第1章 自動(dòng)控制的一般概念(2)

1、紅河學(xué)院自動(dòng)化系第第1章章 自動(dòng)控制的自動(dòng)控制的一般概念一般概念1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例1.2 方框圖中各符號(hào)的意義方框圖中各符號(hào)的意義1.3 控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成1.4 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.5 基本控制方式基本控制方式1.6 習(xí)題分析習(xí)題分析紅河學(xué)院自動(dòng)化系例例 1 爐溫控制系統(tǒng)爐溫控制系統(tǒng)1.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例紅河學(xué)院自動(dòng)化系爐溫控制系統(tǒng)方框圖爐溫控制系統(tǒng)方框圖爐溫控制系統(tǒng)方框圖爐溫控制系統(tǒng)方框圖紅河學(xué)院自動(dòng)化系 元部件元部件 方框（塊）圖方框（塊）圖 信號(hào)（物理量）及傳遞方向信號(hào)（物理量）及傳遞方向 中的符號(hào)中的符號(hào) 比較

2、點(diǎn)比較點(diǎn) 引出點(diǎn)引出點(diǎn) 表示負(fù)反饋表示負(fù)反饋1.2 方框圖中各符號(hào)的意義方框圖中各符號(hào)的意義紅河學(xué)院自動(dòng)化系例例 2 函數(shù)記錄儀函數(shù)記錄儀紅河學(xué)院自動(dòng)化系函數(shù)記錄儀方框圖函數(shù)記錄儀方框圖紅河學(xué)院自動(dòng)化系1.3 控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成 (1)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)被控對(duì)象被控對(duì)象控制裝置控制裝置測(cè)量元件測(cè)量元件 比較元件比較元件 放大元件放大元件 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 校正裝置校正裝置 給定元件給定元件紅河學(xué)院自動(dòng)化系控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)的組成 (2) 紅河學(xué)院自動(dòng)化系1. 穩(wěn)：穩(wěn)：（基本要求）（基本要求） 要求系統(tǒng)要穩(wěn)定要求系統(tǒng)要穩(wěn)定 2. 準(zhǔn)：準(zhǔn)：（穩(wěn)態(tài)要求）（穩(wěn)態(tài)要求） 系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，

3、系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)， 輸出跟蹤精度要高輸出跟蹤精度要高 3. 快：快：（動(dòng)態(tài)要求）（動(dòng)態(tài)要求） 系統(tǒng)階躍響應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程系統(tǒng)階躍響應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程 要平穩(wěn)，要平穩(wěn)， 快速快速1.4 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求紅河學(xué)院自動(dòng)化系穩(wěn)定性穩(wěn)定性 系統(tǒng)受外作用力后系統(tǒng)受外作用力后,其動(dòng)態(tài)過(guò)程其動(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。的振蕩傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。穩(wěn)定性：穩(wěn)定性： 系統(tǒng)受外作用力系統(tǒng)受外作用力經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，其經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，其被控量達(dá)到某一穩(wěn)被控量達(dá)到某一穩(wěn)定狀態(tài)，則系統(tǒng)是定狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。穩(wěn)定的。否則為不穩(wěn)定的。否則為不穩(wěn)定的。r(t)t0c(t)r(t)c(t)不穩(wěn)定的系

4、統(tǒng)是不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的。無(wú)法正常工作的。 擾動(dòng)信號(hào)作用下擾動(dòng)信號(hào)作用下 的不穩(wěn)定系統(tǒng)的不穩(wěn)定系統(tǒng):d(t)t0c(t)c(t)d(t) 一個(gè)能在生產(chǎn)一個(gè)能在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用的系統(tǒng)實(shí)際中應(yīng)用的系統(tǒng),不僅應(yīng)具有穩(wěn)定性不僅應(yīng)具有穩(wěn)定性,而且在動(dòng)態(tài)過(guò)程中而且在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的震蕩也不能過(guò)于的震蕩也不能過(guò)于強(qiáng)烈強(qiáng)烈.紅河學(xué)院自動(dòng)化系通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)短表征快速性。通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)短表征快速性?？焖傩钥焖傩詒(t)t0c(t)r(t)c1(t)c2(t) 快速性表明了快速性表明了系統(tǒng)輸出對(duì)輸入系統(tǒng)輸出對(duì)輸入響應(yīng)的快慢程度響應(yīng)的快慢程度 過(guò)渡過(guò)程時(shí)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間越短，表明間越短，表明快速性越好?？焖傩栽?/p>

