自動(dòng)控制原理作業(yè)

.自動(dòng)控制原理作業(yè)1、解 ：當(dāng)合上開門開關(guān)時(shí)，電橋會(huì)測(cè)量出開門位置與大門實(shí)際位置間對(duì)應(yīng)的偏差電壓，偏差電壓經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤轉(zhuǎn)動(dòng)，將大門向上提起。與此同時(shí)，和大門連在一起的電刷也向上移動(dòng)，直到橋式測(cè)量電路達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，大門達(dá)到開啟位置。反之，當(dāng)合上關(guān)門開關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤使大門關(guān)閉，從而可以實(shí)現(xiàn)大門遠(yuǎn)距離開閉自動(dòng)控制。系統(tǒng)方框圖如下圖所示。2、 解：加熱爐采用電加熱方式運(yùn)行，加熱器所產(chǎn)生的熱量與調(diào)壓器電壓的平方成正比，增高，爐溫就上升，的高低由調(diào)壓器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置所控制，該觸點(diǎn)由可逆轉(zhuǎn)的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。爐子的實(shí)際溫度用熱電偶測(cè)量，輸出電壓。作為系統(tǒng)的反饋電壓與給定電壓進(jìn)行比較，得出偏差電壓，經(jīng)電壓放大器、功率放大器放大成后，作為控制電動(dòng)機(jī)的電樞電壓。 在正常情況下，爐溫等于某個(gè)期望值C，熱電偶的輸出電壓正好等于給定電壓。此時(shí)，故，可逆電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)壓器的滑動(dòng)觸點(diǎn)停留在某個(gè)合適的位置上，使保持一定的數(shù)值。這時(shí)，爐子散失的熱量正好等于從加熱器吸取的熱量，形成穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài)，溫度保持恒定。 當(dāng)爐膛溫度C由于某種原因突然下降(例如爐門打開造成的熱量流失)，則出現(xiàn)以下的控制過程：控制的結(jié)果是使?fàn)t膛溫度回升，直至C的實(shí)際值等于期望值為止。 CC 系統(tǒng)中，加熱爐是被控對(duì)象，爐溫是被控量，給定量是由給定電位器設(shè)定的電壓（表征爐溫的希望值）。系統(tǒng)方框圖為： 3、解 在本系統(tǒng)中，蒸汽機(jī)是被控對(duì)象，蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速是被控量，給定量是設(shè)定的蒸汽機(jī)希望轉(zhuǎn)速。離心調(diào)速器感受轉(zhuǎn)速大小并轉(zhuǎn)換成套筒的位移量，經(jīng)杠桿傳調(diào)節(jié)供汽閥門，控制蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)方框圖如圖所示。 4、解：系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，不論負(fù)載如何變化，要求發(fā)電機(jī)能夠提供由給定電位器設(shè)定的規(guī)定電壓值。在負(fù)載恒定，發(fā)電機(jī)輸出規(guī)定電壓的情況下，偏差電壓，放大器輸出為零，電動(dòng)機(jī)不動(dòng)，勵(lì)磁電位器的滑臂保持在原來的位置上，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流不變，發(fā)電機(jī)在原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下維持恒定的輸出電壓。當(dāng)負(fù)載增加使發(fā)電機(jī)輸出電壓低于規(guī)定電壓時(shí)，輸出電壓在反饋口與給定電壓經(jīng)比較后所得的偏差電壓，放大器輸出電壓便驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)勵(lì)磁電位器的滑臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，使勵(lì)磁電流增加，發(fā)電機(jī)輸出電壓上升。直到達(dá)到規(guī)定電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)在新的平衡狀態(tài)下運(yùn)行，輸出滿足要求的電壓。系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)是被控對(duì)象，發(fā)電機(jī)的輸出電壓是被控量，給定量是給定電位器設(shè)定的電壓。系統(tǒng)方框圖如下圖所示。5、下圖為函數(shù)記錄儀解：函數(shù)記錄儀由衰減器、測(cè)量元件、放大元件、伺服電動(dòng)機(jī)-測(cè)速機(jī)組、齒輪系及繩輪等組成，其工作原理如上圖所示。系統(tǒng)的輸入（給定量）是待記錄電壓，被控對(duì)象是記錄筆，筆的位移是被控量。系統(tǒng)的任務(wù)是控制記錄筆位移，在紙上描繪出待記錄的電壓曲線。函數(shù)記錄儀的測(cè)量元件是由電位器和組成的橋式測(cè)量電路，記錄筆就固定在電位器的滑臂上，因此，測(cè)量電路的輸出電壓與記錄筆位移成正比。當(dāng)有慢變的輸入電壓時(shí)，在放大元件輸入口得到偏差電壓，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，并通過齒輪減速器及繩輪帶動(dòng)記錄筆移動(dòng)，同時(shí)使偏差電壓減小。當(dāng)偏差電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄筆也靜止不動(dòng)。此時(shí)，表明記錄筆位移與輸入電壓相對(duì)應(yīng)。如果輸入電壓隨時(shí)間連續(xù)變化，記錄筆便描繪出相應(yīng)的電壓曲線。函數(shù)記錄儀方框圖見下圖。其中，測(cè)速發(fā)電機(jī)是校正元件，它測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并進(jìn)行反饋，用以增加阻尼，改善系統(tǒng)性能。6、 解：采用自整角機(jī)作為角度測(cè)量元件的火炮方位角控制系統(tǒng)。圖中的自整角機(jī)工作在變壓器狀態(tài)，自整角發(fā)送機(jī)BD的轉(zhuǎn)子與輸入軸聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)子繞組通入單相交流電；自整角接收機(jī)BS的轉(zhuǎn)子則與輸出軸(炮架的方位角軸)相連接。