自動(dòng)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(hào)號(hào)ug與反饋信號(hào)與反饋信號(hào)uf的聯(lián)接極性，的聯(lián)接極性，指出系統(tǒng)的受控對(duì)象、被控指出系統(tǒng)的受控對(duì)象、被控量、測(cè)量元件以及擾動(dòng)信號(hào)，量、測(cè)量元件以及擾動(dòng)信號(hào)，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(wù)就一經(jīng)整定好后，系統(tǒng)的任務(wù)就是在各種擾動(dòng)的作用下，控制是在各種擾動(dòng)的作用下，控制爐溫使其實(shí)際值爐溫使其實(shí)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(duì)象。因此

2、系統(tǒng)的受控對(duì)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(dòng)，環(huán)境溫度的變化，打開(kāi)爐門放入或取出工件以及放壓力的波動(dòng)，環(huán)境溫度的變化，打開(kāi)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(dòng)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(dòng)量。在擾動(dòng)的作用下，通過(guò)調(diào)整進(jìn)入爐內(nèi)的混合煤氣的流量來(lái)調(diào)節(jié)爐溫，動(dòng)的作用下，通過(guò)調(diào)整進(jìn)入爐內(nèi)的混合煤氣的流量來(lái)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(jì)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(jì)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(cè)量元件，它檢測(cè)爐溫的。而熱電偶為系統(tǒng)的測(cè)量元件，它檢測(cè)爐溫的實(shí)際值實(shí)際值To并將其轉(zhuǎn)換為電勢(shì)，經(jīng)放大后即得反饋信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電勢(shì)，經(jīng)放大后即得反饋信號(hào)uf。根據(jù)反。根據(jù)反饋控制原理該反饋必須為負(fù)的，故反饋電壓應(yīng)與給定電壓反向串饋控制原理該反饋必須為負(fù)的，故反饋電壓應(yīng)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(shí)際值的極性和大小反映了爐溫實(shí)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(dòng)電動(dòng)機(jī)從而改變閥經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)從而改變閥門的開(kāi)度，調(diào)節(jié)煤氣的流量使?fàn)t溫的實(shí)際值與給定值趨于一致，門的開(kāi)度，調(diào)節(jié)煤氣的流量使?fàn)t溫的實(shí)際值與給定值趨于一致，故電動(dòng)機(jī)故電動(dòng)機(jī)-傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置-閥門為系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。閥門為系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。To給定給定裝置裝置Ti放大器放大器放大器放大器電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)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(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)解：解：(1) 負(fù)反饋連接方式為：負(fù)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(dòng)圖所

5、示的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)工作原理圖，機(jī)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(fù)反饋狀態(tài)；負(fù)反饋狀態(tài)；(2) 畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。畫(huà)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(guò)程中，有一個(gè)出粉在谷物磨粉的生產(chǎn)過(guò)程中，有一個(gè)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(guò)加水點(diǎn)，加水量送裝置按一定流量通過(guò)加水點(diǎn)，加水量由自動(dòng)閥門控制。

6、加水過(guò)程中，谷物流由自動(dòng)閥門控制。加水過(guò)程中，谷物流量、加水前谷物濕度以及水壓都是對(duì)谷量、加水前谷物濕度以及水壓都是對(duì)谷物濕度控制的擾動(dòng)作用。為了提高控制物濕度控制的擾動(dòng)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(huà)出系統(tǒng)方塊圖。制，試畫(huà)出系統(tǒng)方塊圖。被控對(duì)象：傳送裝置；被控對(duì)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(cè)量裝置濕度測(cè)量裝置濕度測(cè)量裝置濕度測(cè)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(fù)反饋的位置隨動(dòng)分負(fù)反饋的位置隨動(dòng)系統(tǒng)，試說(shuō)明其工作系統(tǒng)，試說(shuō)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(fù)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(fù)反饋，此圖就是其中一例。圖中測(cè)速發(fā)電機(jī)是用來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，其電勢(shì)與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速中測(cè)速發(fā)電機(jī)是用來(lái)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，其電勢(shì)與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成比例。將它引回至輸入端，與橋式測(cè)量電路輸出的偏差信號(hào)反成比例。將它引回至輸入端，與橋式測(cè)量電路輸出的偏差信號(hào)反向聯(lián)接從而構(gòu)成速度負(fù)反饋。由于電動(dòng)機(jī)的角速度是其角位移的向聯(lián)接從而構(gòu)

8、成速度負(fù)反饋。由于電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的角是與電動(dòng)機(jī)的角位移成比例的，故速度負(fù)反饋又可叫做被控量的微分負(fù)反饋，相位移成比例的，故速度負(fù)反饋又可叫做被控量的微分負(fù)反饋，相應(yīng)的系統(tǒng)又稱為具有微分負(fù)反饋的位置隨動(dòng)系統(tǒng)。應(yīng)的系統(tǒng)又稱為具有微分負(fù)反饋的位置隨動(dòng)系統(tǒng)。例例1 如圖所示為一液面的自動(dòng)控如圖所示為一液面的自動(dòng)控制系統(tǒng)，試畫(huà)出其系統(tǒng)方框圖并制系統(tǒng)，試畫(huà)出其系統(tǒng)方框圖并說(shuō)明其工作原理。說(shuō)明其工作原理。解：解：工作原理：對(duì)于液面進(jìn)行自動(dòng)工作原理：對(duì)于液面進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)，液面的希望高度由自動(dòng)控控制時(shí)，液面

9、的希望高度由自動(dòng)控制器刻度盤(pán)上的指針標(biāo)定。當(dāng)出水制器刻度盤(pán)上的指針標(biāo)定。當(dāng)出水與進(jìn)水的平衡被破壞時(shí)，水箱水位與進(jìn)水的平衡被破壞時(shí)，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(biāo)測(cè)出來(lái)，自動(dòng)控制器，出現(xiàn)偏差。這偏差由浮子標(biāo)測(cè)出來(lái)，自動(dòng)控制器在偏差的作用下，控制閥門使其開(kāi)大在偏差的作用下，控制閥門使其開(kāi)大( (或關(guān)小或關(guān)小) )，對(duì)偏差進(jìn)行修正，對(duì)偏差進(jìn)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(duì)象被控對(duì)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(dòng)擾動(dòng)閥門閥門- -實(shí)際實(shí)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(jì)測(cè)量。試?yán)L制系統(tǒng)方框用流量計(jì)測(cè)量。試?yán)L制系統(tǒng)方框圖，并說(shuō)明為了保持熱水溫度為圖，并說(shuō)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(duì)象和控制裝置各是什統(tǒng)的被控對(duì)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(cè)量交換器出口處的實(shí)際水溫，工作原理：溫度傳感器不斷測(cè)量交換器出口處的實(shí)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(kāi)大，進(jìn)入熱交換器的蒸汽量加大，熱水溫度升高，值使蒸汽閥門開(kāi)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，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(jì)測(cè)得，通過(guò)溫度控制器，開(kāi)大閥門，使蒸汽量增加，提前流量計(jì)測(cè)得，通過(guò)溫度控制器，開(kāi)大閥門，使蒸汽量增加，提前進(jìn)行控制，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進(jìn)行控制，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