現(xiàn)代控制原理第二章課后答案

1、第二章第二章被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型第一章自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念1.簡(jiǎn)述被控對(duì)象、被控變量、操縱變量、擾動(dòng)(干擾)量、設(shè)定(給定)值和偏差的含義？答:自動(dòng)控制系統(tǒng)中常用的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)其含義是：被控對(duì)象自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設(shè)備或機(jī)器等。被控變量被控對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)。操縱變量受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。擾動(dòng)量：除操縱變量外，作用于被控對(duì)象并引起被控變量

2、變化的因素。設(shè)定值：被控變量的預(yù)定值。偏差：被控變量的設(shè)定值與實(shí)際值之差。2.自動(dòng)控制系統(tǒng)按其基本結(jié)構(gòu)形式可分為幾類其中閉環(huán)控制系統(tǒng)中按設(shè)定值的不同形式又可分為幾種簡(jiǎn)述每種形式的基本含義。答:自動(dòng)控制系統(tǒng)按其基本結(jié)構(gòu)形式可分為閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)和開環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。閉環(huán)自動(dòng)控制是指控制器與被控對(duì)象之間既有傾向控制又有反向聯(lián)系的自動(dòng)控制。如圖1—1(a)即是一個(gè)閉環(huán)自動(dòng)控制。圖中控制器接受檢測(cè)元件及變送器送來(lái)的測(cè)量信號(hào)，并與設(shè)定值相比較得到偏

3、差信號(hào)，再根據(jù)偏差的大小和方向，調(diào)整蒸汽閥門的開度，改變蒸汽流量，使熱物科出口溫度回到設(shè)定值上。從圖l—1(b)所示的控制系統(tǒng)方塊圖可以清楚看出，操縱變量(蒸汽流量)通過被控對(duì)象去影響被控變量，而被控變量又通過自動(dòng)控制裝置去影響操縱變量。從信號(hào)傳遞關(guān)系上看，構(gòu)成了一個(gè)閉合回路。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，按照沒定值的不同形式又可分為：(1)定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)是指設(shè)定值恒定不變的控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)的作用是克服擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，使被控變

4、量最終回到設(shè)定值或其附近。以后無(wú)特殊說明控制系統(tǒng)均指定值控制系統(tǒng)而言。(2)隨動(dòng)控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)定值是不斷變化的。隨動(dòng)控制系統(tǒng)的作用是使被控變量能夠盡快地、準(zhǔn)確無(wú)誤地跟蹤設(shè)定值的變化而變化。(a)(b)圖11閉環(huán)自動(dòng)控制基本結(jié)構(gòu)(3)程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)的設(shè)定值也是變化的，但它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)即設(shè)定值按一定的時(shí)間程序變化。開環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器與被控對(duì)象之間只有順向控制而沒有反向聯(lián)系的自動(dòng)控制系統(tǒng)。即操縱變量通過被控對(duì)象

5、去影響被控變量，系統(tǒng)及自動(dòng)信號(hào)、連鎖保護(hù)系統(tǒng)的圖。在工藝管道及控制流程圖上設(shè)備間的連線是工藝管線，表示物料流動(dòng)的方向，與方塊圖中線段的含義截然不同。7.什么是控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)為什么說研究控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)比其靜態(tài)更有意義答:在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，把被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)稱為控制系統(tǒng)的靜態(tài)。在這種狀態(tài)下，自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入(設(shè)定值和干擾)及輸出(被控變量)都保持不變，系統(tǒng)內(nèi)各組成環(huán)節(jié)都不改變其原來(lái)的狀態(tài)，它們輸入、輸出信號(hào)的變化率為零

6、。而此時(shí)生產(chǎn)仍在進(jìn)行，物料和能量仍然有進(jìn)有出。因此，靜態(tài)反映的是相對(duì)平衡狀態(tài)。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)是被控變量隨時(shí)間而變化的不平衡狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)原來(lái)處于相對(duì)平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，受到擾動(dòng)作用的影響，其平衡狀態(tài)受到破壞，被控變量偏離設(shè)定值，此時(shí)，控制器就會(huì)改變?cè)瓉?lái)的狀態(tài)，產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用，改變操縱變量克服擾動(dòng)的影響，力圖恢復(fù)平衡狀態(tài)。從擾動(dòng)發(fā)生，經(jīng)過控制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這段時(shí)間中整個(gè)系統(tǒng)都處于變動(dòng)狀態(tài)中。在自動(dòng)化工作中，了解、研究控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)比其

7、靜態(tài)更為重要。因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中，干擾是客觀存在的，是不可避免的。在擾動(dòng)引起系統(tǒng)變動(dòng)后、就需要通過控制裝置不斷地施加控制作用去消除干擾作用的影響，使被控變量保持在工藝生產(chǎn)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)上，以滿足過程控制的要求。一個(gè)正常工作的自動(dòng)控制系統(tǒng)，時(shí)時(shí)刻刻都受到擾動(dòng)的頻繁作用，總是處在一種頻繁的、不間斷的動(dòng)態(tài)過程中。因此說研究控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)比其靜態(tài)更有意義。8.在進(jìn)行控制系統(tǒng)研究中，典型的輸入信號(hào)形式有哪些為什么常采用階躍信號(hào)作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)？

8、答:在進(jìn)行控制系統(tǒng)研究中，為了便于分析和比較不同系統(tǒng)的性能，通常以階躍函數(shù)、樹坡(速度)函數(shù)、拋物線(加速度)函數(shù)、脈沖因數(shù)等時(shí)間函數(shù)信號(hào)作為典型的輸入信號(hào)。在分析、研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，常采用階躍信號(hào)作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)。因?yàn)椋A躍信號(hào)具有突發(fā)性，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)被控變量的影響較大。另外階躍信號(hào)的數(shù)學(xué)表示形式簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種擾動(dòng)的影響，那么對(duì)于其他比較緩和的擾動(dòng)也一定能取得很好的校

9、正效果。9.什么是反饋什么是正反饋和負(fù)反饋？負(fù)反饋在自動(dòng)控制中有什么重要意義？答:把系統(tǒng)(或環(huán)節(jié))的輸出信號(hào)直接或經(jīng)過一些環(huán)節(jié)重新引回到輸入端的作法叫做反饋。反饋信號(hào)的作用方向與設(shè)定信號(hào)相反、即偏差信號(hào)為兩者之差，這種反饋叫做負(fù)反饋；反之為正反饋。在控制系統(tǒng)中采用負(fù)反饋，是因?yàn)楫?dāng)被控變量受到擾動(dòng)作用后。若使其升高，則反饋信號(hào)升高，經(jīng)過比較，偏差信號(hào)將降低，此時(shí)控制器將發(fā)出信號(hào)而使執(zhí)行器動(dòng)作，施加控制作用，其作用方向與擾動(dòng)作用方向相反，致