自动控制原理习题.doc

--------------------------校验:_____________-----------------------日期:_____________自动控制原理习题习题1-1试列举几个日常生活中见到的控制系统的例子,它们是开环控制还是闭环控制?它们如何工作?1-2自动控制系统通常由那些基本环节组成?各环节起什么作用?1-3如何理解自动控制技术已发展到了计算机控制时代经典控制理论仍然起着重要作用?1-4试分析图1-4所示负反馈速度给定控制系统:(1)给定电压降低时系统的工作情况;(2)电网电压降低时系统的工作情况。如果将图中测速发电机7的极性反接,系统能否正常工作?题1-5图船舶舵叶位置随动控制系统原理图1-手轮2-给定电位器3-检测电位器4-放大器5-伺服电动机6-他励绕组7-传动机构8-舵叶1-5船舶航行是靠旋转驾驶舵轮改变船尾水下舵叶与船身之间的夹角来改变航向的,水下舵叶由电动机经传动机构拖动,控制舵叶转动的位置随动系统原理图如题1-5图所示。试分析该控制系统的工作原理,并找到组成系统的各个基本环节,绘出系统框图。1-6吊起式安装的油库大门控制系统如题1-6图所示。试叙述该系统的工作原理,并绘出系统框图。题1-6图油库大门位置随动控制系统原理图1-7稳定他励直流发电机机端电压是靠调节励磁电流实现的,其闭环控制系统如题1-7图所示。试叙述该系统的工作原理,并指出组成系统的基本环节,绘出系统框图。题1-7图发电机励磁控制系统原理图习题2-1题2-1图中a、b所示电路为RC无源网络,图c和图d为RC有源网络。试求以为输入量,为输出量的各电网络的传递函数。题2-1图电网络2-2试用运算法建立题2-2图所示LC、RLC电网络的动态结构图,并求解自至信号传输的传递函数。b)题2-2图a)LC网络b)RLC网络2-3热敏电阻随温度变化的特性为,其中T为温度,R为阻值。试用小信号线性化方法提取温度分别为、时的线性化近似关系式。2-4题2-4图a为机器人手臂双质量块缓解运动冲击的物理模型;图b为由两级减震环节构成的运动系统,它可以是汽车减震系统的物理模型。试分别建立它们以为输入量,为输出量的传递函数模型。a)b)题2-4图弹簧-质量-阻尼器平移运动模型2-5题2-5图所示系统中,他励直流电动机拖动经减速器减速的负载运转,作用其上的大小可变的直流电压由晶闸管整流装置提供。设电网电压的幅值、频率、初相均不变,整流装置输出的电压与形成触发移相脉冲的电压满足题2-5图电枢控制直流电动机拖动开环系统其中为常数。试完成:(1)时整流装置非线性特性的线性化;(2)绘制系统动态结构图;(3)求出分别以、为输入量,为输出量的传递函数。2-6运算放大器电路如题2-6图所示,其中各参数为:,,,,。试计算传递函数。题2-6图运算放大器电路2-7题2-7图为单容水箱控制水位的闭环控制系统,两个调节阀的开度分别为和。其中的开度由直流伺服电动机控制,旋转角度与开度成正比,比例系数为。试绘制动态结构图,并求解以给定电压为输入量,水位高度为输出量的传递函数。题2-7图单容水箱水位闭环控制系统2-8试用动态结构图简化方法求解题2-8图所示两系统的传递函数。a)b)题2-8图系统动态结构图2-9试应用梅逊增益公式计算题2-9图所示信号流图的如下传输:(1);(2)。题2-9图信号流图题2-10图信号流图2-10试应用梅逊增益公式计算题2-10图所示信号流图的传递函数。2-11试绘出题2-11图所示系统的信号流图,并应用梅逊增益公式计算它们的传递函数。a)b)题2-11图系统动态结构图题2-12图双输入双输出系统信号流图2-12题2-12图为双输入双输出控制系统信号流图。由图可见,对没有信息传输(传递函数为0)。如果对的传输也为0,则系统实现了解耦控制(等效于由单独控制,由单独控制)。试求传递函数;所在支路是人为设置的,希望通过配置其传递函数来实现解耦,试找出由其它支路传递函数表达的解耦条件。习题3-1某单位负反馈闭环控制系统的开环传递函数为,试求闭环系统在单位阶跃输入函数作用下的响应特性,并计算调节时间。题3-3图二阶系统动态结构图3-2某单位负反馈控制系统的开环传递函数为,试计算该系统单位阶跃响应的最大超调量、上升时间、峰值时间和调节时间。3-3题3-3图所示为一位置随动控制系统的动态结构图,输出量为电动机拖动对象的旋转角度。将速度量反馈回输入端比较环节后构成负反馈内环,速度反馈系数为τ。试计算:(1)无速度负反馈时系统的阻尼比ζ和自然振荡角频率,输入量为单位斜坡函数时的稳态误差;题3-4图二阶系统单位负反馈阶跃响应特性曲线(2)若满足二阶系统最佳参数,τ应取何值?3-4某单位负反馈二阶控制系统的单位阶跃响应特性曲线如题3-4图所示,图中显示发生在最大超调量时