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)瞄準(zhǔn)具輸入一個(gè)角度的瞬間，由于火炮方位角，會(huì)出現(xiàn)角位置偏差。這時(shí)，自整角接收機(jī)BS的轉(zhuǎn)子輸出一個(gè)相應(yīng)的交流調(diào)制信號(hào)電壓，其幅值與的大小成正比，相位則取決于的極性。當(dāng)偏差角0時(shí)，交流調(diào)制信號(hào)呈正相位；當(dāng)0時(shí)，交流調(diào)制信號(hào)呈反相位。該調(diào)制信號(hào)經(jīng)相敏整流器解調(diào)后，變成一個(gè)與的大小和極性對(duì)應(yīng)的直流電壓，經(jīng)校正裝置、放大器處理后成為。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)炮架轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)自整角接收機(jī)的轉(zhuǎn)子將火炮方位角反饋到輸入端。顯然，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向必須是朝著減小或消除偏差角的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到為止。這樣，火炮就指向了手柄給定的方位角上。在該系統(tǒng)中，火炮是被控對(duì)象，火炮方位角是被控量，給定量是由手柄給定的方位角。系統(tǒng)方框圖如下圖所示。7、試用梅遜公式法化簡下面動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，求如圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。解：圖中不再有回路，故D1=1=8、試用梅遜公式法求如圖所示系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。-11sC21sC11R21RC(s)R(s)9、方框圖如圖所示，用梅遜公式化簡方框圖求。10、已知系統(tǒng)方程組如下： 試?yán)L制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并求閉環(huán)傳遞函數(shù)。11、系統(tǒng)的微分方程如下： 式中、為常數(shù)，為指令，、為干擾，為被控量。試建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并分別求傳遞函數(shù)、。12、求如圖所示方框圖的傳遞函數(shù)和。13、某控制系統(tǒng)的方框圖如圖所示，試求(1)該系統(tǒng)的開環(huán)傳函、閉環(huán)傳函和誤差傳函。 (2)若保證阻尼比=0.7和響應(yīng)單位斜坡函數(shù)的穩(wěn)態(tài)誤差為=0.25,求系統(tǒng)參數(shù)K、。14. 控制系統(tǒng)方塊圖如圖所示：（1）當(dāng)=0時(shí)，求系統(tǒng)的阻尼比，無阻尼自振頻率和單位斜坡函數(shù)輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)誤差；（2）當(dāng)=0.7時(shí)，試確定系統(tǒng)中的值和單位斜坡函數(shù)輸入時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。15. 設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 若要求閉環(huán)特征方程的根的實(shí)部均小于-1，問K值應(yīng)取在什么范圍？16、典型二階系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖二所示，試確定系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。 17、單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為（1）試確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)增益、阻尼比的范圍。（2）若，并保證系統(tǒng)的極點(diǎn)全部位于的左側(cè)，試確定此時(shí)的開環(huán)增益的范圍。18、已知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示：（1）當(dāng)、時(shí)，試確定系統(tǒng)的阻尼比、固有頻率和單位斜坡輸入時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。（2）若使，單位斜坡輸入下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，試確定系統(tǒng)中的值，此時(shí)放大系數(shù)應(yīng)為何值。19、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，要求系統(tǒng)響應(yīng)單位勻速信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差及相角裕度，試確定串聯(lián)遲后校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。20、已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為=試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的相角裕度不小于，剪切頻率不低于50。21、設(shè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示： - -（1）分析說明內(nèi)反饋的存在對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。（2）計(jì)算靜態(tài)位置誤差系數(shù)、靜態(tài)速度誤差系數(shù)和靜態(tài)加速度誤差系數(shù)，并說明內(nèi)反饋的存在對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響。22、單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如圖所示，采用串聯(lián)校正，校正裝置的傳遞函數(shù) 開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線（1）寫出校正前系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；（2）在上圖中繪制校正后系統(tǒng)的對(duì)數(shù)幅頻特性曲線；（3）求校正后系統(tǒng)的截止頻率和相角裕度。