控制工程導論課后習題答案

本文格式為Word版，下載可任意編輯——控制工程導論課后習題答案第一章概論習題及及解答

1-1試列舉幾個日常生活中的開環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)實例，并說明它們的工作原理。

略

1-2.圖1-17是液面自動控制系統(tǒng)的兩種原理示意圖。在運行中，希望液面高度H0維持不變。

1．試說明各系統(tǒng)的工作原理。

2．畫出各系統(tǒng)的方框圖，并說明被控對象、給定值、被控量和干擾信號是什么?

(a)工作原理：出水量?2與進水量一致，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，液位高度保持在H0。當出水

量大于進水量，液位降低，浮子下沉，通過連桿使閥門L1開大，使得進水量增大，液位逐漸上升；當出水量小于進水量，液位升高，浮子上升，通過連桿使閥門1關小，液位逐漸降低。

其中被控對象是水槽，給定值是液面高度希望值H0。被控量是液面實際高度，干擾量是出水量?2。

(b)工作原理：出水量與進水量一致系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，電位器滑動頭位于中間位置，液面

為給定高度H0。當出水量大于（小于）進水量，浮子下沉（上浮）帶動電位器滑動頭向上（下）移動，電位器輸出一正（負）電壓，使電動機正（反）轉(zhuǎn)，通過減速器開大（關?。╅y門L1，使進水量增大（減?。好娓叨壬撸ń档停?，當液面高度為H0時，電位器滑動頭處于中間位置，輸出電壓為零，電動機不轉(zhuǎn)，系統(tǒng)又處于平衡狀態(tài)。

其中被控對象是水槽，給定值為液面高度希望值H0，被控量是液面實際高度，干擾量是出水量?2。

(a)，(b)系統(tǒng)結(jié)構圖如下圖

題解1-2（a）系統(tǒng)方框圖題解1-2（b）系統(tǒng)方框圖1-3什么是負反饋控制?在圖1-17(b)系統(tǒng)中是怎樣實現(xiàn)負反饋控制的?在什么狀況下反饋極性會誤接為正，此時對系統(tǒng)工作有何影響?

解：負反饋控制就是將輸出量反饋到輸入端與輸入量進行比較產(chǎn)生偏差信號，利用偏差信號對系統(tǒng)進行調(diào)理，達到減小或消除偏差的目的。

圖1-17(b)系統(tǒng)的輸出量液面實際高度通過浮子測量反饋到輸入端與輸入信號（給定液面高度）進行比較，假使二者不一致就會在電位器輸出一電壓值——偏差信號，偏差信號帶動電機轉(zhuǎn)動，通過減速器使閥門1開大或關小，從而進入量改變，當輸出量——液面實際高度與給定高度一致偏差信號為0，電機，減速器不動，系統(tǒng)又處于平衡狀態(tài)。

當電位器極性接反（或?qū)㈦姍C極反接）此時為正反饋，系統(tǒng)不可能把液面高度維持在給定值。1-4.若將圖1-17(a)系統(tǒng)結(jié)構改為圖1-18。試說明其工作原理。并與圖1-17(a)比較有何不同?對系統(tǒng)工作有何影響?

解：若將1-17(a)系統(tǒng)結(jié)構圖改為1-18，系統(tǒng)變成了正反饋，當出水量與進水量一致，液面高度為給定值H0。當出水量大于進水量，液面位降低，浮子下稱，通過連桿使閥門1關小，進水量越來越小，液面高度不能保持給定高度H0，同樣當出水量小于進水量，浮子上浮，液位升高，使閥門1開大，進水量增大，液位越來越高，不可能維持在給定高度H01-5某倉庫大門自動控制系統(tǒng)的原理圖如圖1-19所示。試說明自動控制大門開啟和關閉的工作原理并畫出系統(tǒng)方框圖

解當合上開門開關時，電橋會測量出開門位置與大門實際位置間對應的偏差電壓，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，電動機中止轉(zhuǎn)動，大門達到開啟位置。反之，當合上關門開關時，電動機帶動絞盤使大門關閉，從而可以實現(xiàn)大門遠距離開閉自動控制。系統(tǒng)方框圖如圖解1-2所示。

題解1-5圖

其次章物理系統(tǒng)的數(shù)學模型

習題及及解答

2-1試建立圖2-55所示各系統(tǒng)的動態(tài)方程，并說明這些動態(tài)方程之間有什么特點。圖中電壓u1和位移x1為輸入量，電壓u2和位移x2為輸出量；k、k1和k2為彈性系數(shù)；f為阻尼器的阻尼系數(shù)。解：

題解2?1(a)

?u?1idt?u?u?12??1?C?21Ci?u???u?iR?i?u

22Ru12?RCu2?u1U2(s)U?s?RCs1(s)s?1RCs?1RC

題2?1(b)圖及題解2?1(b)圖

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fsX2(s)fs??kfX1(s)fs?ks?1k題2?1(c)圖及題解2?1(c)圖1Cs?U(s)U1(s)?I(s)?c1R1?CsR1?U2(s)?R2I(s)

U2(s)R2(R1Cs?1)?U1(s)R1?R2?R2R1Cs(R1?R2)u2?R1R2Cu2?R1R2Cu1?R2u1

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R1?R2?R1R2Cs題2?1(d)圖及題解2?1(d)圖

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