机械控制工程基础培训课件

控制工程基础主讲教师：王晓云参考教材[1]

杨叔子、杨克冲.《机械工程控制基础》（第五版）.武汉：华中科技大学出版社，2005年7月[2]熊良才、杨克冲.《机械工程控制基础学习辅导与题解》.武汉：华中科技大学出版社，2002年4月[3]朱骥北.《机械控制工程基础》(第15版）.北京：机械工业出版社，2005年[4]董景新、赵长德.《控制工程基础》(第3版）.北京：清华大学出版社，2009年6月[5]刘叔军、樊京.《MATLAB控制系统应用与实例》.北京：清华大学出版社，2008年5月授课方式与考核方式授课方式以电子工业出版社、玄兆燕编写的《机械工程控制基础》为指导，利用多媒体课件为主、板书为辅进行理论教学；利用MATLAB/Simulink软件开展实验教学。考核方式平时作业5次，占总评成绩的20%；实验2次，占总评成绩的10%；期末闭卷考试，占总评成绩的70%。

出勤率低于1/3取消期末考试资格。课程性质控制论经典控制理论现代控制理论本课程的主要内容“机械控制工程基础”是控制论(Cybernetics)与机械工程技术理论之间的边缘学科，侧重介绍机械工程的控制原理，同时密切结合工程实际，是一门技术基础课程。

机械制造技术发展的一个明显而重要的趋势——越来越广泛而深入地引入了控制理论。

数控机床、工业机器人、机床动态分析与测试、电气液压伺服系统是科学方法论之一，强调用系统的、反馈的、控制的方法来分析研究工程实际问题。课程任务与学习要求课程任务通过课程教学，使学生掌握经典控制理论的基本原理和思想方法，初步培养进行系统分析与校正的能力，结合后续专业课程的学习，为将来在机械电子工程中解决一些实际问题打下一定的基础。学习要求需要大家具备一定的数学、力学、电学方面的基础知识，还要有一定的机械工程方面的专业知识。需要大家认真对待每次的课后练习环节。主要教学内容机械控制工程基础基础知识工程应用分析方法基本概念控制系统结构体系控制系统数学模型时域分析频域分析系统稳定性判据系统性能指标系统校正绪论

（2学时）拉普拉斯变换（2学时）系统的数学模型（8+2学时）系统的时间响应分析（8+2学时）系统的频率特性分析（8+2学时）系统的稳定性（4学时）复习（2学时）课程章节第一章绪论1.1机械工程控制论的研究对象与任务

1.2系统及其模型

1.3反馈

1.4系统的分类及对控制系统的基本要求

本章教学大纲1.了解机械工程控制论的基本概念、研究对象与任务；2.掌握系统、模型、反馈、偏差等基本概念；3.掌握反馈控制系统工作原理的分析；4.掌握控制系统的组成、分类及基本性能要求。教学重点：反馈的基本概念、控制系统工作原理分析、控制系统的分类第一章绪论本章教学大纲第一章绪论1.1机械工程控制论的研究对象与任务一、控制论概述控制论是关于控制原理与控制方法的学科，它研究事物变化和发展的一般规律。“控制论”的两个核心是信息论和反馈控制。首先创立控制论学科的是美国的数学家、信息理论家(NorbertWiener)诺伯特·维纳，他于1948年发表了“控制论”。1.1机械工程控制论的研究对象与任务第一章绪绪论控制论经济学社会学生物学工程技术经济控制论社会控制论生物控制论工程控制论机械工程机械工程控制论控制论与其其它学科结结合，形成成众多的分分支学科。。控制论的中中心思想——通过信息的的传递、加加工处理并并利用反馈馈来进行控控制。1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论1954年我国科学学家钱学森森出版专著著《工程控制论论》(英文版)，首先把控控制论推广广到工程技技术领域。。