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第一章自动控制原理绪论例题1-1 图图1-8是液位自动控制系统原理示意图。在是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度任意情况下，希望液面高度c维持不变，试说维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。明系统工作原理并画出系统方块图。1-2 图图1-10是仓库大门自动控制系统原理示是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明自动控制大门开闭的工作原意图。试说明自动控制大门开闭的工作原理并画出系统方块图。理并画出系统方块图。解题过程解题过程 当合上开门开关时，电位器桥式当合上开门开关时，电位器桥式测量电路产生一个偏差电压信号。此偏差测量电路产生一个偏差电压信号。此偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，使大门向上提起。与此同时，动绞盘转动，使大门向上提起。与此同时，与大门连在一起的电位器电刷上移，直到与大门连在一起的电位器电刷上移，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，开门开关自动断开。反之，当合上关门开开门开关自动断开。反之，当合上关门开关时，伺服电动机反向转动，带动绞盘转关时，伺服电动机反向转动，带动绞盘转动使大门关闭，从而实现了远距离自动控动使大门关闭，从而实现了远距离自动控制大门开关的要求。制大门开关的要求。1-3 图图1-12(a)和和(b)均为自动调压系统。设空载时，均为自动调压系统。设空载时，图图(a)与图与图(b)的发电机端电压均为的发电机端电压均为110V。试问带上。试问带上负载后，图负载后，图(a)与图与图(b)中哪个系统能保持中哪个系统能保持110V 电压电压不变不变?那个系统的电压会稍低于那个系统的电压会稍低于110V?为什么为什么?解题过程带上负载以后，解题过程带上负载以后，(a)(b)两个系统两个系统的端电压均会下降。但是图的端电压均会下降。但是图(a)中的系统中的系统由于自身调压作用能够恢复到由于自身调压作用能够恢复到110V，而，而图图(b)中的系统不能够恢复到中的系统不能够恢复到110V，其端，其端电压将会稍低于电压将会稍低于110V。对于图对于图(a)中的自动调压系统，当发电机两端中的自动调压系统，当发电机两端电压低于给定电压时，其偏差电压经放大器放电压低于给定电压时，其偏差电压经放大器放大使执行电机大使执行电机SM转动，经减速器带动电刷，转动，经减速器带动电刷，使发电机的激磁电流增大，提高电动机使发电机的激磁电流增大，提高电动机G的端的端电压，从而使偏差电压减小，直到偏差电压为电压，从而使偏差电压减小，直到偏差电压为零，执行电机停止转动。因此，图零，执行电机停止转动。因此，图(a)中的自中的自动调压系统能保持端电压动调压系统能保持端电压110V不变。不变。对于图对于图(b)中的自动调压系统，当发电机两端中的自动调压系统，当发电机两端电压低于给定电压时，其偏差电压直接经放大电压低于给定电压时，其偏差电压直接经放大器使发电杭的激磁电流增大，提高发电机的端器使发电杭的激磁电流增大，提高发电机的端电压，即发电机电压，即发电机G的端电压回升，此时偏差电的端电压回升，此时偏差电压减小，但偏差电压始终不能为零。因为当偏压减小，但偏差电压始终不能为零。因为当偏差电压为零时，激磁电流也为零，发电机不能差电压为零时，激磁电流也为零，发电机不能工作。因此，图工作。因此，图(a)中的自动调压系统端电压中的自动调压系统端电压会低于会低于110V。1-4 图图1-13为水温控制系统示意图。冷水在热交换器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。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，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期望值，系统是如何工作并说明为了保持热水温度期望值，系统是如何工作的的?