS 1)(JS f)(TeS 1)(JS f)_ksCm/Ra一 (TeS 1)(JS f) kskfCm/Ra CmCe / Ra= ks/Ce'(TeS 1)(TmS Raf /CmC

8、e) kskf / Ce 11j(s)JS fM l(s) - 1kskf- RaCmCe / Ra(TeS 1)(JS f) (TeS 1)( JS f)TeS 1一 (TeS 1)(JS f) kskf Cm/R %Q/RaTm(TeS 1).J一 "TeS 1)(TmS Raf /CmCe) kskf / Ce 1機(jī)電時(shí)間常數(shù)a .電框回路的電磁時(shí)間常數(shù)2-3.id =4.197 10' ud2-4"It處 R心udt R2R3dtG(s)=72Ts(1：1)TS 1其中:T =L R 兩個(gè)環(huán)節(jié)之間有負(fù)責(zé)效應(yīng)。 (b)：2RiR2R3?1RiR2R3TSG(s

9、)=TS 1其中：D 二R3R2R3兩個(gè)環(huán)節(jié)之間無負(fù)責(zé)效應(yīng)。2-5 (a)G(s) =U0 = - sUi(s)其中：(b)UO(s)G(s)十 k -kp(1 1/ s)Ui(s)其中:(c)二 R2CkpR2G(s)=kpES2 (T1 T2)S 1kp(S 1)(T2S 1)T2s其中：T1 =RC1,T2 = R2C2T2sR2R1(d)Uo(s) kp(1 " s)G(s)=二Ui(s) 員工R2R2cs這是準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)，當(dāng)R2;R3時(shí)G(s) ： -kp(1 1/ s)2-6 (a)G(s)= *: G5 G1G2G3 “4R(s) 1 G1G2HlG2G3 H2 G4 H

10、2G1G2G3 H3 G1G4 H3(b)G(s)G1G2G3G4Gi(s)C2(s)-G1G2G41 -'GiG2G3G4Ri(s)1 -'GG2G3G4-G1G2G3C2(s)-G2(s)1 -G£2G3G4R2(s)1 -G1G2G3G42-7G R(s) G1-G1G2G3G4Hl G1G2G3H 2 G2G3H 3 G3G4H 4R2(s)2-8信號(hào)流圖如下：-a.瑪I1.GG2 G3 G4G(s) = ipi i = i 1GH1 GGH 2GG1GH 3 GH 4GGGHH 3GG2G3(1 -G4G5H 2)GiG4G5G6C(s):1 GHi -G4

11、G5H2 G1G4G5 -G1G4G5H1H2-9信號(hào)流圖如下：. R (s) +G4G5G6(1+G1H1)+GG2G3G4G52' ' 1 G1H1 G4G5H 2 G1G4G5-G1G4G5H1H2' '2-10 (a)五個(gè)回環(huán)，四個(gè)互不接觸的回環(huán)，四條前向通道 =1G3H1G3G4H2 GH3G5G6H4G3G5G3G5H1H3G3G4G6H1H4G3G4GH 2H3G3G4G5G6H2H4GG3G式1G5H3G5G6H 4)GG3G5G6G2G5G6(10 H1G3G4H 2)-G3G4G5G61 G3H1G3G4H2G5H3G5G6H4G3G5G3G

12、5H1H3G3G5G6H1H4G3G4G5H2H3G3G4G5G6H2H4(b)四個(gè)回環(huán)，一對(duì)互不接觸回環(huán)，二條前向通道abcd h(1 -be -cf)1 -be -cf -dg -bcdi bedg第三章習(xí)題答案3-1故傳遞函數(shù)為：G(s) $(1 -(1 Ts)e不)Ts3-2 當(dāng) t = 0 時(shí)，c(0) =0.9 -0.9 =0,初始條件為零，則10.90.910(s 1)c(s)=二 s s s 10 s (s 10)輸入信號(hào)二體)t 1t)S11 s 1所以其傳遞函數(shù)R(s)二一二二s s s10(s 1)10s 102s2(s 10)s 12s3-3 解:G(s)=4s(s 2

13、)s(s 2 n)2 - n = 4''''' n = 2則:l2題=2. K = 0.5由公式h(t) = 1 -e nt sin( dt ； 1,')1- 2可得系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)h(t) =1 -sin屋 3t 60 )各項(xiàng)性能指標(biāo):玩- 1 2超調(diào)量Mp =e10000 =16.3%上升時(shí)間costj,n2兀冗-2n332 3=：=1.21s 9峰值時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間tptsJ1234_32J - 21.81s 3二 (34)s,3_222.31.1（考慮2%的誤差帶）3-4解：由圖3-49可知:Mp= 30%tp = 0. 12'2e

14、= 0.3= 0.1r: -0.358系統(tǒng)的開環(huán)傳函3-5(1)Kp=50Kv(2)KpKv(3)KpG(s) =0,K200KpKvKv =78 ，聯(lián)立求解得-21131.92n33.64s(s 2 n) s(s 24.1)Ka =0aKa =0KaKaK100”的充分條件為:0”時(shí)bm - an系統(tǒng)在階躍信號(hào)作用下穩(wěn)態(tài)誤差為“ 系統(tǒng)在加速度信號(hào)作用下穩(wěn)態(tài)誤差為C(s) b0sm b1sm， ans2 ans anR(s)nn Ja0sas . ans . an3-7單位斜坡信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差12ess = 7 =K v n2a 二 一 limsE(s) =0 當(dāng)選8n時(shí)，11sm。3-8

