本章内容

这一章的内容可以说是比较简单的。习题已经概括了绝大多数的概念,因此不再赘述了。

习题

1

什么是开环控制、闭环控制和复合控制?它们各有什么优缺点?


若控制器与控制对象之间只有正向作用而没有反向联系,这样的控制过程称为开环控制。开环控制的优点是结构简单、成本低廉、工作稳定;缺点是控制精度不高。

开环控制示意图

若控制器与控制对象之间既有正向作用又有反向联系,这样的控制过程称为闭环控制。控制对象对控制器的反向作用通常称为反馈,因此闭环控制也称反馈控制。闭环控制的优点是系统响应对外扰和系统参数变化不敏感;缺点是易引起过调,“振荡”和“发散”。

闭环控制示意图

复合控制是将开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式。它吸取了两者的长处,从而可达到较高的控制性能。

2

什么叫正反馈?什么叫负反馈?怎样判断反馈的极性?


负反馈:在反馈控制中,误差的调节作用使得误差减小或消除。

正反馈:在反馈控制中,误差的调节作用使得误差进一步增加。

判断反馈极性的方法:在闭环系统的环路上任取一处a点断开,如下图所示。在断开处a加一小的扰动输入,然后检测或分析在断点的另一端a'所产生的输出信号,如果a'的信号与a点的信号极性相反,则说明原来的连接为负反馈,反之则为正反馈。

3

从功能分,闭环控制系统由哪些基本环节组成?它们各起什么作用?


  • 给定装置:用来产生参考输入
  • 比较装置:将参考输入与反馈信号进行比较
  • 校正装置:用来改善闭环系统的稳定性和其他性能
  • 放大装置:信号放大及变换
  • 执行装置:具体产生控制作用的装置
  • 控制对象:实际被控过程
  • 量测装置:量测输出量,产生所需要的反馈量

4

什么叫调节系统?什么叫跟踪系统?分别举例予以说明。


调节系统:参考输入为定值或很少变化,性能要求主要是抗干扰。例:温度控制系统,压力控制系统。

跟踪系统:参考输入随时间变化,要求输出量紧紧跟随输入量的变化而变化,同时也要求具有抗干扰性能;又称跟踪系统、随动系统或伺服系统。例:雷达天线跟踪目标的控制系统,弧焊机器人末端跟踪焊缝的控制系统。

5

什么叫有静差?什么叫无静差?分别举例予以说明。


无静差:系统进入稳态后,原理上输出量的稳态误差为零。

有静差:依靠反馈控制只能减小误差而不能完全消除误差。

6

下图为4个控制系统的原理图。

图1.18~1.21

  1. 指出系统的控制对象、被控制量、给定量及主要的干扰。
  2. 画出系统的原理结构图,并指出各个组成元件的基本职能。
  3. 说明如何改变系统的给定量输入。
  4. 判断对于给定量输入及主要的干扰是否有静差。

7

下图是一个测量电阻值的平衡电桥,其中$R_1 = R_2$为已知标准电阻,$R$是可变电阻,$R_x$是待测电阻。电桥的平衡条件是:$R_1 : R_2 = R : R_x$,这时A、B两点的电位差为0。当电桥不平衡时,检流计G的光点便不指零,这时需改变可调电阻R的滑臂的位置,当G重新指零时表示$R = R_x$,于是可以从标尺A上读出$R_x$的电阻值。

现要求将该电桥设计成一个自动平衡电桥,它能根据$R_x$的阻值自动地改变$R$的滑臂的位置,从而达到自动测量电阻的目的。画出它的简化原理图和原理结构图。