系统的被控对象和控制装置各是什么系统的被控对象和控制装置各是什么?系统是复合控制系统，它的控制方式是把按系统是复合控制系统，它的控制方式是把按偏差控制与按扰动补偿的顺馈控制结合起来。偏差控制与按扰动补偿的顺馈控制结合起来。采用温度负反馈，由温度控制器对热水温度采用温度负反馈，由温度控制器对热水温度进行自动控制。若热水温度过高，控制器使进行自动控制。若热水温度过高，控制器使阀门关小，蒸汽量减小，热水温度回到给定阀门关小，蒸汽量减小，热水温度回到给定值。冷水流量是主要扰动量，用流量计测量值。冷水流量是主要扰动量，用流量计测量扰动信号，将其送到控制器输入端，进行扰扰动信号，将其送到控制器输入端，进行扰动顺馈补偿。当冷水流量减少时，补偿量减动顺馈补偿。当冷水流量减少时，补偿量减小，通过温度控制器使阀门关小，蒸汽量减小，通过温度控制器使阀门关小，蒸汽量减少，以保持热水温度恒定。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。温度。控制装置是温度控制器。1-5 图图1-15是电炉控制系统原理示意图。试分析系统保是电炉控制系统原理示意图。试分析系统保持电路温度恒定的工作过程，指出系统的被控对象、持电路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。被控量以及各部件的作用，最后画出系统方块图。解题过程电炉使用电阻丝加热的，并要求保持解题过程电炉使用电阻丝加热的，并要求保持炉温稳定。图中采用热电偶来测量炉温并将其炉温稳定。图中采用热电偶来测量炉温并将其转换为电压信号，将此电压信号反馈到输入端转换为电压信号，将此电压信号反馈到输入端与给定电压比较，测量得到的电压信号与给定与给定电压比较，测量得到的电压信号与给定电压信号反极性连接，实现负反馈。二者的差电压信号反极性连接，实现负反馈。二者的差值称为偏差电压，它经电压放大和功率放大后值称为偏差电压，它经电压放大和功率放大后驱动直流电动机。电动机经减速器带动调压变驱动直流电动机。电动机经减速器带动调压变压器的可动触头，改变电阻丝的供电电压，从压器的可动触头，改变电阻丝的供电电压，从而调节炉温。而调节炉温。当炉温偏低时，测量电压当炉温偏低时，测量电压u小与给定电压小与给定电压u0，二者比较得偏差电压二者比较得偏差电压 u=u0-u，u 为正时，为正时，电动机电动机“正正”转，使调节器的可动触头上移，电转，使调节器的可动触头上移，电阻丝的供电电压增加，电流加大，炉温上升，阻丝的供电电压增加，电流加大，炉温上升，直至炉温升至给定值为止。直至炉温升至给定值为止。u=u0，u=0，电动机停止转动，炉温保持恒定。电动机停止转动，炉温保持恒定。当炉温偏高时，当炉温偏高时，u为负，经放大后使电动机为负，经放大后使电动机“反反”转，调节器的可动触头下移，使供电电压转，调节器的可动触头下移，使供电电压减小，直至炉温等于给定值为止。减小，直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；系统的被控对象是电炉，被控量是电炉炉温；电动机、减速器、调压器是执行机构，热电偶电动机、减速器、调压器是执行机构，热电偶是检测元件。是检测元件。电炉温度控制系统的方块图如图电炉温度控制系统的方块图如图1-16所示。所示。1-7 在按扰动控制的开环控制系统中，为什么说一在按扰动控制的开环控制系统中，为什么说一种补偿装置只能补偿一种与之相应的扰动因素种补偿装置只能补偿一种与之相应的扰动因素?对对于图于图1-19中的按扰动控制的速度控制系统，当电中的按扰动控制的速度控制系统，当电动机的激磁电压变化时，转速如何变化动机的激磁电压变化时，转速如何变化?该补偿装该补偿装置能否补偿这个转速的变化置能否补偿这个转速的变化?解题过程按扰动控制的开环控制系统，是利解题过程按扰动控制的开环控制系统，是利用可测量的扰动量，产生一种补偿作用，以用可测量的扰动量，产生一种补偿作用，以减小或抵消扰动对输出量的影响。显然，这减小或抵消扰动对输出量的影响。显然，这种控制方式是直接从扰动取得信息，并以此种控制方式是直接从扰动取得信息，并以此改变被控量，所以它只适用于扰动是可测量改变被控量，所以它只适用于扰动是可测量的场合，而且一个补偿装置只能补偿一种扰的场合，而且一个补偿装置只能补偿一种扰动因素，对其余扰动均不起补偿作用。