《高铁概论》习题
《高速铁路概论》习题
一、单选题
1、世界上最早建设高速铁路的国家是（ c ）
A 法国
B 中国
C 日本
D 德国
2、世界上第一条高速铁路是（ c ）
A TGV东南线
B TGV大西洋线
C 东海道新干线
D 山阳新干线
3、在当今世界上时速为多少时称为准高速（ b ）
A 100-200 km/h
B 120-160 km/h
C 200-400 km/h
D 160-200 km/h
4、下列哪项不属于当今世界上建设的高速铁路模式（ d ）
A 日本新干线
B 法国TGV
C 德国ICE
D PUKA
5、我国第一条时速超过300km/h的高速铁路线路是（ B ）
A 秦沈客运专用线
B 京津城际高速铁路
C 合肥—南京客运专线
D 武汉—广州高速铁路
6、迄今为止陆地上速度最高速度记录为（B ）
A 576.8km/h
B 581 km/h
C 604 km/h
D 508km/h
7、铁路时速为中速的速度为（ c ）
A 80─100km
B 100─120km
C 120─160km
D 160─200km
8、有砟轨道在下列哪方面的性能要优于无砟轨道（c ）
A 稳定性
B 耐久性
C 轨道弹性
D 少维护性
9、日本东海道新干线采用的竖曲线半径是（ a ）m。
A 10000
B 15000
C 20000
D 25000
10、法国的高速铁路路基垫层中不包括下列哪个层面（ b ）
A 砟垫层
B 地基过渡层
C 底基层
D 防污染层
二、填空题
1、时速100~120km/h称为常速，时速120~160km/h称为中速，时速160~200km/h称为准高速或者快速，时速200~400km/h称为高速。时速400km/h以上称为特高速。
2、高速铁路轨道结构包括钢轨、枕木、道床和道岔。
3、高速铁路系统可以划分为工务工程系统、牵引供电系统、高
速列车系统、列车运行控制系统、运营调度系统、及客运服务系统六个部分。
4、世界上高速铁路无砟轨道主要有长枕埋入式轨道及雷达型无砟轨道、板式无砟轨道、弹性支承块式无砟轨道三种类型。
5、我国高速铁路路基基床总厚度为3.0 m，其中基床表层0.7 m，基床底层2.3
三、判断正误
1、世界上第一条高速铁路于1965年10月在日本东京正式运营。（X）
2、无砟轨道是世界上高速铁路轨道的发展趋势。（√）
3、高速铁路轨道结构与普通轨道结构相同。（X ）
4、我国高速铁路的设计荷载完全采用法国的UIC荷载。（X）
5、为了增加轨道的弹性，我国的轨枕普遍采用木枕。（√）
四、问答题
1、高速铁路扣件的作用是什么？
高速铁路钢轨与轨枕之间用扣件连结。应用在有咋轨道上的扣件，将钢轨和轨枕连接成轨排，抵抗列车荷载；应用在无咋轨道上的扣件，几乎成为影响轨道弹性和调整能力的最主要的因素，是轨道设计于施工的一项关键技术。保证列车的高平顺性。
2、与公路、航空相比，高速铁路的技术经济优势主要表现在那些方面？
1、运行速度高；
2、运输能力大；
3、安全性能好，舒适度高；
4、全天候运行；
5、能源消耗低；
6、占用土地省；
7、工程投资低；
8、环境污染小；
9、效益好。
3、简述日本、法国、德国、及我国的高速铁路路基结构。
答：1：日本铁路路基结构分为基床表层、上部填土和下部填土三部分，其中基床表层是指道床下面直接承载轨道的垫层，上部填土指基床表面以下3m以内的部分，下部填土指上部填土以下的填土部分。
2：法国对铁路路基的质量控制是从运营维修、机车类型、轨道结构和铁路路基各组成部分统一考虑，根据具体情况确定。路基断面结构依次是：道咋层，垫层（一般包括咋垫层，底基层，防污染层）和路基（分三类：不良路基PF1，中等路基PF2，优良路基PF3）。
3：德国有砟轨道的路基结构分为路基保护层（PSS）、防冻层（FSS）、填筑路堤层、地基过渡层。
4：我国客运专线上，基床为路基上部列车动应力作用较显著的部分，由表层与底层组成，其总厚度为3.0m。高度小于机床厚度的路基，基床包括路堤和地基的一部分；对于路暂则为开挖路基面以下规定厚度范围。对于无咋轨道路基，基床表层由两部分组成，即30cm的混凝土支撑层40cm的级配碎石层。
自动控制原理习题集与答案解析
第一章 习题答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。
1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压 f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压 f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。
自动控制原理题目含答案
《自动控制原理》复习参考资料 一、基本知识1 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过输入量与反馈量的差值进行的。 2、闭环控制系统又称为反馈控制系统。 3、在经典控制理论中主要采用的数学模型是微分方程、传递函数、结构框图和信号流图。 4、自动控制系统按输入量的变化规律可分为恒值控制系统、随动控制系统与程序控制系统。 5、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即：稳定性、快速性和准确性。 6、控制系统的数学模型，取决于系统结构和参数, 与外作用及初始条件无关。 7、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2 (s)的环节，以并联方式连接，其等效 传递函数为G 1(s)+G 2 (s)，以串联方式连接，其等效传递函数为G 1 (s)*G 2 (s)。 8、系统前向通道传递函数为G（s），其正反馈的传递函数为H（s），则其闭环传递函数为G（s）/(1- G（s）H（s）)。 9、单位负反馈系统的前向通道传递函数为G（s），则闭环传递函数为G（s）
