本文選題：精品　切入點(diǎn)：自動(dòng)控制　　

自動(dòng)控制原理 1. 1 圖 1.18 是液位自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖。 在任意情況下， 希望液面高度 c 維持不變，試說明系統(tǒng)工作原理并畫出系統(tǒng)方塊圖。 c+−SM___1 Q浮浮浮浮浮浮2Q浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮fi−+ 解： 系統(tǒng)的控制任務(wù)是保持液面高度不變。 水箱是被控對(duì)象， 水箱液位是被控變量。 電位器用來設(shè)置期望液位高度*c (通常點(diǎn)位器的上下位移來實(shí)現(xiàn)) 。 當(dāng)電位器電刷位于中點(diǎn)位置時(shí)， 電動(dòng)機(jī)不動(dòng)， 控制閥門有一定的開度， 使水箱的流入水量與流出水量相等， 從而使液面保持在希望高度*c 上。 一旦流出水量發(fā)生變化(相當(dāng)于擾動(dòng))，例如當(dāng)流出水量減小時(shí)， 液面升高， 浮子位置也相應(yīng)升高， 通過杠桿作用使電位器電刷從中點(diǎn)位置下移， 從而給電動(dòng)機(jī)提供一定的控制電壓， 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過減速器減小閥門開度， 使進(jìn)入水箱的液體流量減少。 這時(shí)， 水箱液位下降． 浮子位置相應(yīng)下降， 直到電位器電刷回到中點(diǎn)位置為止， 系統(tǒng)重新處于平衡狀態(tài)， 液位恢復(fù)給定高度。 反之， 當(dāng)流出水量在平衡狀態(tài)基礎(chǔ)上增大時(shí)， 水箱液位下降， 系統(tǒng)會(huì)自 動(dòng)增大閥門開度， 加大流入水量， 使液位升到給定高度*c 。 系統(tǒng)方框圖如圖解 1. 4.1 所示。 1. 2 恒溫箱的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖 1. 19 所示。 （1） 畫出系統(tǒng)的方框圖； （2） 簡述保持恒溫箱溫度恒定的工作原理; （3） 指出該控制系統(tǒng)的被控對(duì)象和被控變量分別是什么。 M給 定 電 壓－ ＋放 大 器電 機(jī)減 速 器調(diào) 壓 器 220～熱 電 偶電 阻 絲－ ＋ 圖 1.19 恒溫箱的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng) 解： 恒溫箱采用電加熱的方式運(yùn)行， 電阻絲產(chǎn)生的熱量與調(diào)壓器電壓平方成正比， 電壓增高， 爐溫就上升。 調(diào)壓器電壓由其滑動(dòng)觸點(diǎn)位置所控制， 滑臂則由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)． 爐子的實(shí)際溫度用熱電偶測(cè)量， 輸出電壓作為反饋電壓與給定電壓進(jìn)行比較， 得出的偏差電壓經(jīng)放大器放大后， 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器調(diào)節(jié)調(diào)壓器的電壓。 在正常情況下， 爐溫等于期望溫度 T， 熱電偶的輸出電壓等于給定電壓。 此時(shí)偏差為零，電動(dòng)機(jī)不動(dòng)， 調(diào)壓器的滑動(dòng)觸點(diǎn)停留在某個(gè)合適的位置上。 這時(shí)， 爐子散失的熱量正好等于從電阻絲獲取的熱量， 形成穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài)，， 溫度保持恒定。 當(dāng)爐溫由于某種原因突然下降(例如爐門打開造成熱量流失)時(shí)， 熱電偶輸出電壓下降，與給定電壓比較后出現(xiàn)正偏差， 經(jīng)放大器放大后， 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)使調(diào)壓器電壓升高， 爐溫回升，直至溫度值等于期望值為止。 當(dāng)爐溫受擾動(dòng)后高于希望溫度時(shí)， 調(diào)節(jié)的過程正好相反。 