胡寿松_第一章_绪论_参考解答

1、第一章自动控制的一般概念（P.16J9） _参考解答11图I-18S液位门动控制系统原理示意图。在任意情况卜，希望液而c维持不变, 试说明系统工作原理并画出系统方块图。解：当电位器电刷位屮 点位置时，电动机不动，控制 阀门有一定的开度，使水箱中 流入水磺与流出水彊相等，从 而液而保持在希塑高度cJL。 一 II流入水灵或流出水鼠发生 变化，水箱液面高度便相应变 化。例如，当液面升高时.浮 了位置亦相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位登卜降，从而给电动机提供-淀的 控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的流駅减少。此时，水箱液面 卜降,浮子位置相应卜降,直到电位器电刷回到中

2、点位置,系统車新处F平衡状态,液面恢 复给定高度。反乙 若水箱液位下降,则系统会自动增人阀门开度,加人流入水量,使液位 升到给定高度6液位自动控制系统原理方框图如图卜所示。题1图 液位fl动控制系统原理方框图12图1.9是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工 作原理并画出系统方框图。图119仓库大门自动开团控制系统解：（1）系统方块图如匸开门位世,. 门的实际位世 一a|电桥电路 円 放大器|->|电动机 绞盘|->|大门 一_> 关门位芒題2仓库大门自动控制系统廉理方框图（2）系统工作原理如下:当合上开门开关时,电桥会测量出开门位置与大门实际位置间

3、对 应的偏差电压，偏差电压经放人后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将人门向上捉起。与此 同时，和人门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测灵电路达到平衡，电动机停止转动， 人门达到开启位置。反Z，当合匕关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从向可以实现 人门远距离武装开闭自动控制。1-3.图1.20 （a）和（b）均为自动调压系统。设空我时，图（a）与图（b）发电机端 电斥均为HOVo试问，带上负栽后，图（a）与图（b）中哪个系统能保持110V电压不变？ 哪个系统的电压会稍低J* 110V?为什么？自动压系统图-21水温控制糸统示意图解：帯上负载后，由J负载的影响，图（a）和图（b）中的发电机端电

4、压开始时都耍卜. 降，但图（a）所示系统的电压能恢复到110V,而图（b）的系统不能。这是因为：对图（a）所示系统，肖输出电压u低给定电压时，直偏差电压经放人器K,使电机 SM转动，经减速器带动电刷减小发电机G的激磁冋路电阻，便发电机的激俺电流増人， 提高发电机的端电压，从而使偏差电压减小，直至偏差电压为冬时，电机才停止转动，因此, 图（a）系统的电压能保持110V不变。对图（b）所示系统，当输出电压u低给定电压时，其偏差电圧经放大器K,貢接使 发电机的激磁电流ir增大,提高发电机的端电压,便发电机G的端电压回升,使偏差电压 减小。但偏差电压不可能为寒，因为，若偏差电压为零时,ir=0,发电机

5、不能正常工作。因 此，偏差电压不为零是图（b）系统正常工作的前提条件。也即图（b）系统的输出电压会低 于 1I0V.14.图121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。冷水流磺 变化用流量计测量。试绘制系 统方块图，并说明为了保持热 水温度为期甲值，系统是如何 工作的？系统的被控对象和 控制装宣各是什么？解：系统方块图如下。温度的冷水流题4图 水温fl动控制系统療理方框图（2）系统含有冷水流札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（方块图的上丫部分）：当流量计检测到冷水流量偏离了平衡工作点时，即通 过前馈通道将变化啟传送到控

6、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氐如冷水彊增人，则前馈控制器将发出加人蒸汽灵的控制信号；反Z 亦然。反馈系统：温度检测负贲被控尿热水温度值的检测，一口温度发生变化（即实际测届值 与给定值之间产生了偏差），则通过反馈控制器调榕蒸汽帚，直到给定值与测届值的偏差趋 于零。（3）系统的彼控对彖是热交换器，被控变R是热水温度；控制装置是蒸汽调巧阀。15.图122是电炉温度控制系统原理示意图。试分析系统保持电炉温度懺定的丁作过 程。指出系统的被控对象、被控最以及各部件的作用，最后给出系统的方框图。JO厂/ / / /彳/厂/ffl 1-22电炉詛度理图解：电加热炉