23、某系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖所示，其中虛線表示校正前的，實(shí)線表示校正后的。要求:（1）確定所用的是何種串聯(lián)校正方式，寫出校正裝置的傳遞函數(shù)；（2）確定使校正后系統(tǒng)穩(wěn)定的開環(huán)增益范圍；（3）當(dāng)開環(huán)增益時(shí)，求校正后系統(tǒng)的相角裕度和幅值裕度。24、已知系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，采樣周期。求系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的取值范圍。 - 25、離散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，采樣周期。（1）寫出系統(tǒng)開環(huán)脈沖傳遞函數(shù)；（2）確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍；26、試求的z變換。27、已知單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為=試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的相角裕度不小于，剪切頻率不低于50。28、設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，要求系統(tǒng)響應(yīng)單位勻速信號(hào)的穩(wěn)態(tài)誤差及相角裕度，試確定串聯(lián)遲后校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。29、系統(tǒng)不可變部分的傳遞函數(shù)為：要求滿足性能指標(biāo)：（1） 系統(tǒng)型別（2） 開環(huán)增益（3） 剪切頻率（4） 相角裕度 試確定合適的校正環(huán)節(jié)30、某最小相角系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如下圖所示。要求:1、寫出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)；2、利用相角裕度判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3、將其對(duì)數(shù)幅頻特性向右平移十倍頻程，試討論對(duì)系統(tǒng)性能的影響。31、一單位負(fù)反饋系統(tǒng)開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻漸進(jìn)線如圖所示，要求：（1）寫出系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)；（2）判定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（3）如果輸入信號(hào)時(shí)，求系統(tǒng)在輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。 -20 -40 -20 0.1 0.2 1 4 -4032、已知最小相位系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)Bode圖的對(duì)數(shù)幅頻特性如圖所示，試求該系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)。 -40 0 -20 (1/s) -4033、已知最小相位系統(tǒng)Bode圖的漸近幅頻特性如圖所示，求該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。 34、某系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和Nyquist圖如圖(a)和(b)所示，圖中 試判斷閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性，并決定閉環(huán)特征方程正實(shí)部根的個(gè)數(shù)。 35、設(shè)某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為=試?yán)L制該系統(tǒng)的Bode圖，并確定剪切頻率的值。36、已知最小相位系統(tǒng)Bode圖的漸近幅頻特性如下圖所示，求該系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)。37、已知最小相位開環(huán)系統(tǒng)的漸進(jìn)對(duì)數(shù)幅頻特性曲線如圖3所示，試：（1）求取系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)（2）利用穩(wěn)定裕度判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性38、已知最小相位系統(tǒng)Bode圖如圖3所示 ，試求系統(tǒng)傳遞函數(shù)。39、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，試用根軌跡法分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確定若系統(tǒng)穩(wěn)定的取值范圍。40、單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試?yán)L制系統(tǒng)根軌跡，并確定使系統(tǒng)穩(wěn)定的值范圍。41、單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 （1）繪制時(shí)的系統(tǒng)根軌跡（確定漸近線，分離點(diǎn)，與虛軸交點(diǎn)）；（2）確定使系統(tǒng)滿足的開環(huán)增益的取值范圍；（3）定性分析在范圍內(nèi)，增大時(shí)，以及作用下的變化趨勢(shì)（增加/減小/不變）。42、設(shè)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為試?yán)L制閉環(huán)系統(tǒng)的概略根軌跡；并確定系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)的取值范圍。43、 已知單