/(1+ G（s）)。 10、典型二阶系统中，ξ=时，称该系统处于二阶工程最佳状态，此时超调量为%。 11、应用劳斯判据判断系统稳定性，劳斯表中第一列数据全部为正数，则系统稳定。 12、线性系统稳定的充要条件是所有闭环特征方程的根的实部均为负，即都分布在S平面的左平面。 13、随动系统的稳态误差主要来源于给定信号，恒值系统的稳态误差主要来源于扰动信号。 14、对于有稳态误差的系统，在前向通道中串联比例积分环节，系统误差将变为零。 15、系统稳态误差分为给定稳态误差和扰动稳态误差两种。 16、对于一个有稳态误差的系统，增大系统增益则稳态误差将减小。 17、对于典型二阶系统，惯性时间常数T愈大则系统的快速性愈差。 越小，即快速性18、应用频域分析法，穿越频率越大，则对应时域指标t s 越好 19最小相位系统是指S右半平面不存在系统的开环极点及开环零点。
自动控制原理例题与习题[1]
自动控制原理例题与习题 第一章自动控制的一般概念 【例1】试述开环控制系统的主要优缺点。 【答】 开环控制系统的优点有： 1. 1.构造简单，维护容易。 2. 2.成本比相应的死循环系统低。 3. 3.不存在稳定性问题。 4. 4.当输出量难以测量，或者要测量输出量在经济上不允许时，采用开环系统比较合适（例如在洗衣 机系统中，要提供一个测量洗衣机输出品质，即衣服的清洁程度的装置，必须花费很大）。 开环控制系统的缺点有： 1. 1.扰动和标定尺度的变化将引起误差，从而使系统的输出量偏离希望的数值。 2. 2.为了保持必要的输出品质，需要对标定尺度随时修正。 【例2】图1.1为液位自动控制系统示意图。在任何情况下，希望液面高度c维持不变，试说明系统工作原理，并画出系统原理方框图。 图1.1 液位自动控制系统示意图 【解】系统的控制任务是保持液面高度不变。水箱是被控对象，水箱液位是被控量，电位器设定电压u r(表征液位的希望值c r)是给定量。 当电位器电刷位于中点位置(对应u r)时，电动机不动，控制阀门有一定的开度、使水箱中流入水量与流出水量相等。从而液面保持在希望高度c r上。一旦流入水量或流出水量发生变化，例如当液面升高时，浮子位置也相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动初通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的液体流量减少。这时，水箱液面下降，浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度。反之，若水箱液位下降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入水量，使液位升到给定高度c r。 系统原理方框图如图1.2所示。 图1.2 系统原理方框图 习题 1．题图1-1是一晶体管稳压电源。试将其画成方块图并说明在该电源里哪些起着测量、放大、执行的作用以及系统里的干扰量和给定量是什么？
bang-bang控制
对调速范围宽、静态误差小和动态响应快的随动系统来说，单闭环控制是不能满足要求的，所以随动系统采用电流环、速度环和位置环来完成控制。在随动系统控制中，pid 控制具有结构简单且在对象模型不确知的情况下也可达到有效控制的特点，但对模型参数变化及干扰的适应能力较差。bang-bang控制在系统偏差大，可加大系统的控制力度，提高系统的快速性，因此，bang-bang控制是随动系统中不可缺少的控制方式。 bang-bang控制理论 bang-bang控制最早由庞特里亚金提出。在移动目标集的时间最优控制问题中，已知受控系统的状态方程为x（t）=f（x（t）,t）＋b（x（t）,t）u（t），假设f（x（t）,t）和b（x（t）,t）的元对x（t）和t是连续可微的。r维容许控制向量u（t）的约束条件为|uj（t）|≤1,j=1,2,…,r。从初态x（t0）=x0出发，在某一末态时刻t＞t0，首次达到移动目标集g（x（t）,t）=0。其中g是p维向量函数，其各元对x（t）和t 是连续可微的，同时性能指标j[u（.）]=∫dt t-t0为最小[6,7]。最优控制u（f）应满足 且=f（x（t）,t）＋b（x（t）,t）u（t）（2） 令其中bj（x（t）,t）是矩阵b的第j列向量，则当 达绝对极小，于是bang-bang控制u（t） 即时间最优控制的各个分量u（t）都是时间t的分段常值函数，并在开关时间上由一个恒值到另一个恒值的跳变。
bang-bang控制在随动系统中的具体应用 在随动系统需要进行调转运动时，在某点需要以最大可能的加速度εm进行回归，此时误差|em|≥emax当到达某点时，又需要以-εm进行减速，当速度减到零时，误差也恰好为零，这就需要通过bang-bang控制来完成[2][3][4][5]。如图1的bang-bang 控制阈值曲线。 图1bang-bang控制阈值曲线 图1中粗线表示速度变化曲线，细实线表示误差角变化曲线。当某一起点误差较大时，控制系统以最大可能的加速度εm进行加速，到达θ0点时以最大速度运行，当到达θ1点时以最大加速度－εm进行制动。当速度减到零时，其误差恰好等于零。这是理想的最快的调转过程。要达到上述的要求就要正确判定转换点θ1，通常可以认为伺服电机的扭矩为恒定的，同时不考虑负载阻力矩的变化，系统可以看作为恒加速系统，则可以计算出开始制动时刻的误差角: 单片机收到电流反馈信号，经过bang-bang控制等智能协调处理得出输出控制量，根据输出量的大小确定pwm的占空比。主控制芯片选用intel公司的87c1961mc芯片，其自有的p1、p2、p3、p4口完全能满足控制需要[1]。系统硬件简图如图2。 图2系统硬件简图 软件实现
