控制工程基础习题答案（1章）

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。

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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） 被控对象： 水箱

液面希望高度 + 偏差 杠杆 - 浮子

图1-15 题3图水箱液位控制系统职能方框图

阀门 水箱 液面实际高度 第 2 页 共 7页

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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 放大器 电动机 绞盘 大门 -

电位器 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

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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

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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

给定电压

测量环节 马达 传送带 传送带张力 第 5 页 共 7页