自動控制的一般概念習題實用教案

1、會計學1自動控制自動控制(z dn kn zh)的一般概念習的一般概念習題題第一頁，共42頁。爐溫爐溫(l wn)控制系統(tǒng)方框圖控制系統(tǒng)方框圖爐溫爐溫(l wn)控制系統(tǒng)方框圖控制系統(tǒng)方框圖第1頁/共42頁第二頁，共42頁。 元部件元部件 方框（塊）圖方框（塊）圖 信號（物理量）及傳遞信號（物理量）及傳遞(chund)方向方向 中的符號中的符號 比較點比較點 引出點引出點 表示負反饋表示負反饋1.2 方框圖中各符號方框圖中各符號(fho)的意義的意義第2頁/共42頁第三頁，共42頁。例例 2 函數(shù)函數(shù)(hnsh)記錄儀記錄儀第3頁/共42頁第四頁，共42頁。函數(shù)函數(shù)(hnsh)記錄儀方框圖記錄

2、儀方框圖第4頁/共42頁第五頁，共42頁。1.3 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的組成的組成 (1)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)(kn zh x tn)被控被控(bi kn)(bi kn)對象對象控制裝置控制裝置測量元件測量元件 比較元件比較元件 放大元放大元件件 執(zhí)行機執(zhí)行機構(gòu)構(gòu) 校正裝校正裝置置 給定元給定元件件第5頁/共42頁第六頁，共42頁?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的組成的組成 (2) 第6頁/共42頁第七頁，共42頁。1. 穩(wěn)：（基本要求）穩(wěn)：（基本要求） 要求系統(tǒng)要穩(wěn)定要求系統(tǒng)要穩(wěn)定 2. 準：（穩(wěn)態(tài)要求）準：（穩(wěn)態(tài)要求） 系統(tǒng)響應達到穩(wěn)態(tài)時，

3、系統(tǒng)響應達到穩(wěn)態(tài)時， 輸出跟蹤精度要高輸出跟蹤精度要高 3. 快：（動態(tài)要求）快：（動態(tài)要求） 系統(tǒng)階躍響應的過渡過程系統(tǒng)階躍響應的過渡過程(guchng) 要平穩(wěn)，要平穩(wěn)， 快速快速1.4 對控制系統(tǒng)的基本對控制系統(tǒng)的基本(jbn)要求要求第7頁/共42頁第八頁，共42頁。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,其動態(tài)過程其動態(tài)過程的振蕩的振蕩(zhndng)傾向和系統(tǒng)恢復平衡的傾向和系統(tǒng)恢復平衡的能力。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)過一段時間，其經(jīng)過一段時間，其被 控 量 達 到被 控 量 達 到 ( d do)某一穩(wěn)定狀態(tài)某一穩(wěn)定狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的

4、，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否則否則(fuz)為不穩(wěn)為不穩(wěn)定的。定的。r(t)t0c(t)r(t)c(t)不穩(wěn)定的系統(tǒng)是不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無法正常工作的。無法正常工作的。 擾動信號作用下擾動信號作用下 的不的不穩(wěn)定系統(tǒng)穩(wěn)定系統(tǒng):d(t)t0c(t)c(t)d(t) 一個能在生產(chǎn)一個能在生產(chǎn)實際中應用的系統(tǒng)實際中應用的系統(tǒng),不僅應具有穩(wěn)定性不僅應具有穩(wěn)定性,而且在動態(tài)過程中而且在動態(tài)過程中的震蕩也不能過于的震蕩也不能過于強烈強烈.第8頁/共42頁第九頁，共42頁。通過動態(tài)過程通過動態(tài)過程(guchng)時間長短表征時間長短表征快速性。快速性。快速性快速性r(t)t0c(t)r(t)c1(t)c2(t) 快速性

