《自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用》第1章 習(xí)題及參考答案

第一章習(xí)題解析試著列舉幾個(gè)生活中常見的開環(huán)控制和閉環(huán)控制的例子，并簡述它們的工作原理。解：開環(huán)控制：1、電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：被控對(duì)象是電風(fēng)扇，被控量是電風(fēng)扇的擋位，通過調(diào)節(jié)擋位旋鈕來調(diào)節(jié)電風(fēng)扇的擋位。2、開燈或者關(guān)燈：被控對(duì)象是燈光控制回路，被控量是燈的狀態(tài)，當(dāng)按下燈光開關(guān)時(shí)，回路閉合，燈亮；當(dāng)打開燈光開關(guān)時(shí)，回路斷開，燈滅。3、自動(dòng)門：被控對(duì)象是自動(dòng)門，被控量是門的狀態(tài)。當(dāng)人接近自動(dòng)門時(shí)，自動(dòng)門打開。閉環(huán)控制:1、電冰箱溫度控制系統(tǒng)：被控對(duì)象是電冰箱，被控量是電冰箱的實(shí)際溫度，當(dāng)冰箱的實(shí)際溫度被檢測到偏離設(shè)定的溫度時(shí)，控制器會(huì)控制制冷裝置，從而調(diào)節(jié)電冰箱內(nèi)的溫度，使其接近給定溫度。2、水箱的水位控制系統(tǒng)：被控對(duì)象是水箱，被控量是水箱水位，當(dāng)檢測裝置檢測到水箱的水位和給定水位存在偏差時(shí)，控制器會(huì)控制閥門來控制水箱的進(jìn)水量，從而調(diào)節(jié)水箱的實(shí)際水位，使其接近給定水位。自動(dòng)控制系統(tǒng)由哪些環(huán)節(jié)所組成，它們?cè)诳刂浦袚?dān)負(fù)著什么樣的功能？解：自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)被控對(duì)象和具體用途的不同，有多種不同的結(jié)構(gòu)形式，但是從工作原理上看，自動(dòng)控制系統(tǒng)通常是由一些能夠完成不同職能元器件組成?？刂茖?duì)象：又稱被控對(duì)象或者受控對(duì)象，通常指生產(chǎn)過程中需要對(duì)它的某個(gè)特定量進(jìn)行控制的設(shè)備或者過程。比較元件：用來比較輸入信號(hào)和反饋信號(hào)，并且產(chǎn)生反應(yīng)兩者偏差的偏差信號(hào)。放大元件：將信號(hào)進(jìn)行放大，推動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象。執(zhí)行機(jī)構(gòu)：直接推動(dòng)被控對(duì)象，使其被控量按照期望變化。檢測裝置：檢測被控量的物理量，如果是非電信號(hào)，需要轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。檢測裝置的精度和特性直接影響控制的性能。校正裝置：也稱為補(bǔ)償元件，它是結(jié)構(gòu)或者參數(shù)便于調(diào)整的元部件，用串聯(lián)或者反饋的方式連接在系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)的性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理是什么？解：閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱為反饋控制系統(tǒng)。它通過比較系統(tǒng)的輸出與期望之間的偏差，并且消除偏差來獲得預(yù)期的性能。只要被控量偏離給定值，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)糾偏。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，既存在由輸入到輸出的信號(hào)前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號(hào)反饋通路，二者形成一個(gè)閉合的回路。試著簡述開環(huán)控制和閉環(huán)控制的優(yōu)缺點(diǎn)。解：開環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)便宜；缺點(diǎn)：精度通常比較低，沒有抑制外部干擾及內(nèi)部干擾的能力。閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：精度高，對(duì)外部擾動(dòng)和系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，系統(tǒng)性能性能分析和設(shè)計(jì)麻煩。對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是什么，試分析增大和減小放大元件增益對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)性能的影響。解：基本要求：穩(wěn)定性，快速性和準(zhǔn)確性。影響：增大了系統(tǒng)的無阻尼振蕩頻率，減小了系統(tǒng)的阻尼比，降低了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。誤差系數(shù)有所增大，減小了穩(wěn)態(tài)誤差，因而提高了系統(tǒng)的精度。分析人從書架上取書的過程，討論是開環(huán)控制還是閉環(huán)控制，并畫出系統(tǒng)框圖。解：該系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如下：分析可調(diào)光臺(tái)燈系統(tǒng)是開環(huán)控制還是閉環(huán)控制，并畫出系統(tǒng)框圖。解：該系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如下：電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)如圖1-16所示，分析系統(tǒng)過程，將abcd連接成負(fù)反饋狀態(tài)并畫出系統(tǒng)框圖。

圖1-16電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)解：負(fù)反饋連接方式為：a-d，b-c；系統(tǒng)框圖：圖1-17是自動(dòng)液位控制系統(tǒng)，在任何情況下希望水箱中液體高度保持H0不變，請(qǐng)指出該系統(tǒng)中的控制對(duì)象、控制器、執(zhí)行器、測量元件、被控量和干擾量，并畫出系統(tǒng)方框圖。圖1-17自動(dòng)液位控制系統(tǒng)解：被控對(duì)象：水箱；控制器：杠桿；執(zhí)行器：閥門；測量元件：浮球；被控量：液位；干擾量：流出液體。系統(tǒng)框圖：圖1-18為角位置隨動(dòng)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)功能是控制工作機(jī)械角位值，使其跟隨手柄轉(zhuǎn)角，分析該系統(tǒng)的工作原理并畫出系統(tǒng)框圖。圖1-18角位置隨動(dòng)控制系統(tǒng)解：工作原理：閉環(huán)控制系統(tǒng)。只要工作機(jī)械角與手柄轉(zhuǎn)角一致，兩環(huán)形電位器組成的橋式電路處于平衡狀態(tài)，無電壓輸出。此時(shí)表示跟蹤無偏差，電動(dòng)機(jī)不