《自动控制原理》卢京潮,西北工业大学第一章习题及答案

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1、一、习题及解答第1章习题及解答1-1根据图1-15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）系统方框图如图解1-1所示。1-2图1-16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，1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

2、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。1-3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u的平方成正比，cu增高，炉温就上升，u的高低由调压器滑动触点的位置所控制

3、，该触点由可逆转的直cc流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压u。u作为系统的反馈电压与ff给定电压u进行比较，得出偏差电压u，经电压放大器、功率放大器放大成u后，作为rea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正好等于给定电压fu。此时，u=u−u=0，故u=u=0，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点rerf1a停留在某个合适的位置上，使u保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热c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

4、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2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。→T°C↓→u↓→u↑→u↑→u↑→θ↑→u↑→T°C↑fe1ac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（表ur征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。1-4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P、P12并联后跨接到同一电源E的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相连接，组成方位角的0给定元件和测量反

5、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P的滑臂转过一个输入角θ的瞬间，由于输出轴的转角θ≠θ,1ioi于是出现一个误差角θ=θ−θ，该误差角通过电位器P、P转换成偏差电压eio12u=u−u，u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

6、eioe带动电位器P的滑臂转过一定的角度θ，直至θ=θ时，u=u，偏差电压u=0，2ooiioe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θ≠θ，偏差就会产生io3调节作用，控制的结果是消除偏差θ，使输出量θ严格地跟随输入量θ的变化而变化。eoi系统中，导弹发射架是被控对象，发射架方位角θ是被控量，通过手轮输入的角度θoi是给定量。系统方框图如图解1-4所示。1-5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

7、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ω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ω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

8、制负载变化对转速的影响，使蒸汽机的转速ω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4解在本系统中，蒸汽机是被控对象，蒸汽机的转速ω是被控量，给定量是设定的蒸汽机希望转速。离心调速器感受转速大小并转换成套筒的位移量，经杠杆传调节供汽阀门，控制蒸汽机的转速，从而构成闭环控制系统。系统方框图如图解1-5所示。1-6摄像机角位置自动跟踪系统如图1-20所示。当光点显示器对准某个方向