7、的热源为电阻丝，其产生的热量与调压器电压平方成正比，电压增高, 炉温就上升.调压器电压由其滑动傩点位置所控制,滑臂则由伺服电动机驱动。炉子的实际 温度用热电偶测起，输出电斥作为反馈电斥与给定电用进行比较，得出的偏差电斥经电斥放 人器、功率放人器放人后，驱动电动机调节调压器的电压。正常情况下,炉温等于期望值T,热电偶的输出电压等丁给定电压。此时偏差为零，电 动机不动，调压器的滑动触点停留在某个介适的位置上，这时，炉温散失的热届正好等从 加热器获取的热盲，形成稳定的热平衡状态，温度保持怛定。当炉温由某种原因窠然卜降（例如炉门打开造成热磺流失）时，热电偶的输出电压F 降，与给定电斥比较后出现止偏差，

8、经电斥放人器、功率放人器放人后，驱动电动机使调床 器的电压升高,炉温回升，直至温度值等于期望值T为止,当炉温由丁扰动高于期壑值温 度T时，调节的过程正好相反，最终达到稳定时，系统温度可以保持在要求的温度值上。系统中，加热炉是系统的被控対象，炉温是被控鼠，给定杲是给定电位器设定的电压（表 征炉温的期里值）。给定电位计是给定元件，电压放人器、功率放人器共同完成放人元件的 功能，电动机、减速器和调压器组成执行机构，热电偶是测缸尤件。（2）系统方块图如下。題5电加热炉门动控制系统脈理方框图16.图123是自整角机随动系统原理示意图。系统的功能是使接收自整角机TR的转 子角位移久与发送自整角机TX的转子

9、角位移色始终呆持一致。试说明系统是如何作的， 并指出被控对彖、彼控殳以及控制装置各部件的作用并価出系统方块图。解：（1）当负戯（与接收口整角机TR的转子固联）的角位置8。与发送机TX的转子的 输入角位置0 致时，系统处相对平静状态，门整角机输出电压（即偏差电压）为0,电 动机不动，系统保持在平衡状态。当6改变时，乩与®失谐，自整角接收机输出与失谐角成 比例的偏差电斥，该偏差电床经整流放人器、功率放人器放人后驰动电动机转动，带动减速 器改变负我的角位置乞，使Z跟随&变化，EL到与色一致，系统达到新的平衡状态时为止。 系统中采用测速发电机TG作为校正尤件，构成内环反馈，用改善系统

10、动态特性。该系统为随动系统。被控对象是负我：被控最为负载角位置：给定杲是发送自整角机 TX的转子的角位移口整角机完成测彊、比较尤件的功能，整流放人器、功率放人器共 同完成放人元件的功能，电动机SM和减速器组成执行机构，测速发电机TG是校正元件。（2）系统方块图如下。題6门整角机随动控制系统方框图1-7.在按扰动控制的开环控制系统中，为什么说-种补偿装置只能补偿-种与Z相应 的扰动因素？对J图1.6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？参见胡寿松教材P6.，图1.6解：（1） 一种补偿装置只能对它所能测最或感应到的扰动因素进行补偿。

11、（2）图1.6所示系统是按电机电枢电流进行补偿的速度控制系统，当电枢回路嘲 不变而电机激磁电爪减小时，转速也会减小，但此时反馈电阻上的电流i不变，所以图中补 偿装置不能补偿由于激磁电压变化所造成的影响。1 &图124为谷物湿度控制系统示意图。在谷物磨粉的生产过程屮，仃一个出粉垠多 的湿度，因此，磨粉Z前耍给谷物加水以得到给定的湿度。图屮，谷物用传送装宜按淀流 最通过加水点，加水帚由自动阀门控 制。加水过程中，谷物流彊、加水前谷 物湿度以及水压都是对谷物湿度控制 的扰动作用。为了提高控制精度，系统 中采用了谷物湿度的前馈控制，试倆出 系统方块图。题8图 谷物湿度控制系统方块图解：系统屮，

12、代送装胃是被控对彖; 输出谷物湿度是被控届：希望的谷物湿 度是给定最。这是一个按十扰补偿的复 会控制系统。其系统方块图如图所示。1-9图1-25为数字计算机机床刀几进给系统。要求将工件的加工编制成程序预告存入 数字计算机，加丁时，步进电动机按照计算机给出的信息动作，完成加丁任务。试说明该系 统的工作原理。刀卜1图1-25机床刀N进给系统工件解：系统为开环程序控制系统被控对象为刀人，被控啟为刀人位曽，给定最是程序设定的 刀几位置。计算机按编制的程序调石输出脉冲频率，通过脉冲分配与功率放人装置控制步进 电机的转动，从而带动刀具按预定的轨迹进刀，完成加工任务。1-10.卜列各式是描述系统的数学方程，c为输出吊j r（t）为输入吊“试判断哪些是线 性定常或时变系统，哪些是非线性系统？c(0 = 5+r+譽;学+ 3学+6響+ 8)5)； dt3 dr dtc de(、(、rdr(J) /- +