自動(dòng)控制原理習(xí)題1含答案

1、?自動(dòng)限制原理?習(xí)題解答第一章習(xí)題及答案1-1根據(jù)題1-1圖所示的電動(dòng)機(jī)速度限制系統(tǒng)工作原理圖(1)將a,b與c,d用線連接成負(fù)反應(yīng)狀態(tài)；(2)畫出系統(tǒng)方框圖.動(dòng)機(jī)|一玫Th1士/繇ao1題17圖速度限制系統(tǒng)原理圖解(1)負(fù)反應(yīng)連接方式為：ad,bc;(2)系統(tǒng)方框圖如圖解1-1所示.明&C%由品一9一放大器電動(dòng)機(jī)-r*I測(cè)諫發(fā)電機(jī)卜圖辮T速度挖機(jī)系統(tǒng)力怔醫(yī)1-2題1-2圖是倉庫大門自動(dòng)限制系統(tǒng)原理示意圖.試說明系統(tǒng)自動(dòng)限制大門開閉的工作原理,并畫出系統(tǒng)方框圖.題1-2圖倉庫大門自動(dòng)開閉限制系統(tǒng)解當(dāng)合上開門開關(guān)時(shí),電橋會(huì)測(cè)量出開門位置與大門實(shí)際位置間對(duì)應(yīng)的偏差電壓,偏差電壓經(jīng)放大器放大

2、后,驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤轉(zhuǎn)動(dòng),將大門向上提起.與此同時(shí),和大門連在一起的電刷也向上移動(dòng),直到橋式測(cè)量電路到達(dá)平衡,電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),大門到達(dá)開啟位置.反之,當(dāng)合上關(guān)門開關(guān)時(shí),電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤使大門關(guān)閉,從而可以實(shí)現(xiàn)大門遠(yuǎn)距離開閉自動(dòng)限制.系統(tǒng)方框圖如圖解1-2所示.工塔衿隔電踏上舊海卜|電動(dòng)機(jī)H線盎卜氏可矢n位置_11111圖解1-R倉庫大門限制系統(tǒng)方框圖1-3題1-3圖為工業(yè)爐溫自動(dòng)限制系統(tǒng)的工作原理圖.分析系統(tǒng)的工作原理,指出被控對(duì)象、被控量和給定量,畫出系統(tǒng)方框圖.題1-3圖爐溫自動(dòng)限制系統(tǒng)原理圖解加熱爐采用電加熱方式運(yùn)行,加熱器所產(chǎn)生的熱量與調(diào)壓器電壓Uc的平方成正比,uc增高,爐溫就上

3、升,Uc的上下由調(diào)壓器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置所限制,該觸點(diǎn)由可逆轉(zhuǎn)的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng).爐子的實(shí)際溫度用熱電偶測(cè)量,輸出電壓Uf.Uf作為系統(tǒng)的反應(yīng)電壓與給定電壓Ur進(jìn)行比擬,得出偏差電壓心,經(jīng)電壓放大器、功率放大器放大成Ua后,作為限制電動(dòng)機(jī)的電樞電壓.在正常情況下,爐溫等于某個(gè)期望值T°C,熱電偶的輸出電壓Uf正好等于給定電壓Ur.此時(shí),4UrUf0,故U1Ua0,可逆電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng),調(diào)壓器的滑動(dòng)觸點(diǎn)停留在某個(gè)適宜的位置上,使Uc保持一定的數(shù)值.這時(shí),爐子散失的熱量正好等于從加熱器吸取的熱量,形成穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài),溫度保持恒定.當(dāng)爐膛溫度T°C由于某種原因忽然下降例如爐門翻開造成的熱

