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自动控制原理简明教程课后答案

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2024年2月19日发(作者:花如曼)

自动控制原理简明教程课后答案【篇一:自控原理习题答案(陈铁牛 版)】

xt>普通高等教育“十一五”国家级规划教材 全国高等专科教育自动化类专业规划教材

《自动控制原理》习题答案

主编:陈铁牛

机械工业出版社

第一章 习题答案

1-1

1-2

1-3 闭环控制系统主要由被控对象,给定装置,比较、放大装置,执行装置,测量和变送装置,校正装置等组成。 被控对象:指要进行

控制的设备和过程。给定装置:设定与被控量相对应给定量的装置。比较、放大装置

:对给定量与测量值进行运算,并将偏差量进行放大的装置。执行装置:直接作用于控制对象的传动装置和调节机构。测量和变送装置:检测被控量并进行转换用以和给定量比较的装置。校正装置:用以改善原系统控制性能的装置。

题1-4 答:(图略)

题1-5 答:该系统是随动系统。(图略) 题1-6 答:(图略)

第二章习题答案

题2-1 解:(1)f(s)=

12t

? sts?1

1s

2

) s2?4

(2)f(s)=0.5(?

?

s?e8

(3)f(s)=2

s?4

(4)f(s)=

s

s?1

2

(s?1)?25214?2?3 sss

(5)f(s)=

题2-2 解:(1) f(t)=1+cost+5sint (2) f(t)=e(cost-4sint)

-4t

1?t1?10t1?10te?e?te 81819

15?t1?4t1?t

(4) f(t)= -?e?e?te

29183311?t1?4t

(5) f(t)= -?t?e?e

22318

(3) f(t)=

(1?题2-3 解:a)

r1duc1du?uc?r r2dtr2cdt

(1? b)

r2ducrdu11?uc?2r?urr1dtr1cr1dtr1c

dt

dt

dt

dt

2

ducd2urduc) r1r2c1c2duc?(r1c1?r1c2?r2c1?uc?r1r2c1c2?(r1c1?r2c1r?ur 22

题2-4 解:a) g(s)=

t2s

(t1=r1c, t2=r2c )

(t1?t2)s?1

b) g(s)=

t2s?1

(t1=r1c, t2=r2c )

(t1?t2)s?1

t1t2s2?(t1?t3)s?1

c) g(s)= (t1=r1c1, t2=r1c2, t3=r2c1, t4=r2c2 ) 2

t1t2s?(t1?t2?t3)s?1

题2-5 解:(图略) 题2-6 解:?(s)?

3 s?3

题2-7 解:a) ?(s)?

1

ms2?sf?k

b) ?(s)?

g1(s)(1?g2(s))

1?g2(s)?g1(s)g2(s)(g1(s)?g2(s))g3(s)

1?g1(s)g3(s)g1(s)?g2(s))

1?g1(s)g3(s)?g2(s)g3(s)

c) ?(s)?

d) ?(s)?

e) g(s)=[g1(s)- g2(s)]g3(s) f) ?(s)?

g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)

1?g1(s)g2(s)?g3(s)g4(s)?g2(s)g3(s)?g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)g1(s)g2(s)g3(s)

1?g2(s)?g1(s)g2(s)g3(s)?g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)

g) ?(s)?

题2-8 解:

k0?k1c(s)

?3

r(s)ts?(t?1)s2?s?k0?k1k0?k1c(s)

?3

2

n1(s)ts?(t?1)s?s?k0?k1k0?k1?t?sc(s)

?3 n2(s)ts?(t?1)s2?s?k0?k1c1(s)g1(s)

? r1(s)1?g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)c2(s)g2(s)

? r2(s)1?g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)

题2-9 解:

c1(s)g1(s)g2(s)g4(s)

?

r2(s)1?g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)c2(s)g4(s)

?

r1(s)1?g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)

kkkc(s)

?2123 r(s)s?k1k2k3

题2-10 解:(1)

c(s)k3k4s?k1k2k3?g0(s)

?

n(s)s2?k1k2k3

k4?s

k1k2

(2) g0(s)??

题2-11 解:

e?l(s)k1k2?(t2s?1)z2

???

