清华大学 控制工程基础答案 沈艳孙锐

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1、控制工程基础习题答案第一章1-1试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点？（略）1-2日常生活中有许多闭环和开环控制系统。试举几个具体例子，并说明它们的工作原理，画出结构方框图。（略）1-3图1.14是液面自动控制系统的两种原理示意图。在运行中，希望液面高度H0维持不变。1．试说明各系统的工作原理。2．画出各系统的方框图，并说明被控对象、给定值、被控量和干扰信号是什么?图1.14液位自动控制系统解：()a工作原理：出水量与进水量一致，系统处于平衡状态，液位高度保持在H。当20出水量大于进水量，液位降低，浮子下沉，通过连杆使阀门L开大，使得进水量增大，液1位逐渐回升；当出水量小于进水量，液

2、位升高，浮子上升，通过连杆使阀门1关小，液位逐渐降低。其中被控对象是水槽，给定值是液面高度希望值H。被控量是液面实际高度，干扰量0是出水量。2()b工作原理：出水量与进水量一致系统处于平衡状态，电位器滑动头位于中间位置，液面为给定高度H。当出水量大于（小于）进水量，浮子下沉（上浮）带动电位器滑动头向上0（下）移动，电位器输出一正（负）电压，使电动机正（反）转，通过减速器开大（关小）阀门L，使进水量增大（减小），液面高度升高（降低），当液面高度为H时，电位器滑动10头处于中间位置，输出电压为零，电动机不转，系统又处于平衡状态。其中被控对象是水槽，给定值为液面高度希望值H，被控量是液面实际高

3、度，干扰量是出0水量。2()a，()b系统结构图如下图题解1-3（a）系统方框图题解1-3（b）系统方框图1-4若将图1.14(a)系统结构改为图1.15。试说明其工作原理。并与图1.14(a)比较有何不同?对系统工作有何影响?解：若将1-17()a系统结构图改为1-18，系统变成了正反馈，当出水量与进水量一致，液面高度为给定值H。当出水量大于进水量，液面位降低，浮子下称，通过连杆使阀门1关小，0进水量越来越小，液面高度不能保持给定高度H，同样当出水量小于进水量，浮子上浮，0液位升高，使阀门1开大，进水量增大，液位越来越高，不可能维持在给定高度H01-5图1.16是控制导弹发射架方位的电

4、位器式随动系统原理图。图中电位器P、P并12联后跨接到同一电源E的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结，组成方位角的给定0元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速后带动，电动机采用电枢控制的方式工作。试分析系统的工作原理，指出系图1.15题1-4图统的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。图1.16导弹发射架方位角控制系统原理图解当导弹发射架的方位角与输入轴方位角一致时，系统处于相对静止状态。当摇动手轮使电位器P的滑臂转过一个输入角的瞬间，由于输出轴的转角,1ioi于是出现一个误差角，该误差角通过电位器P、P转换成偏差电压eio12uu

5、u，u经放大后驱动电动机转动，在驱动导弹发射架转动的同时，通过输出轴带eioe动电位器P的滑臂转过一定的角度，直至时，uu，偏差电压u0，电动2ooiioe机停止转动。这时，导弹发射架停留在相应的方位角上。只要，偏差就会产生调节io作用，控制的结果是消除偏差，使输出量严格地跟随输入量的变化而变化。eoi系统中，导弹发射架是被控对象，发射架方位角是被控量，通过手轮输入的角度是oi给定量。系统方框图如图解1-4所示。1-6许多机器，像车床、铣床和磨床，都配有跟随器，用来复现模板的外形。图1.17就是这样一种跟随系统的原理图。在此系统中，刀具能在原料上复制模板的外形。

6、试说明其工作原理，画出系统方框图。图1.17跟随系统原理图解模板与原料同时固定在工作台上。X、Y轴直流伺服马达接受控制器的指令，按输入命令带动工作台做X、Y方向运动。模板随工作台移动时，触针会在模板表面滑动，跟随刀具中的位移传感器将触针感应到的反映模板表面形状的位移信号送到跟随控制器，控制器的输出驱动Z轴直流伺服马达带动切削刀具连同刀具架跟随触针运动，当刀具位置与触针位置一致时，两者位置偏差为零，Z轴伺服马达停止。系统中，刀具是被控对象，刀具位置是被控量，给定量是由模板确定的触针位置。系统方框图如图解1-9所示。最终原料被切割加工成模板的形状。第二章2-1试证明图2-28中所示的力学系统(

7、a)和电路系统(b)是相似系统（即有相同形式的数学模型）。解(a)取A、B两点分别进行受力分析，如图解2-2(a)所示。对A点有k(xy)f(xy)f(yy)2211(1)对B点有f(yy)ky1111(2)对式（1）、（2）分别取拉氏变换，消去中间变量y，整理后得1ff122f1f2s()s1Y(s)kkkk1212=X(s)ff122f1f2f2s()s1kkkkk12121(