浙江大学 自动控制原理 习题 1-1.pdf

注 1 每周上交作业时间为每周一 请同学们准备 2 本作业本 封面上信息 学号 班级 姓名 2 每次作业都会登记 包括交作业是否按时 完成质量以 10 分制记录 如果迟交作业 全部正确的满分为 7 分 如果发现有抄袭现象 一律均作零分处理 如果有特殊情况 请及时与老师或助教联系 第一周的作业分成两部分 第一部分第一部分 不用做在作业本上 1 阅读教材第四版或第五版 电子版已经上 第一章 2 试着用自己的语言解释教材第一章中的一个例子 或者是翻译其中的一小节 如 1 4 1 3 3 List the advantages and disadvantages of a closed loop system 4 判断题 A A closed loop control system is usually more accurate than an open loop system T B Feedback is sometimes used to improve the sensitivity of a control system F C If an open loop system is unstable then applying feedback may be improve its stability T 5 图 1 1 是液位自动控制系统原理示意图 在任意情况下 希望液面 c 维持不变 试说明系统工作原理并画出系统方块图 解 当电位器电刷位于中点位置时 电动机不动 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 水箱液面高度便相应变化 例如 当液面升高时 浮子位置 亦相应升高 通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下降 从而给电动机提供一 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 使液位升到给定高度 c 液位自动控制系统原理方框图如图下所示 第二部分第二部分 Chapter 1 Introduction to control system 1 图 1 2 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 温度为期望值 系统是如 何工作的 系统的被控 对象和控制装置各是什 么 解 1 系统方块图如下 2 系统含有冷水流量 温度的前馈控制系统与温度热水温度 蒸汽的反馈控 制系统 前馈系统 方块图的上半部分 当流量计检测到冷水流量偏离了平衡工作 点时 即通过前馈通道将变化量传送到控制器 控制器及时地给出蒸汽调整信号 以弥补因为冷水流量变化而引起的温度变化量 如冷水量增大 则前馈控制器将 实际液位 给定液位 题 1 图 液位自动控制系统原理方框图 电位器 电动机阀门水箱阀门 杠杆浮子 实际热水温度 给定热水温度 题 2 图 水温自动控制系统原理方框图 温度控制器 蒸汽调节阀热交换器 温度检测 流量检测 温度反馈控制 温度的冷水流 量前馈控制 冷水 发出加大蒸汽量的控制信号 反之亦然 反馈系统 温度检测负责被控量热水温度值的检测 一旦温度发生变化 即 实际测量值与给定值之间产生了偏差 则通过反馈控制器调整蒸汽量 直到给 定值与测量值的偏差趋于零 3 系统的被控对象是热交换器 被控变量是热水温度 控制装置是蒸汽调 节阀 2 图 1 3 是水槽液位系统的两种不同控制方案 1 分别画出两个控制系统的方块图 2 分别指出两个控制系统的被控对象 被控变量和控制 操纵 变量 3 结合这两个系统的方块图 说明方块图中的信号流与工艺流程中的物料流量是不相 同的 H QQ 0 0 QQ i in n LC LT 方案二 图 1 3 水槽的液位控制 LT 进水 Q Qi in n 期望液位 H 图 1 3 a 方案一 水槽 液位传感器 液位控制器 出水阀门 LC 出水 Q Q0 0u ut t 解 1 系统方块图如图示 2 3 两个方案的被控对象均为水槽 被控变量均为液位 不同之处在于 方案一的控制 操纵 变量是水的出口流量 但从控制系统的信号关系来说 它 是影响液位变化的因素 由于信号线是指向水槽对象 所以在此方案中 物料流 的指向不同于信号流的方向 方案二的控制 操纵 变量是水的入口流量 从控 制系统的信号关系来说 入口流量是影响液位变化的因素 物料流的指向与信号 流的方向相同 分析该系统影响液位变化的因素 可知是入口流量与出口流量 如果要考虑 干扰的作用的话 则将其中一方选择为控制变量后 另一个只能作为干扰变量 如图中红色箭头所示 实际液位h 给定液位 h1 方案一图 液位自动控制系统原理方框图 液位控制器 LC水 槽调节阀 液位测量 LT 实际液位 h 出口流量 Q0 入口流量 Qin 作为干扰量 实际液位 h 给定液位 h1 方案二图 液位自动控制系统原理方框图 液位控制器 LC水 槽调节阀 液位测量 LT 实际液位 h 入口流量 Qin 出口流量 Q0 作为干扰量 3 For the following systems derive transfer function C s R s 1 解 514 2 0 51 4 R sC sC s sss 32 40 6880 C s R ssss 2 解 xs G s R sHs C sC s 2 24322 1 3 43 1 3 4 1 2 712 32 xxx xsxhxh G sKssKssC s R sG s HssssK KsssssK Kss s 4 R s C s 5 0 51s 4 1 s 2 3 2 s sK H h s 4 1 2 ss sK G x x 附加题 4 For the following system Derive transfer function C s E s B s E s C s R s E s R s B s R s 解 321 C s G sG s G s E s 21321 B s Hs H s G sG s G s E s 321 213