5、好。反之亦然。反之亦然。t1t2紅河學(xué)院自動(dòng)化系 由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值之由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值之間的差值間的差值ess大小表征。大小表征。準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性r(t)t0c(t)ess 它反映了系統(tǒng)它反映了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。若的穩(wěn)態(tài)精度。若系統(tǒng)最終的誤差系統(tǒng)最終的誤差為零，則稱(chēng)為無(wú)為零，則稱(chēng)為無(wú)差系統(tǒng)，否則為差系統(tǒng)，否則為有差系統(tǒng)。有差系統(tǒng)。c(t)r(t)紅河學(xué)院自動(dòng)化系 穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互相制約的。在設(shè)計(jì)與調(diào)試的過(guò)程中相制約的。在設(shè)計(jì)與調(diào)試的過(guò)程中,若過(guò)若過(guò)分強(qiáng)調(diào)某方面的性能分強(qiáng)調(diào)某方面的性能,則可能會(huì)使其他方則可能會(huì)使其他方面的性能受到影響面

6、的性能受到影響. 怎樣根據(jù)工作任務(wù)的不同怎樣根據(jù)工作任務(wù)的不同,分析和設(shè)分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，使其對(duì)三方面的性能有計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，使其對(duì)三方面的性能有所側(cè)重所側(cè)重 ，并兼顧其它正是自控原理課程，并兼顧其它正是自控原理課程要解決的問(wèn)題。要解決的問(wèn)題。紅河學(xué)院自動(dòng)化系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理 按給定信號(hào)的形式按給定信號(hào)的形式 恒值系統(tǒng)恒值系統(tǒng) / / 隨動(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng) 按系統(tǒng)是否滿(mǎn)足疊加原理按系統(tǒng)是否滿(mǎn)足疊加原理 線(xiàn)性系統(tǒng)線(xiàn)性系統(tǒng)/ / 非線(xiàn)性系統(tǒng)非線(xiàn)性系統(tǒng) 按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化 定常系統(tǒng)定常系統(tǒng) / / 時(shí)變系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng) 按信號(hào)傳遞的形式按信號(hào)傳遞的形式 連續(xù)系統(tǒng)連

7、續(xù)系統(tǒng) / / 離散系統(tǒng)離散系統(tǒng) 按輸入輸出變量的多少按輸入輸出變量的多少 單變量系統(tǒng)單變量系統(tǒng) / / 多變量系統(tǒng)多變量系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的分類(lèi)控制系統(tǒng)的分類(lèi)紅河學(xué)院自動(dòng)化系自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理 1. 1. 開(kāi)環(huán)控制開(kāi)環(huán)控制 2. 2. 閉環(huán)控制閉環(huán)控制 3. 3. 復(fù)合控制復(fù)合控制1.5 基本控制方式基本控制方式在無(wú)人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機(jī)械、在無(wú)人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機(jī)械、或生產(chǎn)過(guò)程或生產(chǎn)過(guò)程（被控對(duì)象）（被控對(duì)象）的某一個(gè)物理量的某一個(gè)物理量（被控量）（被控量）按預(yù)按預(yù)定的規(guī)律定的規(guī)律（給定量）（給定量）運(yùn)行。運(yùn)行。自動(dòng)控制自動(dòng)控制紅河學(xué)院自動(dòng)化系