4、量流失,那么出現(xiàn)以下的限制過程：限制的結(jié)果是使?fàn)t膛溫度上升,直至TC的實(shí)際值等于期望值為止.TCufUeU1UaUc系統(tǒng)中,加熱爐是被控對(duì)象,爐溫是被控量,給定量是由給定電位器設(shè)定的電壓Ur表征爐溫的希望值.系統(tǒng)方框圖見圖解1-3.圈解一：爐提限制系統(tǒng)方框困1-4題1-4圖是限制導(dǎo)彈發(fā)射架方位的電位器式隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖.圖中電位器P1、P2并聯(lián)后跨接到同一電源Eo的兩端,其滑臂分別與輸入軸和輸出軸相聯(lián)結(jié),組成方位角的給定元件和測(cè)量反應(yīng)元件.輸入軸由手輪操縱；輸出軸那么由直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后帶動(dòng),電動(dòng)機(jī)采用電樞限制的方式工作.試分析系統(tǒng)的工作原理,指出系統(tǒng)的被控對(duì)象、被控量和給定量,畫出系統(tǒng)的方框圖

5、.題1-4圖導(dǎo)彈發(fā)射架方位角限制系統(tǒng)原理圖解當(dāng)導(dǎo)彈發(fā)射架的方位角與輸入軸方位角一致時(shí),系統(tǒng)處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài).當(dāng)搖動(dòng)手輪使電位器R的滑臂轉(zhuǎn)過一個(gè)輸入角i的瞬間,由于輸出軸的轉(zhuǎn)角0i,于是出現(xiàn)一個(gè)誤差角eio,該誤差角通過電位器P1、P2轉(zhuǎn)換成偏差電壓UeUiU0,Ue經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),在驅(qū)動(dòng)導(dǎo)彈發(fā)射架轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí),通過輸出軸帶動(dòng)電位器P2的滑臂轉(zhuǎn)過一定的角度o,直至oi時(shí),UiUo,偏差電壓Ue0,電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng).這時(shí),導(dǎo)彈發(fā)射架停留在相應(yīng)的方位角上.只要io,偏差就會(huì)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用,限制的結(jié)果是消除偏差e,使輸出量o嚴(yán)格地跟隨輸入量i的變化而變化.系統(tǒng)方框圖如圖解1-4所示.2NI省隹器囹恚

6、因而Li摘廉盟lI導(dǎo)彈L放大器電動(dòng)機(jī)芻巴十發(fā)劃架圖解17導(dǎo)彈度射架方位拴制系統(tǒng)方都1-5采用離心調(diào)速器的蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速限制系統(tǒng)如題1-5圖所示.其工作原理是：當(dāng)蒸汽機(jī)帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí),通過圓錐齒輪帶動(dòng)一對(duì)飛錘作水平旋轉(zhuǎn).飛錘通過錢鏈可帶動(dòng)套筒上下滑動(dòng),套筒內(nèi)裝有平衡彈簧,套筒上下滑動(dòng)時(shí)可撥動(dòng)杠桿,杠桿另一端通過連桿調(diào)節(jié)供汽閥門的開度.在蒸汽機(jī)正常運(yùn)行時(shí),飛錘旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與彈簧的反彈力相平衡,套筒保持某個(gè)高度,使閥門處于一個(gè)平衡位置.如果由于負(fù)載增大使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速下降,那么飛錘因離心力減小而使套筒向下滑動(dòng),并通過杠桿增大供汽閥門的開度,從而使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速回升.同理,如果由于負(fù)載減小使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)

7、速增加,那么飛錘因離心力增加而使套筒上滑,并通過杠桿減小供汽閥門的開度,迫使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速回落.這樣,離心調(diào)速器就能自動(dòng)地抵抗負(fù)載變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響,使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速保持在某個(gè)期望值附近.指出系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控量和給定量,畫出系統(tǒng)的方框圖.圖解1F慕汽機(jī)耕速短制.系比方愜圖解在本系統(tǒng)中,蒸汽機(jī)是被控對(duì)象,蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速是被控量,給定量是設(shè)定的蒸汽機(jī)希望轉(zhuǎn)速.離心調(diào)速器感受轉(zhuǎn)速大小并轉(zhuǎn)換成套筒的位移量,經(jīng)杠桿傳調(diào)節(jié)供汽閥門,限制蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而構(gòu)成閉環(huán)限制系統(tǒng).系統(tǒng)方框圖如圖解1-5所示.1-6攝像機(jī)角位置自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)如題1-6圖所示.當(dāng)光點(diǎn)顯示器對(duì)準(zhǔn)某個(gè)方向時(shí),攝像時(shí)機(jī)自動(dòng)跟蹤并對(duì)準(zhǔn)這個(gè)方向.試分