(3)玻尔理论和能级跃迁
（3） 玻尔理论和能级跃迁. 2012-4-3 命题人：邓老师 学号________. 姓名________. 1. 普朗克在1900年将“能量子”引入物理学,开创了物理学的新纪元.人们在解释下列哪组实验现象时,都利用了“量子化”的观点（ ） A.光电效应现象氢原子光谱实验 B.光电效应现象α粒子散射实验 C.光的折射现象氢原子光谱实验 D.光的折射现象α粒子散射实验 2. 如图所示,1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级.处在n =4能 级的一群氢原子向低能级跃迁时,能发出若干种频率不同的光子,在这些光子中,波长最长的是（ ） A.n =4跃迁到n =1时辐射的光子 B.n =4跃迁到n =3时辐射的光子 C.n =2跃迁到n =1时辐射的光子 D.n =3跃迁到n =2时辐射的光子 3. 原子从a 能级状态跃迁到b 能级状态时发射波长为λ1的光子；原子从b 能级状态跃迁到c 能级状态时吸收波长为λ2的光子,已知λ1>λ2.那么原子从a 能级状态跃迁到c 能级状态时将要（ ） A.发出波长为λ1-λ2的光子 B.发出波长为 12 12λλλλ-的光子 C.吸收波长为λ1-λ2的光子 D.吸收波长为12 12 λλλλ-的光子 4. 图中画出了氢原子的4个能级,并注明了相应的能量E.处在n=4的能级的一群氢原子向低能级跃迁时,能够发出若干种不同频率的光波.已知金属钾的逸出功为2.22eV .在这些光波中,能够从金属钾的表面打出光电子的总共有（ ） A.二种 B.三种 C.四种 D.五种 5. 以下说法正确的是（ ） A.当氢原子从n=4的状态跃迁到n=2的状态时,发射出光子 B.光电效应和康普顿效应都揭示了光具有波动性 C.原子核的半衰期与原子所处的化学状态和外部条件有关 D.比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子越稳定 6. 如图所示,1、2、3、4为玻尔理论中氢原子最低的四个能级.用以下能量的光子照射基态的氢原子时,能使氢原子跃迁到激发态的是（ ） A.1.51eV B.3.4eV C.10.2eV D.10.3eV 7. 一群处于n=3激发态的氢原子向基态跃迁,发出的光以相同的入射角θ照 射到一块平行玻璃砖A 上,经玻璃砖A 后又照射到一块金属板B 上,如图所示,则下列说法正确的是（ ） A.入射光经玻璃砖A 后会分成相互平行的三束光线,从n=3直接跃迁到基态发出的光经玻璃砖A 后的出射光线与入射光线间的距离最大 B.在同一双缝干涉装置上,从n=3直接跃迁到基态发出的光形成的干涉条纹最窄 C.经玻璃砖A 后有些光子的能量将减小,有些光在玻璃砖的下表面会发生全反射 D.若从n=3能级跃迁到n=2能级放出的光子刚好能使金属板B 发生光电效应,则从n=2能级跃迁到基态放出的光子一定能使金属板B 发生光电效应 8. 氢原子辐射出一个光子后,根据玻尔理论,下述说法中正确的是（ ） A.电子绕核旋转的半径增大 B.氢原子的能量增大 C.氢原子的电势能增大 D.氢原子核外电子的速率增大 9. 氦原子的一个核外电子被电离,会形成类似氢原子结构的氦离子.已知基态的氦离子能量为E 1=－54.4eV ,氦离子能级的示意图如图所示.可以推知,在具有下列能量的光子中,不能．．被基态氦离子吸收而发生跃迁的是（ ） A.40.8eV B.43.2eV C.51.0eV D.54.4eV 1 2 3 4 ∞ n -13.-3.4 -1.5 -0.80 E /eV －13.60 －1.51 －0.85 －3.40 0 1 2 3 4 ∞ n E /eV
自动控制原理习题
《自动控制原理》习题 习题1 1有一水位控制装置如图所示。试分析它的控制原理，指出它是开环控制系统闭环控制系统？说出它的被控量，输入量及扰动量是什么？绘制出其系统图。 2 某生产机械的恒速控制系统原理如图所示。系统中除速度反馈外，还设置了电流正反馈以补偿负载变化的影响。试标出各点信号的正负号并画出框图。 3图示为温度控制系统的原理图。指出系统的输入量和被控量，并画出系统框图。 4.自动驾驶器用控制系统将汽车的速度限制在允许范围内。画出方块图说明此反馈系统。 5.双输入控制系统的一个常见例子是由冷热两个阀门的家用沐浴器。目标是同时控制水温和流量，画出此闭环系统的方块图，你愿意让别人给你开环控制的沐浴器吗？ 6.开环控制系统和闭环控制系统各有什么优缺点？
7.反馈控制系统的动态特性有哪几种类型？生产过程希望的动态过程特性是什么？ 习题2 1 试分别写出图示各无源网络的传递函数。 习题1图 2 求图示各机械运动系统的传递函数。 (1)求图a的＝？(2)求图b的＝？(3) 求图c的＝？ 习题2图 3 试分别写出图中各有源网络的传递函数U2(s)/ U1(s)。 习题3图
4交流伺服电动机的原理线路和转矩－转速特性曲线如图所示。图中，u为控制电压．T 为电动机的输出转矩。N为电动机的转矩。由图可T与n、u呈非线性。设在某平衡状态附近用增量化表示的转矩与转速、控制电压关系方程为 k n、k c为与平衡状态有关的值，可由转矩－转速特性曲线求得。设折合到电动机的总转动惯量为J，粘滞摩擦系数为f，略去其他负载力矩，试写出交流伺服电动机的方程式并求输入 为u c，输出为转角θ和转速为n时交流伺服电动机的传递函数。 习题4图 5图示一个转速控制系统，输入量是电压V，输出量是负载的转速 ，画出系统的结构图，并写出其输入输出间的数学表达式。 习题5图 6 已知一系统由如下方程组组成，试绘制系统框图，求出闭环传递函数。 7 系统的微分方程组如下：