8、將系統(tǒng)的輸出信號(hào)引回輸入端，與輸入將系統(tǒng)的輸出信號(hào)引回輸入端，與輸入信號(hào)相比較，利用所得的偏差信號(hào)進(jìn)行控信號(hào)相比較，利用所得的偏差信號(hào)進(jìn)行控制，達(dá)到減小偏差、消除偏差的目的。制，達(dá)到減小偏差、消除偏差的目的。 _ 構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心 閉環(huán)閉環(huán)(反饋反饋)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： (1) 系統(tǒng)內(nèi)部存在反饋，信號(hào)流動(dòng)構(gòu)成閉回路系統(tǒng)內(nèi)部存在反饋，信號(hào)流動(dòng)構(gòu)成閉回路 (2) 偏差起調(diào)節(jié)作用偏差起調(diào)節(jié)作用 負(fù)反饋原理負(fù)反饋原理紅河學(xué)院自動(dòng)化系水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖紅河學(xué)院自動(dòng)化系紅河學(xué)院自動(dòng)化系da cb 1-1 根據(jù)題根據(jù)

9、題1-15圖所示的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)工作圖所示的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)工作原理圖，完成：原理圖，完成： (1) 將將a，b與與c，d用線(xiàn)連接成負(fù)反饋狀態(tài)；用線(xiàn)連接成負(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。解解 （1）負(fù)反饋連接方式為：）負(fù)反饋連接方式為：，（2）系統(tǒng)方框圖如圖解）系統(tǒng)方框圖如圖解1-1 所示。所示。fuu 1.6 習(xí)題分析習(xí)題分析紅河學(xué)院自動(dòng)化系1-2 題題1-16圖是倉(cāng)庫(kù)大門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖。試圖是倉(cāng)庫(kù)大門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖。試說(shuō)明系統(tǒng)自動(dòng)控制大門(mén)開(kāi)、閉的工作原理，并畫(huà)出系統(tǒng)說(shuō)明系統(tǒng)自動(dòng)控制大門(mén)開(kāi)、閉的工作原理，并畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。方框圖。圖圖1-16 倉(cāng)庫(kù)大

10、門(mén)自動(dòng)開(kāi)閉控制系統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)大門(mén)自動(dòng)開(kāi)閉控制系統(tǒng)紅河學(xué)院自動(dòng)化系解解 當(dāng)合上開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，當(dāng)合上開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，電橋會(huì)測(cè)量出開(kāi)門(mén)位置與大門(mén)實(shí)電橋會(huì)測(cè)量出開(kāi)門(mén)位置與大門(mén)實(shí)際位置間對(duì)應(yīng)的偏差電壓，偏差際位置間對(duì)應(yīng)的偏差電壓，偏差電壓經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電壓經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，將大門(mén)向電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，將大門(mén)向上提起。與此同時(shí)，和大門(mén)連在上提起。與此同時(shí)，和大門(mén)連在一起的電刷也向上移動(dòng)，直到橋一起的電刷也向上移動(dòng)，直到橋式測(cè)量電路達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)停式測(cè)量電路達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，大門(mén)達(dá)到開(kāi)啟位置。反止轉(zhuǎn)動(dòng)，大門(mén)達(dá)到開(kāi)啟位置。反之，當(dāng)合上關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)之，當(dāng)合上關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，電

11、動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤(pán)使大門(mén)關(guān)閉，從而可以帶動(dòng)絞盤(pán)使大門(mén)關(guān)閉，從而可以實(shí)現(xiàn)大門(mén)遠(yuǎn)距離開(kāi)閉自動(dòng)控制。實(shí)現(xiàn)大門(mén)遠(yuǎn)距離開(kāi)閉自動(dòng)控制。系統(tǒng)方框圖如圖解系統(tǒng)方框圖如圖解1-21-2所示。所示。紅河學(xué)院自動(dòng)化系1-3 圖圖1-17為工業(yè)爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理圖。分析系統(tǒng)為工業(yè)爐溫自動(dòng)控制系統(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(huà)出系統(tǒng)方框的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。圖。 aucufuru eu圖圖1-17 爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖爐溫自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖T(c ) 正常時(shí)：正常時(shí)： 電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng) 0efaruuuu 紅河學(xué)院自動(dòng)化系cucucu解解

