第一章自动控制原理绪论例题.ppt

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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 在按扰动控制的开环控制系统中,为什么说一种补偿装置只能补偿一种与之相应的扰动因素?对于图1-19中的按扰动控制的速度控制系统,当电动机的激磁电压变化时,转速如何变化?该补偿装置能否补偿这个转速的变化?,解题过程按扰动控制的开环控制系统,是利用可测量的扰动量,产生一种补偿作用,以减小或抵消扰动对输出量的影响。显然,这种控制方式是直接从扰动取得信息,并以此改变被控量,所以它只适用于扰动是可测量的场合,而且一个补偿装置只能补偿一种扰动因素,对其余扰动均不起补偿作用。 如图1-19中按电枢电流进行控制的速度控制系统,当电动机的激磁电压增大时,电动机的转速上升;当电动机的激磁电压减小时,电动机的转速下降。 这种补偿装置不能补偿由激磁电压变化引起的转速变化。,1-9 图1-22为数字计算机控制的机床刀具进给系统。要求将工件的加工过程编制成程序与先存入数字计算机,加工时,步进电动机按照计算机给出的信息动作,完成加工任务。试说明该系统的工作原理。,数字计算机控制的机床刀具进给系统是开环控制系统,被控对象是刀具,被控量是刀具位置,给定量是程序设定的刀具位置。该系统的工作原理是先由数字计算机将预先编好的加工过程控制程序转换为控制X、Y、Z三个方向运动的电脉冲信号,然后经过脉冲分解与功率放大,将放大后的信号输入到步进电动机,有步进电动机来控制刀具与工件的相对运动位置,保证刀尖的运动轨迹符合工件的轮廓形状,这样就可加工出所要求的零件。,画出图示电加热系统的结构图,并说明结构特点及受控对象,被控量、给定量、内扰、外扰都指的是哪些设备和物理量。,结构图:结构特点为开环,它不具备抗干扰能力。,被控量:电阻炉温度;受控对象:电阻炉;给定量:电阻炉的温度希望值;外扰:炉门开关频度变化;内扰:电源电压波动。,画出图示电加热系统的结构图,简述结构特点和调节过程,并说明受控对象,被控量、给定量、偏差、内扰、外扰都指的是哪些设备和物理量。,结构图:结构特点为闭环,具备抗干扰能力。,被控量:电阻炉温度;受控对象:电阻炉;给定量:电阻炉的温度希望值;外扰:炉门开关频度变化;内扰:电源电压波动。,Classify the following system as either open-loop or closed-loop and explain you answer briefly: (a) on-off lamp; (b) flush toilet; (c) shower water temperature system; (d) washer; (e) electric iron; (f) sound-light lamp; (g) electric refrigerator; (h) electric fan. open loop: closed-loop:,判别下列动态方程所描述的系统的性质:线性或非线性,定常或时变,动态或静态。,解: 时变非线性动态系统; 线性定常动态系统; 时变线性动态系统; 时变非线性静态系统; 线性定常动态系统; 非线性定常静态系统; 非线性定常静态系统。,

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