8、析系統(tǒng)的工作原理,指出被控對(duì)象、被控量及給定量,畫出系統(tǒng)方框圖.題1-6圖攝像機(jī)角位置隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖解限制系統(tǒng)的任務(wù)是使攝像機(jī)自動(dòng)跟蹤光點(diǎn)顯示器指示的方向.當(dāng)攝像機(jī)方向角與光點(diǎn)顯示器指示的方向一致時(shí),21,自整角機(jī)輸出e0,交流放大器輸出電壓u0,電動(dòng)機(jī)靜止,攝像機(jī)保持原來的協(xié)調(diào)方向.當(dāng)光點(diǎn)顯示器轉(zhuǎn)過一個(gè)角度,21時(shí),自整角機(jī)輸出與失諧角12成比例的電壓信號(hào)其大小、極性反映了失諧角的幅值和方向,經(jīng)電位器后變成e,經(jīng)放大器放大后驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn),并通過減速器帶動(dòng)攝像機(jī)跟蹤光點(diǎn)顯示器的指向,使偏差減小,直到攝像機(jī)與光點(diǎn)顯示器指向重新到達(dá)一致時(shí)為止.測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,進(jìn)行速度反應(yīng),用以改善

9、系統(tǒng)性能.臼解if攝象機(jī)角位置隨動(dòng)系統(tǒng)方恒圖2是被控量,給定量是光點(diǎn)顯示器指示的系統(tǒng)中,攝像機(jī)是被控對(duì)象,攝像機(jī)的方向角方向角1.系統(tǒng)方框圖如圖解1-6所示.1-7題1-7圖a,b所示的系統(tǒng)均為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng).假設(shè)空載時(shí)兩系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端電壓均為110V,試問帶上負(fù)載后,圖a,b中哪個(gè)能保持110V不變,哪個(gè)電壓會(huì)低于110V,為什么題1-7圖電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖解帶上負(fù)載后,開始由于負(fù)載的影響,a與b的端電壓都要下降,但圖a中所示系統(tǒng)能恢復(fù)到110伏而圖b系統(tǒng)卻不能.理由如下：圖a系統(tǒng),當(dāng)u低于給定電壓時(shí),其偏差電壓經(jīng)放大器K放大后,驅(qū)動(dòng)電機(jī)D轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)減速器帶動(dòng)電刷,使發(fā)電機(jī)F的激磁電流Ij增大

10、,發(fā)電機(jī)的輸出電壓會(huì)升高,從而使偏差電壓減小,直至偏差電壓為零時(shí),電機(jī)才停止轉(zhuǎn)動(dòng).因此,圖a系統(tǒng)能保持110伏不變.圖b系統(tǒng),當(dāng)u低于給定電壓時(shí),其偏差電壓經(jīng)放大器KB,直接使發(fā)電機(jī)激磁電流增大,提升發(fā)電機(jī)的端電壓,使發(fā)電機(jī)G的端電壓上升,偏差電壓減小,但不可能等于零,因?yàn)楫?dāng)偏差電壓為0時(shí),if=0,發(fā)電機(jī)就不能工作.即圖b所示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓會(huì)低于110伏.1-8題1-8圖為水溫限制系統(tǒng)示意圖.冷水在熱交換器中由通入的蒸汽加熱,從而得到一定溫度的熱水.冷水流量變化用流量計(jì)測(cè)量.試?yán)L制系統(tǒng)方塊圖,并說明為了保持熱水溫度為期望值,系統(tǒng)是如何工作的系統(tǒng)的被控對(duì)象和限制裝置各是什么解工作原理：溫度傳感