Bang–bang control
Bang–bang control From Wikipedia, the free encyclopedia (Redirected from On-off control) A water heater that maintains desired temperature by turning the applied power on and off (as opposed to continuously varying electrical voltage or current) based on temperature feedback is an example application of bang–bang control. Although the applied power switches from one discrete state to another, the water temperature will remain relatively constant due to the slow nature of temperature changes in materials. Hence, the regulated temperature is like a sliding mode of the variable structure system setup by the bang–bang controller. In control theory, a bang–bang controller (on–off controller), also known as a hysteresis controller, is a feedback controller that switches abruptly between two states. These controllers may be realized in terms of any element that provides hysteresis. They are often used to control a plant that accepts a binary input, for example a furnace that is either completely on or completely off. Most common residential thermostats are bang–bang controllers. The Heaviside step function in its discrete form is an example of a bang–bang control signal. Due to the discontinuous control signal, systems that include bang–bang controllers are variable structure systems, and bang–bang controllers are thus variable structure controllers. Bang–bang solutions in optimal control[edit]
DTC控制策略
交流电机直接转矩控制综述 1 引言交流电机相对于直流电机在结构简单、维护容易、对环境要求低以及节能和提高生产力等方面具有足够的优势，使得交流调速已经广泛运用于工农业生产、交通运输、国防以及日常生活之中。随着电力电子技术、微电子技术、控制理论的高速发展，交流调速技术也得到了长足的发展。目前在高性能的交流调速领域主要有矢量控制和直接转矩控制两种。1968年Darmstader工科大学的Hasse博士初步提出了磁场定向控制(Field Orientation)理论，之后在1971年由西门子公司的F.Blaschke对此理论进行了总结和实现，并以专利的形式发表，逐步完善并形成了现在的各种矢量控制方法。 对于直接转矩控制来说，一般文献认为它由德国鲁尔大学的M.Depenbrock教授和日本的 I.Takahashi于1985年首先分别提出的。对于磁链圆形的直接转矩控制来说，其基本思想是在准确观测定子磁链的空间位置和大小并保持其幅值基本恒定以及准确计算负载转矩的条件下，通过控制电机的瞬时输入电压来控制电机定子磁链的瞬时旋转速度，来改变它对转子的瞬时转差率，达到直接控制电机输出的目的。在控制思想上与矢量控制不同的是直接转矩控制通过直接控制转矩和磁链来间接控制电流，不需要复杂的坐标变换，因此具有结构简单、转矩响应快以及对参数鲁棒性好等优点。图1为典型的圆形磁链直接转矩控制系统结构图。 图 1 圆形磁链直接转矩控制系统控制框图 事实上，1977年A·B·Plunkett曾经在IEEE的工业应用期刊上提出了类似于目前直接转矩控制的结构和思想的直接磁链和转矩调节方法，在这种方法中，转矩给定与反馈之差通过PI调节得到滑差频率，此滑差频率加上电机转子机械速度得到逆变器应该输出的电压定子频率;定子磁链给定与反馈之差通过积 分运算得到一个电压与频率之比的量，并使之与定子频率相乘得到逆变器应该输出的电压，最后通过SPWM 方法对电机进行控制。
(完整版)自动控制原理课后习题及答案
