《自动控制原理》第二版课后习题答案.doc

第一章 自动控制的一般概念习题及答案 根据题 1-15 图所示的电动机速度控制系统工作原理图，完成： 将 a，b 与 c，d 用线连接成负反馈状态； 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为： a ? d ， b ? c ； （2）系统方框图如图解 1-1 所示。 题 1-16 图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 1-16 仓库大门自动开闭控制系统  解 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对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解 1-2 所示。 图 1-17 为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 图 1-17 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压uc 的平方成正比，uc增高，炉温就上升，uc 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压u f 。u f 作为系统的反馈电压与给定电压ur 进行比较，得出偏差电压ue ，经电压放大器、功率放大器放大成ua 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C，热电偶的输出电压u f 正好等于给定电压ur 。 此时， ue ? ur ? u f ? 0 ，故u1 ? ua ? 0 ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某 个合适的位置上，使uc 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下  的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压ur （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解 1-3。 图 1-18 是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器 P1 、 P2 并联后跨接到同一电源 E0 的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结，组成方位角的给定元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速后带动，电动机采用 电枢控制的方式工作。 试分析系统的工作原理，指出系统的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。 图 1-18 导弹发射架方位角控制系统原理图 解 当导弹发射架的方位角与输入轴方位角一致时，系统处于相对静止状态。 当摇动手轮使电位器 P1 的滑臂转过一个输入角? i 的瞬间，由于输出轴的转角? o ? ? i , 于是出现一个误差角 ? e ? ? i ? ? o ，该误差角通过电位器 P1 、 P2 转换成偏差电压ue ? ui ? uo ， ue 经放大后驱动电动机转动，在驱动导弹发射架转动的同时，通过输出轴带 动电位器 P2 的滑臂转过一定的角度? o ，直至? o ? ? i 时， ui ? uo ，偏差电压ue ? 0 ，电动 机停止转动。这时，导弹发射架停留在相应的方位角上。只要? i ? ? o ，偏差就会产生调节作  用，控制的结果是消除偏差? e ，使输出量? o 严格地跟随输入量? i 的变化而变化。 系统中，导弹发射架是被控对象，发射架方位角? o 是被控量，通过手轮输入的角度? i 是给定量。系统方框图如图解 1-4 所示。 采用离心调速器的蒸汽机转速控制系统如图 1-19 所示。其工作原理是：当蒸汽机带动负载转动的同时，通过圆锥齿轮带动一对飞锤作水平旋转。飞锤通过铰链可带动套筒上下滑动，套筒内装有平衡弹簧，套筒上下滑动时可拨动杠杆，杠杆另一端通过连杆调节供汽阀门的开度。在蒸汽机正常运行时，飞锤旋转所产生的离心力与弹簧的反弹力相平衡，套筒保持某个高度，使阀门处于一个平衡位置。如果由于负载增大使蒸汽机转速 下降，则飞锤因离心力减小而使套筒向下滑动，并通过杠杆增大供汽阀门的开度，从而使蒸汽机的转速回升。同理，如果由于负载减小使蒸汽机的转速 增加，则飞锤因离心力增加而使套筒上滑，并通过杠杆减小供汽阀门的开度，迫使蒸汽机转速回落。这样，离心调速器就能自动地抵制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速 保持在某个期望值附近。 指出系统中的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。 图 1-19 蒸汽机转速自动控制系统  解