1-3章习题与解答习题课后

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1、第1章习题及解答1-1试举出日常生活中所见到的开环控制系统和闭环控制系统各一例，并分别说明其工作原理。答：开环控制系统与闭环控制系统的差别在于有没有将输出量反馈到输入端的反馈通道。家庭空调的温度控制就是一个闭环控制系统，其原理是当室内温度升高或降低时，温度传感器将检测到的实际温度反馈到系统输入端与参考输入给定的期望温度比较求得偏差，温度控制器根据偏差信号产生控制作用控制压缩机制冷量，从而维持室温在期望值附近。在要求不高的场合，有些简单的传送带系统是由电动机带动的开环控制系统。工作原理很简单，只需闭合电源开关，则电动机带动传送带运行，传送带上负载变化会引起传送速

2、度变化。1-2试说明开环控制和闭环控制的优缺点。答：开环控制系统的控制精度主要取决于系统本身参数的稳定程度，没有抵抗外部干扰的能力，因此，在实际工作环境中，难以达到很高的控制精度。开环控制系统的优点是结构简单，成本较低，缺点是抗扰性能差。对于参数稳定的系统，在外部干扰较弱或控制精度要求不高的场合，开环控制系统仍被大量使用。闭环控制系统利用反馈信号得到的偏差来产生控制作用，也称为反馈控制系统。这种基于偏差的闭环控制系统具有较强的抵抗外部和内部扰动的能力，并使其对内部参数的变化没有开环控制系统那么敏感，换句话说，要达到较高的控制精度，闭环控制系统对其内部参数的精度

3、要求没有开环控制系统那么高。由于增加了反馈元件和比较元件等，闭环控制系统的结构相对复杂，成本也有所增加，特别地，当控制装置的参数配合不当时，可能会出现系统内部信号剧烈振荡，甚至发散导致系统不稳定而无法工作的情况。闭环控制系统的稳定性问题是开环控制系统没有的独特现象。闭环控制系统的优点：具有很强的自动纠偏能力和较高的控制精度；缺点：由于采用了反馈装置，设备增多，结构复杂，成本增加，同时存在稳定性问题。闭环控制系统具有的自动纠偏能力和较高的控制精度是开环控制系统无法替代的，因而在控制工程实际中获得了最广泛的应用。1-3试指出一般反馈控制系统的主要组成有哪些，并说明

4、传感器在反馈控制系统中的作用是什么。答：反馈控制系统的主要组成包括传感器、控制器、执行机构和被控对象。传感器的功能是完成对系统输出的测量，并对被测量进行必要的量纲变换形成反馈信号。1-4试判断本章图1-5所示的直流电动机转速闭环控制系统是有差系统还是无差系统，并说明理由。答：直流电动机转速闭环控制系统是有差系统。理由：图1-5所示系统当受到某些持续的干扰引起转速偏离期望的转速时，测速发电机将实际转速变化量反馈给输入端进行比较，按偏差通过电压放大器和功率放大器产生相应的电枢电压变化量来调节电动机转速恢复到期望值。对于持续的干扰，维持上述过程的前提是必须始终有误差

5、存在，因此，图1-5所示直流电动机转速闭环控制系统是有差系统。1-5图1-16图所示为一个电动机速度控制系统的原理图。现有五个接线端1、2、3、41和5，试将系统连接成负反馈系统，并画出系统的方块图。电压功率负载放大器放大器12354图1-16习题1-5图答：接线端1接地，2与4相连，5接地，3不需连接。干扰输入参考输入输出量电压放大器功率放大器电动机测速发电机1-6试指出本章图1-10所示的蒸汽机转速控制系统中的被控对象、被控变量、控制变量、给定量、反馈量以及可能的干扰量，并画出系统的方块图。答：被控对象：蒸汽机被控量：蒸汽机转速控制量：经过阀门

6、的蒸汽流量给定量：套筒内平衡弹簧反弹力设置的套筒位置高度反馈量：飞锤和套筒机构带动套筒移动的位置高度，套筒内弹簧与飞锤和套筒机构组成套筒位置的比较环节干扰量：如，负载扰动转矩干扰转矩Mc弹簧设定蒸汽机转速n套筒位置调节杠杆蒸汽阀蒸汽机实际套筒位置飞锤和套筒机构1-7教师教学与学生学习之间的过程本质上是一个系统误差不断缩小的反馈过程。试以课程教学为例，确定反馈系统中的四个功能环节，被控对象、被控量、控制量、给定量、反馈量以及可能的干扰量，并画出系统的方块图。答：被控对象：学生控制器：教师2执行机构：课室（教具）+实验室（实验设备）传感器：考试被控量：学生对所学课

7、程知识的掌握程度控制量：教师的教学活动（讲课，辅导，习题，实验等）给定量：课程要求学生对各章节掌握的程度（熟练掌握/掌握/了解），可增加变换环节将要求学生对课程的掌握程度转换为考试成绩要求得分数反馈量：学生对课程知识的实际掌握程度，测量环节可以是考试环节，即通过考试来检测学生对课程的总体掌握程度并变换为考试成绩得分数干扰量：如，学习过程可能出现的各种问题或者导致学生考试成绩不能反映其对知识的真实掌握程度的意外情况等等干扰课程期望考教学教学课程知识要求试分数偏差方法活动掌握程度量纲换算教师课室和实验室学生实际考试分数考试1-8图1-17所示为一个调速系统的原理图

8、。要求：（1）分析系统的工作原理，指出