第一章 绪论 1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答：1开环系统 (1) 优点:结构简单，成本低，工作稳定。用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。 (2) 缺点：不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量 偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。它是一种按偏差调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。 1-2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？试举例说 明之。 解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。 闭环控制系统常采用负反馈。由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。 1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非 线性，定常，时变）？ （1）22 ()()() 234()56()d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+ （2）()2()y t u t =+ （3）()()2()4()dy t du t t y t u t dt dt +=+ （4）() 2()()sin dy t y t u t t dt ω+= （5）22 ()() ()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++= （6）2() ()2() dy t y t u t dt +=
自动控制原理大题完整版及答案
河南工业大学 《自动控制原理》大题完整版（绝对内部资料） 1. 欠阻尼二阶系统0.6,5n ζω== 试求： 系统的上升时间r t 、超调时间p t 、超调量%p σ 和调节时间s t 解 4d ωω=== arccos 0.6 0.55r d d t π?πωω--= == 0.78p d t π ω= = 3.5 1.17,0.054.4 1.47,0.02n s n t ζωζω?=?=??=??=?=?? %100%9.48%p e σ=?= 1． 已知单位反馈系统的开环传递函数 10 ()(4)(51) G s s s s = ++ 试求输入信号为()r t t =时，系统的稳态误差ss e 解： 求得闭环系统特征方程为 32()5214100D s s s s =+++= 由劳斯判据 3s 5 4 2s 21 10 1s 23/7
0s 10 所以，系统稳定 由 10 2.5 ()(4)(51)(0.251)(51) G s s s s s s s = =++++， 2.5K = 又因为系统为I 型系统，当输入为()r t t =时， 1 0.4ss e K = = 2． 已知系统开环传递函数为 (1) ()(21) K s G s s s += + 试绘制系统概略根轨迹。 解： 实轴上根轨迹为(,1],[0.5,)-∞--∞ 分离点 111 0.51 d d d += ++ 解得 120.293, 1.707d d =-=- 根轨迹如图
3． 如图所示系统结构图，求传递函数 () () C s R s 解： 可采用化简法或梅森增益公式 1212121 1G G C R G G G G H =+++ 4． 已知单位反馈系统的开环传递函数为 ()(1) K G s s Ts = + 画出奈氏曲线，当K>0，T>0时用奈奎斯特稳定判据判断闭环系统稳定性。 解： (0)90()0180 G j G j +?? =∞∠-∞=∠- 奈氏曲线为
基于bangbang算法的倒立摆
Bang-bang起摆控制系统设计1、bang-bang控制原理 bang-bang控制最早由庞特里亚金提出。
对调速范围宽、静态误差小和动态响应快的随动系统来说，单闭环控制是不能满足要求的，所以随动系统采用电流环、速度环和位置环来完成控制。在随动系统控制中，pid控制具有结构简单且在对象模型不确知的情况下也可达到有效控制的特点，但对模型参数变化及干扰的适应能力较差。bang-bang控制在系统偏差大，可加大系统
的控制力度，提高系统的快速性，因此，bang-bang 控制是随动系统中不可缺少的控制方式。 2.基于Bang-Bang 反馈的起摆算法 我们可将起摆分为以下四个阶段（定义摆杆自然下垂位置0φ=,以逆时针方向为正，箭头代表摆杆运动方向）。 图3-59 倒立摆能量起摆过程 在初始时刻，小车位于导轨中心，摆杆自然下垂。当进行起摆实验时，先向负方向给小车一个较大的力（小车有加速度），使摆杆运动，随后紧接着令小车停止，摆杆会在惯性的作用下，继续沿着与小车连接处的转轴向上运动(Ⅰ)，达到最高点后，摆杆速度为零，在重力的作用下沿摆杆的轴心自动下落(Ⅱ)，这时给小车施加一个相反的作用力，小车反向运动的同时通过连接轴给摆杆一个反向的力。当再次到达初始点（0φ=）时，令小车制动，摆杆此时的速度不为零，在惯性的作用下继续运动，此时0φ<(Ⅲ)。当0,0φφ<=时，即摆杆达到负方向的最高点，在重力的的作用下，摆杆回落，继续给小车施加负方向的力，直到0φ=下车制动(Ⅳ)。 反复以上动作，摆杆在小车驱动力的作用下，抛起的高度会不断增加，直到进入稳摆区域，切换到稳摆控制算法。 对以上的四种情况进行分析，可转化成控制算法： （1）0,0φφ==，控制量u n v =-，初始时刻 （2）0φφ?<00u n v u n v φφ>=-??<=? （3）00u φφ?>=