?1(s)(t1?t2)s?1tdtms2?tms?1z1

2

(t1=r1c, t2=r2c, td=la/ra, tm=gdra/375cecm)

【篇二:自动控制原理习题及答案.doc】

>1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图

(1) 将a,b与c,d用线连接成负反馈状态;

(2) 画出系统方框图。

解 (1)负反馈连接方式为:a?d,b?c;

(2)系统方框图如图解1-1 所示。

1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理,并画出系统方框图。

题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统

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。系统方框图如图解1-2所示。

1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量和给定量,画出系统方框图。

题1-3图 炉温自动控制系统原理图

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uc的平方成正比,uc增高,炉温就上升,uc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uf。uf作为系统的反馈电压与给定电压ur进行比较,得出偏差电压ue,经电压放大器、功率放大器放大成ua后,作为控制电动机的电枢电压。

3 页 共 60 页

1、p2并 1-4 题1-4图是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器p

联后跨接到同一电源e0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,指出系统的被控对象、被控量和给定量,画出系统的方框图。

题1-4图 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。

????i,1的滑臂转过一个输入角i的瞬间,由于输出轴的转角o当摇动手轮使电位器p

1、p2转换成偏差电压于是出现一个误差角?e??i??o,该误差角通过电位器p

ue?ui?uo,ue经放大后驱动电动机转动,在驱动导弹发射架转动的同时,通过输出轴带动电位器p2的滑臂转过一定的角度?o,直至?o??i时,ui?uo,偏差电压ue?0,电动机停止转动。这时,导弹发射架停留在相应的方位角上。只要?i??o,偏差就会产生调节作用,控制的结果是消除偏差?e,使输出量?o严格地跟随输入量?i的变化而变化。

系统方框图如图解1-4所示。

1-5 采用离心调速器的蒸汽机转速控制系统如题1-5图所示。其工作原理是:当蒸汽机带动负载转动的同时,通过圆锥齿轮带动一对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动,套筒内装有平衡弹簧,套筒上下滑动时可拨动杠杆,杠杆另一端通过连杆调节供汽阀门的开度。在蒸汽机正常运行时,飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡,套筒保持某个高度,使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速?下降,则飞锤

因离心力减小而使套筒向下滑动,并通过杠杆增大供汽阀门的开度,从而使蒸汽机的转速回升。同理,如果由于负载减小使蒸汽机的转速?增加,则飞锤因离心力增加而使套筒上滑,并通过杠杆减小供汽阀门的开度,迫使蒸汽机转速回落。这样,离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响,使蒸汽机的转速?保持在某个期望值附近。

指出系统中的被控对象、被控量和给定量,画出系统的方框图。

题1-5图 蒸汽机转速自动控制系统

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。

系统方框图如图解1-5所示。 1-6 摄像机角位置自动跟踪系统如题1-6图所示。当光点显示器对准某个方向时,摄像机会自动跟踪并对准这个方向。试分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量及给定量,画出系统方框图。

题1-6图 摄像机角位置随动系统原理图

解 控制系统的任务是使摄像机自动跟踪光点显示器指示的方向。

当摄像机方向角与光点显示器指示的方向一致时,?2??1,自整角机输出e?0,交流放大器输出电压u?0,电动机静止,摄像机保持原来的协调方向。当光点显示器转过一个角度,?2??1时,自整角机输出与失谐角????1??2成比例的电压信号(其大小、极性反映了失谐角的幅值和方向),经电位器后变成e,经放大器放大后驱动伺服电动机旋转,并通过减速器带动摄像机跟踪光点显示器的指向,使偏差减小,直到摄像机与光点显示器指向重新达到一致时为止。测速发电机测量电动机转速,进行速度反馈,用以改善系统性能。

系统中,摄像机是被控对象,摄像机的方向角?2是被控量,给定量是光点显示器指示的方向角?1。系统方框图如图解1-6所示。

1-7 题1-7图(a),(b)所示的系统均为电压调节系统。假设空载时两系统发电机端电压均为110v,试问带上负载后,图(a),(b)中哪个能保持110v不变,哪个电压会低于110v,为什么

?

