自动控制原理_于希宁_课后习题答案.pdf

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1、第二部分古典控制理论基础习题详解一概述第二部分古典控制理论基础习题详解一概述2-1-1试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。【解】：控制系统优点缺点开环控制简单、造价低、调节速度快调节精度差、无抗多因素干扰能力闭环控制抗多因素干扰能力强、调节精度高结构较复杂、造价较高2-1-2试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统的例子，并说明其工作原理。【解】：开环控制——半自动、全自动洗衣机的洗衣过程。工作原理：被控制量为衣服的干净度。洗衣人先观察衣服的脏污程度，根据自己的经验，设定洗涤、漂洗时间，洗衣机按照设定程序完成洗涤漂洗任务。系统输出量（即衣服的干净度）的信息没有通过任何装置反馈到输入

2、端，对系统的控制不起作用，因此为开环控制。闭环控制——卫生间蓄水箱的蓄水量控制系统和空调、冰箱的温度控制系统。工作原理：以卫生间蓄水箱蓄水量控制为例，系统的被控制量（输出量）为蓄水箱水位（反应蓄水量）。水位由浮子测量，并通过杠杆作用于供水阀门（即反馈至输入端），控制供水量，形成闭环控制。当水位达到蓄水量上限高度时，阀门全关（按要求事先设计好杠杆比例），系统处于平衡状态。一旦用水，水位降低，浮子随之下沉，通过杠杆打开供水阀门，下沉越深，阀门开度越大，供水量越大，直到水位升至蓄水量上限高度，阀门全关，系统再次处于平衡状态。2-1-3试判断下列微分方程所描述的系统属何种类型（线性、非线性；定常

3、、时变）。2dc(t)dr(t)（1）dc(t)3dc(t)2c(t)5dr(t)r(t)；（2）t2c(t)2r(t)；2dtdtdtdtdt2dc(t)dc(t)2dc(t)dr(t)（3）22c(t)r(t)；（4）5c(t)32r(t)3r(t)dt。2dtdtdtdt【解】：（1）线性定常系统；（2）线性时变系统；（3）非线性定常系统；（4）线性定常系统。1第二部分古典控制理论基础习题详解一概述2-1-4根据题2-1-1图所示电动机的电动机速度控制系统工作原理放uu负载r大a图：ab器（1）将a，b与c，d用线连c测速发电机接成负反馈系统；

4、d（2）画出系统方框图。题2-1-3图【解】：（1）a-d连接，b-c连接。（2）系统方框图给定值转速放大器电动机负载测速电机题2-1-4解图2-1-5下图是水位控制系统的示意图，图中Q1,Q2分别为进水流量和出水流量。阀门控制的目的是保持水位为一定的高度。试说明该系统的工作原理电位计并画出其方框图。Q浮子1减速器【解】：当输入流量与输出流h水箱量相等时，水位的测量值和给定电动机值相等，系统处于相对平衡状态，Q电动机无输出，阀门位置不变。2当输出流量增加时，系统水位下题2-1-5图降，通过浮子检测后带动电位器抽头移动，电动机获得一个正电压，通过齿轮减速器传递，使阀门打开，从而增加

5、入水流量使水位上升，当水位回到给定值时，电动机的输入电压又会回到零，系统重新达到平衡状态。反之易然。Q2水位给定值h0Q1水位h电位计电动机、齿轮阀门水箱浮子题2-1-5解图2第二部分古典控制理论基础习题详解一概述2-1-6仓库大门自动控制系统如图所示，试分析系统的工作原理，绘制系统的方框图，指出各实际元件的功能及输入、输出量。放大器伺服电动机绞盘电位器组开门开关门关门开关【解】：当给定电位器和测量电位器输出相等时，放大器无输出，门的位置不变。假设门的原始平衡位置在关状态，门要打开时，“关门”开关打开，“开门”开关闭合。给定电位器与测量电位器输出不相等，其电信号经放大器比较放大，再经伺服

6、电机和绞盘带动门改变位置，直到门完全打开，其测量电位器输出与给定电位器输出相等，放大器无输出，门的位置停止改变，系统处于新的平衡状态。系统方框图如解图所示。开伺服电机位置给定电位器放大器门关绞盘测量电位器题2-1-6解图元件功能电位器组——将给定“开”、“关”信号和门的位置信号变成电信号。为给定、测量元件。放大器、伺服电机——将给定信号和测量信号进行比较、放大。为比较、放大元件。绞盘——改变门的位置。为执行元件。门——被控对象。系统的输入量为“开”、“关”信号；输出量为门的位置。二控制系统的数学模型3第二部分古典控制理论基础习题详解一概述2-2-1试建立下图所示各系统的微分方程并说明这些

7、微分方程之间有什么特点，其中电压ur(t)和位移xr(t)为输入量；电压uc(t)和位移xc(t)为输出量；k,k1和k2为弹簧弹性系数；f为阻尼系数。Cfkur(t)Ruc(t)xr(t)xc(t)(a)(b)R1fk1k2R2ur(t)uc(t)xr(t)xc(t)C(d)(c)题2-1-1图【解】：(a)方法一：设回路电流为i，根据克希霍夫定律，可写出下列方程组：1uridtucCucRi削去