第一章自动控制原理绪论例题.ppt

自控原理例题（第一章） 1-1 图1-8是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度c维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。 当电位器电刷位于中点位置时，电动机保持不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等，从而液面保持在希望高度c上。 一旦流入水量或流出水量发生变化，水箱的液面高度便相应发生变化。例如，当液面升高时，浮子位置就相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给发电机提供一定的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的流量减少。 此时，水箱液面下降，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度。反之，若水箱液位下降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入水量，使液位回到给定高度c。 液位自动控制系统的原理方框图如图1-9所示。 1-2 图1-10是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明自动控制大门开闭的工作原理并画出系统方块图。 解题过程 当合上开门开关时，电位器桥式测量电路产生一个偏差电压信号。此偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，使大门向上提起。与此同时，与大门连在一起的电位器电刷上移，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，开门开关自动断开。反之，当合上关门开关时，伺服电动机反向转动，带动绞盘转动使大门关闭，从而实现了远距离自动控制大门开关的要求。 1-3 图1-12(a)和(b)均为自动调压系统。设空载时， 图(a)与图(b)的发电机端电压均为110V。试问带上 负载后，图(a)与图(b)中哪个系统能保持110V 电压 不变?那个系统的电压会稍低于110V?为什么? 解题过程带上负载以后，(a)(b)两个系统的端电压均会下降。但是图(a)中的系统由于自身调压作用能够恢复到110V，而图(b)中的系统不能够恢复到110V，其端电压将会稍低于110V。 对于图(a)中的自动调压系统，当发电机两端电压低于给定电压时，其偏差电压经放大器放大使执行电机SM转动，经减速器带动电刷，使发电机的激磁电流增大，提高电动机G的端电压，从而使偏差电压减小，直到偏差电压为零，执行电机停止转动。因此，图(a)中的自动调压系统能保持端电压110V不变。 对于图(b)中的自动调压系统，当发电机两端电压低于给定电压时，其偏差电压直接经放大器使发电杭的激磁电流增大，提高发电机的端电压，即发电机G的端电压回升，此时偏差电压减小，但偏差电压始终不能为零。因为当偏差电压为零时，激磁电流也为零，发电机不能工作。因此，图(a)中的自动调压系统端电压会低于110V。 1-4 图1-13为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度期望值，系统是如何工作的?系统的被控对象和控制装置各是什么? 系统是复合控制系统，它的控制方式是把按偏差控制与按扰动补偿的顺馈控制结合起来。 采用温度负反馈，由温度控制器对热水温度进行自动控制。若热水温度过高，控制器使阀门关小，蒸汽量减小，热水温度回到给定值。冷水流量是主要扰动量，用流量计测量扰动信号，将其送到控制器输入端，进行扰动顺馈补偿。当冷水流量减少时，补偿量减小，通过温度控制器使阀门关小，蒸汽量减少，以保持热水温度恒定。 系统的被控对象是热交换器，被控量是热水温度。控制装置是温度控制器。 1-5 图1-15是电炉控制系统原理示意图。试分析系统保持电路温度恒定的工作过程，指出系统的被控对象、被控量以及各部件的作用，最后画出系统方块图。 解题过程电炉使用电阻丝加热的，并要求保持炉温稳定。图中采用热电偶来测量炉温并将其转换为电压信号，将此电压信号反馈到输入端与给定电压比较，测量得到的电压信号与给定电压信号反极性连接，实现负反馈。二者的差值称为偏差电压，它经电压放大和功率放大后驱动直流电动机。电动机经减速器带动调压变压器的可动触头，改变电阻丝的供电电压，从而调节炉温。 当炉温偏低时，测量电压u小与给定电压u0，二者比较得偏差电压△u=u0- u ，△ u 为正时，电动机“正”转，使调节器的可动触头上移，电阻丝的供电电压增加，电流加大，炉温上升，直至炉温升至给定值为止。 u =u0，△u =0，电动机停止转动，炉温保持恒定。 当炉温偏高时，△u为负，经放大后使电动机“反”转，调节器的可动触头下移，使供电电压减小，直至炉温等于给定值为止。 系统的被控对象是电炉，被控量是电炉炉温；电动机、减速器、调压器是执行机构，热电偶是检测元件。 电炉温度控制系统的方块图如图1-16所示。 1-7 在按扰动控制的开