自動控制原理課后答案第一章

1、1-3 題題1-3圖為某熱處理爐溫圖為某熱處理爐溫度控制系統(tǒng)的原理圖。試根度控制系統(tǒng)的原理圖。試根據(jù)反饋控制原理確定給定信據(jù)反饋控制原理確定給定信號號ug與反饋信號與反饋信號uf的聯(lián)接極性，的聯(lián)接極性，指出系統(tǒng)的受控對象、被控指出系統(tǒng)的受控對象、被控量、測量元件以及擾動信號，量、測量元件以及擾動信號，并繪出系統(tǒng)的方框圖。并繪出系統(tǒng)的方框圖。 解：解：熱處理爐的溫度給定值熱處理爐的溫度給定值Ti一經(jīng)整定好后，系統(tǒng)的任務就一經(jīng)整定好后，系統(tǒng)的任務就是在各種擾動的作用下，控制是在各種擾動的作用下，控制爐溫使其實際值爐溫使其實際值To等于或趨近于給定值等于或趨近于給定值Ti 。因此系統(tǒng)的受控對象。因此

2、系統(tǒng)的受控對象為熱處理爐，被控量為爐溫為熱處理爐，被控量為爐溫To 。而影響爐溫恒定的因素有：煤氣。而影響爐溫恒定的因素有：煤氣壓力的波動，環(huán)境溫度的變化，打開爐門放入或取出工件以及放壓力的波動，環(huán)境溫度的變化，打開爐門放入或取出工件以及放入爐內(nèi)工件的數(shù)量和材質(zhì)等，這些因素都是系統(tǒng)的擾動量。在擾入爐內(nèi)工件的數(shù)量和材質(zhì)等，這些因素都是系統(tǒng)的擾動量。在擾動的作用下，通過調(diào)整進入爐內(nèi)的混合煤氣的流量來調(diào)節(jié)爐溫，動的作用下，通過調(diào)整進入爐內(nèi)的混合煤氣的流量來調(diào)節(jié)爐溫，而混合煤氣是由煤氣和空氣按一定比例混合而成的，故煤氣的流而混合煤氣是由煤氣和空氣按一定比例混合而成的，故煤氣的流量量Q 為系統(tǒng)的控制量。

3、為系統(tǒng)的控制量。 給定電位計為系統(tǒng)的給定裝置，其將調(diào)整好的爐溫給定值給定電位計為系統(tǒng)的給定裝置，其將調(diào)整好的爐溫給定值Ti 轉(zhuǎn)換為給定電壓轉(zhuǎn)換為給定電壓ug。而熱電偶為系統(tǒng)的測量元件，它檢測爐溫的。而熱電偶為系統(tǒng)的測量元件，它檢測爐溫的實際值實際值To并將其轉(zhuǎn)換為電勢，經(jīng)放大后即得反饋信號并將其轉(zhuǎn)換為電勢，經(jīng)放大后即得反饋信號uf。根據(jù)反。根據(jù)反饋控制原理該反饋必須為負的，故反饋電壓應與給定電壓反向串饋控制原理該反饋必須為負的，故反饋電壓應與給定電壓反向串接。接。 偏差電壓偏差電壓(u = ug - uf )的極性和大小反映了爐溫實際值的極性和大小反映了爐溫實際值To偏偏離給定值離給定值Ti的

4、方向和程度。的方向和程度。u經(jīng)放大后驅(qū)動電動機從而改變閥經(jīng)放大后驅(qū)動電動機從而改變閥門的開度，調(diào)節(jié)煤氣的流量使爐溫的實際值與給定值趨于一致，門的開度，調(diào)節(jié)煤氣的流量使爐溫的實際值與給定值趨于一致，故電動機故電動機-傳動裝置傳動裝置-閥門為系統(tǒng)的執(zhí)行機構。閥門為系統(tǒng)的執(zhí)行機構。To給定給定裝置裝置Ti放大器放大器放大器放大器電動機，傳動電動機，傳動裝置和閥門裝置和閥門熱處理爐熱處理爐熱電偶熱電偶uguf(-)uua轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速ur ucd (- -)放大器放大器電動機電動機測速發(fā)電機測速發(fā)電機解：解：(1) 負反饋連接方式為：負反饋連接方式為：ad， bc；1-2 根據(jù)題根據(jù)題1-2圖所示的電動圖所

5、示的電動機速度控制系統(tǒng)工作原理圖，機速度控制系統(tǒng)工作原理圖，完成：完成：(1) 將將a，b與與c，d用線連接成用線連接成負反饋狀態(tài)；負反饋狀態(tài)；(2) 畫出系統(tǒng)方框圖。畫出系統(tǒng)方框圖。 (2) 系統(tǒng)方框圖如下圖所示。系統(tǒng)方框圖如下圖所示。1-4 題題1-4圖為谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖。圖為谷物濕度控制系統(tǒng)示意圖。在谷物磨粉的生產(chǎn)過程中，有一個出粉在谷物磨粉的生產(chǎn)過程中，有一個出粉最多的濕度，因此磨粉之前要給谷物加最多的濕度，因此磨粉之前要給谷物加水以得到給定的濕度。圖中，谷物用傳水以得到給定的濕度。圖中，谷物用傳送裝置按一定流量通過加水點，加水量送裝置按一定流量通過加水點，加水量由自動閥門控制。