动因素，对其余扰动均不起补偿作用。如图如图1-19中按电枢电流进行控制的速度控制中按电枢电流进行控制的速度控制系统，当电动机的激磁电压增大时，电动机系统，当电动机的激磁电压增大时，电动机的转速上升；当电动机的激磁电压减小时，的转速上升；当电动机的激磁电压减小时，电动机的转速下降。电动机的转速下降。这种补偿装置不能补偿由激磁电压变化引起这种补偿装置不能补偿由激磁电压变化引起的转速变化。的转速变化。1-9 图图1-22为数字计算机控制的机床刀具为数字计算机控制的机床刀具进给系统。要求将工件的加工过程编制成进给系统。要求将工件的加工过程编制成程序与先存入数字计算机，加工时，步进程序与先存入数字计算机，加工时，步进电动机按照计算机给出的信息动作，完成电动机按照计算机给出的信息动作，完成加工任务。试说明该系统的工作原理。加工任务。试说明该系统的工作原理。数字计算机控制的机床刀具进给系统是开环数字计算机控制的机床刀具进给系统是开环控制系统，被控对象是刀具，被控量是刀具控制系统，被控对象是刀具，被控量是刀具位置，给定量是程序设定的刀具位置。该系位置，给定量是程序设定的刀具位置。该系统的工作原理是先由数字计算机将预先编好统的工作原理是先由数字计算机将预先编好的加工过程控制程序转换为控制的加工过程控制程序转换为控制X、Y、Z三个三个方向运动的电脉冲信号，然后经过脉冲分解方向运动的电脉冲信号，然后经过脉冲分解与功率放大，将放大后的信号输入到步进电与功率放大，将放大后的信号输入到步进电动机，有步进电动机来控制刀具与工件的相动机，有步进电动机来控制刀具与工件的相对运动位置，保证刀尖的运动轨迹符合工件对运动位置，保证刀尖的运动轨迹符合工件的轮廓形状，这样就可加工出所要求的零件。的轮廓形状，这样就可加工出所要求的零件。画出图示电加热系统的结构图，并说明画出图示电加热系统的结构图，并说明结构特点及受控对象，被控量、给定量、结构特点及受控对象，被控量、给定量、内扰、外扰都指的是哪些设备和物理量。内扰、外扰都指的是哪些设备和物理量。加热器自耦变压器220V结构图：结构特点为开环，它不具备抗结构图：结构特点为开环，它不具备抗干扰能力。干扰能力。被控量：电阻炉温度；受控对象：电阻炉；被控量：电阻炉温度；受控对象：电阻炉；给定量：电阻炉的温度希望值；外扰：炉给定量：电阻炉的温度希望值；外扰：炉门开关频度变化；内扰：电源电压波动。门开关频度变化；内扰：电源电压波动。画出图示电加热系统的结构图，简述结构画出图示电加热系统的结构图，简述结构特点和调节过程，并说明受控对象，被控特点和调节过程，并说明受控对象，被控量、给定量、偏差、内扰、外扰都指的是量、给定量、偏差、内扰、外扰都指的是哪些设备和物理量。哪些设备和物理量。结构图：结构特点为闭环，具备抗干扰能结构图：结构特点为闭环，具备抗干扰能力。力。被控量：电阻炉温度；受控对象：电阻炉；被控量：电阻炉温度；受控对象：电阻炉；给定量：电阻炉的温度希望值；外扰：炉门给定量：电阻炉的温度希望值；外扰：炉门开关频度变化；内扰：电源电压波动。开关频度变化；内扰：电源电压波动。Classify the following system as either open-loop or closed-loop and explain you answer briefly:(a)on-off lamp;(b)flush toilet;(c)shower water temperature system;(d)washer；(e)electric iron;(f)sound-light lamp;(g)electric refrigerator;(h)electric fan.open loop:closed-loop:判别下列动态方程所描述的系统的性质：线性或非线判别下列动态方程所描述的系统的性质：线性或非线性，定常或时变，动态或静态。性，定常或时变，动态或静态。解：解：时变非线性动态系统；时变非线性动态系统；线性定常动态系统；线性定常动态系统；时变线性动态系统；时变线性动态系统；时变非线性静态系统；时变非线性静态系统；线性定常动态系统；线性定常动态系统；非线性定常静态系统；非线性定常静态系统；非线性定常静态系统。非线性定常静态系统。此此课件下件下载可自行可自行编辑修改，修改，仅供参考！供参考！感感谢您的支持，我您的支持，我们努力做得更好！努力做得更好！谢谢!