机械工程控控制论研究机械工程技技术中广义义系统的动动力学问题题研究的对象：系统（广广义系统））研究的任务：动力学问问题研究的领域：机械工程程领域二、机械工工程控制论论的研究对对象1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论系统——按一定规律律联系在一一起的元素素的集合系统的要素素元素元素之间的的联系系统与外界界的交互作作用外界对系统统的作用系统对外界界的作用输入(激励)干扰(扰动)输出(响应)系统的框图图1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论机械工程中中的广义系统:元件、部件件、仪器、、设备;加工过程、、操作设备备、测量;车间、部门门、工厂、、企业、企业集团、、全球制造造行业等如:机器系统生命系统社会经济系系统生产系统思维、学习习、工作广义系统——具备系统要要素的一切切事物或对对象1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论系统非控制系统统控制系统人工控制系系统自动控制系系统非控制系统统——仅具有由人人工开、关关两种状态态的系统如：搅拌机机（视频链接）教室里的照照明系统控制系统——系统的可变变输出，能能按照要求求由参考输输入或控制制输入进行行调节的系系统1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论如:空调加热电阻丝~220V调压器人工控制的恒温箱

温度计自动控制系系统教室中的风风扇人工控制系系统1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论加热电阻丝~220V调压器热电偶给定信号比较电压放大器功率放大器执行电动机减速器u2u1u恒温箱自动控制系统1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论根据自己的的生活和学学习经验，，列举控制制系统的例例子问题：1）普通全自自动洗衣机机2）全自动照照相机的闪闪光系统、、调焦系统统3）饮水机，，微波炉4）抽水马桶桶水箱的液液面自动调调节器液面控制1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论生物、医学学、环境、、经济管理理等其它机器人、导导弹制导、、核动力等等高新领域域宇航：火箭箭、飞船、、卫星道路交通：：信号灯控控制、车牌牌自动识别别日常：冰箱箱、洗衣机机、空调农业：恒温温大棚、农农业自动化化机械应用范围工业：数控控机床、轧轧钢机、恒恒温箱等1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论蒸汽机离心心调速器工业：1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论数控机床进进给系统模模拟图1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务在农业机械械领域的应应用第一章绪绪论1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务在日常生活活中的应用用第一章绪绪论1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务道路交通的的应用——车牌自动识识别第一章绪绪论1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论人形机器人人1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务勇气号火星星探测器（（美国，2004）第一章绪绪论1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