题1-7图 电压调节系统工作原理图

解 带上负载后,开始由于负载的影响,(a)与(b)的端电压都要下降,但图(a)中所示系统能恢复到110伏而图(b)系统却不能。理由如下:

图(a)系统,当u低于给定电压时,其偏差电压经放大器k放大后,驱动电机d转动,经减速器带动电刷,使发电机f的激磁电流ij增大,发电机的输出电压会升高,从而使偏差电压减小,直至偏差电压为零时,电机才停止转动。因此,图(a)系统能保持110伏不变。 图(b)系统,当u低于给定电压时,其偏差电压经放大器k后,直接使发电机激磁电流增大,提高发电机的端电压,使发电机g 的端电压回升,偏差电压减小,但不可能等于

【篇三:《自动控制原理》(李晓秀)习题参考答案】

>1-3题 系统的控制任务是保持发电机端电压u不变。 当负载恒定发电机的端电压u等于设定值u0时,?u

?0,电动机不动,电位器滑臂

?0,

不动,励磁电流if恒定;当负载改变,发电机的端电压u不等于设定值u0时,?u

?u经放大器放大后控制电动机转动,电位器滑臂移动动,使得励磁电流if改变,调整发

电机的端电压u,直到u

系统框图为:

1-4题 (1)在炉温控制系统中,输出量为电炉内温度,设为tc;输入量为给定毫伏信号,设为ur;扰动输入为电炉的环境温度和自耦调压器输入电压的波动等;被控对象为电炉;控制装置有电压放大器、功率放大器、可逆电动机、减速器、调压器等。

?u0。

(2)炉温控制系统的任务是使炉内温度值保持不变。当炉内温度与设定温度相等时,

ur等于uf,即u?0,可逆电动机电枢电压为0,电动机不转动,调压器滑臂不动,炉温

温度不改变。

若实际温度小于给定温度,u?ur?uf?0,经放大后控制可逆电动机转动使调压器

?uf?0,经

滑臂上移,使加热器电压增大,调高炉温;若实际温度大于给定温度,u?ur

放大后控制可逆电动机转动使调压器滑臂下移,使加热器电压减小,降低炉温。使得uf和ur之间的偏差减小甚至消除,实现了温度的自动控制。

1-5题 (1) 在水位控制系统中,输出量为水位高度h;输入量为给定电压ug;扰动输入为出水量等。

(2)当实际水位高度h为设定高度时,与受浮球控制的电位器滑臂位置对应的uf与给定电压ug相等,电动机不转动,进水阀门维持不变。若水位下降,电位器滑臂上移,uf增大,偏差?u?ug

?uf?0,经放大后控制电动机逆转调大进水阀门,加大进水量使水位

?uf?0,经放大后控制

升高;若水位升高降,电位器滑臂下移,uf减小,偏差?u?ug

电动机正转调小进水阀门,减小进水量使水位下降,实现了水位的自动控制。

第2章 习题答案

2-1题

a) b)

2-2题

(rc1?r2c)

duc(t)du(t)

?uc(t)?r2cr?ur(t) dtdt

duc(t)du(t)111?(?)uc(t)?r?ur(t) dtr2crcdtrc11

df

?12.65?1.1y1.1?3.03

y?0.25dy?f?3.03?y

2-3题

dq11

?0.002??0.002? dh20?2.253

11q?0.003?0.002?(h?2.25)?0.0015?0.002?h

33

2-4题

1fs

x(s)k2

? a) c

xr(s)(?)fs?1k1k2

f1f

s?1)(2s?1)

x(s)k1k2

? b) c xr(s)(s?1)(s?1)?s

k1k2k1

(

2-5题

a)

uc(s)r2c1c2s?c1

?

ur(s)(r1?r2)c1c2s?c1?c2

uc(s)ls?r2

?2

ur(s)r1lcs?(r1r2c?l)s?r1?r2

b)

2

uc(s)rc11r2c2s?(rc11?r2c2)s?1c) ?ur(s)r1lcc12s?(r1r2cc12?lc2)s?(rc11?r2c2?rc12)s?12uc(s)rc11r2c2s?(rc11?r2c2)s?1d)?2ur(s)r1r2ccs?(rc?rc?rc)s?112112212

2-6题 a)

uc(s)(rcs?1)(r0c0s?1)

??121

2

ur(s)r0c0c1s?2r0c1suc(s)

?rcs?1 ur(s)

b)

c) 2-7题 a)

uc(s)r(rcs?1)(r0c0s?1)

??211

ur(s)r0(r1?r2)c1s?1g(1?g2)c(s)

?1

r(s)1?g2?gg12c(s)g1?g2

?

r(s)1?g2g3

ggc(s)12g3

??g4 r(s)1?ggh?gh?ggh12121232

b)

c)

2-8题

解 由微分方程组建立系统结构图为

传递函数

k2k3k4?s?k1k2k3k4c(s)

