《自动控制原理及其应用》第1章 习题及参考答案

第一章习题解析试着列举几个生活中常见的开环控制和闭环控制的例子，并简述它们的工作原理。解：开环控制：1、电风扇转速调节：被控对象是电风扇，被控量是电风扇的挡位，通过调节挡位旋钮来调节电风扇的挡位。2、开灯或者关灯：被控对象是灯光控制回路，被控量是灯的状态，当按下灯光开关时，回路闭合，灯亮；当打开灯光开关时，回路断开，灯灭。3、自动门：被控对象是自动门，被控量是门的状态。当人接近自动门时，自动门打开。闭环控制:1、电冰箱温度控制系统：被控对象是电冰箱，被控量是电冰箱的实际温度，当冰箱的实际温度被检测到偏离设定的温度时，控制器会控制制冷装置，从而调节电冰箱内的温度，使其接近给定温度。2、水箱的水位控制系统：被控对象是水箱，被控量是水箱水位，当检测装置检测到水箱的水位和给定水位存在偏差时，控制器会控制阀门来控制水箱的进水量，从而调节水箱的实际水位，使其接近给定水位。自动控制系统由哪些环节所组成，它们在控制中担负着什么样的功能？解：自动控制系统根据被控对象和具体用途的不同，有多种不同的结构形式，但是从工作原理上看，自动控制系统通常是由一些能够完成不同职能元器件组成。控制对象：又称被控对象或者受控对象，通常指生产过程中需要对它的某个特定量进行控制的设备或者过程。比较元件：用来比较输入信号和反馈信号，并且产生反应两者偏差的偏差信号。放大元件：将信号进行放大，推动执行元件去控制被控对象。执行机构：直接推动被控对象，使其被控量按照期望变化。检测装置：检测被控量的物理量，如果是非电信号，需要转化为电信号。检测装置的精度和特性直接影响控制的性能。校正装置：也称为补偿元件，它是结构或者参数便于调整的元部件，用串联或者反馈的方式连接在系统中，以改善系统的性能。闭环控制系统的工作原理是什么？解：闭环控制系统又称为反馈控制系统。它通过比较系统的输出与期望之间的偏差，并且消除偏差来获得预期的性能。只要被控量偏离给定值，系统就会自动纠偏。在闭环控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，二者形成一个闭合的回路。试着简述开环控制和闭环控制的优缺点。解：开环控制系统优点：结构简单，造价便宜；缺点：精度通常比较低，没有抑制外部干扰及内部干扰的能力。闭环控制系统的优点：精度高，对外部扰动和系统参数变化不敏感；缺点：结构相对复杂，系统性能性能分析和设计麻烦。对自动控制系统的基本要求是什么，试分析增大和减小放大元件增益对闭环控制系统性能的影响。解：基本要求：稳定性，快速性和准确性。影响：增大了系统的无阻尼振荡频率，减小了系统的阻尼比，降低了系统的动态性能。误差系数有所增大，减小了稳态误差，因而提高了系统的精度。分析人从书架上取书的过程，讨论是开环控制还是闭环控制，并画出系统框图。解：该系统为闭环控制系统，系统框图如下：分析可调光台灯系统是开环控制还是闭环控制，并画出系统框图。解：该系统为开环控制系统，系统框图如下：电动机速度控制系统如图1-16所示，分析系统过程，将abcd连接成负反馈状态并画出系统框图。

图1-16电动机速度控制系统解：负反馈连接方式为：a-d，b-c；系统框图：图1-17是自动液位控制系统，在任何情况下希望水箱中液体高度保持H0不变，请指出该系统中的控制对象、控制器、执行器、测量元件、被控量和干扰量，并画出系统方框图。图1-17自动液位控制系统解：被控对象：水箱；控制器：杠杆；执行器：阀门；测量元件：浮球；被控量：液位；干扰量：流出液体。系统框图：图1-18为角位置随动控制系统，系统功能是控制工作机械角位值，使其跟随手柄转角，分析该系统的工作原理并画出系统框图。图1-18角位置随动控制系统解：工作原理：闭环控制系统。只要工作机械角与手柄转角一致，两环形电位器组成的桥式电路处于平衡状态，无电压输出。此时表示跟踪无偏差，电动机不