最終達(dá)到穩(wěn)定時(shí)， 系統(tǒng)溫度可以保持在要求的溫度值上。 系統(tǒng)中， 加熱爐是被控對(duì)象， 爐溫是被控變量， 給定量是給定電位器設(shè)定的電壓(表征爐溫的希望值)。 給定電位計(jì)是給定元件， 放大器完成放大元件的功能， 電動(dòng)機(jī)、 減速器和調(diào)壓器組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 熱電偶是測(cè)量元件。 系統(tǒng)方框如圖解 1.4.5 所示。 放大器實(shí) 際 爐 溫電動(dòng)機(jī)減速器調(diào)壓器恒溫箱熱電偶給 定 電 壓-圖 解 1.4.5 恒 溫 箱 溫 度 控 制 系 統(tǒng) 框 圖 1.3 解： 當(dāng)負(fù)載（與接收自整角機(jī) TR 的轉(zhuǎn)子固聯(lián))的角位置o θ 與發(fā)送機(jī) Tx 轉(zhuǎn)子的輸入角位置 6 一致時(shí)， 系統(tǒng)處于相對(duì)豫止?fàn)顟B(tài)， 自整角機(jī)輸出電壓(即偏差電壓)為 0， 放大器輸出為 0，電動(dòng)機(jī)不動(dòng)， 系統(tǒng)保持在平衡狀態(tài)。 當(dāng)iθ 改變時(shí)，o θ 與iθ 失諧， 自整角接收機(jī)輸出與失諧角成比例的偏差電壓， 該偏差電壓經(jīng)整流放大器、 功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)， 帶動(dòng)減速器改變負(fù)載的角位置o θ ， 使之跟隨iθ 變化， 直到與iθ 一致， 系統(tǒng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)時(shí)為止。 系統(tǒng)中采用測(cè)速發(fā)電機(jī) TG 作為校正元件， 構(gòu)成內(nèi)環(huán)反饋， 用于改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。 該系統(tǒng)為隨動(dòng)系統(tǒng)。 被控對(duì)象是負(fù)載； 被控量為負(fù)載角位置o θ ， 給定量是發(fā)送自 整角機(jī) TX 轉(zhuǎn)子的角位置iθ 。 自整角機(jī)完成測(cè)量、 比較元件的功能， 整流放大器、 功率放大器共同完成放大元件的功能， 電動(dòng)機(jī) SM 和減速器組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 測(cè)速發(fā)電機(jī) TG 是校正元件， 系統(tǒng)方框圖如圖解 1.4.6 所示。 1.4 解 工作原理： 溫度傳感器不斷測(cè)量交換器出口處的實(shí)際水溫， 并在溫度控制器中與給定溫度相比較， 若低于給定溫度， 其偏差值使蒸汽閥門開大， 進(jìn)入熱交換器的蒸汽量加大， 熱水溫度升高， 直至偏差為零。 如果由于某種原因， 冷水流量加大， 則流量值由流量計(jì)測(cè)得， 通過溫度控制器， 開大閥門， 使蒸汽量增加， 提前進(jìn)行控制， 實(shí)現(xiàn)按冷水流量進(jìn)行前饋補(bǔ)償，保證熱交換器出口的水溫波動(dòng)不大。 系統(tǒng)中， 熱交換器是被控對(duì)象， 實(shí)際熱物料溫度為被控變量， 冷水流量是干擾量。 系統(tǒng)方框圖如圖解 1.4.4 所示。 這是一個(gè)按干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)。 1.5 解 帶上負(fù)載后， 由于負(fù)載的影響， 圖(a)與圖(b)中的發(fā)電機(jī)端電壓開始時(shí)都要下降， 但圖(a)中所示系統(tǒng)的電壓能恢復(fù)到 110 v， 而圖(b)中的系統(tǒng)卻不能。 理由如下； 對(duì)圖(a)所示系統(tǒng)， 當(dāng)輸出電壓 u 低于給定電壓時(shí)， 其偏差電壓經(jīng)放大器 K， 使電機(jī) SM轉(zhuǎn)動(dòng)， 經(jīng)減速器帶動(dòng)電刷減小發(fā)電機(jī) G 的激磁回路電阻， 使發(fā)電的激磁電流fi 增大， 提高 發(fā)電機(jī)的端電壓， 從而使偏差電壓減小， 直至偏差電壓為零時(shí)， 電機(jī)才停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 因此， 圖(a)系統(tǒng)能保持 110V 電壓不變。 