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一、简答题

1． 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。

【答案】

表

2． 自动控制系统为什么要采用闭环形式？

【答案】对于一个控制系统，可能存在各种内、外扰动影响系统的输出，使被控量偏离期望值而出现偏差。闭环控制方式是按偏差进行控制的，其特点：是无论什么原因，当使被控量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控量与期望值趋于一致。按闭环控制方式组成的反馈控制系统，具有抑制任何内、外扰动对被控量产生影响的能力，有较高的控制精度。

3． 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。

【答案】（1）开环控制一一半自动、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。

（2）闭环控制一一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，控制供水量，形应蓄水量）。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），系统处于成闭环控制。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）

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。

二、分析计算题

4． 系统开环传递函数

绘开环奈奎斯特图并说明什么情况下闭环稳定。 【答案】

I

系统开环奈奎斯特图如图所示。

图

负实轴无穷远处有次负穿越，有1个开环正实部极点，故A 点在点（-1, jO ）左侧，即系统开环放大系数足够大，闭环稳定。

5． 非线性系统结构如图1所示，图中非线性特性是饱和特性, 其线性范围为为k ，描述函数为

若要求系统无自振发生，问k 值应如何选取（本题要求结合作图说明）。

图1

【答案】

当

时，N （X ）的取值范围为（0, k ）, 所以一1/N（X ）的取值范围为

当-1/N（X ）与

不相交时，如图2所示，开环系统无右半平面极点，故系统无周期运

动，即没有自振现象发生。

线性区内的斜率

图2

当X=S时，-1/N（x ）最大为-1/k。 当ω=2时，

曲线与负实轴相交，此时

不相交，即

要使系统无自振则-1/N（x ）与因此系统无自振发生的条件是

6． 某单位反馈系统的开环传递函数为式。

【答案】系统的闭环传递函数为

令

系统频率特性为

输出

的稳态响应表达式为

试求下列输入时，输出

的稳态响应表达