PID Bang-Bang双模控制系统
《计算机控制仿真》课程设计报告 2012年6月26日
飞思卡尔电机PID+Bang-Bang双模控制系统 摘要：本文结合飞思卡尔电机，介绍了飞思卡尔电机控制系统的工作原理。经过推导，建立了该电机的数学模型。在MATLAB/Simulink中搭建了电机的仿真模型，分别对PID 控制和Bang-Bang控制进行了仿真，仿真结果表明这两种控制方法无法获得满意的控制效果。为取得良好的控制效果，将PID控制和Bang-Bang控制相结合，设计了PID+Bang-Bang双模控制器，提高了系统的控制效果。 关键词：PID控制Bang-Bang控制稳定性快速性
目录 一、引言 (1) 1.1 计算机控制仿真简介 (1) 1.2 飞思卡尔智能车电机控制系统与课程设计的关系 (1) 二、设计要求 (2) 2.1 直流伺服电机的物理模型 (2) 2.2 直流伺服电机的数学模型 (2) 2.3 设计要求 (3) 三、系统设计及结果分析 (4) 3.1 PID调节 (4) 3.1.1 比例控制校正 (4) 3.1.2 比例微分控制校正 (6) 3.1.3 PID控制器校正 (8) 3.2 Bang-Bang控制 (10) 3.3 PID+Bang-Bang双模控制 (11) 3.3.1 控制原理 (11) 3.3.2 鲁棒性分析 (12) 四、实际应用 (13) 五、设计总结 (15) 5.1 PID各参数对系统性能的影响 (15) 5.1.1 比例参数对系统性能的影响 (15) 5.1.2 微分参数对系统性能的影响 (15) 5.1.3 积分参数对系统性能的影响 (16) 5.2 PID+Bang-Bang双模控制 (16) 六、致谢 (16) 七、参考文献 (17)
自动控制原理练习题全大题
1.1 什么是系统？什么是被控对象？什么是控制？ 1.2 什么是自动控制？它对人类活动有什么意义？ 1.3 试列举几个日常生活中的开环控制系统和闭环控制系统，并说明它们的工作原理。1.4 自动控制系统主要由哪几部分组成？各组成部分有什么功能？ 1.5 试用反馈控制原理来说明司机驾驶汽车是如何进行线路方向控制的，并画出系统方框图。 1.6 洗衣机控制系统的方框图如习题1.6图所示，试设计一个闭环控制的洗衣机系统方框图。
2.1 试列写出习题2.1图中各电路的动态方程。 (a) (b)
2.2 试求习题2.2图所示有源网络的传递函数。 U o C R 2 U o (b) o o (d) C C (a) o (e) C 1 μF
2.3 试求习题2.3图所示有源网络的传递函数。 u u o R
2.4 试用拉氏变换变换下列微分方程（初始值为0）。 ) ()()()3() ()()(2)()2() ()()()()1(22 22 t x t y dt t dy T t x t y dt t dy dt t y d t x t y dt t dy dt t y d =+=++=++
2.5 系统的微分方程如下： 式中, T 1、 T 2、 K 1、 K 2、 K 3均为正的常数， 系统的输入量为r (t )， 输出量为c (t )， 试画出动态结构图， 并求传递函数C (s )/R (s )。 ) ()()()()()() ()()() ()()(3223 23211211t x K t c dt t dc T t c K t x t x t x t x K dt t dx T t c t r t x =+-=-=-=
氢原子的能级跃迁规律及其应用_宁鹏程
重点辅导 情况是在不断地变化,要使自己的思想适应新的情况,就得学习. 毛泽东 河南 宁鹏程 近几年高考理综物理考试,原子和原子核部分关于 氢原子的能级 问题倍受高考命题专家的关注,成为高考命题的热点,在各类物理考试中命题的概率非常高,同学们在高考备考复习中应倍加重视.下面围绕高考有关 氢原子的能级 问题进行分析和解析,以期对同学们有所帮助.1 能级的概念 由玻尔的理论发展而来的现代量子物理学认为原子的可能状态是不连续的,因此各状态对应的能量也是不连续的.这些能量值就是能级.2 基态 在正常状态下,原子处于最低能级,电子在离核最近的轨道上运动的定态称为基态.3 激发态 原子吸收能量后从基态跃迁到较高能级,电子在较远的轨道上运动的定态称为激发态.4 有关 氢原子的能级 问题 1)电子在离氢原子核轨道上运动,氢原子核对电子的库仑力提供向心力.即:k e 2 r 2=m v 2r ,则电子的 动能E k =12m v 2 =ke 22r ,所以电子在离氢原子核较远 轨道上运动时,电子的动能小. 2)由于电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增大;电子在向离原子核较远的轨道上运动时电场力做负功,电子和氢原子核共有的电势能增大.电子在离原子核较远的轨道上运动时原子的电势能大于电子在离原子核较近的轨道上运动时原子的电势能. 3)氢原子各定态能量值又叫原子能量,它等于 电子绕核运动的动能和电势能的代数和;当取无限远处电势能为零时,则原子能量为负值.对于氢原子r n =n 2r 1 ,E n = E 1 n 2,式中n 为量子数,n=1,2,3,4, E 1=-13 6eV ;r 1=0 53 10-10m . 图1 所以电子在离氢原子核较远轨道上运动时,原子能量大. 根据E n =E 1 n 2,E 1=-13 6 eV 可以绘出如图1所示的氢原子的能级图. 