控制工程课件.ppt

控制工程基础

习题课;1.如图1所示为液位自动控制系统。希望液

位高度hgd维持恒定。试说明系统的工

作原理，并画出系统的方块图。;解：图1为一个自动检测水箱液面高度的装置。

具体分析如下：

因为图1所示的装置为检测液面的高度，可分析出Q2为

扰动装置（扰动信号）。

1.在不考虑Q2存在的情况下，如图1所示。若水箱内的液

面高度hsjhgd,浮球向下运动，带动杠杆右侧向下转动，导

致杠杆左侧向上运动，拉开控制阀，增加控制阀的开度，随

着hsj(液面的实际高度)的不断增高，浮球逐步向上运动，带

动杠杆控制控制阀的开度，即控制Q1的大小，直至hsj=hgd

时，浮球保持静止，通过杠杆关闭控制阀；

若hsjhgd,不存在这种情况。;此时，在没有Q2存在下的方框图：;2.当考虑Q2时，Q2为扰动装置，减少水箱中液面的高度，即干扰hsj,此时的工作原理与上述相同，当出现水箱的液面高度hsj=hgd时，装置达到平衡状态。;方块图1-1所示：;2.如图2所示为两级RC滤波电路，试求其传递函数。;解：设电容C1两端的电压为uc1(t)。

依据基尔霍夫定律，则系统的方程组如下：;在零初始条件下，对上述四式进行拉氏变换，可得：;所求传递函数为：;3.设具有弹簧、质量、阻尼器的机械位移系统如图3所示，F（t）为外作用力，为输入，y(t)为质量块m的位移，为输出。求其传递函数;解由牛顿第二定律得：;将上述微分方程在零初始条件下取拉氏变换得：;4.系统结构图如图4所示，采用结构图化简法求系统的传递函数。;解:如上图所示：G1、G2和G4组成局部反馈环节，

G2、G3和G5组成并联环节，可将方框图化简为：;由以上的分析，G2G4作为G1的反馈环节，

G2G3与G5并联，这样方框图可进一步化简为：;5.系统结构图如图5所示，采用结构图化简法求系统的传递函数。;解：由图5可知,为了简化方框图，可将H2的相加

点前移，将H2的分支点后移，则可得：;由上图可知，1/G1、H2和1/G3串联，作为整

个系统的反馈环节；H1作为G1的反馈环节；H3作

为G3的反馈环节。;系统可进一步化简为：;此时，再求系统的传递函数就比较容易了!对上

图的反馈环节求传递函数可得???;思考题：如图6所示是汽车悬挂系统中一个轮子的示意图。输入为x1,输出为x3。车体的质量是M1，车轮及轮轴质量为M2，它们由悬挂弹簧K1和减振器B相连接，K2为轮胎的弹性系数，写出微分方程并求出传递函数，以描述车体对路面不平所产生的响应。;解：根据图6画出汽车悬

挂系统的机械运动原理

图，如图6所示。;依题意有

设x1x2x3,则弹簧K1、K2均处于压缩状态，

下面分别对M1、M2受力分析如下：;M2受力分析如下：;由牛顿第二定律得：;将上述微分方程在零初始条件下取拉氏变换得：;消除中间变量X2(s),可得传递函数：