自动控制原理课后答案第一章

1、1-3 题题1-3图为某热处理炉温图为某热处理炉温度控制系统的原理图。试根度控制系统的原理图。试根据反馈控制原理确定给定信据反馈控制原理确定给定信号号ug与反馈信号与反馈信号uf的联接极性，的联接极性，指出系统的受控对象、被控指出系统的受控对象、被控量、测量元件以及扰动信号，量、测量元件以及扰动信号，并绘出系统的方框图。并绘出系统的方框图。 解：解：热处理炉的温度给定值热处理炉的温度给定值Ti一经整定好后，系统的任务就一经整定好后，系统的任务就是在各种扰动的作用下，控制是在各种扰动的作用下，控制炉温使其实际值炉温使其实际值To等于或趋近于给定值等于或趋近于给定值Ti 。因此系统的受控对象。因此

2、系统的受控对象为热处理炉，被控量为炉温为热处理炉，被控量为炉温To 。而影响炉温恒定的因素有：煤气。而影响炉温恒定的因素有：煤气压力的波动，环境温度的变化，打开炉门放入或取出工件以及放压力的波动，环境温度的变化，打开炉门放入或取出工件以及放入炉内工件的数量和材质等，这些因素都是系统的扰动量。在扰入炉内工件的数量和材质等，这些因素都是系统的扰动量。在扰动的作用下，通过调整进入炉内的混合煤气的流量来调节炉温，动的作用下，通过调整进入炉内的混合煤气的流量来调节炉温，而混合煤气是由煤气和空气按一定比例混合而成的，故煤气的流而混合煤气是由煤气和空气按一定比例混合而成的，故煤气的流量量Q 为系统的控制量。

3、为系统的控制量。 给定电位计为系统的给定装置，其将调整好的炉温给定值给定电位计为系统的给定装置，其将调整好的炉温给定值Ti 转换为给定电压转换为给定电压ug。而热电偶为系统的测量元件，它检测炉温的。而热电偶为系统的测量元件，它检测炉温的实际值实际值To并将其转换为电势，经放大后即得反馈信号并将其转换为电势，经放大后即得反馈信号uf。根据反。根据反馈控制原理该反馈必须为负的，故反馈电压应与给定电压反向串馈控制原理该反馈必须为负的，故反馈电压应与给定电压反向串接。接。 偏差电压偏差电压(u = ug - uf )的极性和大小反映了炉温实际值的极性和大小反映了炉温实际值To偏偏离给定值离给定值Ti的

4、方向和程度。的方向和程度。u经放大后驱动电动机从而改变阀经放大后驱动电动机从而改变阀门的开度，调节煤气的流量使炉温的实际值与给定值趋于一致，门的开度，调节煤气的流量使炉温的实际值与给定值趋于一致，故电动机故电动机-传动装置传动装置-阀门为系统的执行机构。阀门为系统的执行机构。To给定给定装置装置Ti放大器放大器放大器放大器电动机，传动电动机，传动装置和阀门装置和阀门热处理炉热处理炉热电偶热电偶uguf(-)uua转速转速ur ucd (- -)放大器放大器电动机电动机测速发电机测速发电机解：解：(1) 负反馈连接方式为：负反馈连接方式为：ad， bc；1-2 根据题根据题1-2图所示的电动图所

5、示的电动机速度控制系统工作原理图，机速度控制系统工作原理图，完成：完成：(1) 将将a，b与与c，d用线连接成用线连接成负反馈状态；负反馈状态；(2) 画出系统方框图。画出系统方框图。 (2) 系统方框图如下图所示。系统方框图如下图所示。1-4 题题1-4图为谷物湿度控制系统示意图。图为谷物湿度控制系统示意图。在谷物磨粉的生产过程中，有一个出粉在谷物磨粉的生产过程中，有一个出粉最多的湿度，因此磨粉之前要给谷物加最多的湿度，因此磨粉之前要给谷物加水以得到给定的湿度。图中，谷物用传水以得到给定的湿度。图中，谷物用传送装置按一定流量通过加水点，加水量送装置按一定流量通过加水点，加水量由自动阀门控制。

6、加水过程中，谷物流由自动阀门控制。加水过程中，谷物流量、加水前谷物湿度以及水压都是对谷量、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顺馈控精度，系统中采用了谷物湿度的顺馈控制，试画出系统方块图。制，试画出系统方块图。被控对象：传送装置；被控对象：传送装置；被控量：输出谷物湿度；被控量：输出谷物湿度；给定量：谷物希望的浓度。给定量：谷物希望的浓度。输出谷物浓度输出谷物浓度输入谷物浓度输入谷物浓度调节器调节器阀门阀门传送装置传送装置湿度测量装置湿度测量装置湿度测量装置湿度测量装置给定湿度给定湿度- - -解：解：1

7、-6 题题1-6图为具有微图为具有微分负反馈的位置随动分负反馈的位置随动系统，试说明其工作系统，试说明其工作原理并绘制系统的方原理并绘制系统的方快图。快图。解：解：在控制工程中，为在控制工程中，为了改善系统的性能往往引入局部负反馈，此图就是其中一例。图了改善系统的性能往往引入局部负反馈，此图就是其中一例。图中测速发电机是用来检测电动机的转速，其电势与电动机的转速中测速发电机是用来检测电动机的转速，其电势与电动机的转速成比例。将它引回至输入端，与桥式测量电路输出的偏差信号反成比例。将它引回至输入端，与桥式测量电路输出的偏差信号反向联接从而构成速度负反馈。由于电动机的角速度是其角位移的向联接从而构

8、成速度负反馈。由于电动机的角速度是其角位移的微分微分(w=d/dt)，而系统的被控量，而系统的被控量(输出角位移输出角位移)0是与电动机的角是与电动机的角位移成比例的，故速度负反馈又可叫做被控量的微分负反馈，相位移成比例的，故速度负反馈又可叫做被控量的微分负反馈，相应的系统又称为具有微分负反馈的位置随动系统。应的系统又称为具有微分负反馈的位置随动系统。例例1 如图所示为一液面的自动控如图所示为一液面的自动控制系统，试画出其系统方框图并制系统，试画出其系统方框图并说明其工作原理。说明其工作原理。解：解：工作原理：对于液面进行自动工作原理：对于液面进行自动控制时，液面的希望高度由自动控控制时，液面

9、的希望高度由自动控制器刻度盘上的指针标定。当出水制器刻度盘上的指针标定。当出水与进水的平衡被破坏时，水箱水位与进水的平衡被破坏时，水箱水位下降下降( (或上升或上升) )，出现偏差。这偏差由浮子标测出来，自动控制器，出现偏差。这偏差由浮子标测出来，自动控制器在偏差的作用下，控制阀门使其开大在偏差的作用下，控制阀门使其开大( (或关小或关小) )，对偏差进行修正，对偏差进行修正，从而保持液面高度不变。从而保持液面高度不变。被控对象被控对象控制装置控制装置水箱水箱控制器控制器希望希望液位液位扰动扰动阀门阀门- -实际实际液位液位浮子浮子例例2 如图所示为图如图所示为图1-20为水温控为水温控制系统

10、示意图。冷水在热交换器制系统示意图。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。试绘制系统方框用流量计测量。试绘制系统方框图，并说明为了保持热水温度为图，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统的被控对象和控制装置各是什么？么？解：解：工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的进行控制，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不