论自动火炮、、导弹制导导等高新领领域的应用用1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论在雷达领域域的应用1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务海洋探测机机器人1990年日本海洋洋科技中心心研制的的“海沟号号”缆控式式无人潜水水器（左））及其在大大海中工作作时的情况况（右）第一章绪绪论1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论瑞典博福斯斯公司研制制的“双鹰鹰”水下扫扫雷机器人人1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务第一章绪绪论恒温恒湿试试验箱又名名环境试验验箱，实验验各种材料料的耐热、、耐寒、耐耐干、耐湿湿性能。适适合电子、、电器、食食品、车辆辆、金属、、化学、建建材等实验验1.1机械工程控控制论的研研究对象与与任务三、机械工工程控制论论的研究任任务第一章绪绪论动力学问题题——机械工程技技术中的广广义系统在在一定的外界条件作作用下，从一定定的初始状状态出发，，经历由其其内部的固有特性所决定的整整个动态历历程；研究这一过过程中，系系统及其输输入、输出出三者之间间的动态关关系。即输入或激激励，包括括外加控制制与外界干干扰即由系统的的结构与参参数所决定定的特性下面，我们们通过一个个简单的例例子，让大大家更深刻刻的理解“机械工工程控控制论论的研研究任任务”这一问问题。。1.1机械工工程控控制论论的研研究对对象与与任务务第一章章绪绪论同一系统，不同的的输入例1-1弹簧-质量-阻尼单单自由由度系系统系统（（a）系系统（（b）m-c-k单自由由度系系统1.1机械工工程控控制论论的研研究对对象与与任务务第一章章绪绪论（a）（b）整理得得：（a）解：（b）解：动力学学方程程：y(t)即微分分方程程的解解，它它是由由系统的的初始始条件件、系统的的固有有特性性、系统的的输入入及系统与与输入入之间间的关关系所决定定。系统的的固有有特性性:mp+cp+k2系统与与外界界之间间的关关系:1，cp+k系统对对输入入的响响应（（系统统的输输出））：y(t)系统的的输入入或激激励:f(t)，x(t)代表了了系统统在一一定外外界条条件下下的动动态历历程令p=d/dt（微分分算子子）系统(a)(mp+cp+k)y(t)=f(t)系统(b)(mp+cp+k)y(t)=(cp+k)x(t)221.1机械工工程控控制论论的研研究对对象与与任务务第一章章绪绪论问题：：系统的的输入入与系系统的的固有有特性性如何何影响响y(t)？三者之之间表表现为为何种种关系系？2.系统确确定并并已知知时，，对系系统施施加何何种输输入，，能使系系统实实现预预期的的响应应（即即y(t)）？3.对于确确定的的输入入，系系统应应具有有什么么特性性，才能使使系统统实现现预期期的响响应？？求输出出求输入入求系统统(结构参参数)基本的的动力力学问问题1.1机械工工程控控制论论的研研究对对象与与任务务第一章章绪绪论研究任任务:系统分分析问问题最优控控制问问题最优设设计问问题滤波与与预测测问题题系统辨辨识问问题已知系系统和和输入入，求求系统统的响响应(或输出出)，并通通过响响应来来研究究系统统本身身的问问题已知系系统和和系统统的理理想输输出，，设计计输入入已知输输入和和理想想输出出时，，设计计系统统输出已已知，，确定定系统统，以以识别别输入入或输输入中中的的的有关关信息息已知系系统的的输入入与输输出，，求系系统的的结构构与参参数，，即建建立系系统的的数学学模型型1.1机械工工程控控制论论的研研究对对象与与任务务第一章章绪绪论1.2系统及及其模模型一、系系统系统具具有如如下特特性：：系统的的性能能不仅仅与系系统的的元素素有关关，而而且还还与系系统的的结构构有关关；系统的的内容容比组组成系系统的的各元元素的的内容容要丰丰富很很多;系统往往往具具有表表现在在时间间域、、频率率域或或空间间域等等领域域内的的动态态特性性。