自控原理习题答案(第版)

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1、第1章习题答案1-1解：自动控制系统：被控对象和控制装置的总体；被控对象：要求实现自动控制的机器、设备和生产过程；扰动：除给定值之外，引起被控制量变化的各种外界因素；给定值：作用于控制系统输入端，并作为控制依据的物理量；反馈：将输出量直接或间接的送到输入端，并与之相比较，使系统按其差值进行调节，使偏差减小或消除。1-2解：开环控制有洗衣机的洗衣过程，闭环控制有抽水马桶的蓄水控制、电冰箱制冷系统等。1-3解：1-4解：a与d相连，b与c相连即可；系统原理框图如下所示：1-5解：系统原理框图如下所示：1-6解：对控制系统的基本要求是稳定性、准确性和快速性：稳定性是系统正常

2、工作的前提条件；准确性反映控制系统的控制精度，要求过渡过程结束后，系统的稳态误差越小越好；快速性是要求系统的响应速度快，过渡过程时间短，超调量小。1-7解：该系统的任务是使工作机械（被控对象）的转角θc（被控量）自动跟踪手柄给定角度θr（给定量）的变化。该系统的工作原理是：检测电位计与给定电位计的电气特性相同，工作机械的转角θc经检测电位计转换成电压uc，手柄给定角度θr经给定电位计转换成给定电压ur，uc与ur接入放大器前端的电桥。当工作机械转角θc没有跟踪手柄给定角度θr时，uc与ur两者不相等而产生偏差Δu=ur-uc，Δu经过放大器放大，使电动机转动，通过减速

3、器使得负载产生减小偏差的转动。当检测电位计检测并转换的uc与ur相等，此时Δu=ur-uc=0,电动机不转，工作机械停在当前位置。其原理框图如下图所示。141-8解：谷物湿度控制系统原理框图如下。该系统的被控量是谷物湿度，给定量是希望的谷物湿度。谷物加湿后的实时湿度经湿度检测后送到调节器，若与希望的湿度产生偏差，则通过调节器控制给水阀门的开大或关小，以减小两者的偏差。谷物在入口端的湿度由前馈通道输入到调节器。这样若入口处谷物湿度较大，则会使得偏差减小，从而减小阀门的开度；若谷物干燥，会增大偏差，从而加大阀门的开度。14第2章习题答案2-1描述系统动态性能的数学表达式称

4、为数学模型。常用的数学模型有：微分方程、传递函数、动态结构图和频率特性。2-2传递函数是零初始条件下，线性定常系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比。它有如下性质：（1）传递函数适用于单输入单输出系统、线性定常系统、零状态系统；（2）传递函数是系统的固有特性，即只与系统的内部结构和参数有关，而与外加输入量或扰动量无关；（3）传递函数一般为真分式。2-3图a：；图b：；图c：2-4（1）（2）（3）2-5（1）（2）（3）（4）（5）（6）2-6（1）（2）2-7结构图如下图示：，2-82-9（a）（b）14（c）（d）（e），动态结构图的化简过程略。2-10同2-

5、9。2-11提示：先画出每个传递函数对应的动态结构图，然后求传递函数，结果如下：，，，2-12(1)设输入为yr，输出为y0。弹簧与阻尼器并联平行移动。(2)列写原始方程式，由于无质量按受力平衡方程，各处任何时刻，均满足∑F=0，则对于A点有式中，Ff为阻尼摩擦力，FK1、FK2为弹性恢复力。(3)写中间变量关系式(4)消中间变量得(5)化标准形式中，为时间常数，单位［秒］；为传递函数，无量纲。2-13解：（1）设输入量为作用力矩Mf，输出量为旋转角速度ω。（2）列写微分方程式式中，fω为阻尼力矩，其大小与转速成正比。（3）整理成标准形为此为一阶线性微分方程，若输出变

6、量改为θ，则由于代入方程得二阶线性微分方程式142-14解：在线性电路的计算中，引入了复阻抗的概念，则电压、电流、复阻抗之间的关系，满足广义的欧姆定律。即如果两端元件是电阻R、电容C或电感L，则复阻抗Z(s)分别是R、1/Cs或Ls。(1)用复阻抗写电路方程式：(2)将以上四式用方框图表示，并相互连接即得RC网络结构图，见图（a）。(3)用结构图化简法求传递函数的过程见图（b）、（c）、(d)。RC网络结构图(4)用梅逊公式直接由图(b)写出传递函数Uc(s)/Ur(s)。独立回路有三个：14回路相互不接触的情况只有L1和L2两个回路，则由上式可写出特征式为：通向前路

7、只有一条由于G1与所有回路L1，L2，L3都有公共支路，属于相互有接触，则余子式为：Δ1=1代入梅逊公式得传递函数14第3章习题答案3-1（1）系统不稳定，有两个正实部根。（2）系统不稳定，有两个正实部根。（3）系统稳定，全部为负实部根。（4）系统不稳定，两个右根。（5）系统不稳定，两个右根。3-2a1a2>a0a3。3-3-1