11、器不斷測(cè)量交換器出口處的實(shí)際水溫,并在溫度限制器中與給定溫度相比擬,假設(shè)低于給定溫度,其偏差值使蒸汽閥門開大,進(jìn)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,那么流量值由流量計(jì)測(cè)得,通過溫度限制器,開大閥門,使蒸汽量增加,提前進(jìn)行限制,實(shí)現(xiàn)按冷水流量進(jìn)行順饋補(bǔ)償,保證熱交換器出口的水溫不發(fā)生大的波動(dòng).其中,熱交換器是被控對(duì)象,實(shí)際熱水溫度為被控量,給定量希望溫度在限制器中設(shè)定；冷水流量是干擾量.度限制幕就計(jì)題1-8圖水溫限制系統(tǒng)原理圖可照彳一隔度時(shí)制器H闔H超文換器卜爰干空阻脛傳同器卜匿解卜禽水溫限制系事而把圖系統(tǒng)方塊圖如圖解1-8所示.這是一個(gè)按干擾補(bǔ)償

12、的復(fù)合限制系統(tǒng).1-9許多機(jī)器,像車床、銃床和磨床,都配有跟隨器,用來復(fù)現(xiàn)模板的外形.題1-9圖就是這樣一種跟隨系統(tǒng)的原理圖.在此系統(tǒng)中,刀具能在原料上復(fù)制模板的外形.試說明其工作原理,畫出系統(tǒng)方框圖.解模板與原料同時(shí)固定在工作臺(tái)上.X、丫軸直流伺服馬達(dá)接受限制器的指令,按輸入命令帶開工作臺(tái)做X、Y方向運(yùn)動(dòng).模板隨工作臺(tái)移動(dòng)時(shí),觸針會(huì)在模板外表滑動(dòng),跟隨刀具中的位移傳感器將觸針感應(yīng)到的反映模板外表形狀的位移信號(hào)送到跟隨限制器,限制器的輸出驅(qū)動(dòng)Z軸直流伺服馬達(dá)帶動(dòng)切削刀具連同刀具架跟隨觸針運(yùn)動(dòng),當(dāng)?shù)毒呶恢门c觸針位置一致時(shí),兩者位置偏差為零,Z軸伺服馬達(dá)停止.系統(tǒng)中,刀具是被控對(duì)象,刀具位置是被控

13、量,給定量是由模板確定的觸針位置.系統(tǒng)方框圖如圖解1-9所示.最終原料被切割加工成模板的形狀.而圖解1Y具前隨系域方槎圖1-10題1-10圖(a),(b)所示均為調(diào)速系統(tǒng).(1)分別畫出圖(a)、圖(b)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的方框圖.給出圖(a)正確的反應(yīng)連線方式.(2)在恒值輸入條件下,圖(a)、圖(b)中哪個(gè)是有差系統(tǒng),哪個(gè)是無差系統(tǒng),說明其道理.題1-10圖調(diào)速系統(tǒng)工作原理圖解(1)系統(tǒng)方框圖如圖解1-10所示.題1-10圖(a)正確的反應(yīng)連接方式如題1-10圖(a)中虛線所示.測(cè)速發(fā)電機(jī)圖解1-1C串統(tǒng)方程圖(2)題1-10圖(a)的系統(tǒng)是有差系統(tǒng),題1-10圖(b)的系統(tǒng)是無差系統(tǒng).亞達(dá)發(fā)電機(jī)電幼機(jī)恥役界坡速題1-10圖(a)中,當(dāng)給定恒值電壓信號(hào),系統(tǒng)運(yùn)行到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的恒定是以發(fā)電機(jī)提供恒定電壓為條件,對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)激磁繞組中電流一定是恒定值.這意味著放大器前端電壓是非零的常值.因此,常值偏差電壓存在是系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提,故系統(tǒng)有差.題1-10圖(b)中,給定恒定電壓,電動(dòng)機(jī)到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí),對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)激磁繞組中的勵(lì)磁電流恒定,這意味著執(zhí)行電動(dòng)機(jī)處于停轉(zhuǎn)狀態(tài),放大器前端電壓必然為0,故系統(tǒng)無差.題1-11圖谷物濕度限制系統(tǒng)示意圖1-11題1-11圖為谷物濕度限制系統(tǒng)示意圖.在谷物磨粉的生產(chǎn)過程中,有一