1.2系统及及其模模型1.2系统及及其模模型第一章章绪绪论二、机机械系系统定义——以实现现一定定的机机械运运动，，承受受一定定的机机械载载荷为为目的的，由由机械械元件件组成成的系系统。。如：切削削加加工工过过程程工件件操作作者者当研研究究某某台台机机床床切削削加加工工过过程程中的的动动力力学学问问题题时时；；当研研究究此此台台机机床床加加工工的的工件件的某某些些质质量量指指标标时时；；当研研究究此此台台机机床床的的操作作者者在加加工工过过程程中中的的作作用用时时；；输入入———激励励（（外外界界对对系系统统的的作作用用，，如如载载荷荷等等））输出出———响应应（（系系统统对对外外界界的的作作用用，，如如变变形形、、位位移移））1.2系统统及及其其模模型型第一一章章绪绪论论激励励控制制输输入入———人为为地地、、有有意意识识地地加加上上去去；；扰动动———偶然然因因素素产产生生而而一一般般无无法法完完全全人人为为控制制的的（（干干扰扰））；；三、、数数学学模模型型模型型的的定定义义———研究究系系统统、、认认识识系系统统、、描描述述系系统统与与分分析析系系统统的的一一种种工工具具。。模型型的的种种类类———实物物模模型型、、物物理理模模型型和和数数学学模模型型等等。。1.2系统统及及其其模模型型第一一章章绪绪论论数学学模模型型———定量量地地描描述述系系统统的的动动态态性性能能，，揭揭示示系系统统的的结结构构、、参参数数与与动动态态性性能能之之间间关关系系的的数数学学表表达达式式。。数学学模模型型静态态模模型型动态态模模型型———反映映系系统统在在恒恒定定载载荷荷或或缓缓变变载载荷荷作作用用下下或或在在系系统统平平衡衡状状态态下下的的特特性性；；———用于于研研究究系系统统在在迅迅变变载载荷荷作作用用下下或或在在系系统统不不平平衡衡状状态态下下的的特特性性；；在一一定定条条件件下下，，动动态态模模型型可可以以转转换换为为静静态态模模型型。。代数数公公式式描描述述微分分方方程程或或差差分分方方程程来来描描述述动态态模模型型是是描描述述系系统统的的动动态态历历程程的的，，机机械械工工程程控控制制论论研研究究的的是是机机械械工工程程技技术术中中广广义义系系统统的的动动力力学学问问题题，，所所以以往往往往需需要要采采用用动动态态数数学学模模型型，，即即需需要要建建立立微微分分方方程程或或差差分分方方程程来来描描述述系系统统的的动动态态特特性性。。1.2系统统及及其其模模型型第一一章章绪绪论论1.3反馈一、反反馈的的定义义反馈是是机械械工程程控制制论中中一个个最基基本、、最重重要的的概念念系统的的输出出不断断直接接或经经过中中间变变换后后全部部或部部分地地返回回到输输入端端，并并与输输入共共同作作用于于系统统的过过程。。系统之之所以以有动动态历历程，，系统统及其其输入入、输输出之之间之之所以以有动动态关关系，，就是是由于于系统统本身身存在在着信信息的的反馈馈。二、反反馈的的种类类内反馈馈与外外反馈馈例1-2发动机机离心心调速速系统统例1-3质量-弹簧-阻尼单单自由由度系系统1.3反馈2.正反馈馈与负负反馈馈第一章章绪绪论例1-2发动机机离心心调速速系统统控制原原理：：如果负负载变变化使使ω增大，，离心机机构滑滑套上上移液压滑滑阀上上移，，动力力活塞塞下移移，油油门关关小，，ω减小直到滑滑阀回回复到到中位位，ω回到设设定值值通过离离心机机构检检测系系统的的实际际输出出值，，并与与设定定值进进行比比较，，反过过来作作用于于系统统，形形成反反馈，，进而而调节节系统统的输输出。。