自动控制原理课后习题答案.pdf

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1、自动控制理论A天津大学电气与自动化工程学院2013秋季学期课程信息•评分标准:平时成绩20%+期末考试80%•任课教师：鲜斌•电子邮件：xbin@tju.edu.cn•办公室：第26教学楼E525•答疑时间：周一下午3:55－５:00•教材1.《自动控制原理》，胡寿松，第5版，20072.《自动控制原理》科学出版社，2010，夏超英参考书籍1.《自动控制原理》清华大学出版社，1990，吴麒等。2.《现代控制工程》绪方胜彦ModernControlEngineeringK.Ogata3.《自动控制原理》，国防工业出版社，李友课程安排•第

2、一章自动控制的一般概念•第二章控制系统的数学模型•第三章线性系统的时域分析法•第四章线性系统的根轨迹法•第五章线性系统的频域分析法•第六章线性系统的校正方法•第七章线性离散系统分析与校正•第八章非线性控制系统分析课程基本要求总体安排：16周授课时间，64学时，4学分课程定位：自动化专业核心专业基础理论课课程要求：掌握经典控制理论的基本理论方法，并能够对工程控制系统进行分析、设计和校正课程特点•工程应用类课程•理论与实际相结合•原理与经验相结合与其他课程的联系第一章自动控制系统的一般概念•基本内容：控制理论的发展过程，开环、闭环和复合控

3、制系统的结构和特点，控制系统的基本组成和基本要求。•基本要求：掌握不同控制方式及其特点，理解控制系统的动态和静态性能要求。1-1自动控制的基本原理与方式1-2自动控制系统示例1-3自动控制系统的分类1-4对自动控制系统的基本要求1-5自动控制系统的分析与设计工具1-1自动控制的基本原理与方式1.自动控制(AutomaticControl)在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行2.自动控制系统(AutomaticCo

4、ntrolSystem)是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它由被控对象和控制装置组成。3.自动控制的发展历程•18世纪，JamesWatt为控制蒸汽机速度设计的离心调节器，是自动控制领域的第一项重大成果。•1922年，Minorsky研制出船舶操纵自动控制器，并证明了从系统的微分方程确定系统的稳定性的方法。•1932年，Nyquist提出了一种根据系统的开环频率响应(对稳态正弦输入)。•20世纪40年代，Evans提出并完善了根轨迹法。•20世纪50年代末，最优控制系统设计。•20世纪50年代末，基于时域分析的现代控制理

5、论。•60年代～80年代：最优控制、随机系统的最优控制、复杂系统的自适应控制和学习控制得到了研究。4.自动控制理论研究自动控制共同规律的技术科学。•经典控制理论：以传递函数(TransferFunction)为基础，研究单输入单输出(SingleInputSingleOutputSystem)、线性定常系统(LinearTimeInvariantSystem)的分析和设计问题。•现代控制理论：以状态空间法(StateSpaceMethod)为基础，主要研究高性能、高精度的多变量、变参数系统的最优控制问题(OptimalControlP

6、roblem)。5.反馈控制原理将系统输出量与给定输入信号相比较，利用所得的偏差信号产生控制作用调节被控对象，达到减小偏差或消除偏差的目的。例1.1水池液面控制人工控制：测量实际液面的高度ｈ1-------用眼实际液面高度ｈ1与希望液面高度h0相比较-------用脑按比较的结果，即液面高度偏差的正负去决定控制动作-------用手•自动控制人工控制中有三种职能作用：测量、比较和执行，而在自动控制系统中也必须有这三种，如图1-3所示。液位控制系统由以下五部分组成。¾被控对象-----水池¾测量元件-----浮子¾比较机构-----电位

7、器/电桥¾放大机构-----功率放大器¾执行元件-----拖动电机•控制工程中一般用方框图表示系统的各个组件，组件的基本组成单元如图1-4所示，其中图a）为引出点，图b）为比较点，图c）部件的框图。故液位自动控制系统也可用图1-5来表示:图1-5自动控制系统方框图主要组成部分:¾测量元件：用以测量被控量或干扰量。¾比较元件：将被控量与给定值进行比较。¾执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。一些基本概念1.被控对象(Plants)：要求实现自动控制的机器、设备或生产

8、过程。被控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人等。2.控制装置(ControlDevice)：指对被控对象起控制作用的设备总体。包含测量变换部件、放大部件和执行装置。3.被控量(ControlledVariabl