5、表明快速性表明(biomng)了系了系統(tǒng)輸出對輸入響統(tǒng)輸出對輸入響應的快慢程度應的快慢程度 過 渡 過 程過 渡 過 程(guchng)時時間越短，表明間越短，表明快速性越好?？焖傩栽胶?。反之亦然。反之亦然。t1t2第9頁/共42頁第十頁，共42頁。 由輸入給定值與輸出響應的終值由輸入給定值與輸出響應的終值之間的差值之間的差值ess大小大小(dxio)表征。表征。準確性準確性r(t)t0c(t)ess 它反映了系統(tǒng)它反映了系統(tǒng)(xtng)的穩(wěn)態(tài)的穩(wěn)態(tài)精度。若系統(tǒng)精度。若系統(tǒng)(xtng)最終的最終的誤差為零，則稱誤差為零，則稱為無差系統(tǒng)為無差系統(tǒng)(xtng)，否則，否則為有差系統(tǒng)為有差系統(tǒng)(xt

6、ng)。c(t)r(t)第10頁/共42頁第十一頁，共42頁。 穩(wěn)定性、快速性和準確性往往是穩(wěn)定性、快速性和準確性往往是互相制約的。在設計與調(diào)試的過程中互相制約的。在設計與調(diào)試的過程中,若 過 分 強 調(diào) 某 方 面 的 性 能若 過 分 強 調(diào) 某 方 面 的 性 能 , 則 可 能則 可 能(knng)會使其他方面的性能受到影會使其他方面的性能受到影響響. 怎樣根據(jù)工作任務的不同怎樣根據(jù)工作任務的不同,分析和設計自動分析和設計自動控制系統(tǒng)，使其對三方面的性能有所側(cè)重控制系統(tǒng)，使其對三方面的性能有所側(cè)重 ，并，并兼顧其它正是兼顧其它正是(zhn sh)自控原理課程要解決自控原理課程要解決的問

7、題。的問題。第11頁/共42頁第十二頁，共42頁。按給定信號的形式按給定信號的形式 恒值系統(tǒng)恒值系統(tǒng) / / 隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng) 按系統(tǒng)是否滿足疊加原理按系統(tǒng)是否滿足疊加原理(yunl) (yunl) 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng) / / 非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng) 按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化 定常系統(tǒng)定常系統(tǒng) / / 時變系統(tǒng)時變系統(tǒng) 按信號傳遞的形式按信號傳遞的形式 連續(xù)系統(tǒng)連續(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)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的分類的分類第12頁/共42頁第十三頁，共42

8、頁。 1. 1. 開環(huán)控制開環(huán)控制(kngzh) (kngzh) 2. 2. 閉環(huán)控制閉環(huán)控制(kngzh) (kngzh) 3. 3. 復合控制復合控制(kngzh)(kngzh)1.5 基本基本(jbn)控制方式控制方式在無人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機械、或生產(chǎn)過程（被控對象）的某一個在無人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機械、或生產(chǎn)過程（被控對象）的某一個(y )物理量（被控量）按預定的規(guī)律（給定量）運行。物理量（被控量）按預定的規(guī)律（給定量）運行。自動控制自動控制第13頁/共42頁第十四頁，共42頁。第14頁/共42頁第十五頁，共42頁。經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論 (

9、 19世紀初世紀初 ) 時域法時域法 復域法復域法 (根軌跡法根軌跡法) 頻域法頻域法 現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論 ( 20世紀世紀60年代年代 ) 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)(xtng) 自適應控制自適應控制 最優(yōu)控制最優(yōu)控制 魯棒控制魯棒控制 最佳估計最佳估計 容錯控制容錯控制 系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)辨識辨識 集散控制集散控制 大系統(tǒng)大系統(tǒng)(xtng)復雜系統(tǒng)復雜系統(tǒng)(xtng) 智能控制理論智能控制理論 ( 20世紀世紀70年代年代 ) 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)(xtng) 模糊控制模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡神經(jīng)網(wǎng)絡 遺傳算法遺傳算法自動控制理論自動控制理論(lln)發(fā)展簡史發(fā)展簡史第15頁/共42頁第十六頁，共42