?2

r(s)ts?(k2k3k4??k3t?1)s?k3?k1k2k3k4?k3k4k5

2-9题

解 由有源电路建立系统结构图为

uc(s)k(t2s?1)

?

ur(s)(ts?1)(ts?1)?k(ts?1)132

其中,k?2-10题

r3

,t1?r0c1,t2?r2c2,t3?r3c3 r0c2

g?ggc(s)gg

?12323 r(s)1?g2?gg12g3

?g3?g2g3c(s)

?

n(s)1?g2?gg12g3

2-11题

作信号流图略

a) b)

??p??p??p?ggc(s)p12?g2?g1?g1h1

?11223344?

r(s)?1?g1h1?gg12h2?g1h2

gg)??p?c(s)p12?g(13?gh22

?1122?

r(s)?1?g1h1?gh?gh?ggh?ghgh?ghgh2233123112222

c)

33

??p??p??p?c(s)p

?11223344

r(s)?

g3g4g5?gg14g5?g3g4g2(1?g5)?gg14g2(1?g5)?

1?g1?g3?g4?g5?g3g4g5g6?gg13g4g5?g3g5?gg15?g4g5

d)

??p??p??p??g1?g2?2ggc(s)p12

?11223344?

r(s)?1?g1?g2?3gg12

2-12 题

作信号流图略

gg??p?c(s)p12g3?g3g4(1?g1h1) ?1122?

r(s)?1?g1h1?g3h2?ggghh?ghgh1231211321?g3h2?g4g3h1h2??p?e(s)p

?1122?

r(s)?1?g1h1?g3h2?gg12g3h1h2?g1h1g3h2

2-13 题

??p??p?c(s)p

?112233

r(s)?

?

2-14 题

a)

gg12g3g4?g3g4g5?gg16(1?g3h2)

1?g1h2?g3h2?gg12g3g4h3?g3g4g5h3?gg16h3?g1h1g3h2?gg16h3g3h2

??p?c(s)p50(1?0.5)?20(1?10)295?1122???15.13

r(s)?1?10?2?0.5?10?0.5?2?0.519.5??p?c(s)pabcd?ed(1?bg)

?1122?

r(s)?1?af?bg?ch?efgh?afch

b)

2024年2月19日发(作者:花如曼)

自动控制原理简明教程课后答案【篇一:自控原理习题答案(陈铁牛 版)】

xt>普通高等教育“十一五”国家级规划教材 全国高等专科教育自动化类专业规划教材

《自动控制原理》习题答案

主编:陈铁牛

机械工业出版社

第一章 习题答案

1-1

1-2

1-3 闭环控制系统主要由被控对象,给定装置,比较、放大装置,执行装置,测量和变送装置,校正装置等组成。 被控对象:指要进行

控制的设备和过程。给定装置:设定与被控量相对应给定量的装置。比较、放大装置

:对给定量与测量值进行运算,并将偏差量进行放大的装置。执行装置:直接作用于控制对象的传动装置和调节机构。测量和变送装置:检测被控量并进行转换用以和给定量比较的装置。校正装置:用以改善原系统控制性能的装置。

题1-4 答:(图略)

题1-5 答:该系统是随动系统。(图略) 题1-6 答:(图略)

第二章习题答案

题2-1 解:(1)f(s)=

12t

? sts?1

1s

2

) s2?4

(2)f(s)=0.5(?

?

s?e8

(3)f(s)=2

s?4

(4)f(s)=

s

s?1

2

(s?1)?25214?2?3 sss

(5)f(s)=

题2-2 解:(1) f(t)=1+cost+5sint (2) f(t)=e(cost-4sint)

-4t

1?t1?10t1?10te?e?te 81819

15?t1?4t1?t

(4) f(t)= -?e?e?te

29183311?t1?4t

(5) f(t)= -?t?e?e

22318

(3) f(t)=

(1?题2-3 解:a)

r1duc1du?uc?r r2dtr2cdt

(1? b)

r2ducrdu11?uc?2r?urr1dtr1cr1dtr1c

dt

dt

dt

dt

2

ducd2urduc) r1r2c1c2duc?(r1c1?r1c2?r2c1?uc?r1r2c1c2?(r1c1?r2c1r?ur 22

题2-4 解:a) g(s)=

t2s

(t1=r1c, t2=r2c )

(t1?t2)s?1

b) g(s)=

t2s?1

(t1=r1c, t2=r2c )

(t1?t2)s?1

t1t2s2?(t1?t3)s?1

c) g(s)= (t1=r1c1, t2=r1c2, t3=r2c1, t4=r2c2 ) 2

t1t2s?(t1?t2?t3)s?1

题2-5 解:(图略) 题2-6 解:?(s)?

