清华大学自动控制原理课后习题答案解析：开环与闭环控制详解

自动控制原理是一门研究如何通过自动化手段使机器、设备或生产过程按照预定规则运行的重要学科。在清华大学的课程中，课后习题涵盖了理论概念和实际应用的考察。以下是部分习题及其知识点的解析： **第一章：基本概念和类型** 1. **定义**：自动控制是指在无需人工干预的情况下，通过控制器调整被控对象的工作状态或参数，确保它们按照预设规律或要求变化。给定量是设定的目标值，如调节器的设定值，代表期望的输出；扰动量则是非预期因素，可能影响输出。 **控制类型**： - **开环控制**：系统中控制器与被控对象没有反馈回路，输出不会影响输入，例如简单的开关控制，一旦设定，就不再调整。 - **闭环控制**：通过比较输出与期望值的偏差进行调整，有反馈机制，能纠正偏差，如PID控制器，确保被控量稳定在给定值。 - **复合控制**：结合了开环和闭环控制特性，既有开环的快速响应，又有闭环的稳定性能。 **控制类型示例**： - 恒值控制：目标是保持被控量恒定，如温度控制，当发生扰动时，应迅速恢复到设定值。 - 随动控制：跟随给定量的动态变化，如自动驾驶汽车跟随道路标线。 **第二章：系统性能分析** 1. **系统性能指标**：稳定性、快速性和准确性是衡量自动控制系统性能的关键要素。稳定性是最基础的要求，意味着系统在受到扰动后能够回到初始状态。 **习题示例**： - (a) 可能涉及微分方程模型的建立和分析，如连续时间系统的动态响应。 - (b) 与电容、电阻等元件有关的动态响应分析，可能涉及RC电路的行为，例如时间常数计算。 - (c) 可能是关于双输入双输出系统或传递函数的计算，测试系统的动态响应特性。 总结来说，这些习题旨在检验学生对自动控制原理的理解，包括基本概念、控制结构分析、系统动态行为以及性能评估。通过解答这些问题，学生能够深化理解并掌握自动控制系统的理论基础和实际应用技巧。