发动机机离心心调速速系统统结构构原理理简图图1.3反馈第一章章绪绪论例1-3质量-弹簧-阻尼单单自由由度系系统m-c-k单自由由度系系统结结构原原理图图动力学学方程程：或即m-c-k单自由由度系系统方方框图图信息交交互（（反馈馈）1.3反馈第一章章绪绪论在这两两个例例子，，反馈馈在本本质上上都是是信息的的传递递与交交互。但从从具体体形式式上看看，则则有所所不同同。对于发发动机机离心心调速速系统统来说说，离离心调调速器器是人为附附加的反馈馈控制制装置置，其其目的的在于于抵抗抗由于于负载载变化化这一一干扰扰引起起的输输出轴轴转速速的变变化。。这种种反馈馈称为为外反馈馈。而质量量－弹弹簧－－阻尼尼系统统中存存在的的反馈馈则为为内反馈馈。这种种反馈馈是系统内内部的信息息交互互，反反映了了系统统内部部各元元素之之间互互为因因果的的联系系关系系，反反映了了系统统的动动态特特性。。1.3反馈第一章章绪绪论(1)内反馈馈在系统统或过过程中中存在在的各各种自自然形形成的的反馈馈。是是系统统内部部各个个元素素之间间相互互耦合合的结结果，，是造造成机机械系系统存存在一一定动动态特特性的的根本本原因因。(2)外反馈馈在控制制系统统中，，为达达到某某种控控制目目的而而人为为加入入的反反馈。。生活小小实例例：生生病生病—看病—吃药、、打针针、手手术—恢复健健康生病—自身调调节恢恢复健健康外反馈馈内反馈馈1.3反馈第一章章绪绪论2.负反馈馈与正正反馈馈(1)负反馈馈输出偏离设定值值时，反反馈作作用使使输出出偏离离程度度减小小，并并力图图达到到设定定值。。被控量量目标值值如：发发动机机离心心调速速系统统液面自自动调调节器器数控机机床进进给伺伺服系系统动物捕捕食火炮自自动瞄瞄准学习和和工作作中的的负反反馈测偏与与纠偏偏1.3反馈第一章章绪绪论(2)正反馈馈输出偏偏离设设定值值时，，反馈馈作用用使输输出偏偏离程程度加加剧。。如：疾疾病病自激振振荡器器机器疲疲劳破破坏火药爆爆炸、、热核核反应应学习和和工作作中的的正反反馈1.3反馈第一章章绪绪论三、反反馈控控制系系统及及其组组成在工程程技术术领域域中，，越来来越多多地采采用了了自动动控制制系统统。在在这种种系统统中，，往往往有着着“反馈控控制”。1.定义一般在在自动动控制制系统统中，，偏差差是基基于反反馈建建立起起来的的。。自动动控制制的过过程就就是“测偏与与纠偏偏”的过程程，这这一原原理又又称为为反馈控控制原原理。利用用此原原理组组成的的系统统称为为反馈控控制系系统。它具具备测测量、、比较较和执执行三三个基基本功功能。。反馈控控制是是实现现自动动控制制的最最基本本的方方法。。没有反反馈就就无法法测量量偏差差，就就无法法根据据偏差差自动动控制制系统统纠正正偏差差1.3反馈第一章章绪绪论例：发发动机机离心心调速速系统统发动机机离心心调速速系统统结构构原理理简图图被控对对象：：发动机机被控量量：转速ω被控量量的目目标值值设定定：预紧弹弹簧设设定控制信信息传传递与与反馈馈：转速ω离心机机构(检测或或感知知）偏差杠杆液压比比例控控制器器油门1.3反馈第一章章绪绪论表示系系统结结构与与工作作原理理的物物理框框图：：离心调调速系系统控控制方方框图图比较控制器器检测被控对对象执行运算放放大控制部部分被控部部分1.3反馈第一章章绪绪论2.反馈控控制系系统的的组成成典型的的反馈馈控制制系统统包括括给定定环节节、测测量环环节、、比较较环节节、放放大运运算环环节、、执行行环节节、被被控对对象等等。每个组组成部部分的的含义义见教教材P:6尽管不不同的的反馈馈控制制系统统是由由许多多起着着不同同作用用的环环节组组成，，但都都可以以看成成是由由控制部分和被控部分组成。