10、頁。水溫調(diào)節(jié)水溫調(diào)節(jié)(tioji)系統(tǒng)系統(tǒng)水溫調(diào)節(jié)水溫調(diào)節(jié)(tioji)系統(tǒng)工作原理圖系統(tǒng)工作原理圖第16頁/共42頁第十七頁，共42頁。第17頁/共42頁第十八頁，共42頁。1-1 根據(jù)根據(jù)(gnj)題題1-15圖所示的電動機圖所示的電動機速度控制系統(tǒng)工作原理圖，完成：速度控制系統(tǒng)工作原理圖，完成： (1) 將將a，b與與c，d用線連接成負反饋狀態(tài)；用線連接成負反饋狀態(tài)；(2) 畫出系統(tǒng)方框圖。畫出系統(tǒng)方框圖。解解 （1）負反饋連接）負反饋連接(linji)方式為：方式為：，（2）系統(tǒng)）系統(tǒng)(xtng)方框圖如圖解方框圖如圖解1-1 所示。所示。1.6 習題分析習題分析第18頁/共42頁第十

11、九頁，共42頁。1-2 題題1-16圖是倉庫大門圖是倉庫大門(dmn)自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)原理示意圖。試說明系統(tǒng)自動控制大門原理示意圖。試說明系統(tǒng)自動控制大門(dmn)開、閉的工作原理，并畫出系統(tǒng)方框開、閉的工作原理，并畫出系統(tǒng)方框圖。圖。圖圖1-16 倉庫倉庫(cngk)大門自動開閉控制系統(tǒng)大門自動開閉控制系統(tǒng)第19頁/共42頁第二十頁，共42頁。解解 當合上開門開關(guān)當合上開門開關(guān)時，電橋會測量出開門位時，電橋會測量出開門位置與大門實際位置間對應置與大門實際位置間對應的偏差電壓，偏差電壓經(jīng)的偏差電壓，偏差電壓經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動伺服放大器放大后，驅(qū)動伺服電動機帶動絞盤轉(zhuǎn)動，將電動機帶動絞

12、盤轉(zhuǎn)動，將大門向上提起。與此同時大門向上提起。與此同時，和大門連在一起的電刷，和大門連在一起的電刷也向上移動，直到橋式測也向上移動，直到橋式測量電路達到平衡，電動機量電路達到平衡，電動機停止轉(zhuǎn)動，大門達到開啟停止轉(zhuǎn)動，大門達到開啟位置。反之，當合上關(guān)門位置。反之，當合上關(guān)門開關(guān)時，電動機帶動絞盤開關(guān)時，電動機帶動絞盤使大門關(guān)閉，從而可以使大門關(guān)閉，從而可以(ky)(ky)實現(xiàn)大門遠距離開實現(xiàn)大門遠距離開閉自動控制。系統(tǒng)方框圖閉自動控制。系統(tǒng)方框圖如圖解如圖解1-21-2所示。所示。第20頁/共42頁第二十一頁，共42頁。1-3 圖圖1-17為工業(yè)爐溫為工業(yè)爐溫(l wn)自動控制系統(tǒng)的工作自動

13、控制系統(tǒng)的工作原理圖。分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對象、被原理圖。分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對象、被控量和給定量，畫出系統(tǒng)方框圖?？亓亢徒o定量，畫出系統(tǒng)方框圖。 圖圖1-17 爐溫爐溫(l wn)自動控制系統(tǒng)原理圖自動控制系統(tǒng)原理圖正常時：正常時： 電機不轉(zhuǎn)動電機不轉(zhuǎn)動 0efaruuuu 第21頁/共42頁第二十二頁，共42頁。cucucu解解 : :加熱爐采用電加熱方式運行，加熱器所產(chǎn)生的熱量與調(diào)壓器電壓加熱爐采用電加熱方式運行，加熱器所產(chǎn)生的熱量與調(diào)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， 的高低由調(diào)壓器滑動觸點的位置所控制，該觸點由可逆轉(zhuǎn)的直流電動

