《自动控制原理》作业习题.doc

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1、《自动控制原理》作业习题1-1试举几个开环与闭环自动控制系统的例子,画出它们的框图,并说明它们的工作原理,讨论其特点。1-2闭环自动控制系统是由哪些环节组成的?各环节在系统中起什么作用?1-3图P1-1所示,为一直流发电机电压自动控制系统。图中,1为发电机;2为减速器;3为执行机构;4为比例放大器;5为可调电位器。(1)该系统由哪些环节组成,各起什么作用?(2)绘出系统的框图,说明当负载电流变化时,系统如何保持发电机的电压恒定。(3)该系统是有差还是无差系统?(4)系统中有哪些可能的扰动?1-4图1-6所示闭环调速系统,如果将反馈电压的极性接反,成

2、为正反馈系统,对系统工作有什么影响?此时各环节工作于什么状态?电动机的转速能否按照给定值运行?1-5图P1-2为仓库大门自动控制系统。试说明自动控制大门开启和关闭的工作原理。如果大门不能全开或全关,则怎样进行调整?图P1-1电压自动控制系统图P1-2仓库大门控制系统2-1试求出图P2-1中各电路的传递函数。图P2-12-2试求出图P2-2中各有源网络的传递函数。图P2-22-3求图P2-3所示各机械运动系统的传递函数。(1)求图(a)的(2)求图(b)的(3)求图(c)的(4)求图(d)的图P2-32-4图P2-4所示为一齿轮传动机构。设此机构无间

3、隙、无变形,求折算到传动轴上的等效转动惯量、等效粘性摩擦系数和。图P2-4图P2-52-5图P2-5所示为一磁场控制的直流电动机。设工作时电枢电流不变,控制电压加在励磁绕组上,输出为电机角位移,求传递函数。2-6图P2-6所示为一用作放大器的直流发电机,原电机以恒定转速运行。试确定传递函数,设不计发电机的电枢电感和电阻。图P2-62-7已知一系统由如下方程组组成,试绘制系统方框图,并求出闭环传递函数。2-8试分别化简图P2-7和图P2-8所示的结构图,并求出相应的传递函数。图P2-7图P2-82-9求如图P2-9所示系统的传递函数,。图P2-92-

4、10求如图P2-10所示系统的传递函数。图P2-102-11求图P2-11所示系统的闭环传递函数。图P2-112-12图P2-12所示为一位置随动系统,如果电机电枢电感很小可忽略不计,并且不计系统的负载和粘性摩擦,设,,其中、分别为位置给定电位计及反馈电位计的转角,减速器的各齿轮的齿数以Ni表示之。试绘制系统的结构图并求系统的传递函数:图P2-122-13画出图P2-13所示结构图的信号流图,用梅逊公式求传递函数:,。图P2-132-14画出图P2-14所示系统的信号流图,并分别求出两个系统的传递函数,。图P2-143-1一单位反馈控制系统的开环传

5、递函数为。求:(1)系统的单位阶跃响应及动态特性指标d%、tr、tS、m;(2)输入量xr(t)=t时,系统的输出响应;(2)输入量xr(t)为单位脉冲函数时,系统的输出响应。3-2一单位反馈控制系统的开环传递函数为,其单位阶跃响应曲线如图P3-1所示,图中的Xm=1.25,tm=1.5s。试确定系统参数Kk及t值。图P3-13-3一单位反馈控制系统的开环传递函数为。已知系统的xr(t)=1(t),误差时间函数为,求系统的阻尼比、自然振荡角频率、系统的开环传递函数和闭环传递函数、系统的稳态误差。3-4已知单位反馈控制系统的开环传递函数为,试选择Kk

6、及t值以满足下列指标。当xr(t)=t时,系统的稳态误差e(¥)≤0.02;当xr(t)=1(t)时,系统的d%≤30%,tS(5%)≤0.3s。3-5已知单位反馈控制系统的闭环传递函数为,试画出以为常数、为变数时,系统特征方程式的根在s复平面上的分布轨迹。3-6一系统的动态结构图如图P3-2所示,求在不同的Kk值下(例如,Kk=1、Kk=3、Kk=7)系统的闭环极点、单位阶跃响应、动态指标及稳态误差。图P3-23-7一闭环反馈控制系统的动态结构图如图P3-3所示。(1)求当d%≤20%、tS(5%)=1.8s时,系统的参数K1及t值。(2)求上述

7、系统的位置误差系数Kp、速度误差系数Kv、加速度误差系数Ka及其相应的稳态误差。图P3-33-8一系统的动态结构图如图P3-4所示。求(1)时,系统的、(2)时,系统的、(3)比较上述两种校正情况下的暂态性能指标及稳态性能。图P3-43-9如图P3-5所示系统,图中的为调节对象的传递函数,为调节器的传递函数。如果调节对象为,T1>T2,系统要求的指标为:位置稳态误差为零,调节时间最短,超调量≤4.3%,问下述三种调节器中哪一种能满足上述指标?其参数应具备什么条件?三种调节器为(a);(b);(c)。图P3-53-10有闭环系统的特征方程式如下,试用

8、劳斯判椐判断系统的稳定性,并说明特征根在复平面上的分布。(1)(2)(3)(4)(5)3-11单位反馈系统的开环传递函数为

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