1、自控作业答案1红色为重点（2016 年考题）第一章1-2 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。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，电动机反转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。1-4 题 1-4 图为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热
2、水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？ 解 工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。 自控作业答案2其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是
3、干扰量。系统方块图如下图所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。1-5 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、被控量及各部件的作用，画出系统方框图。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 au 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 TC，热电偶的输出
4、电压 Uf 正好等于给定电压 Ur。此时，Ue=Ur-Uf=0，故 U1=Ua=0，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 Uc 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 TC 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 TC 的实际值等于期望值为止。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 ru（表征炉温的希望值） 。系统方框图见下图。自控作业答案3注意:方框图中被控对象和被控量放在最右边,检测的是被控
5、量,非被控对象.第二章2-2 设机械系统如图 257 所示，其中 xi 为输入位移，x o 为输出位移。试分别列写各系统的微分方程式及传递函数。解：图(a)：由牛顿第二运动定律，在不计重力时，可得自控作业答案42-6 若某系统在阶跃输入 r(t)=1(t)时，零初始条件下的输出响应 c(t)=1-e-2t+e-t，试求系统的传递函数和脉冲响应。自控作业答案52-8 在图 2-60 中，已知 G(s)和 H(s)两方框相对应的微分方程分别是且初始条件均为零，试求传递函数及 C(s)/R(s)及 E(s)/R(s)。2-9 求图 2-53 所示有源网络的传递函数 Uo(s)/Ui(s)自控作业答案
6、62-11 已知控制系统结构图如图 2-55 所示。试通过结构图等效变换求系统传递函数 C(s)/R(s)。解：自控作业答案7第三章自控作业答案83-3 已知二阶系统的单位阶跃响应为 h(t) =10 12.5e1.2t sin(1.6t + 53.1o ) 试求系统的超调量 、峰值时间p 和调节时间s。解： )1in(1)( 22 tetc ntarcos21/%enpt21nst5.36.0.53s %5.9222 6.01/.6.01/.1/ eee)(9.2stnp)(.153.stns或：先根据 c(t)求出系统传函，再得到特征参数，带入公式求解指标。3-6 设图 3-46 是简化的
7、飞行控制系统结构图，试选择参数 K和 Kt，使系统 n、。分析：求出系统传递函数，如果可化为典型二阶环节形式，则可与标准二阶环节相对照，从而确定相应参数。解 对结构图进行化简如图所示。自控作业答案93-10 已知系统的特征方程，试判别系统的稳定性，并确定在右半 s 平面根的个数及纯虚根。（1 ） 04832123)(345 sssD解： =0 45列劳思表:S 5 1 12 32S4 3 24 48 S3 0124234816S2 4836S 0 辅助方程 ,14812480sS 24 辅助方程求导：S0 48系统没有正根。对辅助方程求解，得到系统一对虚根 。sj12,（2 ） 018-74-s)( 2356 ssD列劳思表： 自控作业答案10系统不稳定。 3-12 已知系统结构图如图所示。试用劳思稳定判据确定能使系统稳定反馈参数 的取值范围。解：系统的开环传递函数为：所以 0。3-13 已知单位反馈系统的开环传递函数:（1 ） G(s) = （3 ） 10) +6s( 2) ）（ 试求输入分别为 r(t) = 2t 和 r(t) = 2 + 2t +t 2 时，系统的稳态误差。