14、機驅(qū)動。爐子的實際溫度用熱電偶測量，輸出電壓的高低由調(diào)壓器滑動觸點的位置所控制，該觸點由可逆轉(zhuǎn)的直流電動機驅(qū)動。爐子的實際溫度用熱電偶測量，輸出電壓 作為系統(tǒng)的反饋電壓與給定電壓作為系統(tǒng)的反饋電壓與給定電壓 進行比較，得出偏差電壓進行比較，得出偏差電壓 經(jīng)電壓放大器、功率放大器放大成經(jīng)電壓放大器、功率放大器放大成 后，作為控制電動機的電樞電壓。后，作為控制電動機的電樞電壓。 furueuau正常時：正常時： 電機不轉(zhuǎn)動電機不轉(zhuǎn)動 0efaruuuu feacT(c )uuuu T(c ) 被控被控(bi kn)對象對象被控被控(bi kn)量量第22頁/共42頁第二十三頁，共42頁。1-4圖圖

15、1-18是控制導彈發(fā)射架方位的電位器式隨動系統(tǒng)原理圖。圖中是控制導彈發(fā)射架方位的電位器式隨動系統(tǒng)原理圖。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量反饋元件。輸入軸由手輪操縱；輸出軸則由直流電動機經(jīng)減速電位器的兩端，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量反饋元件。輸入軸由手輪操縱；輸出軸則由直流電動機經(jīng)減速(jin s)后帶動，電動機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)的被控對象、被控量和給定量，畫出系統(tǒng)的方框圖。后帶動，電動機采用電樞控制的方式工作。試分析系統(tǒng)的工作原理，

16、指出系統(tǒng)的被控對象、被控量和給定量，畫出系統(tǒng)的方框圖。圖圖1-18 導彈導彈(dodn)發(fā)射架方位角控制系統(tǒng)原理圖發(fā)射架方位角控制系統(tǒng)原理圖第23頁/共42頁第二十四頁，共42頁。解：解： 當導彈發(fā)射架的方位角與輸入軸方位角一致時，系統(tǒng)處于相對靜止狀態(tài)。系統(tǒng)中，導彈發(fā)射架是被控對象，發(fā)射架方位角當導彈發(fā)射架的方位角與輸入軸方位角一致時，系統(tǒng)處于相對靜止狀態(tài)。系統(tǒng)中，導彈發(fā)射架是被控對象，發(fā)射架方位角 是被控量，通過手輪輸入的角度是被控量，通過手輪輸入的角度 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)動電機使導彈發(fā)驅(qū)動電機使導彈發(fā)射架轉(zhuǎn)動射架轉(zhuǎn)動 ，直至直至

17、 ，偏差電壓，偏差電壓 ，電動機停止轉(zhuǎn)動。這時，導彈發(fā)射架停留在相應的方位角上。只要，電動機停止轉(zhuǎn)動。這時，導彈發(fā)射架停留在相應的方位角上。只要 ，偏差就會產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，控制的結(jié)果是消除偏差，偏差就會產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，控制的結(jié)果是消除偏差 ，使輸出量，使輸出量 嚴格地跟隨輸入量嚴格地跟隨輸入量 的變化而變化。的變化而變化。 0 00ii;uu 0eu 0i e 0 i 第24頁/共42頁第二十五頁，共42頁。1-5 采用離心調(diào)速器的蒸汽機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如圖采用離心調(diào)速器的蒸汽機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如圖1-19所示。其工作原理是：當蒸汽機帶動負載轉(zhuǎn)動的同時，通過圓錐齒輪帶動一對飛錘作水平旋轉(zhuǎn)。飛錘通過鉸鏈可帶

18、動套筒上下滑動，套筒內(nèi)裝有平衡彈簧，套筒上下滑動時可撥動杠桿，杠桿另一端通過連桿調(diào)節(jié)供汽閥門的開度。在蒸汽機正常運行時，飛錘旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與彈簧的反彈力相平衡，套筒保持某個高度，使閥門處于一個平衡位置。如果由于負載增大使蒸汽機轉(zhuǎn)速所示。其工作原理是：當蒸汽機帶動負載轉(zhuǎn)動的同時，通過圓錐齒輪帶動一對飛錘作水平旋轉(zhuǎn)。飛錘通過鉸鏈可帶動套筒上下滑動，套筒內(nèi)裝有平衡彈簧，套筒上下滑動時可撥動杠桿，杠桿另一端通過連桿調(diào)節(jié)供汽閥門的開度。在蒸汽機正常運行時，飛錘旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與彈簧的反彈力相平衡，套筒保持某個高度，使閥門處于一個平衡位置。如果由于負載增大使蒸汽機轉(zhuǎn)速 下降，則飛錘因離心力減小而使套

