控制工程基础习题答案(1章).doc

控制工程基础习题
第一章
1． 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。
开环控制系统具有一些特点，如系统结构比较简单、成本低、响应速度快、工作稳定，但是，当系统输出量有了误差无法自动调整。因此，如果系统的干扰因素和元件特性变化不大，或可预先估计其变化范围并可预先加以补偿时，采用开环控制系统具有一定的优越性，并能达到相当高的精度。
闭环控制系统的优点是，当系统的元件特性发生变化或出现干扰因素时，引起的输出量的误差可以自动的进行纠正，其控制精度较高。但由于控制系统中总有贮能元件存在，或在传动装置中存在摩擦、间隙等非线性因素的影响，如果参数选择不适当将会引起闭环控制系统振荡，甚至不能工作。因此，控制精度和稳定性之间的矛盾，必须通过合理选择系统参数来解决。另外，一般说来，闭环控制系统的结构复杂，相对于开环系统成本高。
2． 试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统，并说明它们的工作原理。

3． 图1-15所示是水箱液位控制系统。试说明其工作原理，找出输入量、输出量、扰动量及被控对象，并绘制出职能方框图。
图1-15
解：
图1-15所示是水箱液位控制系统，控制目的是保证液面高度不变。当出水截门打开时，水箱水位下降，通过浮子反馈实际液面高度，并与希望的液面高度比较，得出液面偏差，经过杠杆使阀门（锥塞）开大，液面上升；达到控制水位后，阀门关闭，从而保持液面高度不变。这是一个具有负反馈的闭环控制系统。
输入量（控制量）： 希望的液面高度
输出量（被控制量）： 实际液面高度
扰动量： 流量的变化（出水截门打开导致的流量的变化）
偏差
液面希望高度
液面实际高度
+
杠杆
阀门
水箱
浮子
-
图1-15 题3图水箱液位控制系统职能方框图
被控对象： 水箱

4. 图1-16所示是仓库大门垂直移动开闭的自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理。

解: 当合上开门开关时，电位器桥式测量电路产生偏差电压，经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，使大门向上提起。与此同时，与大门连在一起的电位器点刷上移，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，开门开关自动断开。反之，当合上关门开关时，伺服电动机反向转动，带动绞盘使大门关闭。从而实现了远距离自动控制大门开闭的要求。
-
开(闭)门
位置
实际
位置
电位器

放大器

电动机

绞盘

大门

图1-16 题4图仓库大门垂直移动开闭的自动控制系统职能方框图

4． 图1-17所示是一个张力自动控制系统。当送料速度在短时间内突然变化时，试说明控制系统的工作原理。
解
（1）在给定值参考输入下，即要求送料速度为某一数值时，系统在稳定状态，由重锤G、动滑轮L等组成的系统力平衡：
动滑轮受力为：重锤的重力Q（通过动滑轮向上作用在动滑轮上）、动滑轮自重P（铅垂向下）、带的张力2T（向上）
P=2T+Q
由于受力平衡，测量头输入轴不动。
（2）当送料速度在短时间内突然发生变化时，如电源变化引起了电动机转速波动，所输送的带料不均匀等，从而使带料在输送过程中张力发生变化，即T→T+△T。力平衡被破坏，于是动滑轮位置发生变化，测量头输入轴发生转动，角位移输入放大器。
（3）放大器将角位移与给定值比较后的误差信号放大为控制信号输入电动机，调整电动机按减小带料张力的增量的方向转动。从而抑制了张力的变化，达到控制张力的目的。该系统的方框图如图
马达
传送带
测量环节
给定电压
传送带张力

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