自動控制原理作業(yè)答案1-7(考試重點)

./紅色為重點〔2016年考題第一章1-2倉庫大門自動控制系統(tǒng)原理示意圖.試說明系統(tǒng)自動控制大門開閉的工作原理,并畫出系統(tǒng)方框圖.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,電動機反轉(zhuǎn)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.1-4題1-4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測量.試繪制系統(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)的被控對象和控制裝置各是什么？解工作原理：溫度傳感器不斷測量交換器出口處的實際水溫,并在溫度控制器中與給定溫度相比較,若低于給定溫度,其偏差值使蒸汽閥門開大,進入熱交換器的蒸汽量加大,熱水溫度升高,直至偏差為零.如果由于某種原因,冷水流量加大,則流量值由流量計測得,通過溫度控制器,開大閥門,使蒸汽量增加,提前進行控制,實現(xiàn)按冷水流量進行順饋補償,保證熱交換器出口的水溫不發(fā)生大的波動.其中,熱交換器是被控對象,實際熱水溫度為被控量,給定量〔希望溫度在控制器中設(shè)定；冷水流量是干擾量.系統(tǒng)方塊圖如下圖所示.這是一個按干擾補償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng).1-5圖為工業(yè)爐溫自動控制系統(tǒng)的工作原理圖.分析系統(tǒng)的工作原理,指出被控對象、被控量及各部件的作用,畫出系統(tǒng)方框圖.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Uc的平方成正比,Uc增高,爐溫就上升,Uc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Uf.Uf作為系統(tǒng)的反饋電壓與給定電壓Ur進行比較,得出偏差電壓Ue,經(jīng)電壓放大器、功率放大器放大成au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T°C,熱電偶的輸出電壓Uf正好等于給定電壓Ur.此時,Ue=Ur-Uf=0,故U1=Ua=0,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Uc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T°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T°C的實際值等于期望值為止.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ru〔表征爐溫的希望值.系統(tǒng)方框圖見下圖.注意:方框圖中被控對象和被控量放在最右邊,檢測的是被控量,非被控對象.第二章2-2設(shè)機械系統(tǒng)如圖2—57所示,其中xi為輸入位移,xo為輸出位移.試分別列寫各系統(tǒng)的微分方程式及傳遞函數(shù).解：①圖<a>：由牛頓第二運動定律,在不計重力時,可得2-6若某系統(tǒng)在階躍輸入r<t>=1<t>時,零初始條件下的輸出響應(yīng)c<t>=1-e-2t+e-t,試求系統(tǒng)的傳遞函數(shù)和脈沖響應(yīng).2-8在圖2-60中,已知G<s>和H<s>兩方框相對應(yīng)的微分方程分別是且初始條件均為零,試求傳遞函數(shù)及C<s>/R<s>及E<s>/R<s>.2-9求圖2-53所示有源網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)Uo<s>/Ui<s>2-11已知控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-55所示.試通過結(jié)構(gòu)圖等效變換求系統(tǒng)傳遞函數(shù)C<s>/R<s>.解：第三章3-3已知二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為h<t>=10?12.5e?1.2tsin<1.6t+53.1o>試求系統(tǒng)的超調(diào)量σ％、峰值時間ｔp和調(diào)節(jié)時間ｔs.解：或：先根據(jù)c<t>求出系統(tǒng)傳函,再得到特征參數(shù),帶入公式求解指標.3-6設(shè)圖3-46是簡化的飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,試選擇參數(shù)K１和Kt,使系統(tǒng)ωn＝６、ζ＝１.分析：求出系統(tǒng)傳遞函數(shù),如果可化為典型二階環(huán)節(jié)形式,則可與標準二階環(huán)節(jié)相對照,從而確定相應(yīng)參數(shù).解對結(jié)構(gòu)圖進行化簡如圖所示.3-10已知系統(tǒng)的特征方程,試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并確定在右半s平面根的個數(shù)及純虛根.解：=0列勞思表:S511232S432448S30S248S0輔助方程,S24輔助方程求導(dǎo)：S048系統(tǒng)沒有正根.對輔助方程求解,得到系統(tǒng)一對虛根.列勞思表：系統(tǒng)不穩(wěn)定.3-12已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示.試用勞思穩(wěn)定判據(jù)確定能使系統(tǒng)穩(wěn)定反饋參數(shù)τ的取值范圍.解：系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：所以τ>0.3-13已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù):G<s>=〔3試求輸入分別為r<t>=2t和r<t>=2+2t+t2時,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差.〔1因為是二階系統(tǒng),且系數(shù)大于零,所以系統(tǒng)穩(wěn)定.〔3應(yīng)先檢查系統(tǒng)的穩(wěn)定性.第四章4-2已知開環(huán)零、極點分布如圖4-28所示,試概略繪出相應(yīng)的閉環(huán)根軌跡圖.另附其他地方例題：4-3設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)如下,試概略繪出相應(yīng)的閉環(huán)根軌跡圖<要求確定分離點坐標d>.4-5設(shè)單位反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下,要求：確定產(chǎn)生純虛根的開環(huán)增益值.4-8設(shè)反饋控制系統(tǒng)中要求：〔1概略繪出系統(tǒng)根軌跡圖,并判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；〔2如果改變反饋通路傳遞函數(shù),使H<s>=1+2s,試判斷H<s>改變后的系統(tǒng)穩(wěn)定性,研究由于H〔s改變所產(chǎn)生的效應(yīng).第五章5-2若系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)c<t>=1-1.8e-4t+0.8e-9t,試確定系統(tǒng)的頻率特性.5-8繪制下列傳遞函數(shù)的對數(shù)幅頻漸近特性曲線〔2〔1〔25-17根據(jù)題5-8所繪對