15、(1)當(dāng)系統(tǒng)為I型系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:4G(s)二一2s(s 4s 6)(2)當(dāng)系統(tǒng)為II型系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為:6s 4G(s)=瓦 s (s 4)3-9系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)3-10解：當(dāng)e =0時(shí)，金50G(s)=-s(s 12s 25)_.100.316 10 = 3.16 ,10當(dāng)工 #0 時(shí)，=0.24273-11解:(1)(2)(3)3-12解:(4)(1)(2)0 :二 K :二 6無論K取何值，系統(tǒng)都不穩(wěn)定0 :二 K :二 3-1100 :二 K :二3系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)0 :二K ：二15當(dāng)0.72 < K <6.24時(shí)，閉環(huán)極點(diǎn)均位于 s= 1直線的左邊

16、3-13解:3-14解：系統(tǒng)臨界增益 K = 3,響應(yīng)的振蕩頻率為 切=J53-151Gn二-F解：G3(s),3-16解：系統(tǒng)單位脈沖響應(yīng)1 G3(s)H(s)Gr (s)二G2(s)G3(s)c(t) u Ke' cos2t第五章習(xí)題答案5-2解： y(t) =0.83sin(t 25.26)(2) y(t) =0.83sin(t -4.76) -1.64sin(2t 35.54 )5-35-4解：、39.29-, 解：系統(tǒng)地傳遞函數(shù)為kg =20.82dB yG(s)=1002s 10s 100GG(s)G(s)G(s)G(s)G(s)5-7 解：(a).N=1 , Z=0 穩(wěn)定

17、(c).N=1 , Z=0 穩(wěn)定(e).N=0 , P=0, Z=0 穩(wěn)定(g).N=-2 , P=0, Z=2 不穩(wěn)定(i).N= -2 ,P=1 , Z=3 不穩(wěn)定5-8 解：0<k<10,25<k<10000 時(shí),(b).N=-1 , Z=1 不穩(wěn)定(d).N=0 , P=0, Z=0 穩(wěn)定(f).N= -1 , P=1 , Z=2 不穩(wěn)定(h).N=0 , P=0, Z=0 穩(wěn)定系統(tǒng)穩(wěn)定6(s 300) (s+5)(s+10)¥=91.35°(b)0.1s0.02s 1丁=258.7(c)32s(0.5s 1)=14.04(d)25s(100

18、s+1)(0.1s+1) , 1 = 1.71°(e)0.5(2s 1)s2(0.5s 1)=36.86(f)31.620.01s2 0.116s 1-5-6 解：(1) k=1(2) k=255-9 解：(1)(2)10£心25,此10000時(shí)，系統(tǒng)不穩(wěn)定111 4k2-1.1 4k =2(-11 4k cos()2kw=2.1642 , k=5.156kq =20.82dB g5-10 解：(1) (2) 39.29k=1.69k=12.15-11 解：I05-12 解：(1)14125s2 10340s 10000：；J(s)(2)Mp =15% ts =0. 0 5

19、8 0. s)7 s5-13 解：(1)k=0.74(2)k=1.1(3)k=0.5115-14解：當(dāng)K>1時(shí)，奈氏圖如圖所示，P=1, N=1 , Z=0系統(tǒng)穩(wěn)定yang Tcfxa vy.a«paa ml20Nyquist Diagram-2.5-2-1.5-1Real Axis-0.500.5I.8I.6L4L20246s oooo QQQQ-5-2Nyquist Diagram-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10Real AxisNyquist DiagramReal AxisBode DiagramGm =-5.34 dB (at

20、 1.44 rad/sec) , Pm = 28,6 deg (at 1.84 rad/sec)o o o o2 3 4 7 - - -2JBacea wrnaa M2101809010MaffdcesanpFrequency (rad/sec)7 15Bode DiagramJBa(Keanmaa M210100101Frequency (rad/sec)Nyquist Diagram-0.6-0.4-0.200.20.40.60.818 6 4 2 0 2 °00064 6 80 0。PXA vraH g mlBode DiagramFrequency (rad/sec)(2)幅

21、值裕量 G =19.8168,相角裕量P = Inf,相位穿越頻率 wg =5.6578 ,開環(huán)剪切頻率 wc =NaN5-19當(dāng)K=10.428時(shí)，相角裕量 P = 300Bode DiagramGm = 3.86 dB (at 3.17 rad/sec) , P m = 30 deg (at 2.87 rad/sec)50-10000-50IQeavesahb-90-180-27010-1101010210Frequency (rad/sec)5-20 (1)當(dāng)K=5時(shí)，bode圖如圖所示8-1Bode Diagramkbflr edMMknoaM第八章習(xí)題答案 f(t) *f (t 尸&

22、quot;nTe" t(-nT ) n=0(2)f(t)_at=e sin wtF (s) - ' nTe"(a s)n4oOf *(t )=2 e=nT siwnTb t -(nT)n =0F (s) ='、e JnT(a s) sin wnT n =02. f(t)=t coswtcOf (t)= " (n T2) co w n Tn =0odF (s)C (nT)2 coswnTe HTs n=0(4) f(t) 38-2(1)f (t)八 nTe"4nT (t - nT) n z0f(kT) =1 - e.kTF (s)b nTe"( 4s)n -011T ZF(Z)(2)F(z)=z(aTf(0) f (T)Z f(2T)Z.f (nT)Z = Z -1 Z -ef (kT) =ekT coswkTz -e口cosT)2 c-：T2：Tz -2ze cos T e(4)(6)8-3(1)(2)(3)(4)8-4f =t2ef (t) =tsinwt. _ KG S =S S a-1G(s)s(s 1)(s 2)8-5F(z)=5T 5TTz(z e )