自动控制原理课后答案

### 自动控制原理课后答案知识点解析 #### 一、自动控制原理概述 **自动控制原理**是一门研究如何设计和分析控制系统以实现自动化过程的学科。它主要涉及开环控制和闭环控制两种基本类型。 - **开环控制系统**：这类系统的特点是没有反馈环节，即输出不会对系统的控制作用产生直接影响。例如，简单的定时器就是一个开环控制系统。 - **闭环控制系统**：与开环系统不同，闭环控制系统具有反馈机制，能够根据输出的变化调整输入信号，从而达到稳定输出的目的。典型的例子如恒温器。 #### 二、开环控制系统与闭环控制系统实例 **题目**: 试举几个开环控制系统与闭环控制系统的例子，画出它们的框图，并说明它们的工作原理。 - **开环控制系统实例**： - **原始的蒸汽机速度控制系统**：通过设定一定的蒸汽压力来控制活塞的运动速度，而这个压力不会根据实际速度的变化进行调整。 - **烧开水的例子**：设定电热水壶的加热时间，而不考虑水是否真的沸腾了。 **框图**（简述）：输入信号直接经过控制器到达执行机构，最终影响被控对象，没有反馈路径。 - **闭环控制系统实例**： - **直流电动机自动调速系统**：通过检测电机的实际转速，并将其与目标转速比较，然后调整电机的驱动电压来调节转速。 **框图**（简述）：包含反馈路径，可以将实际输出与期望值进行比较，并根据偏差调整控制器输出。 #### 三、电动机速度控制系统的实现 **题目**: 根据图题1.2所示的电动机速度控制系统工作原理图，将a，b与c，d用线连接成负反馈系统；画出系统方框图。 - **连接方式**：a与d连接，b与c连接。 - **系统方框图**（简述）：包括输入信号、比较器、控制器、执行机构（电动机）、被控对象（负载）以及反馈路径。 #### 四、液位自动控制系统 **题目**: 图题1.3所示为液位自动控制系统原理示意图，在任何情况下，希望液面高度c维持不变，说明系统工作原理并画出系统方框图。 - **工作原理**：当液位下降时，浮子带动电位器触头向上，导致电动机电枢两端出现正电压，进而使电动机正向运转，通过减速器增加控制阀的开度，从而增加进水量，使液面上升。反之亦然。 - **系统方框图**（简述）：包括输入信号（期望液位）、比较器、控制器（放大器）、执行机构（电动机）、被控对象（储水容器）及反馈路径（浮子检测液位）。 #### 五、微分方程的线性特性分析 **题目**: 下列各式是描述系统的微分方程，判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统？ 1. \(\frac{d^3c}{dt^3} + 6\frac{d^2c}{dt^2} + 8\frac{dc}{dt} = r(t)\) 2. \(r(t) + 3\frac{dr(t)}{dt} = c(t) + \frac{dc(t)}{dt}\) 3. \(kr(t) + ac(t) = \frac{dc(t)}{dt}\) - **解析**： - 第一个方程是线性定常系统。 - 第二个方程是线性时变系统，因为系数中含有输入变量\(r(t)\)。 - 第三个方程是非线性系统，因为它包含了输入变量\(r(t)\)与输出变量\(c(t)\)的乘积项。 #### 六、RLC电路微分方程的建立 **题目**: 列写图题2.1所示RLC电路的微分方程。 - **解析**：对于RLC电路，可以列出如下微分方程： \(\frac{d^2u_o}{dt^2} + \frac{R}{L}\frac{du_o}{dt} + \frac{1}{LC}u_o = \frac{1}{L}u_i\) 通过以上分析，我们可以看出自动控制原理不仅涉及理论知识的学习，还需要结合具体的工程实践来加深理解。通过对典型问题的研究，可以帮助学生更好地掌握这门学科的核心概念和技术方法。