自动控制原理课后习题答案（精编版）.docx

第一章 引论1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点答：自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件如下图所示为自动控制系统的基本组成开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用， 而没有反向联系的控制过程此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关； 系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求答：自动控制系统的基本要求概括来讲， 就是要求系统具有稳定性、 快速性和准确性稳定性是对系统的基本要求， 不稳定的系统不能实现预定任务。

稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统） 对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置） 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性在系统稳定的前提下， 希望过渡过程进行得越快越好， 但如果要求过渡过程时间很短， 可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求准确性用稳态误差来衡量在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差显然，这种误差越小，表示系统的精度越高，准确性越好当准确性与快速性有矛盾时，应兼顾这两方面的要求1-3 请给出图 1-4 炉温控制系统的方框图答：炉温设定+ 放大器 电动机构 加热器 炉子 炉温-热电偶1-4 请给出图 1-7 热工水温控制系统方框图， 说明系统如何工作以保持热水温度为期望值，并指出被控对象、控制装置、测量装置及输入量和输出量答：冷水流量计蒸汽给定水温+ + 水温温度控制器 阀门 热交换器-温度计冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热， 得到一定温度的热水， 冷水流量变化用流量计测量，温度传感器不断测量热水温度，并在温度控制器中与给定温度比较，当实际水温高于设定温度值时，输出的偏差会控制蒸汽阀门关小，进入热交换器的蒸汽量减少，水温降低，直至偏差为零。

在该系统中，冷水流量为扰动量，当冷水流量变大时，热水温度将有所降低当流量计测得冷水流量变化时，系统按前馈控制温度控制器，使其阀门开大或关小来改变蒸汽量，从而补偿因冷水流量变化引起的热水温度变化被控对象：热交换器；控制装置：温度控制器；测量装置：流量计和温度计；输入量：给定水温；输出量：实际水温1-5 如图 1-12 所示的家用电冰箱控制系统示意图，请画出电冰箱温度控制系统原理方框图，并说明其工作原理答：冰箱室温设定+控制盒-继电器冰箱室温压缩冷却蒸发 冰箱温度检测转换装置控制盒是一个控制装置 冰箱室温由控制盒中元件设定， 温度检测转换装置反应冰箱实际室温的变化室温的设定值与实际值比较，其偏差通过控制盒校正装置，控制继电器闭合或断开，从而控制压缩机的运行或停止由于压缩机的作用，管道内循环气体的温度得到改变，蒸发器向室内散发冷气，直至箱体室温与设定室温一致1-6 图 1-13 为谷物湿度控制系统示意图在谷物磨粉生产过程中，磨粉前需控制谷物湿度， 以达到最多的出粉量 谷物按一定流量通过加水点， 加水量由自动阀门控制加水过程中，谷物流量、加水前谷物湿度及水压都是对谷物湿度的扰动为提高控制精度，系统中采用了谷物湿度顺馈控制，试画出系统方框图。

答：输出谷物期望湿度湿度测量水源+ -调节器 自动阀门-输入谷物谷物流输出谷物湿度测量第二章 控制系统数学模型2-1 请列写出图 2-53 的系统传递函数，输入量为 ui (t) ，输出量为 uo(t) 答：1i1dt R1 i1 i2 0C1（ 1）ui R1 i2 i1 uo（ 2）u R i1 i dt（ 3）o1sC12 2 2C2I1 s R1I 1 s R1I 2 s 0（ 4）U i s R1I 2s R1I1s U os （ 5）U s R I s 1 I s（ 6）sCo 2 2 22I 2 sI1 s12R 1sC2U o sR1U o s（ 7）（ 8）1sC1R1 R21sC21U o s sC1R1 R21sC2（ 9）U i s1sC1R1 R21sC2R1sC12-3 试推出图 2-55 中无源网络的微分方程答：U o s R2U i s R1 R2R1R2CsR1R2Cs（ 1）R1R2CsU os R1R2 U os R1R2CsU is R2U is （ 2）R1R2Cu ot R1R2 uot R1R2Cu it R2uit （ 3）2-5 已知系统的传递函数为：系统的单位阶跃响应。

答：C sR s s223s 2，系统初始条件为C 0 1 ， C0 0 ，试求s2 3s 2C s（ 1）s s 1 s 211Fe ate bte ct（ 2）s a s b s c b a c a a b c b a c b c1 4 2C ss s 1 s 2（ 3）C t 2e te 2t ,constan t 1（ 4）2-6 某系统在阶跃信号 r(t)=1(t) 、零初始条件下的输出响应c t 1e 2te t ，试求系统的传递函数 G(s) 和脉冲响应 c t 答：1 1 1c ss s 2 s 1（ 1）1r s s （ 2）c s s2 4s 2G sr s s2 3s 2（ 3）c t c t t2e 2t e t（ 4）2-7 系统微分方程组：x1 t r t c t n1 tx2 t K 1x1 tx3 t x2 t x5 tdx4 tT x3 tdtx5 t x4 t K 2n2 td 2c t dc t2dt dtK 0 x5 t式中，K 0 、K1 、 K 2 和 T 均为常数，试建立以 r t 、 n1t 、 n2t 为输入量，以 c t 为输出量的系统结构图。

答：n2 sn1 s-r sx1 sK1x2 sx3 s 1x4 sK 2- x5 s K 0 c s2- - Ts s s2-8 已知系统结构图如图 2-56 所示，当 R s0 、 N s0 时，试求：（1） E s 到 C s 的前向通道传递函数 G s ；（ 2 ） E s 到 B s 的开环传递函数（ 3 ） R s 到 E s 的误差传递函数（ 4 ） R s 到 C s 的闭环传递函数答：GK s ； GE s ； GB s G s K1Ts 1（ 1）GK sGE sK1 K 2Ts 111 K 1K 2（ 2）（ 3）Ts 1K 1BG s Ts 1（ 4）1 K 1K 2Ts 12-9 试通过结构图等效变换，求图 2-57 所示各控制系统传递函数 C s / R s 答：Ga sG1 G21 G2 H1G2 G3 G1G2 H2（ 1）Gb sG1G2 G2G3（ 2）Gc s1 G1G2 H1G1G2G3（ 3）1 G1 H1 G2 H 2G3 H 3G1 H1G3 H 3Gd sG1 G2 G3 G4（ 4）1 G1G2 G3 G4 H 3 G2 G3 H1G3 G4 H22-10 用结构图化简的方法，将图 2-58 所示结构图化简，并求出其给定信号和扰动信号的闭环传递函数。

答：GR sG1G2G3G4 G1 G2 G5（ 1）1 G1G2 G3 G4 G1 G2G5G2G3HGN sGN G1G2 G3 G4 GN G1G2 G5G3 G4 G5（ 2）1 G1G2G3G4G1 G2 G5G2 G3 H2-11 试通过对结构图的化简，求图 2-59 所示系统的传递函数答：C s G1G2G3G4（ 1）R s 1 G1G2H 1 G2 H 1 G2G3H 2C s G1G2G3G4（ 2）R s 1E sR s 1G2G3H 1G2G3H 1G3G4 H 21G3G4 H 2G1G2G3G4 H 3G1G2G3G4 H 3（ 3）2-12 绘制图 2-60 系统结构图对应的信号流图，并用梅逊公式求系统传递函数答：N sH1 sG s 1H 2 sG sR s 1 11 2 1 C sC s G1G2H 3 s（ 1）R s 1 G。