《自动控制原理及其应用》习题及参考答案汇总 王晶晶 第1--4章 .doc

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，电动机不动，系统静止。

如果手柄转角变化了，则电桥输出偏差电压，经放大器驱动电动机转动。通过减速器拖动工作机械向要求的方向偏转。当时，系统达到新的平衡，电动机停转，从而实现角位置跟踪目的。

2-5-1单项选择题：

1．线性系统和非线性系统的根本区别在于(C)

A．线性系统有外加输入，非线性系统无外加输入。

B．线性系统无外加输入，非线性系统有外加输入。

C．线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理。

D．线性系统不满足迭加原理，非线性系统满足迭加原理。

2．采用负反馈连