过程控制系统及仪表 教学课件 作者 张勇 控制仪表及系统5章习题.ppt

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1、《控制仪表及系统》习题第一篇控制仪表第五章习题答：以角行程为例。角行程电动执行机构由伺服放大器和执行机构两大部分组成，如图5-1所示。伺服放大器将输入信号Ii和反馈信号If相比较，所得差值信号经功率放大后，驱使两相伺服电机转动，再经减速器减速，带动输出轴改变转角θ。若差值为正，伺服电机正传，输出轴转角增大；若差值为负时，伺服电机反传，输出轴转角减小。输出轴转角位置经位置发送器转换成相应的反馈电流If，回送到伺服放大器的输入端，当反馈信号If与输入信号Ii相平衡，即差值为零时，伺服电机停止转动，输出轴就稳定在与

2、输入信号Ii相对应的位置上。输出轴转角θ与输入信号Ii的关系为θ=Kii，其中，K为比例系数。伺服放大器由信号隔离器、综合放大电路、触发电路和固态继电器等组成，如图5-2所示。它将来自调节器的电流信号和位置反馈信号进行综合比较，将差值放大，以足够的功率去驱动伺服电机旋转。内行星齿轮传动机构如图5-5所示，它由系杆（偏心轴）H、摆轮Z1、内齿轮Z2、销轴P和输出轴V等构成。系杆H偏心的一端是摆轮Z1的转轴，摆轮空套在该转轴上。当系杆转动时，摆轮的轴心O2也随之转动，同时摆轮又与固定不动的内齿轮Z2相啮合，这样，

3、摆轮产生两种运动，即往复摆动和绕自身轴心O2的转动。在摆轮上有几个销轴孔，输出轴V的销轴P插入销轴孔内，销轴孔比销轴大些，所以摆轮的往复摆动对V轴没有影响，而它的自转则经V轴输出。行星齿轮机构的减速比由摆轮和内齿轮的齿数来决定，即式中i－减速比；z1－摆轮的齿数；z2－内齿轮的齿数。一般z2和z1之差为1~4，故减速比可达很大。式中负号表示摆轮和系杆的转动方向相反。位置发送器的作用是将执行机构输出轴的转角（0°～90°）线性地转换成4～20mA的直流电流信号，用以指示阀位，并作为位置反馈信号If反馈到伺服放大

4、器的输入端，以实现整机负反馈。差动变压器是位置发送器的主要部件，它将执行机构的位移线形地转变成电压输出。其原理如图5-7所示。为了得到比较好的线性，差动变压器采用三段式结构。在一个三段式线圈骨架上，中间有一段绕有一个励磁线圈，作为原边，由铁磁谐振稳压器供电。两边对称地绕有两个完全相同的副边线圈，它们反相串联，其感应电势的差值作为输出。在线圈骨架中有一个可动铁芯，如图5-7(a)所示。铁芯与凸轮斜面是靠弹簧压紧相接触的，因此当输出轴旋转时，将带动凸轮使铁芯左右移动。凸轮斜面将保证铁芯位置与输出轴之转角呈线性关系

5、。差动变压器副边绕组的感应电压分别为U34和U56[见图5-7(b)]，由于两副边绕组匝数相等，故输出交流电压Uo的大小取决于铁芯的位置。薄膜式和活塞式两种。薄膜式：结构简单、价廉、输出行程小。活塞式：行程大、输出力大、价高。见图5-13，它是按力平衡原理工作的，当输入波纹管1的信号压力P0增加时，使主杠杆2绕支点15逆时针转动，挡板13靠近喷嘴14，喷嘴背压增加并经功率放大器16放大后，通入到执行机构8的薄膜气室，因其压力增加而使阀杆向下移动，并带动反馈杆9绕支点4转动，反馈凸轮5也跟着做逆时针方向转动，通

6、过滚轮10使副杠杆6绕支点7顺时针转动，并将反馈弹簧11拉伸，弹簧11对主杠杆2的拉力与信号压力P0作用在波纹管1上的力达到力矩平衡时仪表达到平衡状态。此时，一定的信号压力P0就对应于一定的阀门位置。2.电/气阀门定位器：　电/气阀门定位器是按力矩平衡原理工作的。见图5-12，来自控制器或输出式安全栅的4～20mA直流电流信号输入到转换组件的线圈中，由于线圈两侧各有一块极性方向相同的永久磁钢，所以线圈产生的磁场与永久磁钢的恒定磁场，共同作用在线圈中间的可动铁芯即杠杆上，使杠杆产生位移。当输入信号增加时，杠杆向

7、下运动（即作逆时针偏转），固定在杠杆上的挡板便靠近喷嘴，使放大器背压升高，经放大后输出气压也随之升高。此输出作用在膜头上，使阀杆向下运动。阀杆的位移通过反馈拉杆转换为反馈轴和反馈压板的角位移，并通过调量程支点作用于反馈弹簧上，该弹簧被拉伸，产生一个反馈力矩，使杠杆顺时针偏转，当反馈力矩和电磁力矩相平衡时，阀杆就稳定在某一位置，从而实现了阀杆位移与输入电流信号成比例关系的特性。5-7何谓控制阀的可调比和流量特性？理想情况下和工作情况下的特性有何不同？答：R称为控制阀的可调比（或可控比），即控制阀所能控制的流量上

8、限和流量下限之比。控制阀的流量特性是指控制介质流过阀门的相对流量与阀门相对开度（即推杆的相对位移量）之间的函数关系。式中、——控制阀为某一开度及全开时的流量；、——控制阀某一开度及全开时推杆的位移。一般地说，改变阀芯与阀座之间的节流面积便可实现对流量的控制。但是，在节流面积改变的同时，控制阀前后的压差也会发生变化，而此变化又将引起流量的变化。因此，为分析问题方便，我们先假定控制阀前后的压差恒定不变，