4)原子的跃迁:原子从一 种定态(设能量为E a )跃迁到另 一种定态(设能量为E b )时,它 辐射(或者吸收)一定频率的光子,光子的能量由这两种状态的能量差决定,即h ab =E a -E b 5)一群氢原子处于量子数为n=4的激发态时,可能辐射出的光谱线条数为6条,可以用公式:N =n(n-1)2 计算. 6)用E a b (a>b)表示电子从n=a 跃迁到n =b 释放出的光子的能量,则:E a b =E a -E b .以一群氢原子处于量子数为n=4的激发态为例. E 4=-0 85eV ,E 3=-1 51eV ,E 2=-3 4eV ,E 1=-13 6eV ,E 41=13 6eV -0 85eV =12 75eV ,E 31=13 6eV -1 51eV =12 09eV ,E 21=13 6eV -3 4eV =10 2eV ,E 42=3 4eV -0 85eV =2 55eV ,E 32=3 4eV -1 51eV =1 89eV ,E 43=1 51eV -0 85eV =0 66eV .规律: E 41>E 31>E 21>E 42>E 32>E 43, E 31=E 21+E 32,E 42=E 32+E 43等等.7)原子跃迁的条件 h =E 1-E 2只适用于光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁的情况:光子和原子作用而使原子在各定态之间跃迁时,原子从低能级跃迁到高能级,轨道半径增大,要吸收能量,吸收的能量由入射光提供,吸收的能量必须等于入射光光子的能量;原子从高能级跃迁到低能级,轨道半径减小,要放出能量,放出光子,放出光子的能量等于两能级的能量差的绝对值.对于下列两种情况,则不受此条件限制. 光子和原子作用而使氢原子电离,产生离子和自由电子时,原子结构被破坏,因而不遵守有关原子结构的结论.如基态氢原子的电离能为13 6eV ,如果光子的能量为14eV ,该光子被基态的氢原子吸收,氢原子电离产生的自由电子的动能为0 4eV .此 34
自动控制原理习题汇总.
A-7-1 设非线性系统具有典型结构，试用等效增益概念分析具有死区的三位置理想继电特性（见图7-15（a ））对系统稳定性的影响。 解 由等效增益定义x y K =- 知，等效增益曲线如图7-15（b ）所示，其中?=K K m 。 设系统不存在非线性时，临界稳定增益为K c ，于是 ①若K c 042光电效应 能级的跃迁 二、课程标准 （1）知道光电效应现象，会用光电效应方程解释光电效应现象;理解能级跃迁的规律。 三、重点难点突破 四、知识框架构建梳理 4.1对光电效应的理解 [典例1] 用如图所示的光电管研究光电效应的实验中，用某种频率的单色光a 照射光电管阴极K ，电流计G 的指针发生偏转。而用另一频率的单色光b 照射光电管阴极K 时，电流计G 的指针不发生偏 转，那么(AB) A．a光的频率一定大于b光的频率 B．只增加a光的强度可使通过电流计G的电流增大 C．增加b光的强度可能使电流计G的指针发生偏转 D．用a光照射光电管阴极K时通过电流计G的电流是由d到c 跟踪练习1在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生 了光电效应。下列说法正确的是(AD) A．增大入射光的强度，光电流增大 B．减小入射光的强度，光电效应现象消失 C．改用频率小于ν的光照射，一定不发生光电效应 D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大 反思总结 1．与光电效应有关的五组概念对比 (1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子。光子是光电效应的因，光电子是果。 (2)光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表面时，电子吸收光子的全部能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功的情况，才具有最大初动能。光电子的初动能小于等于光电子的最大初动能。 (3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关。 (4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量。 (5)光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系。 2．光电效应的研究思路 (1)两条线索： (2)两条对应关系：光强大→光子数目多→发射光电 子多→光电流大； 光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大。 4.2爱因斯坦的光电效应方程及应用 [典例2]图是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E 与入射光频率ν的关系 k 图像，由图像可知(AB) 第六章 线性系统的校正方法 6-3c 系统如图6-5所示，其中R 1，R 2和C 组成校正网络。要求校正后系统的稳态误差为0.01ss e =，相角裕度60r ≥ ，试确定K ，R 1，R 2和C 的参数。 解：（1）根据稳态误差要求确定系统的开环增益K 0.01100ss v e k =∴≥ ∴取0 100v k k == 作0100()(0.051) G s s s =+的Bode 图如图6-6所示。 （2）求剪切频率c w )a 从Bode 图上读取 44c w = )b 用计算法求 120lg k L w = 0100K = 2220lg k L w = 当c w w = 求得21c k w = 在转折频率120w =处 221110020lg 44.7c c w w w w =∴= 计算相角裕度0γ ()10180900.0525c tg w γ-=+-?