自动控制原理 程鹏答案1.docx

自动限制原理1.1 图1.18是液位自动限制系统原理示意图。在随意状况下，盼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。解：系统的限制任务是保持液面高度不变。水箱是被控对象，水箱液位是被控变量。电位器用来设置期望液位高度 (通常点位器的上下位移来实现) 。 当电位器电刷位于中点位置时，电动机不动，限制阀门有肯定的开度，使水箱的流入水量及流出水量相等，从而使液面保持在盼望高度上。一旦流出水量发生变更(相当于扰动)，例如当流出水量减小时，液面上升，浮子位置也相应上升，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机供应肯定的限制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的液体流量削减。这时，水箱液位下降浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中点位置为止，系统重新处于平衡状态，液位复原给定高度。反之，当流出水量在平衡状态根底上增大时，水箱液位下降，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。系统方框图如图解1. 4.1所示。1.2恒温箱的温度自动限制系统如图1.19所示。（1） 画出系统的方框图；（2） 简述保持恒温箱温度恒定的工作原理;（3） 指出该限制系统的被控对象和被控变量分别是什么。图1.19 恒温箱的温度自动限制系统 解：恒温箱采纳电加热的方式运行，电阻丝产生的热量及调压器电压平方成正比，电压增高，炉温就上升。调压器电压由其滑动触点位置所限制，滑臂则由伺服电动机驱动炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压作为反应电压及给定电压进展比拟，得出的偏向电压经放大器放大后，驱动电动机经减速器调整调压器的电压。在正常状况下，炉温等于期望温度T，热电偶的输出电压等于给定电压。此时偏向为零，电动机不动，调压器的滑动触点停留在某个适宜的位置上。这时，炉子散失的热量正好等于从电阻丝获得的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。当炉温由于某种缘由突然下降(例如炉门翻开造成热量流失)时，热电偶输出电压下降，及给定电压比拟后出现正偏向，经放大器放大后，驱动电动机使调压器电压上升，炉温上升，直至温度值等于期望值为止。当炉温受扰动后高于盼望温度时，调整的过程正好相反。最终到达稳定时，系统温度可以保持在要求的温度值上。系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控变量，给定量是给定电位器设定的电压(表征炉温的盼望值)。给定电位计是给定元件，放大器完成放大元件的功能，电动机、减速器和调压器组成执行机构，热电偶是测量元件。 系统方框如图解1.4.5所示。1.3解：当负载（及接收自整角机TR的转子固联)的角位置及发送机Tx转子的输入角位置6一样时，系统处于相对豫止状态，自整角机输出电压(即偏向电压)为0，放大器输出为0，电动机不动，系统保持在平衡状态。当变更时，及失谐，自整角接收机输出及失谐角成比例的偏向电压，该偏向电压经整流放大器、功率放大器放大后驱动电动机转动，带动减速器变更负载的角位置，使之跟随变更，直到及一样，系统到达新的平衡状态时为止。系统中采纳测速发电机TG作为校正元件，构成内环反应，用于改善系统动态特性。该系统为随动系统。被控对象是负载；被控量为负载角位置，给定量是发送自整角机TX转子的角位置。自整角机完成测量、比拟元件的功能，整流放大器、功率放大器共同完成放大元件的功能，电动机SM和减速器组成执行机构，测速发电机TG是校正元件， 系统方框图如图解1.4.6所示。1.4解 工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度限制器中及给定温度相比拟，若低于给定温度，其偏向值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度上升，直至偏向为零。假如由于某种缘由，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度限制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提早进展限制，实现按冷水流量进展前馈补偿，保证热交换器出口的水温波动不大。 系统中，热交换器是被控对象，实际热物料温度为被控变量，冷水流量是干扰量。系统方框图如图解1.4.4所示。这是一个按干扰补偿的复合限制系统。1.5解 带上负载后，由于负载的影响，图(a)及图(b)中的发电机端电压开场时都要下降，但图(a)中所示系统的电压能复原到110 v，而图(b)中的系统却不能。理由如下； 对图(a)所示系统，当输出电压u低于给定电压时，其偏向电压经放大器K，使电机SM转动，经减速器带动电刷减小发电机G的激磁回路电阻，使发电的激磁电流增大，进步发电机的端电压，从而使偏向电压减小，直至偏向电压为零时，电机才停顿转动。因此，图(a)系统能保持110V电压不变。 对图(b)所示系统，当输出电压低于给定电压时，其偏向电压经放大器K，干脆使发电机激磁电流增大，进步发电机的端电压，使发电机G的端电压上升，偏向电压减小，但是偏向电压始终不行能等于零，因为当偏向电压为零时，发电机就不能工作。偏向电压的存在是图(b)系统正常工作的前提条件。即图(b)中系统的输出电压会低于110V。第二章2.1 (a)(不考虑物块的重力) (b)(c)2.2 (a) (b) A点： （1）B点： （2）由（1）和（2）得 （3）由（3）解出，并代入（2）得：经比拟可以看出，电网络（a）和机械系统(b)两者参数的相像关系为2.3 2.4 2.5 2.6 2.72.8 （1）（2）假设电动机时间常数为，忽视电枢电感的影响，可得直流电动机的传递函数为，为电动机的传递系统，单位为。又设测速发电机的传递系数为（）系统的传递函数为：2.92.10