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第一章 控制系统导论

一、填空
1、 对于一个自动控制的性能要求可以概括为三个方面： 、 、 。
2、 “经典控制理论”的内容是以 为基础的。
3、 根据采用的信号处理技术的不同，控制系统分为模拟控制系统和 。
4、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 与反馈量的差值进行的。
5、复合控制有两种基本形式：即按 的前馈复合控制和按 的前馈复合控制。
6、在水箱水温控制系统中，受控对象为 ，被控量为 。
7、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为 ；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为 ；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 。
8、火炮跟踪系统是一种 控制系统，一般对系统的 指标要求较高。
9、按控制方式分类，制动控制系统分为 、 和 。
10、就历史发展而言，自动控制理论可分为以 为基础的经典控制理论和以 为基础的现代控制理论。

二、选择题
1、 通过测量输出量，产生一个与输出信号存在确定函数比例关系值的元件称为（C ）
A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件
2、当忽略电动机的电枢电感后，以电动机的转速为输出变量，电枢电压为输入变量时，电动机可看作一个（B ）
A.比例环节 B.微分环节 C.积分环节 D.惯性环节
3、与开环控制系统相比较，闭环控制系统通常对（B ）进行直接或间接地测量，通过反馈环节去影响控制信号。
A.输出量 B.输入量 C.扰动量 D.设定量
4、主要用于产生输入信号的元件称为（B ）
A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件
5、如果被调量随着给定量的变化而变化，这种控制系统叫（B ）
A.恒值调节系统 B.随动系统 C.连续控制系统 D.数字控制系统
6、与开环控制系统相比较，闭环控制系统通常对（B ）进行直接或间接地测量，通过反馈环节去影响控制信号。
A.输出量 B.输入量 C.扰动量 D.设定量
7、直接对控制对象进行操作的元件称为（D ）
A.给定元件 B.放大元件 C.比较元件 D.执行元件
8、开环控制系统的的特征是没有（C ）
A.执行环节 B.给定环节
C.反馈环节 D.放大环节
9、主要用来产生偏差的元件称为（A ）
A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.放大元件
10、随动系统对（A ）要求较高。
A.快速性 B.稳定性 C.准确性 D.振荡次数
11、“现代控制理论”的主要内容是以（B ）为基础，研究多输入、多输出等控制系统的分析和设计问题。
A.传递函数模型 B.状态空间模型 C.复变函数模型 D.线性空间模型
12、 主要用于稳定控制系统，提高性能的元件称为（D ）
A.比较元件 B.给定元件 C.反馈元件 D.校正元件
13、系统已给出，确定输入，使输出尽可能符合给定的最佳要求，称为（D ）
A.系统辨识 B.系统分析 C.最优设计 D.最优控制
14、系统的数学模型是指（C ）的数学表达式。
A.输入信号 B.输出信号 C.系统的动态特性 D.系统的特征方程
15、 对于代表两个或两个以上输入信号进行（C ）的元件又称比较器。
A.微分 B.相乘 C.加减 D.相除
16、采用负反馈形式连接后，则 (D )
A、一定能使闭环系统稳定； B、系统动态性能一定会提高；
C、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除；
D、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。
三、计算题
1、 电冰箱制冷原理图如图1所示，简述系统工作原理，指出被控对象，被控量和给定量，并画出系统方框图。
图1电冰箱制冷系统原理图

2、图2为液位控制系统的示意图，试说明其工作原理并绘制系统的方框图。
图2液位控制系统示意图

3、图3所示为一液面控制系统。图中K为放大器的放大倍数，SM为执行电动机。试分析该系统的工作原理，在系统中找出参考输入、干扰量、控制器及被控对象，并画出系统的方块图。

图3液面控制系统原理图
4、图4所示为一液面控制系统，试说明它的工作原理。

图4 液面控制系统原理图

答案
一、填空题
1、 快速性、准确性、稳定性
2、 传递函数
3、 数字控制系统
4、给定值
5、输入；扰动；
6、水箱；水温
7、开环控制系统；闭环控制系统；闭环控制系统
8、 随动、快速性
9、 开环控制、反馈控制、复合控制
10、传递函数、状态空间