3 s?3

题2-7 解:a) ?(s)?

1

ms2?sf?k

b) ?(s)?

g1(s)(1?g2(s))

1?g2(s)?g1(s)g2(s)(g1(s)?g2(s))g3(s)

1?g1(s)g3(s)g1(s)?g2(s))

1?g1(s)g3(s)?g2(s)g3(s)

c) ?(s)?

d) ?(s)?

e) g(s)=[g1(s)- g2(s)]g3(s) f) ?(s)?

g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)

1?g1(s)g2(s)?g3(s)g4(s)?g2(s)g3(s)?g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)g1(s)g2(s)g3(s)

1?g2(s)?g1(s)g2(s)g3(s)?g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)

g) ?(s)?

题2-8 解:

k0?k1c(s)

?3

r(s)ts?(t?1)s2?s?k0?k1k0?k1c(s)

?3

2

n1(s)ts?(t?1)s?s?k0?k1k0?k1?t?sc(s)

?3 n2(s)ts?(t?1)s2?s?k0?k1c1(s)g1(s)

? r1(s)1?g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)c2(s)g2(s)

? r2(s)1?g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)

题2-9 解:

c1(s)g1(s)g2(s)g4(s)

?

r2(s)1?g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)c2(s)g4(s)

?

r1(s)1?g1(s)g2(s)g3(s)g4(s)

kkkc(s)

?2123 r(s)s?k1k2k3

题2-10 解:(1)

c(s)k3k4s?k1k2k3?g0(s)

?

n(s)s2?k1k2k3

k4?s

k1k2

(2) g0(s)??

题2-11 解:

e?l(s)k1k2?(t2s?1)z2

???

?1(s)(t1?t2)s?1tdtms2?tms?1z1

2

(t1=r1c, t2=r2c, td=la/ra, tm=gdra/375cecm)

【篇二:自动控制原理习题及答案.doc】

>1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图

(1) 将a,b与c,d用线连接成负反馈状态;

(2) 画出系统方框图。

解 (1)负反馈连接方式为:a?d,b?c;

(2)系统方框图如图解1-1 所示。

1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理,并画出系统方框图。

题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统

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。系统方框图如图解1-2所示。

1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量和给定量,画出系统方框图。

题1-3图 炉温自动控制系统原理图

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uc的平方成正比,uc增高,炉温就上升,uc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uf。uf作为系统的反馈电压与给定电压ur进行比较,得出偏差电压ue,经电压放大器、功率放大器放大成ua后,作为控制电动机的电枢电压。

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1、p2并 1-4 题1-4图是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器p

联后跨接到同一电源e0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,指出系统的被控对象、被控量和给定量,画出系统的方框图。

题1-4图 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。

????i,1的滑臂转过一个输入角i的瞬间,由于输出轴的转角o当摇动手轮使电位器p

1、p2转换成偏差电压于是出现一个误差角?e??i??o,该误差角通过电位器p

ue?ui?uo,ue经放大后驱动电动机转动,在驱动导弹发射架转动的同时,通过输出轴带动电位器p2的滑臂转过一定的角度?o,直至?o??i时,ui?uo,偏差电压ue?0,电动机停止转动。这时,导弹发射架停留在相应的方位角上。只要?i??o,偏差就会产生调节作用,控制的结果是消除偏差?e,使输出量?o严格地跟随输入量?i的变化而变化。

系统方框图如图解1-4所示。

1-5 采用离心调速器的蒸汽机转速控制系统如题1-5图所示。其工作原理是:当蒸汽机带动负载转动的同时,通过圆锥齿轮带动一对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动,套筒内装有平衡弹簧,套筒上下滑动时可拨动杠杆,杠杆另一端通过连杆调节供汽阀门的开度。在蒸汽机正常运行时,飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡,套筒保持某个高度,使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速?下降,则飞锤

因离心力减小而使套筒向下滑动,并通过杠杆增大供汽阀门的开度,从而使蒸汽机的转速回升。同理,如果由于负载减小使蒸汽机的转速?增加,则飞锤因离心力增加而使套筒上滑,并通过杠杆减小供汽阀门的开度,迫使蒸汽机转速回落。这样,离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响,使蒸汽机的转速?保持在某个期望值附近。