19、筒向下滑動，并通過杠桿增大供汽閥門的開度，從而使蒸汽機的轉(zhuǎn)速回升。同理，如果由于負載減小使蒸汽機的轉(zhuǎn)速下降，則飛錘因離心力減小而使套筒向下滑動，并通過杠桿增大供汽閥門的開度，從而使蒸汽機的轉(zhuǎn)速回升。同理，如果由于負載減小使蒸汽機的轉(zhuǎn)速 增加，則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，迫使蒸汽機轉(zhuǎn)速回落。這樣，離心調(diào)速器就能自動地抵制負載變化對轉(zhuǎn)速的影響，使蒸汽機的轉(zhuǎn)速增加，則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，迫使蒸汽機轉(zhuǎn)速回落。這樣，離心調(diào)速器就能自動地抵制負載變化對轉(zhuǎn)速的影響，使蒸汽機的轉(zhuǎn)速 保持在某個期望值附近。指出系統(tǒng)中的被控對象保持在某個期

20、望值附近。指出系統(tǒng)中的被控對象(duxing)、被控量和給定量，畫出系統(tǒng)的方框圖。、被控量和給定量，畫出系統(tǒng)的方框圖。第25頁/共42頁第二十六頁，共42頁。解：解： 在本系統(tǒng)中，蒸汽機是被控對象，蒸汽機的轉(zhuǎn)速是被控量，給定量是設定的蒸汽機希望轉(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，控制蒸汽機的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，蒸汽機是被控對象，蒸汽機的轉(zhuǎn)速是被控量，給定量是設定的蒸汽機希望轉(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，控制蒸汽機的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 第26頁/共42頁第二十七頁，共42頁。1-6 攝像機

21、角位置自動跟蹤攝像機角位置自動跟蹤(gnzng)系統(tǒng)如圖系統(tǒng)如圖1-20所示。當光點顯示器對準某個方向時，攝像所示。當光點顯示器對準某個方向時，攝像機會自動跟蹤機會自動跟蹤(gnzng)并對準這個方向。試分并對準這個方向。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對象、被控量及給析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對象、被控量及給定量，畫出系統(tǒng)方框圖。定量，畫出系統(tǒng)方框圖。第27頁/共42頁第二十八頁，共42頁。e =0u=02112 = -e解：解： 控制系統(tǒng)的任務是使攝像機自動跟蹤光點顯示器指示的方向?？刂葡到y(tǒng)的任務是使攝像機自動跟蹤光點顯示器指示的方向。當攝像機方向角與光點顯示器指示的方向一致時，當攝像機方向

22、角與光點顯示器指示的方向一致時， ，自整角機，自整角機輸出輸出 ，交流放大器輸出電壓，交流放大器輸出電壓 ，電動機靜止，攝像機保持原來，電動機靜止，攝像機保持原來的協(xié)調(diào)方向。當光點顯示器轉(zhuǎn)過一個角度，的協(xié)調(diào)方向。當光點顯示器轉(zhuǎn)過一個角度， 時，自整角機輸出與失時，自整角機輸出與失諧諧 角角 成比例的電壓信號（其大小、極性反映了失諧角的成比例的電壓信號（其大小、極性反映了失諧角的幅值和方向），經(jīng)電位器后變成幅值和方向），經(jīng)電位器后變成 ，經(jīng)放大器放大后驅(qū)動伺服電動機旋，經(jīng)放大器放大后驅(qū)動伺服電動機旋轉(zhuǎn)，并通過減速器帶動攝像機跟蹤光點顯示器的指向，使偏差減小，直轉(zhuǎn)，并通過減速器帶動攝像機跟蹤光點顯

