自动控制原理作业

1、自动控制原理作业1、解 ：当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如下图所示。2、 解：加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压的平方成正比，增高，炉温就上升，的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压。作为系统的反馈电压与给

2、定电压进行比较，得出偏差电压，经电压放大器、功率放大器放大成后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值°C，热电偶的输出电压正好等于给定电压。此时，故，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度°C由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程：控制的结果是使炉膛温度回升，直至°C的实际值等于期望值为止。 CC 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压（表征炉

3、温的希望值）。系统方框图为： 3、解 在本系统中，蒸汽机是被控对象，蒸汽机的转速是被控量，给定量是设定的蒸汽机希望转速。离心调速器感受转速大小并转换成套筒的位移量，经杠杆传调节供汽阀门，控制蒸汽机的转速，从而构成闭环控制系统。 系统方框图如图所示。 4、解：系统在运行过程中，不论负载如何变化，要求发电机能够提供由给定电位器设定的规定电压值。在负载恒定，发电机输出规定电压的情况下，偏差电压，放大器输出为零，电动机不动，励磁电位器的滑臂保持在原来的位置上，发电机的励磁电流不变，发电机在原动机带动下维持恒定的输出电压。当负载增加使发电机输出电压低于规定电压时，输出电压在反馈口与给定电压经比较后所得的

4、偏差电压，放大器输出电压便驱动电动机带动励磁电位器的滑臂顺时针旋转，使励磁电流增加，发电机输出电压上升。直到达到规定电压时，电动机停止转动，发电机在新的平衡状态下运行，输出满足要求的电压。系统中，发电机是被控对象，发电机的输出电压是被控量，给定量是给定电位器设定的电压。系统方框图如下图所示。5、下图为函数记录仪解：函数记录仪由衰减器、测量元件、放大元件、伺服电动机-测速机组、齿轮系及绳轮等组成，其工作原理如上图所示。系统的输入（给定量）是待记录电压，被控对象是记录笔，笔的位移是被控量。系统的任务是控制记录笔位移，在纸上描绘出待记录的电压曲线。函数记录仪的测量元件是由电位器和组成的桥式测量电路，

5、记录笔就固定在电位器的滑臂上，因此，测量电路的输出电压与记录笔位移成正比。当有慢变的输入电压时，在放大元件输入口得到偏差电压，经放大后驱动伺服电动机，并通过齿轮减速器及绳轮带动记录笔移动，同时使偏差电压减小。当偏差电压时，电动机停止转动，记录笔也静止不动。此时，表明记录笔位移与输入电压相对应。如果输入电压随时间连续变化，记录笔便描绘出相应的电压曲线。函数记录仪方框图见下图。其中，测速发电机是校正元件，它测量电动机转速并进行反馈，用以增加阻尼，改善系统性能。6、 解：采用自整角机作为角度测量元件的火炮方位角控制系统。图中的自整角机工作在变压器状态，自整角发送机BD的转子与输入轴联结，转子绕组通入

6、单相交流电；自整角接收机BS的转子则与输出轴(炮架的方位角轴)相连接。当转动瞄准具输入一个角度的瞬间，由于火炮方位角，会出现角位置偏差。这时，自整角接收机BS的转子输出一个相应的交流调制信号电压，其幅值与的大小成正比，相位则取决于的极性。当偏差角>0时，交流调制信号呈正相位；当<0时，交流调制信号呈反相位。该调制信号经相敏整流器解调后，变成一个与的大小和极性对应的直流电压，经校正装置、放大器处理后成为。驱动电动机带动炮架转动，同时带动自整角接收机的转子将火炮方位角反馈到输入端。显然，电动机的旋转方向必须是朝着减小或消除偏差角的方向转动，直到为止。这样，火炮就指向了手柄给定的方位角上

7、。在该系统中，火炮是被控对象，火炮方位角是被控量，给定量是由手柄给定的方位角。系统方框图如下图所示。7、试用梅逊公式法化简下面动态结构图，求如图所示系统的传递函数。解：图中不再有回路，故D1=1=8、试用梅逊公式法求如图所示系统的传递函数。-11sC21sC11R21RC(s)R(s)9、方框图如图所示，用梅逊公式化简方框图求。10、已知系统方程组如下： 试绘制系统结构图，并求闭环传递函数。11、系统的微分方程如下： 式中、为常数，为指令，、为干扰，为被控量。试建立系统的动态结构图，并分别求传递函数、。12、求如图所示方框图的传递函数和。13、某控制系统的方框图如图所示，试求(1)该系统的开环