反馈控制系系统的组成成1.3反馈第一章绪绪论1.4系统的分类类及对控制制系统的基基本要求一、控制系系统的几种种分类1.按系统结构构（反馈情情况）开环控制系系统闭环控制系系统:系统没有反反馈回路系统的输出出对系统没没有控制作作用:系统有反馈馈回路系统的输出出对系统有有控制作用用1.4系统的分类类及对控制制系统的基基本要求第一章绪绪论如：步进电电机驱动的的数控机床床开环控制系系统、普通洗衣衣机、家用电烤烤箱、微波波炉步进电机驱驱动的数控控机床原理理图步进电机驱驱动的数控控机床开环环控制系统统方框图1.4系统的分类类及对控制制系统的基基本要求第一章绪绪论闭环控制系系统如：伺服电电机驱动的的数控机床床、离心调速速系统、恒温箱(冰箱、空调调)伺服电机驱驱动的数控控机床原理理图伺服驱动的的数控机床床闭环控制制系统方框框图1.4系统的分类类及对控制制系统的基基本要求按有无反馈馈无有开环系统闭环系统优点：构造造简单，成成本低。缺点：无抗抗干扰能力力，不能自自动纠偏，控控制精度较较低。优点：抗干干扰能力强强，稳态精度高，动动态精度好好。缺点：构造造复杂，设设计与制造造较困难，成成本较高。。第一章绪绪论1.4系统的分类类及对控制制系统的基基本要求第一章绪绪论2.按输出量的的变化规律律自动调节系系统（恒值值系统）：系统的输输出保持常常量随动系统（（伺服系统统）：系统的输输出相应于于输入按任意规律变变化程序控制系系统：系统的输输出按预定定程序变化化此类系统同同时也是闭闭环系统此类系统同同时也是闭闭环系统此类系统可可以是开环环系统，也也可以是闭闭环系统1.4系统的分类类及对控制制系统的基基本要求第一章绪绪论自动调节系系统如：前例中中的离心调调速系统；；恒温箱；液面自动调调节器。工业生产中温度、压力、流量、液面、速度等参数的控控制，均属属此类。1.4系统的分类类及对控制制系统的基基本要求第一章绪绪论随动系系统如：炮炮瞄雷雷达系系统；；导弹目目标自自动跟跟踪系系统；；仿形机机床；；全自动动照相相机的的调焦系系统、、闪光光系统统。1.4系统的的分类类及对对控制制系统统的基基本要要求第一章章绪绪论程序控控制系系统如：数数控机机床进进给系系统；；全自动动洗衣衣机；；微波炉炉。1.4系统的的分类类及对对控制制系统统的基基本要要求第一章章绪绪论3.按信号号类型型4.按系统统的性性质5.按参数数的变变化情情况6.按控制制量连续控控制系系统离散控控制系系统线性控控制系系统非线性性控制制系统统定常系系统时变系系统位移控控制系系统温度控控制系系统速度控控制系系统1.4系统的的分类类及对对控制制系统统的基基本要要求第一章章绪绪论二、对对控制制系统统的基基本要要求稳、快快、准准控制系系统的的性能能评价价指标标系统的的稳定定性：：系统的的快速速性：：系统的的准确确性：：指动态态过程程的振振荡倾倾向和和系统统能够够恢复复平衡衡状态态的能能力。。这是是系统统正常常工作作的首首要条条件。。在系统统稳定定的前前提下下，当当系统统的输输出量量与给给定的的输入入量之之间产产生偏偏差时时，消消除这这种偏偏差的的快速速程度度。调整过过程结结束后后，输输出量量与给给定的的输入入量之之间的的偏差差。1.4系统的的分类类及对对控制制系统统的基基本要要求以坐车车的感感受为为例简简单说说明不同性性质的的控制制系统统，对对稳定定性、、快速速性和和准确确性的的要求求各有有侧重重。在同一一个控控制系系统中中，稳稳定性性、快快速性性、准准确性性相互互制约约，应应根据据实际际需求求合理理选择择。如自动动调节节系统统对稳稳定性性要求求较高高。如随动动系统统对响响应快快速性性要求求较高高。如数控控机床床对定定位精精度要要求高高。