12、: :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)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)壓器電壓壓器電壓 的平方成正比，的平方成正比， 增高，爐溫就上升，增高，爐溫就上升， 的高低的高低由調(diào)壓器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置所控制，該觸點(diǎn)由可逆轉(zhuǎn)的直流電由調(diào)壓器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置所控制，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 作為作為系統(tǒng)的反饋電壓與給定電壓系統(tǒng)的反饋電壓與給定電壓 進(jìn)行比較，得出偏差電壓進(jìn)行比較，得出偏差電壓 經(jīng)經(jīng)電壓放大器、功率放大器放大成電壓放大器、功率放大器放大成 后，作為控制電動(dòng)機(jī)的電后，作為控制電

13、動(dòng)機(jī)的電樞電壓。樞電壓。 furueuau正常時(shí)：正常時(shí)： 電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng) 0efaruuuu feacT(c )uuuu T(c ) 被控被控對(duì)象對(duì)象被控量被控量紅河學(xué)院自動(dòng)化系1-4圖圖1-18是控制導(dǎo)彈發(fā)射架方位的電位器式隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖。是控制導(dǎo)彈發(fā)射架方位的電位器式隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖。圖中圖中 、 并聯(lián)后跨接到同一電源并聯(lián)后跨接到同一電源 電位器的兩端，其滑臂電位器的兩端，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)量反饋元件。輸入軸由手輪操縱；輸出軸則由直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速反饋元件。輸入軸由手輪操縱；輸出軸則由直流電動(dòng)

14、機(jī)經(jīng)減速后帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)采用電樞控制的方式工作。試分析系統(tǒng)的工作后帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)采用電樞控制的方式工作。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(huà)出系統(tǒng)的方原理，指出系統(tǒng)的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖?？驁D。圖圖1-18 導(dǎo)彈發(fā)射架方位角控制系統(tǒng)原理圖導(dǎo)彈發(fā)射架方位角控制系統(tǒng)原理圖eu2P1P0Eauiu0ui 0 紅河學(xué)院自動(dòng)化系解：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)。系統(tǒng)中，導(dǎo)彈發(fā)射架是被控對(duì)象，發(fā)射架方位相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。系統(tǒng)中，導(dǎo)彈發(fā)射架是被控對(duì)象，發(fā)射架方位角角 是被控量，通過(guò)

15、手輪輸入的角度是被控量，通過(guò)手輪輸入的角度 是給定量。是給定量。 0 i 00eiieiuuu 手輪輸入角度手輪輸入角度 驅(qū)動(dòng)電機(jī)使驅(qū)動(dòng)電機(jī)使導(dǎo)彈發(fā)導(dǎo)彈發(fā)射架轉(zhuǎn)動(dòng)射架轉(zhuǎn)動(dòng) ，直至直至 ，偏差電壓，偏差電壓 ，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。只要 ，偏差就會(huì)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，控制的結(jié)果是消除，偏差就會(huì)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，控制的結(jié)果是消除偏差偏差 ，使輸出量，使輸出量 嚴(yán)格地跟隨輸入量嚴(yán)格地跟隨輸入量 的變化而變化。的變化而變化。 0 00ii;uu 0eu 0i e 0 i 紅河學(xué)院自動(dòng)化系 1-5 采用離心調(diào)速器的蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速

16、控制系統(tǒng)如圖采用離心調(diào)速器的蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如圖1-19所示。其工作原理是：當(dāng)蒸汽所示。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(guò)圓錐齒輪帶動(dòng)一對(duì)飛錘作水平旋轉(zhuǎn)。飛錘通過(guò)鉸鏈可機(jī)帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)圓錐齒輪帶動(dòng)一對(duì)飛錘作水平旋轉(zhuǎn)。飛錘通過(guò)鉸鏈可帶動(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(guò)連桿調(diào)節(jié)供汽閥門(mén)的開(kāi)度。端通過(guò)連桿調(diào)節(jié)供汽閥門(mén)的開(kāi)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(mén)處于一個(gè)平衡

