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第二部分古典控制理论基础习题详解一概述1第二部分古典控制理论基础习题详解一概述2-1-1试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。【解】：控制系统优点缺点开环控制简单、造价低、调节速度快调节精度差、无抗多因素干扰能力闭环控制抗多因素干扰能力强、调节精度高结构较复杂、造价较高2-1-2试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统的例子，并说明其工作原理。【解】：开环控制——半自动、全自动洗衣机的洗衣过程。工作原理：被控制量为衣服的干净度。洗衣人先观察衣服的脏污程度，根据自己的经验，设定洗涤、漂洗时间，洗衣机按照设定程序完成洗涤漂洗任务。系统输出量（即衣服的干净度）的信息没有通过任何装置反馈到输入端，对系统的控制不起作用，因此为开环控制。闭环控制——卫生间蓄水箱的蓄水量控制系统和空调、冰箱的温度控制系统。工作原理：以卫生间蓄水箱蓄水量控制为例，系统的被控制量（输出量）为蓄水箱水位（反应蓄水量）。水位由浮子测量，并通过杠杆作用于供水阀门（即反馈至输入端），控制供水量，形成闭环控制。当水位达到蓄水量上限高度时，阀门全关（按要求事先设计好杠杆比例），系统处于平衡状态。一旦用水，水位降低，浮子随之下沉，通过杠杆打开供水阀门，下沉越深，阀门开度越大，供水量越大，直到水位升至蓄水量上限高度，阀门全关，系统再次处于平衡状态。2-1-3试判断下列微分方程所描述的系统属何种类型（线性、非线性；定常、时变）。（1）)()(5)(2)(3)(22trdttdrtcdttdcdttcd+=++；（2）)(2)()(2)(trdttdrtcdttdct+=+；（3）)()(2)(2)(222trtcdttdcdttcd=++；（4）∫++=+dttrtrdttdrtcdttdc)(3)(2)(3)()(5。【解】：（1）线性定常系统；（2）线性时变系统；（3）非线性定常系统；（4）线性定常系统。第二部分古典控制理论基础习题详解一概述22-1-4根据题2-1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图：（1）将a，b与c，d用线连接成负反馈系统；（2）画出系统方框图。【解】：（1）a-d连接，b-c连接。（2）系统方框图给定值放大器电动机负载测速电机转速题2-1-4解图2-1-5下图是水位控制系统的示意图，图中1Q,2Q分别为进水流量和出水流量。控制的目的是保持水位为一定的高度。试说明该系统的工作原理并画出其方框图。【解】：当输入流量与输出流量相等时，水位的测量值和给定值相等，系统处于相对平衡状态，电动机无输出，阀门位置不变。当输出流量增加时，系统水位下降，通过浮子检测后带动电位器抽头移动，电动机获得一个正电压，通过齿轮减速器传递，使阀门打开，从而增加入水流量使水位上升，当水位回到给定值时，电动机的输入电压又会回到零，系统重新达到平衡状态。反之易然。水位给定值电位计电动机、齿轮阀门水箱浮子2Q1Q水位h0h题2-1-5解图题2-1-3图测速发电机+−+−ru放大器负载au电动机abcd题2-1-5图h+−+−电位计阀门减速器电动机水箱浮子1Q2Q第二部分古典控制理论基础习题详解一概述32-1-6仓库大门自动控制系统如图所示，试分析系统的工作原理，绘制系统的方框图，指出各实际元件的功能及输入、输出量。【解】：当给定电位器和测量电位器输出相等时，放大器无输出，门的位置不变。假设门的原始平衡位置在关状态，门要打开时，“关门”开关打开，“开门”开关闭合。给定电位器与测量电位器输出不相等，其电信号经放大器比较放大，再经伺服电机和绞盘带动门改变位置，直到门完全打开，其测量电位器输出与给定电位器输出相等，放大器无输出，门的位置停止改变，系统处于新的平衡状态。系统方框图如解图所示。元件功能电位器组——将给定“开”、“关”信号和门的位置信号变成电信号。为给定、测量元件。放大器、伺服电机——将给定信号和测量信号进行比较、放大。为比较、放大元件。绞盘——改变门的位置。为执行元件。门——被控对象。系统的输入量为“开”、“关”信号；输出量为门的位置。放大器伺服电动机绞盘门开门开关关门开关电位器组题2-1-6解图给定电位器放大器门测量电位器开关伺服电机绞盘位置