23、示器的指向，使偏差減小，直到攝像機與光點顯示器指向重新達到一致時為止。測速發(fā)電機測量電動到攝像機與光點顯示器指向重新達到一致時為止。測速發(fā)電機測量電動機轉(zhuǎn)速，進行速度反饋，用以改善系統(tǒng)性能。機轉(zhuǎn)速，進行速度反饋，用以改善系統(tǒng)性能。21 2系統(tǒng)中，攝像機是被控對象，攝像機的方向角系統(tǒng)中，攝像機是被控對象，攝像機的方向角 是被控量，給定量是被控量，給定量是光點顯示器指示的方向角是光點顯示器指示的方向角 。1第28頁/共42頁第二十九頁，共42頁。1-7圖圖1-21 (a)，(b)所示的系統(tǒng)均為電壓所示的系統(tǒng)均為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 假設空載時兩系統(tǒng)發(fā)電機端假設空載時兩系統(tǒng)發(fā)電機端電壓均為電壓均

24、為110V，試問帶上負載后，圖，試問帶上負載后，圖1-21(a)，(b)中哪個中哪個(n ge)能保持能保持110V不不變，哪個變，哪個(n ge)電壓會低于電壓會低于110V？為什？為什么么?圖圖1-21 電壓調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)(tioji)系統(tǒng)工作原理圖系統(tǒng)工作原理圖第29頁/共42頁第三十頁，共42頁。解解: : 帶上負載后，開始由于負載的影響，圖帶上負載后，開始由于負載的影響，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)能恢復到中所示系統(tǒng)能恢復到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

25、。理由如下： 圖圖(a)(a)系統(tǒng)系統(tǒng), ,當當 u u 低于給定電壓時，其偏差電壓經(jīng)放大器低于給定電壓時，其偏差電壓經(jīng)放大器 K K放放大后，驅(qū)動電機大后，驅(qū)動電機D D轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速器帶動電刷，使發(fā)電機轉(zhuǎn)動，經(jīng)減速器帶動電刷，使發(fā)電機 F F 的激磁電的激磁電流流If If 增大，發(fā)電機的輸出電壓會升高，從而使偏差電壓減小，直增大，發(fā)電機的輸出電壓會升高，從而使偏差電壓減小，直至偏差電壓為零時，電機才停止至偏差電壓為零時，電機才停止(tngzh)(tngzh)轉(zhuǎn)動。因此，圖轉(zhuǎn)動。因此，圖(a)(a)系統(tǒng)系統(tǒng)能保持能保持110110伏不變。伏不變。 圖圖(b)(b)系統(tǒng)，當系統(tǒng)，當 u u 低

26、于給定電壓時，其偏差電壓經(jīng)放大器低于給定電壓時，其偏差電壓經(jīng)放大器K K 后，直接使發(fā)電機激磁電流增大，提高發(fā)電機的端電壓，使發(fā)后，直接使發(fā)電機激磁電流增大，提高發(fā)電機的端電壓，使發(fā)電機電機 G G 的端電壓回升，偏差電壓減小，但不可能的端電壓回升，偏差電壓減小，但不可能(knng)(knng)等于等于零，因為當偏差電壓為零，因為當偏差電壓為 0 0時，時，If=0If=0，發(fā)電機就不能工作。即圖，發(fā)電機就不能工作。即圖(b)(b)所示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓會低于所示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓會低于110110伏。伏。第30頁/共42頁第三十一頁，共42頁。1-8 圖圖1-22為水溫控制系統(tǒng)示意圖。冷水在熱為水溫

27、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測量。溫度的熱水。冷水流量變化用流量計測量。試繪制系統(tǒng)方塊圖，并說明為了保持熱水溫試繪制系統(tǒng)方塊圖，并說明為了保持熱水溫度為期望值，系統(tǒng)是如何工作度為期望值，系統(tǒng)是如何工作(gngzu)的的？系統(tǒng)的被控對象和控制裝置各是什么？系統(tǒng)的被控對象和控制裝置各是什么？第31頁/共42頁第三十二頁，共42頁。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，并在溫度控制器中與工作原理：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，