8、传函、闭环传函和误差传函。 (2)若保证阻尼比=0.7和响应单位斜坡函数的稳态误差为=0.25,求系统参数K、。14. 控制系统方块图如图所示：（1）当=0时，求系统的阻尼比，无阻尼自振频率和单位斜坡函数输入时的稳态误差；（2）当=0.7时，试确定系统中的值和单位斜坡函数输入时系统的稳态误差。15. 设单位反馈系统的开环传递函数为 若要求闭环特征方程的根的实部均小于-1，问K值应取在什么范围？16、典型二阶系统的单位阶跃响应曲线如图二所示，试确定系统的闭环传递函数。 17、单位负反馈系统的开环传递函数为（1）试确定使系统稳定的开环增益、阻尼比的范围。（2）若，并保证系统的极点全部位于的左侧，试

9、确定此时的开环增益的范围。18、已知系统的结构图如图所示：（1）当、时，试确定系统的阻尼比、固有频率和单位斜坡输入时系统的稳态误差。（2）若使，单位斜坡输入下系统的稳态误差，试确定系统中的值，此时放大系数应为何值。19、设单位反馈系统的开环传递函数为，要求系统响应单位匀速信号的稳态误差及相角裕度，试确定串联迟后校正环节的传递函数。20、已知单位反馈系统的开环传递函数为=试设计串联校正环节，使系统的相角裕度不小于，剪切频率不低于50。21、设控制系统的结构图如图所示： - -（1）分析说明内反馈的存在对系统稳定性的影响。（2）计算静态位置误差系数、静态速度误差系数和静态加速度误差系数，并说明内反

10、馈的存在对系统稳态误差的影响。22、单位反馈系统的开环对数幅频特性曲线如图所示，采用串联校正，校正装置的传递函数 开环对数幅频特性曲线（1）写出校正前系统的传递函数；（2）在上图中绘制校正后系统的对数幅频特性曲线；（3）求校正后系统的截止频率和相角裕度。23、某系统的开环对数幅频特性如图所示，其中虚线表示校正前的，实线表示校正后的。要求:（1）确定所用的是何种串联校正方式，写出校正装置的传递函数；（2）确定使校正后系统稳定的开环增益范围；（3）当开环增益时，求校正后系统的相角裕度和幅值裕度。24、已知系统结构如图所示，采样周期。求系统稳定时的取值范围。 - 25、离散系统结构图如下图所示，采样

11、周期。（1）写出系统开环脉冲传递函数；（2）确定使系统稳定的值范围；26、试求的z变换。27、已知单位反馈系统的开环传递函数为=试设计串联校正环节，使系统的相角裕度不小于，剪切频率不低于50。28、设单位反馈系统的开环传递函数为，要求系统响应单位匀速信号的稳态误差及相角裕度，试确定串联迟后校正环节的传递函数。29、系统不可变部分的传递函数为：要求满足性能指标：（1） 系统型别（2） 开环增益（3） 剪切频率（4） 相角裕度 试确定合适的校正环节30、某最小相角系统的开环对数幅频特性如下图所示。要求:1、写出系统开环传递函数；2、利用相角裕度判断系统的稳定性；3、将其对数幅频特性向右平移十倍频程

12、，试讨论对系统性能的影响。31、一单位负反馈系统开环对数幅频渐进线如图所示，要求：（1）写出系统的开环传递函数；（2）判定闭环系统的稳定性；（3）如果输入信号时，求系统在输入信号作用下的稳态误差。 -20 -40 -20 0.1 0.2 1 4 -4032、已知最小相位系统的开环传递函数Bode图的对数幅频特性如图所示，试求该系统开环传递函数。 -40 0 -20 (1/s) -4033、已知最小相位系统Bode图的渐近幅频特性如图所示，求该系统的开环传递函数。 34、某系统的结构图和Nyquist图如图(a)和(b)所示，图中 试判断闭环系统稳定性，并决定闭环特征方程正实部根的个数。 35、

13、设某控制系统的开环传递函数为=试绘制该系统的Bode图，并确定剪切频率的值。36、已知最小相位系统Bode图的渐近幅频特性如下图所示，求该系统的开环传递函数。37、已知最小相位开环系统的渐进对数幅频特性曲线如图3所示，试：（1）求取系统的开环传递函数（2）利用稳定裕度判断系统稳定性38、已知最小相位系统Bode图如图3所示 ，试求系统传递函数。39、已知单位负反馈系统的开环传递函数为，试用根轨迹法分析系统的稳定性，确定若系统稳定的取值范围。40、单位反馈系统的开环传递函数为 试绘制系统根轨迹，并确定使系统稳定的值范围。41、单位反馈系统的开环传递函数为 （1）绘制时的系统根轨迹（确定渐近线，分离点，与虚轴交点）；（2）确定使系统满足的开环增益的取值范围；（3）定性分析在范围内，增大时，以及作用下的变化趋势（增加/减小/不变）。42、设系统开环传递函数为试绘制闭环系统的概略根轨迹；并确定系统稳定时的取值范围。43