指出系统中的被控对象、被控量和给定量,画出系统的方框图。

题1-5图 蒸汽机转速自动控制系统

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。

系统方框图如图解1-5所示。 1-6 摄像机角位置自动跟踪系统如题1-6图所示。当光点显示器对准某个方向时,摄像机会自动跟踪并对准这个方向。试分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量及给定量,画出系统方框图。

题1-6图 摄像机角位置随动系统原理图

解 控制系统的任务是使摄像机自动跟踪光点显示器指示的方向。

当摄像机方向角与光点显示器指示的方向一致时,?2??1,自整角机输出e?0,交流放大器输出电压u?0,电动机静止,摄像机保持原来的协调方向。当光点显示器转过一个角度,?2??1时,自整角机输出与失谐角????1??2成比例的电压信号(其大小、极性反映了失谐角的幅值和方向),经电位器后变成e,经放大器放大后驱动伺服电动机旋转,并通过减速器带动摄像机跟踪光点显示器的指向,使偏差减小,直到摄像机与光点显示器指向重新达到一致时为止。测速发电机测量电动机转速,进行速度反馈,用以改善系统性能。

系统中,摄像机是被控对象,摄像机的方向角?2是被控量,给定量是光点显示器指示的方向角?1。系统方框图如图解1-6所示。

1-7 题1-7图(a),(b)所示的系统均为电压调节系统。假设空载时两系统发电机端电压均为110v,试问带上负载后,图(a),(b)中哪个能保持110v不变,哪个电压会低于110v,为什么

?

题1-7图 电压调节系统工作原理图

解 带上负载后,开始由于负载的影响,(a)与(b)的端电压都要下降,但图(a)中所示系统能恢复到110伏而图(b)系统却不能。理由如下:

图(a)系统,当u低于给定电压时,其偏差电压经放大器k放大后,驱动电机d转动,经减速器带动电刷,使发电机f的激磁电流ij增大,发电机的输出电压会升高,从而使偏差电压减小,直至偏差电压为零时,电机才停止转动。因此,图(a)系统能保持110伏不变。 图(b)系统,当u低于给定电压时,其偏差电压经放大器k后,直接使发电机激磁电流增大,提高发电机的端电压,使发电机g 的端电压回升,偏差电压减小,但不可能等于

【篇三:《自动控制原理》(李晓秀)习题参考答案】

>1-3题 系统的控制任务是保持发电机端电压u不变。 当负载恒定发电机的端电压u等于设定值u0时,?u

?0,电动机不动,电位器滑臂

?0,

不动,励磁电流if恒定;当负载改变,发电机的端电压u不等于设定值u0时,?u

?u经放大器放大后控制电动机转动,电位器滑臂移动动,使得励磁电流if改变,调整发

电机的端电压u,直到u

系统框图为:

1-4题 (1)在炉温控制系统中,输出量为电炉内温度,设为tc;输入量为给定毫伏信号,设为ur;扰动输入为电炉的环境温度和自耦调压器输入电压的波动等;被控对象为电炉;控制装置有电压放大器、功率放大器、可逆电动机、减速器、调压器等。

?u0。

(2)炉温控制系统的任务是使炉内温度值保持不变。当炉内温度与设定温度相等时,

ur等于uf,即u?0,可逆电动机电枢电压为0,电动机不转动,调压器滑臂不动,炉温

温度不改变。

若实际温度小于给定温度,u?ur?uf?0,经放大后控制可逆电动机转动使调压器

?uf?0,经

滑臂上移,使加热器电压增大,调高炉温;若实际温度大于给定温度,u?ur

放大后控制可逆电动机转动使调压器滑臂下移,使加热器电压减小,降低炉温。使得uf和ur之间的偏差减小甚至消除,实现了温度的自动控制。

1-5题 (1) 在水位控制系统中,输出量为水位高度h;输入量为给定电压ug;扰动输入为出水量等。

(2)当实际水位高度h为设定高度时,与受浮球控制的电位器滑臂位置对应的uf与给定电压ug相等,电动机不转动,进水阀门维持不变。若水位下降,电位器滑臂上移,uf增大,偏差?u?ug