對(duì)圖(b)所示系統(tǒng)， 當(dāng)輸出電壓 u 低于給定電壓時(shí)， 其偏差電壓經(jīng)放大器 K， 直接使發(fā)電機(jī)激磁電流fi 增大， 提高發(fā)電機(jī)的端電壓， 使發(fā)電機(jī) G 的端電壓回升， 偏差電壓減小，但是偏差電壓始終不可能等于零， 因?yàn)楫?dāng)偏差電壓為零時(shí)，0fi =， 發(fā)電機(jī)就不能工作。 偏差電壓的存在是圖(b)系統(tǒng)正常工作的前提條件。 即圖(b)中系統(tǒng)的輸出電壓會(huì)低于 110V。 第二章 2.1 (a)21212()ooid xdxdxmfffdtdtdt++=(不考慮物塊的重力) (b) 12121()oiodxdxf KKK K xK fdtdt++= (c) 121()oioidxdxfKK xfK xdtdt++=+ 2.2 2f0xix2K1K(b)1f1u0 u1C2R2C1R(a)xAB (a) 22212121122212121122121122111( )()11( )()111oiRU sC sR R CC sR CR C sU sR R CC sR CR CR C sRC sRC sRC s++++==+++++++ (b) A 點(diǎn)：221()()()iooiodxdxdxdxfK xxfdtdtdtdt−+−=− （1） B 點(diǎn)：11()odxdxfK xdtdt−= （2） 由（1） 和（2） 得 dxdxfdt−由（3） 解出 x ， 并代入（2） 得： 221()()ioioK xxK xdt+−= （3） 2212112121222121221212()()ooiioid xdxd xdxf fffff fffxxK KdtKKKdtK KdtKKdt++++=+++ 經(jīng)比較可以看出， 電網(wǎng)絡(luò)（a） 和機(jī)械系統(tǒng)(b)兩者參數(shù)的相似關(guān)系為 1111221111~,~,~,~KKfRfRCC 2.3 02KQPP"=" 2.4 2242( )32ssG sss++=++ 1212( )[1]( )t212ttg tLeessδ−−−=−+=−+++ 2.5 12111112222212(1)(2)(3)(4)ihhqRd h"CqqdthqRd h"Cqqdt"−"= "= "−""= "= "−" 2221122112221( )( )( )()1iH sRG sQ sR C R C sR CR CR C s==++++ 2.6 ( )10( )( )35C sG sE ss==+ 2( )41H ss=+ 2( )10 ( )G s100(41)( )1( )( )122325C ssR sG s H sss+==+++ 22( )1010(12235)( )1( )( )122325E sssR sG s H sss++==+++ 2.7 120011001110100001( )()11( )1oiRU sR C R C sR CR C sC sU sR C sRC sRC s++++= −= −+ 2.8 （1）030180/11330180mEKV radπθπ===×餺餺餺 123,2KK= −= − （2） 假設(shè)電動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)為mT ， 忽略電樞電感的影響， 可得直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)為 ( )s( )1mamKU sT s!&=+，mK 為電動(dòng)機(jī)的傳遞系統(tǒng)， 單位為1() /rad sV−⋅。 又設(shè)測(cè)速發(fā)電機(jī)的傳遞系數(shù)為tK （1/()Vrad s−⋅） 系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： 22301230123111ommtimmTK K K KssK K K K KK K K K KΘ=+Θ++ 2.9 2.10