自动控制原理(第2版)(余成波_张莲_胡晓倩)习题全解及MATLAB实验_____第1、2章习题解答VIP专享VIP免费

优质文本第1章控制系统的根本概念本章介绍了自动控制的定义，自动控制系统的组成、工作原理和相关的常用术语。比拟了开环控制系统和闭环控制系统，并进一步说明了其优缺点和适用范围，介绍了典型闭环系统的功能框图。需要重点掌握负反应在自动控制系统中的作用，闭环系统〔或反应系统〕的特征是：采用负反应，系统的被控变量对控制作用有直接影响，即被控变量对自身有控制作用。在分析系统的工作原理时，确定控制系统的被控对象、控制量和被控制量，根据控制系统的工作原理及各元件信号的传送方向，可画出控制系统的职能方框图。方框图是分析控制系统的根底。本章的难点在于由系统的物理结构图或工作原理示意图绘出系统元件框图。按照不同的分类方法可以将自动控制系统分成不同的类型，实际系统可能是几种方式的组合。对自动控制系统的根本要求包括：系统首先必须是稳定的；系统的稳态控制精度要高，即稳态误差要小；系统的动态性能要好，即系统的响应过程要平稳，响应过程要快。这些要求可归纳成稳、准、快三个字。教材习题同步解析1.1试列举几个日常生活中的开环控制和闭环控制系统的例子，并简述其工作原理。解：1〕开环控制最普通的热得快，加热到一定程度提醒断电，但不会自主断电，需要人为去断电。电风扇，人工转换电扇档位实现转速的控制，但不能根据环境温度自动调节。洗衣机，洗衣人根据经验，预先设定洗涤、漂洗等洗衣程序，那么洗衣机根据设定的程序完成洗衣过程。系统的被控制量〔输出量〕没有通过任何装置反应回输入端，对系统的控制不起作用。2〕闭环系统饮水机或电水壶，自动断电保温，加温到一定温度停止加温，进入保温状态；温度降低进入加温状态，如此循环。自动调温空调，当环境温度高于或低于设定温度时，空调制冷系统自动开启，调定室温到设定值。全自动洗衣机的水位控制，红外传感器扫描水位上下，当水位适宜时，洗衣机自动停止加水。走道路灯的声光控制系统，根本工作原理如下：白天或夜晚光线较亮时，光控局部将开关自动关断，声控局部不起作用。当光线较暗时，光控局部将开关自动翻开，负载电路的通断受控于声控局部。电路是否接通，取决于声音信号强度。当声强到达一定程度时，电路自动接通，点亮灯泡，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。这样，通过对环境声光信号的检测与处理，完成电路通断的自动1/43优质文本开关控制。1.2试比拟开环控制和闭环控制的优缺点。解：1〕开环系统优点：结构简单，系统稳定性好，调试方便，本钱低。因此，在输入量和输出量之间的关系固定，且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素可以预测并进行补偿的前提下，可以采用开环控制系统。缺点：当控制过程中受到来自系统外部的各种扰动因素，如负载变化、电源电压波动等，以及来自系统内部的扰动因素，如元件参数变化等，都将会直接影响到输出量，而控制系统不能自动进行补偿，抗干扰性能差。因此，开环系统对元器件的精度要求较高。2〕闭环控制优点：抑制扰动能力强，与开环控制相比，对参数变化不敏感，并能获得满意的动态特性和控制精度。缺点：引入反应增加了系统的复杂性，如果闭环系统参数的选取不适当，系统可能会产生振荡，甚至系统失稳而无法正常工作，这是自动控制理论和系统设计必须解决的重要问题。1.3自动控制系统通常由哪些环节组成？它们在控制过程中的功能是什么？解：1．给定元件给出与被控制量期望值相对应的控制输入信号(给定信号)，这个控制输入信号的量纲与主反应信号的量纲相同。给定元件通常不在闭环回路中。2．测量反应元件测量反应元件也叫传感器，用于测量被控制量，并产生与被控制量有一定函数关系的信号〔与被控制量成比例或与其导数成比例的信号〕，并反应到输入端与给定信号进行比拟。测量元件的精度直接影响控制系统的精度，应使测量元件的精度高于系统的精度，还要有足够宽的频带。3．比拟元件用于比拟控制量和反应量并产生偏差信号。电桥、运算放大器可作为电信号的比拟元件。有些比拟元件与测量元件是结合在一起的，如测角位移的旋转变压器和自整角机等。4．放大元件将微弱的偏差信号进行幅值或...