17、位置。與彈簧的反彈力相平衡，套筒保持某個(gè)高度，使閥門(mén)處于一個(gè)平衡位置。如果由于如果由于負(fù)載增大使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)載增大使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速 下降，則飛錘因離心力減小而使套筒向下滑動(dòng)，并通過(guò)下降，則飛錘因離心力減小而使套筒向下滑動(dòng)，并通過(guò)杠桿增大供汽閥門(mén)的開(kāi)度，從而使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速回升。杠桿增大供汽閥門(mén)的開(kāi)度，從而使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速回升。同理，如果由于負(fù)載減小使同理，如果由于負(fù)載減小使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速 增加，則飛錘因離心力增加而使套筒上滑，并通過(guò)杠桿減小供汽增加，則飛錘因離心力增加而使套筒上滑，并通過(guò)杠桿減小供汽閥門(mén)的開(kāi)度，迫使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速回落。這樣，閥門(mén)的開(kāi)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)

18、地抵制負(fù)載變化對(duì)離心調(diào)速器就能自動(dòng)地抵制負(fù)載變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(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。保持在某個(gè)期望值附近。指出系統(tǒng)中的被控對(duì)象指出系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。 紅河學(xué)院自動(dòng)化系解：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(mén)，控制蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速，從

19、而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。門(mén)，控制蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 紅河學(xué)院自動(dòng)化系1-6 攝像機(jī)角位置自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)如圖攝像機(jī)角位置自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)如圖1-20所示。當(dāng)光點(diǎn)顯所示。當(dāng)光點(diǎn)顯示器對(duì)準(zhǔn)某個(gè)方向時(shí)，攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)跟蹤并對(duì)準(zhǔn)這個(gè)方向示器對(duì)準(zhǔn)某個(gè)方向時(shí)，攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)跟蹤并對(duì)準(zhǔn)這個(gè)方向。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量及給定。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量及給定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。紅河學(xué)院自動(dòng)化系e = 0u=02112 = -e解：解： 控制系統(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。控制系統(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

20、向角與光點(diǎn)顯示器指示的方向一致時(shí)，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)， ，自整角機(jī)輸，自整角機(jī)輸出出 ，交流放大器輸出電壓，交流放大器輸出電壓 ，電動(dòng)機(jī)靜止，攝像機(jī)保持原來(lái)的協(xié)，電動(dòng)機(jī)靜止，攝像機(jī)保持原來(lái)的協(xié)調(diào)方向。當(dāng)光點(diǎn)顯示器轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，調(diào)方向。當(dāng)光點(diǎn)顯示器轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度， 時(shí)，自整角機(jī)輸出與失諧時(shí)，自整角機(jī)輸出與失諧 角角 成比例的電壓信號(hào)（其大小、極性反映了失諧角的幅值和成比例的電壓信號(hào)（其大小、極性反映了失諧角的幅值和方向），經(jīng)電位器后變成方向），經(jīng)電位器后變成 ，經(jīng)放大器放大后驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并，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(guò)減速器帶動(dòng)攝像機(jī)跟蹤光點(diǎn)顯示器的指向

21、，使偏差減小，直到攝像機(jī)通過(guò)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)顯示器指向重新達(dá)到一致時(shí)為止。測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)與光點(diǎn)顯示器指向重新達(dá)到一致時(shí)為止。測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行速度反饋，用以改善系統(tǒng)性能。行速度反饋，用以改善系統(tǒng)性能。21 2系統(tǒng)中，攝像機(jī)是被控對(duì)象，攝像機(jī)的方向角系統(tǒng)中，攝像機(jī)是被控對(duì)象，攝像機(jī)的方向角 是被控量，給定量是是被控量，給定量是光點(diǎn)顯示器指示的方向角光點(diǎn)顯示器指示的方向角 。1紅河學(xué)院自動(dòng)化系1-7圖圖1-21 (a)，(b)所示的系統(tǒng)均為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所示的系統(tǒng)均為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 假設(shè)空載時(shí)兩假設(shè)空載時(shí)兩系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端電壓