注意：：1.4系统的的分类类及对对控制制系统统的基基本要要求第一章章绪绪论第一章章绪绪论本章小小结：：机械工工程控控制论论研究究的对对象与与任务务；系系统（（广义义系统统、机机械系系统））、动动力学学问题题、模模型（（静态态模型型、动动态模模型））；反反馈（（正、、负反反馈，，内、、外反反馈））；控控制系系统的的分类类，闭闭环控控制系系统的的组成成；对对控制制系统统的基基本要要求。。本章小小结例1.1设电热热水器器如下下图所所示。。为了了保持持希望望的温温度，，由温温控开开关接接通或或断开开电加加热器器的电电源。。在使使用热热水时时，水水箱中中流出出热水水并补补充冷冷水。。试说说明该该系统统工作作原理理并画画出系系统的的方框框图。。解：在在电热热水器器系统统中，，水箱箱内的的水温温需要要控制制，即即水箱箱为被被控对对象。。水的实实际温温度是是被控控制量量，或或称为为系统统的输输出量量，输输入量量为用用户希希望的的温度（（给定定值）），由由于放放出热热水并并注入入冷水水或水水箱散散热等等原因因而使使水箱箱内水水温下下降成成为该该系统统的主主要干干扰。。第一章章绪绪论补充习习题第一章章绪绪论补充习习题当To=Ti时，水箱箱的实实际水水温经经测温温元件件检测测，并并将实实际水水温转转化成成相应应的电电信号号，与与温控控开关关预先先设定定的信信号进进行比比较而而得到到的偏偏差为为零，，此时时电加加热器器不工工作，，水箱箱中的的水温温保持持在希希望的的温度度上。。当使用用热水水并注注入冷冷水时时，水水温下下降，，此时时To<Ti，则偏差差不为为零而而使温温控开开关工工作。。于是是电源源接通通，电电加热热器开开始对对水箱箱内的的水进进行加加热，，使水水温上上升，，直到到To=Ti时为止止。系系统控控制方方框图图如下下图所所示：：第一章章绪绪论补充习习题例1.2分析图图示液液位自自动控控制系系统工工作原原理并并绘制制系统统功能能框图图。节流阀节流阀H(t)放大器+E+E.电动机减速器第一章章绪绪论补充习习题解：1）电位位器滑滑动触触点位位于中中间位位置，，电动动机停停转，，阀门门保持持原有有开度度，水水箱中中流入入水量量与流流出水水量相相等，，液面面保持持在希希望的的高度度。2）若系系统收收到扰扰动使使液面面升高高，则则浮子子相应应升高高，通通过杠杠杆作作用使使电位位器滑滑动触触点下下移，，给电电动机机提供供一定定的控控制电电压，，驱动动电动动机通通过减减速器器减小小阀门门开度度，使使输入入流量量减小小，液液位下下降，，直到到电位位器滑滑动触触点回回到中中间位位置，，液面面恢复复给定定高度度；第一章章绪绪论补充习习题3）若系系统收收到扰扰动使使液面面下降降，则则系统统会自自动加加大阀阀门开开度，，使输输入流流量增增加，，液面面恢复复到给给定高高度。。给定液位杠杆电位器放大器电动机减速器阀门水箱实际液位浮子第一章章绪绪论补充习习题例1.3分析大大门自自动控控制系系统工工作原原理并并绘制制系统统功能能框图图。放大器电动机门u2u1反馈开关绞盘第一章章绪绪论补充习习题解：当当合合上开开门开开关时时，u1>u2，电位位器桥桥式测测量电电路产产生偏偏差电电压，，经放放大器器放大大后，，驱动动电机机带动动绞盘盘转动动，使使大门门向上上提起起。与与此同同时，，与大大门连连在一一起的的电位位器滑滑动触触头上上移，，直至至桥路路达到到平衡衡（u1＝u2），电电机停停止转转动，，大门门开启启。反反之，，合上上关门门开关关时，，电机机反向向转动动，带带动绞绞盘使使大门门关闭闭。开、关门位置电位器放大器电动机绞盘大门实际位置第一章章绪绪论补充习习题例1.4分析图图示钢钢板厚厚度控控制系系统工工作原原理并并绘制制系统统功能能框图图。放大器1放大器2厚度检测器减速器直线执行器uauu1u3u2vbda钢板第一章章绪绪论补充习习题解：1）稳态态给定定电压u1比例于于被轧轧钢板板要求求的厚厚度；；厚度度检测测器输输出u2