?uf?0,经放大后控制电动机逆转调大进水阀门,加大进水量使水位

?uf?0,经放大后控制

升高;若水位升高降,电位器滑臂下移,uf减小,偏差?u?ug

电动机正转调小进水阀门,减小进水量使水位下降,实现了水位的自动控制。

第2章 习题答案

2-1题

a) b)

2-2题

(rc1?r2c)

duc(t)du(t)

?uc(t)?r2cr?ur(t) dtdt

duc(t)du(t)111?(?)uc(t)?r?ur(t) dtr2crcdtrc11

df

?12.65?1.1y1.1?3.03

y?0.25dy?f?3.03?y

2-3题

dq11

?0.002??0.002? dh20?2.253

11q?0.003?0.002?(h?2.25)?0.0015?0.002?h

33

2-4题

1fs

x(s)k2

? a) c

xr(s)(?)fs?1k1k2

f1f

s?1)(2s?1)

x(s)k1k2

? b) c xr(s)(s?1)(s?1)?s

k1k2k1

(

2-5题

a)

uc(s)r2c1c2s?c1

?

ur(s)(r1?r2)c1c2s?c1?c2

uc(s)ls?r2

?2

ur(s)r1lcs?(r1r2c?l)s?r1?r2

b)

2

uc(s)rc11r2c2s?(rc11?r2c2)s?1c) ?ur(s)r1lcc12s?(r1r2cc12?lc2)s?(rc11?r2c2?rc12)s?12uc(s)rc11r2c2s?(rc11?r2c2)s?1d)?2ur(s)r1r2ccs?(rc?rc?rc)s?112112212

2-6题 a)

uc(s)(rcs?1)(r0c0s?1)

??121

2

ur(s)r0c0c1s?2r0c1suc(s)

?rcs?1 ur(s)

b)

c) 2-7题 a)

uc(s)r(rcs?1)(r0c0s?1)

??211

ur(s)r0(r1?r2)c1s?1g(1?g2)c(s)

?1

r(s)1?g2?gg12c(s)g1?g2

?

r(s)1?g2g3

ggc(s)12g3

??g4 r(s)1?ggh?gh?ggh12121232

b)

c)

2-8题

解 由微分方程组建立系统结构图为

传递函数

k2k3k4?s?k1k2k3k4c(s)

?2

r(s)ts?(k2k3k4??k3t?1)s?k3?k1k2k3k4?k3k4k5

2-9题

解 由有源电路建立系统结构图为

uc(s)k(t2s?1)

?

ur(s)(ts?1)(ts?1)?k(ts?1)132

其中,k?2-10题

r3

,t1?r0c1,t2?r2c2,t3?r3c3 r0c2

g?ggc(s)gg

?12323 r(s)1?g2?gg12g3

?g3?g2g3c(s)

?

n(s)1?g2?gg12g3

2-11题

作信号流图略

a) b)

??p??p??p?ggc(s)p12?g2?g1?g1h1

?11223344?

r(s)?1?g1h1?gg12h2?g1h2

gg)??p?c(s)p12?g(13?gh22

?1122?

r(s)?1?g1h1?gh?gh?ggh?ghgh?ghgh2233123112222

c)

33

??p??p??p?c(s)p

?11223344

r(s)?

g3g4g5?gg14g5?g3g4g2(1?g5)?gg14g2(1?g5)?

1?g1?g3?g4?g5?g3g4g5g6?gg13g4g5?g3g5?gg15?g4g5

d)

??p??p??p??g1?g2?2ggc(s)p12

?11223344?

r(s)?1?g1?g2?3gg12

2-12 题

作信号流图略

gg??p?c(s)p12g3?g3g4(1?g1h1) ?1122?

r(s)?1?g1h1?g3h2?ggghh?ghgh1231211321?g3h2?g4g3h1h2??p?e(s)p

?1122?

r(s)?1?g1h1?g3h2?gg12g3h1h2?g1h1g3h2

2-13 题

??p??p?c(s)p

?112233

r(s)?

?

2-14 题

a)

gg12g3g4?g3g4g5?gg16(1?g3h2)

1?g1h2?g3h2?gg12g3g4h3?g3g4g5h3?gg16h3?g1h1g3h2?gg16h3g3h2

??p?c(s)p50(1?0.5)?20(1?10)295?1122???15.13

r(s)?1?10?2?0.5?10?0.5?2?0.519.5??p?c(s)pabcd?ed(1?bg)

?1122?

r(s)?1?af?bg?ch?efgh?afch

b)

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