課后習(xí)題答案di 1 zhang

第1章自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念

學(xué)習(xí)要點(diǎn)

開(kāi)環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征、控制原理及二者性能特點(diǎn)；

由系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)圖或工作原理示意圖繪出系統(tǒng)功能框圖；

閉環(huán)控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成與各構(gòu)成部分的功能作用；

控制系統(tǒng)的基本類(lèi)型；

對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求。

思考與習(xí)題祥解

題1.1列舉幾個(gè)開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子，并分析說(shuō)明其工作原理。答略。

題1.2比較開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。

答：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)是按照給定的參考輸入量控制系統(tǒng)輸出量，因此，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，投資小。但開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)受到擾動(dòng)其輸出量會(huì)偏離期望值，系統(tǒng)無(wú)糾正偏差功能。控制精度低，無(wú)抗擾動(dòng)能力。

閉環(huán)控制系統(tǒng)是按照給定的參考輸入量與系統(tǒng)輸出量的偏差進(jìn)行控制(按偏差控制)。因此，閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大，具有糾正偏差功能?？刂凭容^高，有較強(qiáng)的抗擾動(dòng)能力。

題1.3什么是反饋？什么是正反饋和負(fù)反饋？負(fù)反饋在自動(dòng)控制系統(tǒng)中有什么意義？

答：反饋是指系統(tǒng)功能作用的結(jié)果反過(guò)來(lái)對(duì)系統(tǒng)功能特性的影響。系統(tǒng)的功能是通過(guò)系統(tǒng)的輸入（環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的作用）和輸出（系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的作用）關(guān)系表現(xiàn)出來(lái)的。

在工程控制系統(tǒng)中，反饋是指控制系統(tǒng)的輸出量信息返回到輸入端，與參考輸入量信息進(jìn)行綜合，系統(tǒng)利用綜合量進(jìn)行自身調(diào)節(jié)。

反饋有正反饋和負(fù)反饋。正反饋是指控制系統(tǒng)的輸出量信息與參考輸入量信息進(jìn)行疊加，系統(tǒng)利用疊加量進(jìn)行自身調(diào)節(jié)的結(jié)果，是使系統(tǒng)沿著現(xiàn)有狀態(tài)或方向

變化，最終處于限幅振蕩。典型的實(shí)例是正弦函數(shù)產(chǎn)生器。

負(fù)反饋是指控制系統(tǒng)的輸出量信息與參考輸入量信息進(jìn)行比較，系統(tǒng)利用偏差量進(jìn)行自身調(diào)節(jié)的結(jié)果，是使系統(tǒng)按照給定的參考輸入變化。因此負(fù)反饋在自動(dòng)控制系統(tǒng)中具有控制生產(chǎn)設(shè)備或工藝過(guò)程穩(wěn)定運(yùn)行的重要作用。

圖1.1給出了具有正/負(fù)信息反饋概念常用的示意圖。

1題1.3用圖

圖1

題1.4復(fù)合控制與開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制是什么關(guān)系？什么情況下可采用復(fù)合控制方式？

答：復(fù)合控制是開(kāi)環(huán)控制方式與閉環(huán)控制方式的某種組合。復(fù)合控制系統(tǒng)中，既有開(kāi)環(huán)控制通道，又有閉環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)。當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)不能取得滿(mǎn)意的穩(wěn)態(tài)性能（精度）和動(dòng)態(tài)性能時(shí)，可在閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，引入按給定或按擾動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制通道，形成復(fù)合控制方式，提高系統(tǒng)類(lèi)型或無(wú)差度。

題1.5判斷下列概念正確與否

閉環(huán)控制系統(tǒng)通常精度比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)精度高。

負(fù)反饋有時(shí)用于提高控制系統(tǒng)的精度。

開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)不存在穩(wěn)定性的問(wèn)題。

閉環(huán)控制系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。

反饋可能引起系統(tǒng)振蕩。

控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是其固有特性，由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與外界因素決定。答：（1）正確；（2）正確；（3）正確；（4）錯(cuò)誤；（5）正確；（6）錯(cuò)誤

題1.6爐溫閉環(huán)控制系統(tǒng)如題1.6圖所示，電阻絲電源的通斷由接觸式水銀溫度計(jì)控制，水銀溫度計(jì)的兩個(gè)觸點(diǎn)a和b接在常閉繼電器的線(xiàn)圈電路中，它隨著水銀柱的升降而接通或斷開(kāi)，通過(guò)控制繼電器觸點(diǎn)K的開(kāi)、閉而接通或斷開(kāi)電阻絲的電源，以達(dá)到自動(dòng)調(diào)溫的目的。試說(shuō)明該系統(tǒng)的控制過(guò)程，并畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。

題1.6圖爐溫閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖

解：爐溫閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程：

當(dāng)爐溫低于期望值時(shí)，水銀溫度計(jì)的水銀柱低于觸點(diǎn)a，常閉繼電器的線(xiàn)圈電路仍然處于斷開(kāi)狀態(tài)，常閉繼電器觸點(diǎn)K仍然處于閉合狀態(tài)，電阻絲的電源回路仍然閉合，電爐繼續(xù)加熱，爐溫繼續(xù)上升。

當(dāng)爐溫大于等于期望值，水銀溫度計(jì)的水銀柱上升到或超過(guò)觸點(diǎn)a時(shí)，常閉繼電器的線(xiàn)圈電路閉合，常閉繼電器觸點(diǎn)K打開(kāi)，電阻絲的電源回路斷開(kāi)，電爐不再加熱，爐溫逐漸下降。

爐溫閉環(huán)控制系統(tǒng)反復(fù)上述調(diào)節(jié)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)爐溫控制在一定范圍內(nèi)，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

系統(tǒng)的方框圖如圖1.2。

圖1.1爐溫閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖

題1.7供電閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖如題1.7圖所示。分析該系統(tǒng)的控制過(guò)程，并畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。

U

U0

題1.7圖供電閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖

解：供電閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制過(guò)程：

引出發(fā)電機(jī)端電壓U與參考電壓U0進(jìn)行比較，偏差（具有正、負(fù)極性）經(jīng)放大器功率放大后，作為執(zhí)行電機(jī)的端電壓。通過(guò)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)，經(jīng)裝置調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回