自动控制原理课后答案第一章.详解
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湿度测量装置 给定湿度
输入谷物浓度 输出谷物浓度
-
调节器
阀门 湿度测量装置
传送装置
1-6 题 1-6图为具有微 分负反馈的位置随动 系统，试说明其工作 原理并绘制系统的方 快图。 解：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 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 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 微分(w=dθ/dt)，而系统的被控量(输出角位移)θ0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 应的系统又称为具有微分负反馈的位置随动系统。
例1 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 说明其工作原理。 解：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 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 下降(或上升)，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(或关小)，对偏差进行修正， 从而保持液面高度不变。
1-3 题1-3图为某热处理炉温 度控制系统的原理图。试根 据反馈控制原理确定给定信 号ug与反馈信号uf的联接极性， 指出系统的受控对象、被控 量、测量元件以及扰动信号， 并绘出系统的方框图。 解：热处理炉的温度给定值Ti 一经整定好后，系统的任务就 是在各种扰动的作用下，控制 炉温使其实际值To等于或趋近于给定值Ti 。因此系统的受控对象 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 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 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 量Q 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Ti 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 实际值To并将其转换为电势，经放大后即得反馈信号 uf。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 接。 偏差电压(△u = ug - uf )的极性和大小反映了炉温实际值To偏 离给定值 Ti 的方向和程度。△ u 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， 故电动机-传动装置-阀门为系统的执行机构。 Ti
系统方框图如所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。
放大器
电动机 转速
(- ) ucd
测速发电机
1-4 题1-4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 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 送装置按一定流量通过加水点，加水量 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 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 制，试画出系统方块图。 解：被控对象：传送装置； 被控量：输出谷物湿度； 给定量：谷物希望的浓度。
希望 液位 控制器 阀门 控制装置 扰动 实际 液位
水箱
被控对象
浮子
例2 如图所示为图1-20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。试绘制系统方框 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：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 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 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 水温不发生大的波动。 其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定 量（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。
Fra Baidu bibliotek给定 ug 装置
△u 放大器 (-) uf
电动机，传动 装置和阀门 热电偶
热处理炉
To
放大器
1-2 根据题1-2图所示的电动 机速度控制系统工作原理图， 完成： (1) 将a，b与c，d用线连接成 负反馈状态； (2) 画出系统方框图。
解：(1) 负反馈连接方式为：a—d， b—c； (2) 系统方框图如下图所示。 ur ua
输入谷物浓度 输出谷物浓度
-
调节器
阀门 湿度测量装置
传送装置
1-6 题 1-6图为具有微 分负反馈的位置随动 系统，试说明其工作 原理并绘制系统的方 快图。 解：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 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 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 微分(w=dθ/dt)，而系统的被控量(输出角位移)θ0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 应的系统又称为具有微分负反馈的位置随动系统。
例1 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 说明其工作原理。 解：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 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 下降(或上升)，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(或关小)，对偏差进行修正， 从而保持液面高度不变。
1-3 题1-3图为某热处理炉温 度控制系统的原理图。试根 据反馈控制原理确定给定信 号ug与反馈信号uf的联接极性， 指出系统的受控对象、被控 量、测量元件以及扰动信号， 并绘出系统的方框图。 解：热处理炉的温度给定值Ti 一经整定好后，系统的任务就 是在各种扰动的作用下，控制 炉温使其实际值To等于或趋近于给定值Ti 。因此系统的受控对象 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 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 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 量Q 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Ti 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 实际值To并将其转换为电势，经放大后即得反馈信号 uf。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 接。 偏差电压(△u = ug - uf )的极性和大小反映了炉温实际值To偏 离给定值 Ti 的方向和程度。△ u 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， 故电动机-传动装置-阀门为系统的执行机构。 Ti
系统方框图如所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。
放大器
电动机 转速
(- ) ucd
测速发电机
1-4 题1-4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 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 送装置按一定流量通过加水点，加水量 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 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 制，试画出系统方块图。 解：被控对象：传送装置； 被控量：输出谷物湿度； 给定量：谷物希望的浓度。
希望 液位 控制器 阀门 控制装置 扰动 实际 液位
水箱
被控对象
浮子
例2 如图所示为图1-20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。试绘制系统方框 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：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 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 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 水温不发生大的波动。 其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定 量（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。
Fra Baidu bibliotek给定 ug 装置
△u 放大器 (-) uf
电动机，传动 装置和阀门 热电偶
热处理炉
To
放大器
1-2 根据题1-2图所示的电动 机速度控制系统工作原理图， 完成： (1) 将a，b与c，d用线连接成 负反馈状态； (2) 画出系统方框图。
解：(1) 负反馈连接方式为：a—d， b—c； (2) 系统方框图如下图所示。 ur ua