自动控制原理 习题与解答 王军.docx

思考题与习题解答

第一章

1-1试举出几个日常生活中的开环控制系统和闭环控制系统的实例，并说明它们的工作原理。

解：可以举出日常生活中家里的一些水位位置的开环控制、温度开环控制、高度的开环控制过程，说明工作原理。

可以举出日常家庭中的电冰箱、微波炉等温度闭环控制系统，说明温度控制的闭环系统原理。

1-2闭环控制系统的组成部件有哪些?传感器、执行机构的作用是什么?

解：闭环控制系统的组成基本部件：控制器、测量元件、被控对象。控制器中的执行机构是对被控对象起控制作用装置。测量元件中传感器）是测量输出量作用。

1-3对自动控制系统基本的性能要求是什么?最主要的要求是什么?

解：对控制系统性能的要求概括为三方面:（1）稳定性。（2）稳态性能。（3）瞬态（暂态）性能。

最主要的要求是：系统首先必须稳定且由一定稳定余量，满足稳态误差要求、暂态快速性（过渡过程时间）和超调量要求。

1-4反馈控制系统的动态过程有哪几种类型?生产过程希望的动态过程是什么?

解：反馈控制系统的动态过程有两种：单调上升动态过程、衰减振荡动态过程、等幅振荡动态过程、发散振荡动态过程

生产过程希望的动态过程是单调上升动态过程、衰减振荡动态过程。

1-5图1.9为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启和关闭的工作原理，如果大门不能全开或全关，则应如何调整。

图1.9仓库大门自动控制系统

解：系统自动控制大门开启和关闭的工作原理为：大门开启和关闭的输入信号是由一个连锁的开关和电位器发出；当开门时开门开关闭合，连锁的关门开关打开，电位器输出电位为高电平；关门时开门开关打开，连锁的关门开关闭合，电位器输出电位为低电平。大门实际位置是由位置检测电位器检测出来的；当大门是开门状态时该电位器输出高电平，当大门是关门状态时该电位器输出低电平。执行机构由电机和绞盘等构成，误差比较和放大由比较放大器构成。被控对象为仓库大门。

（1）当需要大门开门，让大门的开关闭合时，连锁的关门开关会打开，电位器信号发送到比较放大器的输入端，与大门位置检测的电位器信号进行比较。如果此时大门是处于关门状态，两个信号存在偏差，通过放大器对偏差进行放大，输入给电机，电机运行且带动绞盘运动，拉动大门向上运动，大门打开。如果此时大门是处于开门状态，两个信号不存在偏差，通过放大器输出为0，电机和绞盘不运动，大门保持原位置。

（2）当需要大门关门，让关门的开关闭合时，连锁的开门开关会打开，电位器信号发送到比较放大器的输入端，与大门位置检测的电位器信号进行比较。如果此时大门是处于开门状态，两个信号存在偏差，通过放大器对偏差进行放大，输入给电机，电机运行且带动绞盘运动，拉动大门向下运动，大门关开。如果此时大门是处于关门状态，两个信号不存在偏差，通过放大器输出为0，电机和绞盘不运动，大门保持原位置。

1-6图1-10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水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统框图，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?

图1.10水温控制系统示意图

解：（1）系统框图如习题1-6的图所示。

习题1-6图水温控制系统框图

（2）工作原理为：被控量是热交换器的热水温度。在温度控制器上可以设置希望的热水温度，温度测量元件实时检测实际温度，流量计检测实际冷水流量；在温度控制器内部将希望温度和实际温度进行比较，形成外环反馈控制；同时，流量计检测实际冷水流量送给温度控制器，形成内环流量顺馈控制。如果希望的温度和实际温度存在偏差且超过容许范围，温度控制器发出信号，让蒸汽入水调节阀加大（当希望的温度大于实际温度时）或减小（当希望的温度小于实际温度时），直到偏差到达容许范围，蒸汽入水调节阀不动作。内环流量顺馈控制可以用于系统性能提高。

（3）系统的被控对象是热交换器，控制装置是温度控制器和蒸汽入水调节阀。

1-7图1.11为一电位器位置随动系统，输入量为给定转角θr，输出量为随动系统的随动转角θc。Rp为圆盘式滑动电位器，Ks为功率放大器。说明：

（1）该系统由哪些环节组成?各起什么作用?试用框图表示出该系统的组成和结构。

（2）该系统是有差系统还是无差系统?

（3）说明当输入转角θr变化时输出转角θc的跟随过程。

图1.11电位器位置随动系统

解：（1）该系统由组成环节和作用如下：

1）被控对象：直流电机，是本闭环系统中实现自动控制的设备。

2）给定元件：由自整角机发送机构成。作用是发出随动输入信号。

3）比较元件：放大器构成，作用将输入信号与反馈信号进行比较，得到偏差信号。

4）控制器：由放大器和整流器构成，对被控对象起控制作用装置的总体。

5）检测元件：由自整角机接收机构成，接