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胡寿松《自动控制原理》（第6版）笔记和课后习题（含考研真题）详解试读：
第1章 自动控制的一般概念
1.1 复习笔记
自动控制是指利用控制装置自动地操纵机器、设备或生产过程，使其具有希望的状态或性能。
自动控制系统是指能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成。
一、自动控制的基本原理与方式
1．反馈控制方式
反馈控制方式又称闭环控制方式，是指控制装置与被控对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程。它的主要特点是：（1）闭环负反馈控制，即按偏差进行调节；（2）抗干扰性好，控制精度高；（3）系统参数应适当选择，否则可能不能正常工作。
2．开环控制方式
开环控制方式是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响。它可以分为按给定量控制和按扰动控制两种方式。
3．复合控制方式
复合控制是开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式，是把按偏差控制和按扰动控制结合起来的一种控制方式。
二、自动控制系统的分类
按照不同的分类标准，自动控制系统有多种分类方法。将各种分类方法综合应用，可以将自动控制系统分为3类：线性连续控制系统、线性定常离散控制系统和非线性控制系统。
三、对自动控制系统的基本要求
1．基本要求的提法
稳定性、快速性和准确性是对每一类控制系统被控量变化的全过程提出的共同的基本要求，即稳、准、快的要求。
2．典型外作用
目前，在控制工程设计中常用的典型外作用函数有阶跃函数、斜坡函数、脉冲函数以及正弦函数等。（1）阶跃函数
阶跃函数的数学表达式为
函数如图1-1-1所示。
图1-1-1 阶跃函数（2）斜坡函数
斜坡函数的数学表达式为
函数如图1-1-2所示。
图1-1-2 斜坡函数（3）脉冲函数
脉冲函数定义为
脉冲函数如图1-1-3所示。
图1-1-3 脉冲函数（4）正弦函数
正弦函数的数学表达式为
式中，A为正弦函数的振幅；为正弦函数的角频率；为初始相角。
1.2 课后习题详解
1-1 图1-2-1是液体自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。
图1-2-1 液体自动控制系统原理图
解：当时，液面高度的变化。例如，增加时，浮子升高，使电位器电刷下移，产生控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的流量减少。反之，当减小时，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。方块图如图1-2-2所示。
图1-2-2 液体自动控制系统方块图
1-2 图1-2-3是仓库大门自动控制系统原理图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理并画出系统方块图。
图1-2-3 仓库大门自动控制系统原理图
解：当合上开门开关时，产生偏差电压信号，信号被放大后，驱动伺服电动机转动，带动绞盘使大门向上提起。同时，电位器电刷上移，测量电路重新达到平衡，电动机停止转动。反之，当合上关门开关时，伺服电动机反向转动，带动绞盘转动使大门关闭。方块图如图1-2-4所示。
图1-2-4 仓库大门自动控制系统方块图
1-3 图1-2-5（a）和（b）均为自动调压系统。设空载时，图（a）和图（b）的发电机端电压均为110V。试问带上负载后，图（a）和图（b）中哪个系统能保持110V电压不变?哪个系统的电压会稍低于110V?为什么?
图1-2-5 自动调压系统
解：图1-2-5（a）所示系统能够恢复到110V，图1-2-5（b）所示系统的端电压将稍低于110V。
图1-2-5（a）系统，当端电压低于给定电压时，其偏差电压经放大器放大使伺服电机SM转动，使偏差电压减小至零，伺服电机停止转动，因此，图1-2-5（a）中的系统端电压能够恢复到110V。
图1-2-5（b）系统，当偏差电压为零时，激磁电流也为零，发电机不能工作，因此，图1-2-5（b）所示系统的端电压将稍低于110V。
1-4 图1-2-6为水温控制系统原理示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的?系统的被控对象和控制装置各是什么?
图1-2-6 水温控制系统原理图
解：水温控制系统的方块图如图1-2-7所示。
图1-2-7 水温控制系统方块图
水温控制系统的控制方式是把按偏差的闭环控制与按扰动补偿的顺馈控制结合起来。
采用温度负反馈，若温度过高，使阀门关小，减小蒸汽量，热水温度回到给定值。采用扰动顺馈补偿，当冷水减少时，补偿量减小，使阀门关小，蒸汽量减少，以保持热水温度恒定。
系统的被控对象是热交换器，被控量是热水温度，控制装置是温度控制器。
1-5 图1-2-8是电炉温度控制系统原理示意图。试分析系统保持电炉温度恒定的工作过程，指出系统的被控对象、被控量以及各部件的作用，最后画出系统方块图。
图1-2-8 电炉温度控制系统原理图
解：系统保持电炉温度恒定的工作过程：当炉温偏低时，偏差电压为，且为正，电动机“正”转，电流加大，炉温上升至，电动机停止转动，炉温保持恒定。
当炉温偏高时，为负，电动机“反”转，使供电电压减小，至炉温等于给定值为止。
系统的被控对象是电炉，被控量是电炉炉温，执行机构是伺服电动机、减速器、调压器，检测元件是热电偶。方块图如图1-2-9所示。
图1-2-9 电炉温度控制系统方块图
1-6 图1-2-10是自整角机随动系统原理示意图。系统的功能是使接受自整角机的转子角位移与发送自整角机的转子角位移始终保持一致。试说明系统是如何工作的，并指出被控对象、被控量以及控制装置各部件的作用并画出系统方块图。
图1-2-10 自整角机随动系统原理图
解：在一定范围内有
上式是一个振幅随角偏差的改变而变化的交流电压。放大后的直流信号作用在伺服电动机电枢两端，带动负载和接收自整角机的转子，使其跟随发送自整角机的转子旋转，实现。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]