22、均為系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端電壓均為110V，試問(wèn)帶上負(fù)載后，圖，試問(wèn)帶上負(fù)載后，圖1-21(a)，(b)中中哪個(gè)能保持哪個(gè)能保持110V不變，哪個(gè)電壓會(huì)低于不變，哪個(gè)電壓會(huì)低于110V？為什么？為什么?圖圖1-21 電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖紅河學(xué)院自動(dòng)化系解解: : 帶上負(fù)載后，開(kāi)始由于負(fù)載的影響，圖帶上負(fù)載后，開(kāi)始由于負(fù)載的影響，圖1-21 (a)1-21 (a)與與(b)(b)系統(tǒng)的系統(tǒng)的端電壓都要下降，但圖端電壓都要下降，但圖(a)(a)中所示系統(tǒng)能恢復(fù)到中所示系統(tǒng)能恢復(fù)到110110伏而圖伏而圖(b)(b)系統(tǒng)系統(tǒng)卻不能。理由如下：卻不能。理由如下： 圖圖(a)(a)系統(tǒng)系統(tǒng)

23、, ,當(dāng)當(dāng) u u 低于給定電壓時(shí)，其偏差電壓經(jīng)放大器低于給定電壓時(shí)，其偏差電壓經(jīng)放大器 K K放放大后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)大后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)D D轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速器帶動(dòng)電刷，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速器帶動(dòng)電刷，使發(fā)電機(jī) F F 的激磁電的激磁電流流I If f 增大，發(fā)電機(jī)的輸出電壓會(huì)升高，從而使偏差電壓減小，直至增大，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，圖偏差電壓為零時(shí)，電機(jī)才停止轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，圖(a)(a)系統(tǒng)能保持系統(tǒng)能保持110110伏伏不變。不變。 圖圖(b)(b)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)，當(dāng) u u 低于給定電壓時(shí)，其偏差電壓經(jīng)放大器低于給定電壓時(shí)，其偏差電壓經(jīng)放大

24、器K K 后，直接使發(fā)電機(jī)激磁電流增大，提高發(fā)電機(jī)的端電壓，使發(fā)后，直接使發(fā)電機(jī)激磁電流增大，提高發(fā)電機(jī)的端電壓，使發(fā)電機(jī)電機(jī) G G 的端電壓回升，偏差電壓減小，但不可能等于零，因?yàn)楫?dāng)?shù)亩穗妷夯厣铍妷簻p小，但不可能等于零，因?yàn)楫?dāng)偏差電壓為偏差電壓為 0 0時(shí)，時(shí)，I If f=0=0，發(fā)電機(jī)就不能工作。即圖，發(fā)電機(jī)就不能工作。即圖(b)(b)所示系統(tǒng)的所示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓會(huì)低于穩(wěn)態(tài)電壓會(huì)低于110110伏。伏。紅河學(xué)院自動(dòng)化系1-8 圖圖1-22為水溫控制系統(tǒng)示意圖。冷水在熱交換器中由通入的蒸汽為水溫控制系統(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

25、流量計(jì)測(cè)量。試?yán)L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(shuō)明為了保持熱水溫度為期望值，系統(tǒng)是如何工作制系統(tǒng)方塊圖，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？系統(tǒng)的被控對(duì)象和控制裝置各是什么？的？系統(tǒng)的被控對(duì)象和控制裝置各是什么？紅河學(xué)院自動(dòng)化系解解: : 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，并在溫度工作原理：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，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(mén)開(kāi)大，若低于給定溫度，其偏差值使蒸汽閥門(mén)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

26、為零。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(mén)，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，保閥門(mén)，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水溫不發(fā)生大的波動(dòng)。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）在控制器中設(shè)定；冷水流量是干擾量。溫度）在控制器中設(shè)定；冷水流量