6、加水過程中，谷物流由自動閥門控制。加水過程中，谷物流量、加水前谷物濕度以及水壓都是對谷量、加水前谷物濕度以及水壓都是對谷物濕度控制的擾動作用。為了提高控制物濕度控制的擾動作用。為了提高控制精度，系統(tǒng)中采用了谷物濕度的順饋控精度，系統(tǒng)中采用了谷物濕度的順饋控制，試畫出系統(tǒng)方塊圖。制，試畫出系統(tǒng)方塊圖。被控對象：傳送裝置；被控對象：傳送裝置；被控量：輸出谷物濕度；被控量：輸出谷物濕度；給定量：谷物希望的濃度。給定量：谷物希望的濃度。輸出谷物濃度輸出谷物濃度輸入谷物濃度輸入谷物濃度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器閥門閥門傳送裝置傳送裝置濕度測量裝置濕度測量裝置濕度測量裝置濕度測量裝置給定濕度給定濕度- - -解：解：1

7、-6 題題1-6圖為具有微圖為具有微分負反饋的位置隨動分負反饋的位置隨動系統(tǒng)，試說明其工作系統(tǒng)，試說明其工作原理并繪制系統(tǒng)的方原理并繪制系統(tǒng)的方快圖?？靾D。解：解：在控制工程中，為在控制工程中，為了改善系統(tǒng)的性能往往引入局部負反饋，此圖就是其中一例。圖了改善系統(tǒng)的性能往往引入局部負反饋，此圖就是其中一例。圖中測速發(fā)電機是用來檢測電動機的轉(zhuǎn)速，其電勢與電動機的轉(zhuǎn)速中測速發(fā)電機是用來檢測電動機的轉(zhuǎn)速，其電勢與電動機的轉(zhuǎn)速成比例。將它引回至輸入端，與橋式測量電路輸出的偏差信號反成比例。將它引回至輸入端，與橋式測量電路輸出的偏差信號反向聯(lián)接從而構成速度負反饋。由于電動機的角速度是其角位移的向聯(lián)接從而構

8、成速度負反饋。由于電動機的角速度是其角位移的微分微分(w=d/dt)，而系統(tǒng)的被控量，而系統(tǒng)的被控量(輸出角位移輸出角位移)0是與電動機的角是與電動機的角位移成比例的，故速度負反饋又可叫做被控量的微分負反饋，相位移成比例的，故速度負反饋又可叫做被控量的微分負反饋，相應的系統(tǒng)又稱為具有微分負反饋的位置隨動系統(tǒng)。應的系統(tǒng)又稱為具有微分負反饋的位置隨動系統(tǒng)。例例1 如圖所示為一液面的自動控如圖所示為一液面的自動控制系統(tǒng)，試畫出其系統(tǒng)方框圖并制系統(tǒng)，試畫出其系統(tǒng)方框圖并說明其工作原理。說明其工作原理。解：解：工作原理：對于液面進行自動工作原理：對于液面進行自動控制時，液面的希望高度由自動控控制時，液面

9、的希望高度由自動控制器刻度盤上的指針標定。當出水制器刻度盤上的指針標定。當出水與進水的平衡被破壞時，水箱水位與進水的平衡被破壞時，水箱水位下降下降( (或上升或上升) )，出現(xiàn)偏差。這偏差由浮子標測出來，自動控制器，出現(xiàn)偏差。這偏差由浮子標測出來，自動控制器在偏差的作用下，控制閥門使其開大在偏差的作用下，控制閥門使其開大( (或關小或關小) )，對偏差進行修正，對偏差進行修正，從而保持液面高度不變。從而保持液面高度不變。被控對象被控對象控制裝置控制裝置水箱水箱控制器控制器希望希望液位液位擾動擾動閥門閥門- -實際實際液位液位浮子浮子例例2 如圖所示為圖如圖所示為圖1-20為水溫控為水溫控制系統(tǒng)

10、示意圖。冷水在熱交換器制系統(tǒng)示意圖。冷水在熱交換器中由通入的蒸汽加熱，從而得到中由通入的蒸汽加熱，從而得到一定溫度的熱水。冷水流量變化一定溫度的熱水。冷水流量變化用流量計測量。試繪制系統(tǒng)方框用流量計測量。試繪制系統(tǒng)方框圖，并說明為了保持熱水溫度為圖，并說明為了保持熱水溫度為期望值，系統(tǒng)是如何工作的？系期望值，系統(tǒng)是如何工作的？系統(tǒng)的被控對象和控制裝置各是什統(tǒng)的被控對象和控制裝置各是什么？么？解：解：工作原理：溫度傳感器不斷測量交換器出口處的實際水溫，工作原理：溫度傳感器不斷測量交換器出口處的實際水溫，并在溫度控制器中與給定溫度相比較，若低于給定溫度，其偏差并在溫度控制器中與給定溫度相比較，若低于給定溫度，其偏差值使蒸汽閥門開大，進入熱交換器的蒸汽量加大，熱水溫度升高，值使蒸汽閥門開大，進入熱交換器的蒸汽量加大，熱水溫度升高，直至偏差為零。如果由于某種原因，冷水流量加大，則流量值由直至偏差為零。如果由于某種原因，冷水流量加大，則流量值由流量計測得，通過溫度控制器，開大閥門，使蒸汽量增加，提前流量計測得，通過溫度控制器，開大閥門，使蒸汽量增加，提前進行控制，實現(xiàn)按冷水流量進行順饋補償，保證熱交換器出口的進行控制，實現(xiàn)按冷水流量進行順饋補償，保證熱交換器出口的水溫不