二、选择题
1、C 2、B 3、B 4、B 5、B 6、B 7、D 8、C 9、A 10、A 11、B 12、D 13、D 14、C 15、C 16、D

三、 计算题
1、解：被控对象是看得见的实体，图1电冰箱制冷系统原理图

不能与物理量相混淆。被控制量则是
被控对象中表征被控制对象工作状态
的物理量。确定控制对象要看控制的
目的与任务。
控制的任务是保持冰箱内的温度
Tc等于设定的温度Tr。冰箱的箱体是
被控对象，箱内温度是被控量。由控制
器旋钮设定出电位器输出电压（与希望
温度Tr值对应）是给定量。
温度控制器中的双金属温度传感器（测量元件）感受冰箱内的温度，并把它转换为电压信号，与控制器旋钮设定出电位器（给定元件）输出电压（对应于与希望温度Tr）相比较，利用偏差电压（表征实际温度和希望温度的偏差）控制继电器。当大到一定的值时，继电器接通压缩机起动将蒸发器中的高温低压气态制冷液送到冷却器散热。降温后流出的低温低压冷却液被压缩成低温高压液态进入蒸发器急速降压扩散成气体，吸收箱体内的热量，使箱体内温度降低，而高温低压制冷剂又被吸入冷却器。如此循环，使冰箱达到制冷效果。继电器，压缩机，蒸发器和冷却器组成系统的执行机构，完成降温功能。冰箱制冷系统方框图如图1-1所示。
图1-1 冰箱制冷系统方框图

图2液位控制系统示意图
2、说明 液位控制系统是一典型的过程
控制系统。控制的任务是：在各种扰动的
作用下尽可能保持液面高度在期望的位置
上。故它属于恒值调节系统。现以水位控
制系统为例分析如下。
解 分析图1-3可以看到：被控量为水位
高度h（而不是水流量Q2或进水流量Q1）；
受控对象为水箱；使水位发生变化的主要
原因是用水流量Q2，故它为系统的负载扰
动；而进水流量Q1是用以补偿用水流量的
改变，使水箱的水位保持在期望的位置上的
控制作用；控制进水流量的使由电动机驱动的阀门V1，故电动机-减速器-阀门V1一起构成系统的执行机构；而电动机的供电电压ud取决于电位器动触点与接零点之间的电位差，若记接零点与电位参考点之间的电压为ug，则它便是系统的给定信号，记动触点与电位参考点之间的电压为uf，而ud=ug-uf，故uf为负反馈信号。于是可绘制系统方框图，如图2-1所示。
图2-1 液位控制系统方块图
Q2

Q1

系统的调节过程如下：调整系统和进水阀V1的开度使系统处于平衡状态，这时进水流量Q1和额定的用水流量Q2保持动态平衡，液面的高度恰好在期望的位置上，而与浮子杠杆相联接的电位器动触头正好在电位器中点（即接零点）上，从而ud＝0电动机停止不动；当用水流量发生变化时，比如用水流量增大使得液面下降，于是浮子也跟着下降，通过杠杆作用带动电位器的动触点往上移，从而给电动机电枢提供一定的电压，设其极性为正的(即ud>0),于是电动机正转，通过减速器驱动阀门V1增大其开度。

3、 解：液面为设定高度时，浮子的位置使电位器活动端的电位为零，电机电压为零，电机不转阀门开度保持不变，液面高度保持不变。当液面高度高于设定值时，浮子上升使电位器活动端电位为正，电机电压为正，电机正传使阀门开度减小，使流入量M2减少，液面下降，趋于设定值。反之，电机反转，阀门开度增大，流入量增加，液面也趋于设定值。参考输入是电位器中点电压，是零。干扰量包括出水量，进水管水压的波动等。被控量是液面高度。控制器包括放大器，浮子，电位器。被控对象包括水箱中的水，控制阀，减速器，电机。系统方框图如下。

图3 系统方框图
4、解：当液位为设定值时，浮子通过杠杆使阀门开度为某一值，流入量等于流出量，液位不变。若液位下降，则浮子下降并使阀门开度增加，流入量增加。若液位上升，则浮子是阀门开度减小，流入量减小。可见，此系统力图使液位保持在设定高度。