习题解答第1章题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？比如家里孵化小鸡，人们观察温度计，当温度高时，人们将温度调低；温度低时人们将温度调高。这是开环控制。又比如养鸡厂里面孵化小鸡，他们有孵化器，当外界温度高的，孵化器自动的进行调节，将温度降下来；当外界温度低的，孵化器自动的进行调节，将温度升起来。这是闭环控制。题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？给定环节：给定输入量，通过此环节作用于系统。比较环节：完成将给定量与反馈量进行比较的功能。放大环节：将偏差信号放大以便驱动控制信号。执行机构：由它的动作使被控量得到控制，是控制系统的末端环节。被控对象：受系统控制的物理量，被控量常选为输出量。反馈环节：将检测到的被控量反馈传输到输入端与给定量进行比较以实现闭环控制。题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？经典控制理论是当今自动控制技术的基础，当今自动控制技术是由经典理论慢慢发展完善起来的，到当今的计算机控制时代，核心控制思想还是经典控制理论，而且实际应用中系统以单入单出多见。这使得经典理论有广泛的应用空间，经典理论仍起到重要的作用。题1-4：对自动控制系统有那些基本要求？为什么这样要求？本课程要完成的主要任务是什么？（1）当给定电压u*降低时，由于u并没有下降，故I不变。而u*降低时nn2nI1减小，故I3≠0，此时电容C放电，uct↓，ud↓，电机转速n↓。测速发电*机发出的电压u下降，使得u与u相等，达到新的平衡。nnn（2）电网电压降低时，由于uct不变，故使ud↓，电机转速↓，发电机发出的电压un↓，I2↓，I3≠0，电容C充电，uct↑，使得ud↑，达到新的平衡。（3）如果将图中的测速发电机的极性反接，系统就不能正常工作。因为那样电容C始终处于充电状态，uct会一直上升达到电容的额定电压，ud也会一直上升到某个值，电机的转速也将越来越快，而且极性接反会把原来的负反馈变为正反馈，使电机在极短的时间内达到限定的转速，有可能损坏电机。题1-5：试分析图1-4所示负反馈速度给定控制系统的下列工作情况：*（1）给定电压Un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？~380VRC-E1RI340A++-M8*UdI2+56UnUI1+ct--R1230Rbn++9TG7Un-图1-4具有负反馈的速度给定控制系统原理图1－运算放大器2－触发电路3－晶闸管整流器4－平波电抗器5－直流电动机6－直流他励绕组7－直流测速发电机8、9－电位器系统框图：当手轮转动时，给定的电位器也会随之改变，我们假设在ur上升时，由于uc不变，故ue>0，ud>0，电动机正转，φ2减小。uc上升，ur与uc达到平衡，系统因此也达到新的平衡，当ur减小时，ue<0，ud<0，电动机反转，φ2增大，uc减小，ur与uc达到平衡，系统因此也达到新的平衡状态。题1-6：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1－6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。18φ713+2+++ue-ud5EE-uurnc2-4-+6-题1－6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－舵叶系统中，“开门”和“关门”两个开关是互锁的，即在任意时刻，只有开门（或关门）一个状态，这一状态对应的电压和与大门连接的滑动端对应的电压接成反极性（即形成偏差信号）送入放大器。放大器的输入电压送给伺服电机，伺服电机与卷筒同轴相连，大门的开启和关闭是通过伺服电机的正反转来控制的。与大门连接的滑动端对应的电压与“开门”滑动端对应的电压相等时，大门停止开启；与大门连接的滑动端对应的电压与“关门”滑动端对应电压相等时，大门停止关闭。设“开门”滑动端对应的电压为ugk，“关门”滑动端对应的电压为ugg，与大门连接的滑动端对应的电压为uf。开门时，将“开门”开关闭合，“关门”开关断开，此时uf<ugg，∆u=ugg-uf>0，此偏差信号经过放大器放大后带动可逆直流伺服电机转动，并带动可调电位器滑动端上移，直至∆u=0时，伺服电机停止，大门开启。关门时，将“