27、是干擾量。這是一個(gè)按干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)。這是一個(gè)按干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)。 紅河學(xué)院自動(dòng)化系1-9 1-9 許多機(jī)器，像車(chē)床、銑床和磨床，都配有跟隨器，許多機(jī)器，像車(chē)床、銑床和磨床，都配有跟隨器，用來(lái)復(fù)現(xiàn)模板的外形。圖用來(lái)復(fù)現(xiàn)模板的外形。圖1-231-23就是這樣一種跟隨系統(tǒng)的原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?yán)韴D。在此系統(tǒng)中，刀具能在原料上復(fù)制模板的外形。試說(shuō)明其工作原理，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。說(shuō)明其工作原理，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。紅河學(xué)院自動(dòng)化系解解: : 模板與原料同時(shí)固定在工作臺(tái)上。模板與原料同時(shí)固定在工作臺(tái)上。X X、Y Y軸直流伺服馬達(dá)接受控制器軸

28、直流伺服馬達(dá)接受控制器的指令，按輸入命令帶動(dòng)工作臺(tái)做的指令，按輸入命令帶動(dòng)工作臺(tái)做X X、Y Y方向運(yùn)動(dòng)。方向運(yùn)動(dòng)。模板隨工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)模板隨工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，觸針會(huì)在模板表面滑動(dòng)，跟隨刀具中的位移傳感器將觸針感應(yīng)到的反，觸針會(huì)在模板表面滑動(dòng)，跟隨刀具中的位移傳感器將觸針感應(yīng)到的反映模板表面形狀的位移信號(hào)送到跟隨控制器，控制器的輸出驅(qū)動(dòng)映模板表面形狀的位移信號(hào)送到跟隨控制器，控制器的輸出驅(qū)動(dòng)Z Z軸直流軸直流伺服馬達(dá)帶動(dòng)切削刀具連同刀具架跟隨觸針運(yùn)動(dòng)，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觸針位當(dāng)?shù)毒呶恢门c觸針位置一致時(shí)，兩者位置偏差為零，置一致時(shí)，兩者位置偏差為零，Z Z軸伺服馬

29、達(dá)停止。軸伺服馬達(dá)停止。系統(tǒng)中，刀具是被控系統(tǒng)中，刀具是被控對(duì)象，刀具位置是被控量，給定量是由模板確定的觸針位置。系統(tǒng)方框?qū)ο?，刀具位置是被控量，給定量是由模板確定的觸針位置。系統(tǒng)方框圖如圖解圖如圖解1-91-9所示。最終原料被切割加工成模板的形狀。所示。最終原料被切割加工成模板的形狀。紅河學(xué)院自動(dòng)化系1-10圖圖1-24 (a)，(b)所示均為調(diào)速系統(tǒng)。所示均為調(diào)速系統(tǒng)。 (1) 分別畫(huà)出圖分別畫(huà)出圖1-24 (a)、圖、圖(b)所示系統(tǒng)的方框圖。給出圖所示系統(tǒng)的方框圖。給出圖1-24 (a)所示系統(tǒng)正確的反饋連線(xiàn)方式。所示系統(tǒng)正確的反饋連線(xiàn)方式。 (2)指出在恒值輸入條件下，圖指出在恒值輸

30、入條件下，圖1-24 (a)、(b) 所示系統(tǒng)中哪個(gè)是有差所示系統(tǒng)中哪個(gè)是有差系統(tǒng)，哪個(gè)是無(wú)差系統(tǒng)，說(shuō)明其道理。系統(tǒng)，哪個(gè)是無(wú)差系統(tǒng)，說(shuō)明其道理。圖圖1-24 調(diào)速系統(tǒng)工作原理圖調(diào)速系統(tǒng)工作原理圖紅河學(xué)院自動(dòng)化系解解 (1)系統(tǒng)方框圖如圖解系統(tǒng)方框圖如圖解1-10所示。所示。圖圖1-24 (a)正確的反饋連接方式如圖正確的反饋連接方式如圖1-24 (a)中虛線(xiàn)所示。中虛線(xiàn)所示。(2) 圖圖1-24 (a)的系統(tǒng)是有差系統(tǒng)，圖的系統(tǒng)是有差系統(tǒng)，圖1-24 (b)的系統(tǒng)是無(wú)差系統(tǒng)。的系統(tǒng)是無(wú)差系統(tǒng)。 圖圖1-24 (a)中，當(dāng)給定恒值電壓信號(hào)，系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)給定恒值電壓信號(hào)，系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到穩(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，