28、若低于給定溫度，其偏差值使蒸汽閥門開大，進入給定溫度相比較，若低于給定溫度，其偏差值使蒸汽閥門開大，進入(jnr)(jnr)熱交換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，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發(fā)生大的波動。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發(fā)生大的波動。 其中，熱交換器是被控對象，

29、實際熱水溫度為被控量，給定量（希望溫度）在控其中，熱交換器是被控對象，實際熱水溫度為被控量，給定量（希望溫度）在控制器中設定；冷水流量是干擾量。制器中設定；冷水流量是干擾量。這是一個這是一個(y )(y )按干擾補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)。按干擾補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)。 第32頁/共42頁第三十三頁，共42頁。1-9 1-9 許多許多(xdu)(xdu)機器，像車床、銑床和磨床機器，像車床、銑床和磨床，都配有跟隨器，用來復現(xiàn)模板的外形。圖，都配有跟隨器，用來復現(xiàn)模板的外形。圖1-231-23就是這樣一種跟隨系統(tǒng)的原理圖。在此就是這樣一種跟隨系統(tǒng)的原理圖。在此系統(tǒng)中，刀具能在原料上復制模板的外形。系統(tǒng)中，刀

30、具能在原料上復制模板的外形。試說明其工作原理，畫出系統(tǒng)方框圖。試說明其工作原理，畫出系統(tǒng)方框圖。第33頁/共42頁第三十四頁，共42頁。解解: : 模板與原料同時固定在工作臺上。模板與原料同時固定在工作臺上。X X、Y Y軸直流伺服馬達接受控制器的指令，按輸入軸直流伺服馬達接受控制器的指令，按輸入命令帶動工作臺做命令帶動工作臺做X X、Y Y方向運動。模板隨工作臺移動時，觸針會在模板表面滑動，跟隨方向運動。模板隨工作臺移動時，觸針會在模板表面滑動，跟隨刀具中的位移傳感器將觸針感應到的反映模板表面形狀的位移信號送到跟隨控制器，控刀具中的位移傳感器將觸針感應到的反映模板表面形狀的位移信號送到跟隨控

31、制器，控制器的輸出制器的輸出(shch)(shch)驅(qū)動驅(qū)動Z Z軸直流伺服馬達帶動切削刀具連同刀具架跟隨觸針運動，當?shù)遁S直流伺服馬達帶動切削刀具連同刀具架跟隨觸針運動，當?shù)毒呶恢门c觸針位置一致時，兩者位置偏差為零，具位置與觸針位置一致時，兩者位置偏差為零，Z Z軸伺服馬達停止。系統(tǒng)中，刀具是被控軸伺服馬達停止。系統(tǒng)中，刀具是被控對象，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)方框圖如圖解對象，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)方框圖如圖解1-91-9所示所示。最終原料被切割加工成模板的形狀。最終原料被切割加工成模板的形狀。第34頁/共42頁第三十五頁，共42頁。1

32、-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) 分別畫出圖分別畫出圖1-24 (a)、圖、圖(b)所示系統(tǒng)所示系統(tǒng)的方框圖。給出圖的方框圖。給出圖1-24 (a)所示系統(tǒng)正確的所示系統(tǒng)正確的反饋連線反饋連線(lin xin)方式。方式。 (2)指出在恒值輸入條件下，圖指出在恒值輸入條件下，圖1-24 (a)、(b) 所示系統(tǒng)中哪個是有差系統(tǒng)，哪個是所示系統(tǒng)中哪個是有差系統(tǒng)，哪個是無差系統(tǒng)，說明其道理。無差系統(tǒng)，說明其道理。圖圖1-24 調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)(xtng)工作原理圖工作原理圖第35頁/共42頁第三十六頁，共42頁。解解 (1)系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)方框圖如圖解方框圖如圖解1-10所示。所示。圖圖1-24 (a)正確的反饋連接正確的反饋連接(linji)方式如圖方式如圖1-24 (a)中虛線所示。中虛線所示。(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)是無差系統(tǒng)。的系統(tǒng)是無差系統(tǒng)。 圖圖1-24 (a)中，當給定恒值電壓信號，系統(tǒng)運行達到穩(wěn)態(tài)時，電動機