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完整版)自动控制原理_第一章课后习题解答 第一章 1.1 图1.18是液位自动控制系统原理示意图在任意情况下，希望液面高度c维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图 c + - SM ___ 1 Q 浮浮 浮浮浮浮 2 Q 浮浮浮 浮浮浮 浮浮浮 浮浮浮 f i - + 解：系统的控制任务是保持液面高度不变水箱是被控对象，水箱液位是被控变量电位器用来设置期望液位高度*c(通常点位器的上下位移来实现) 当电位器电刷位于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱的流入水量与流出水量相等，从而使液面保持在希望高度*c上一旦流出水量发生变化(相当于扰动)， 例如当流出水量减小时，液面升高，浮子位置也相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的液体流量减少这时，水箱液位下降．浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中点位置为止，系统重新处于平衡状态，液位恢复给定高度。

反之，当流出水量在平衡状态基础上增大时，水箱液位下降，系统会自动增大阀门开度，加大流入水量，使液位升到给定 高度*c 系统方框图如图解1. 4.1所示 1.2恒温箱的温度自动控制系统如图1.19所示 （1） 画出系统的方框图； （2） 简述保持恒温箱温度恒定的工作原理; （3） 指出该控制系统的被控对象和被控变量分别是什么 M 放大器 电机 减速器 调压器 220～ 热电偶电阻丝 － ＋ － ＋ 图1.19 恒温箱的温度自动控制系统 解：恒温箱采用电加热的方式运行，电阻丝产生的热量与调压器电压平方成正比，电压增高，炉温就上升调压器电压由其滑动触点位置所控制，滑臂则由伺服电动机驱动．炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压作为反馈电压与给定电压进行比较，得出的偏差电压经放大器放大后，驱动电动机经减速器调节调压器的电压 在正常情况下，炉温等于期望温度T ，热电偶的输出电压等于给定电压此时偏差为零，电动机不动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上。

这时，炉子散失的热量正好等于从电阻丝获取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定 当炉温由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成热量流失)时，热电偶输出电压下降，与给定电压比较后出现正偏差，经放大器放大后，驱动电动机使调压器电压升高，炉温回升，直至温度值等于期望值为止当炉温受扰动后高于希望温度时，调节的过程正好相反最终达到稳定时，系统温度可以保持在要求的温度值上 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控变量，给定量是给定电位器设定的电压(表征炉温的希望值)给定电位计是给定元件，放大器完成放大元件的功能，电动机、减速器和调压器组成执行机构，热电偶是测量元件 系统方框如图解1.4.5所示 放大器 实际温 电动机减速器调压器恒温箱 热电偶 给定电压 - 图解1.4.5 恒温箱温度控制系统框图 1.3 解：当负载（与接收自整角机TR 的转子固联)的角位置o θ与发送机Tx 转子的输入角位置6一致时，系统处于相对豫止状态，自整角机输出电压(即偏差电压)为0，放大器输出为0，电动机不动，系统保持在平衡状态。

当i θ改变时，o θ与i θ失谐，自整角接收机输出与失谐 角成比例的偏差电压，该偏差电压经整流放大器、功率放大器放大后驱动电动机转动，带动减速器改变负载的角位置o θ，使之跟随i θ变化，直到与i θ一致，系统达到新的平衡状态时为止系统中采用测速发电机TG 作为校正元件，构成内环反馈，用于改善系统动态特性 该系统为随动系统被控对象是负载；被控量为负载角位置o θ，给定量是发送自整角机TX 转子的角位置i θ自整角机完成测量、比较元件的功能，整流放大器、功率放大器共同完成放大元件的功能，电动机SM 和减速器组成执行机构，测速发电机TG 是校正元件， 系统方框图如图解1.4.6所示 1.4 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前馈补偿，保证热交换器出口的水温波动不大 系统中，热交换器是被控对象，实际热物料温度为被控变量，冷水流量是干扰量。

系统方框图如图解1.4.4所示 这是一个按干扰补偿的复合控制系统 1.5 解 带上负载后，由于负载的影响，图(a)与图(b)中的发电机端电压开始时都要下降，但图(a)中所示系统的电压能恢复到110 v ，而图(b)中的系统却不能理由如下； 对图(a)所示系统，当输出电压u 低于给定电压时，其偏差电压经放大器K ，使电机SM 转动，经减速器带动电刷减小发电机G 的激磁回路电阻，使发电的激磁电流f i 增大，提高发电机的端电压，从而使偏差电压减小，直至偏差电压为零时，电机才停止转动因此，图(a)系统能保持110V 电压不变 对图(b)所示系统，当输出电压u低于给定电压时，其偏差电压经放大器K，直接使发i增大，提高发电机的端电压，使发电机G的端电压回升，偏差电压减小，电机激磁电流 f i ，发电机就不能工作偏但是偏差电压始终不可能等于零，因为当偏差电压为零时，0 f 差电压的存在是图(b)系统正常工作的前提条件即图(b)中系统的输出电压会低于110V。