2022年自动控制原理复习习题课 .pdf

1 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cu 的平方成正比，cu 增高，炉温就上升，cu 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fu。fu作为系统的反馈电压与给定电压ru 进行比较，得出偏差电压eu，经电压放大器、功率放大器放大成au 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fu 正好等于给定电压ru。此时，0freuuu，故01auu，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cu 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。TCTuuuuucaef1C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ru（表征炉温的希望值）。系统方框图见图。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 5 页 -2 图为水温控制系统示意图。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？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，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。题 1-8 图水温控制系统原理图系统方块图如图所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 5 页 -3 图为谷物湿度控制系统示意图。在谷物磨粉的生产过程中，有一个出粉最多的湿度，因此磨粉之前要给谷物加水以得到给定的湿度。图中，谷物用传送装置按一定流量通过加水点，加水量由自动阀门控制。加水过程中，谷物流量、加水前谷物湿度以及水压都是对谷物湿度控制的扰动作用。为了提高控制精度，系统中采用了谷物湿度的顺馈控制，试画出系统方块图。题 1-11图谷物湿度控制系统示意图解 系统中，传送装置是被控对象；输出谷物湿度是被控量；希望的谷物湿度是给定量。系统方框图如图解1-11 所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。4 试用结构图等效化简求题图所示各系统的传递函数)()(sRsC。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 5 页 -5 某典型二阶系统的单位阶跃响应如题图所示。试确定系统的闭环传递函数。解依题，系统闭环传递函数形式应为2222.)(nnnssKs由阶跃响应曲线有：21)(lim)()(lim(00KssssRsshss）oooonpet25225.221212联立求解得717.1404.0n，所以有95.239.19.5717.1717.1404.02717.12)(2222sssss6 设题图（a）所示系统的单位阶跃响应如题3-13图（b）所示。试确定系统参数,1K2K 和 a。解由系统阶跃响应曲线有oooopth3.333)34(1.03)(名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 5 页 -系统闭环传递函数为222212212)(nnnssKKassKKs（1）由oooonpet3.331.01212联立求解得28.3333.0n由式（1）222110821nnaK另外3l i m1)(l i m)(2122100KKassKKssshss7 根轨迹的绘制8三个最小相角系统传递函数的近似对数幅频曲线分别如题图(a)、(b)和(c)所示。要求：（1）写出对应的传递函数；（2）概略绘制对应的幅相曲线和对数相频曲线。题 5-11 图解(a)依图可写出：G sKss()()()1211其中参数：dbLK40)(lg20，100K则：G sss()()()1001111129 离散系统的稳定性分析研究名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 5 页 -