= 确定引入超前角： 060251045m φγγ?∴=-+=-+= 求超前网络 1s i n 5.81s i n m m ?α?+==- 为了使m ?与校正后的c w '重合，10lg 7.6dB α=∴ 在原系统为7.6dB -求得 68/n c w w rad s '== 10.006164 T ==== 0.0354T α= ()()()110.035411 5.80.0061c Ts s G s Ts αα++∴= =++ 1212;R R T C R R =+ 取11C f μ= 135.4R K =Ω 取1R 为36K Ω 12R R R α+=； 12367.51 4.8R R K α===Ω- 1T R C α=； 为了补偿引超前网络带来增益衰减，开环增益为K=2 0 5.8100580K =?= 校验：作校正后系统Bode 图如图6-7所示。 ()0 5.8100(0.03541)() 5.8(0.05)(0.0061) c s G s G s s s s ?+=+ 求得 ''68/c ra d s ω= ''()118.80c ψω=- 计算校正后系统相角裕量 ''180()180118.861.260c γψω=+=-=> 6-5c 设系统的开环传提递函数为()() 10.1K G s s s =+，试用比例—微分装置进行教正，使系统 K ≥200，r 50≥ ，并确定校正装置的传递函数。 解 取K=K v =200，作校正前的系统对数频率特 性图如图6-10中虚线所示。此时，其剪 切频率为ωc =44.7，相位裕度为γ=12.6o 。显然， 不满足系统的要求，现取串联PD 校正装置 1.C G s τ=+其中，τ的选取应使1/τ接近ωc ， 以提高其相位裕度。现取τ=1/40 s -1，则已校正 系统的开环频率特征为 图6-7 自动控制原理习题详解（上册） 第一章 习题解答 1-2日常生活中反馈无处不在。人的眼、耳、鼻和各种感觉、触觉器官都是起反馈作用的器官。试以驾车行驶和伸手取物过程为例，说明人的眼、脑在其中所起的反馈和控制作用。 答：在驾车行驶和伸手取物过程的过程中，人眼和人脑的作用分别如同控制系统中的测量反馈装置和控制器。在车辆在行驶过程中，司机需要观察道路和行人情况的变化，经大脑处理后，不断对驾驶动作进行调整，才能安全地到达目的地。同样，人在取物的过程中，需要根据观察到的人手和所取物体间相对位置的变化，调整手的动作姿势，最终拿到物体。可以想象蒙上双眼取物的困难程度，即使物体的方位已知。 1-3 水箱水位控制系统的原理图如图1-12所示，图中浮子杠杆机构的设计使得水位达到设定高度时，电位器中间抽头的电压输出为零。描述图1-12所示水位调节系统的工作原理，指出系统中的被控对象、输出量、执行机构、测量装置、给定装置等。 图1-12 水箱水位控制系统原理图 答：当实际水位和设定水位不相等时，电位器滑动端的电压不为零，假设实际水位比设定水位低，则电位器滑动端的电压大于零，误差信号大于零（0e >），经功率放大器放大后驱动电动机M 旋转，使进水阀门开度加大，当进水量大于出水量时（12Q Q >），水位开始上升，误差信号逐渐减小，直至实际水位与设定水位相等时，误差信号等于零，电机停止转动，此时，因为阀门开度仍较大，进水量大于出水量，水位会继续上升，导致实际水位比设定水位高，误差信号小于零，使电机反方向旋转，减小进水阀开度。这样，经反复几次调整后，进水阀开度将被调整在一适当的位置，进水量等于出水量，水位维持在设定值上。 在图1-12所示水位控制系统中，被控对象是水箱，系统输出量水位高，执行机构是功率放大装置、电机和进水阀门，测量装置浮子杠杆机构，给定和比较装置由电位器来完成。 1-4 工作台位置液压控制系统如图1-13所示，该系统可以使工作台按照给定电位器设定的规律运动。描述图1-13所示工作台位置液压控制系统的工作原理，指出系统中的被控对象、被控量、执行机构、给定装置、测量装置等。 图1-13 工作台位置液压控制系统 答：当给定电位器的角度（电压）和反馈电位器的角度（电压）不同时，误差电压经过放大器放大去驱动电磁阀，并带动滑阀移动。以给定电位器的电压大于反馈电位器的电压为例，设在正的误差电压作用下，电磁阀带动滑阀相对图1-13所示的平衡位置向右移动，高压油进入到动力油缸的左面，动力油缸活塞右面的油液从回油管路流出，动力油缸活塞在两边压力差的作用下向右运动，误差逐渐减小到零直至出现负的误差，滑阀开始向左移动至平衡位置的左侧。这样，经反复几次调整后，滑阀回到平衡位置，动力油缸活塞静止在设定的位置上。 1-5 图1-14的电加热炉温度控制系统与图1-10所示的有所不同，试描述系统的温度调节过程，它能做到加热炉温度的无差调节吗，为什么？ 图1-14 电加热炉温度控制系统 答：在图1-14所示电加热炉温度控制系统中，误差信号经过功率放大器放大后，电炉丝放出的热量与加热炉散出去的热量平衡，去维持炉温不变。当某种原因引起炉温下降时，误差信号增大，电炉丝上的电压升高，电炉丝放出的热量增加，炉温误差向减小的方向变化。与图1-10所示的电加热炉温度控制系统不同，图1-14所示温度控制系统不能做到加热炉温度的无差调节。因为，加热炉总要散出部分热量，而功率放大器的放大倍数是有限的，所以在炉温稳定后，误差信号总是大于零的。 1-6 图1-15（a ）和（b ）都是自动调压控制系统，图中发电机G 由一原动机带着恒速旋转，2018高三物理一轮复习042光电效应、能级的跃迁
自动控制原理习题集(答案)
自动控制原理习题答案详解