控制工程基礎(chǔ)習(xí)題答案章

1、第一章1 試比較開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)具有一些特點(diǎn)，如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、成本低、響應(yīng)速度快、工作穩(wěn)定，但是，當(dāng)系統(tǒng)輸出量有了誤差無(wú)法自動(dòng)調(diào)整。因此，如果系統(tǒng)的干擾因素和元件特性變化不大，或可預(yù)先估計(jì)其變化范圍并可預(yù)先加以補(bǔ)償時(shí)，采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)具有一定的優(yōu)越性，并能達(dá)到相當(dāng)高的精度。閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)系統(tǒng)的元件特性發(fā)生變化或出現(xiàn)干擾因素時(shí)，引起的輸出量的誤差可以自動(dòng)的進(jìn)行糾正，其控制精度較高。但由于控制系統(tǒng)中總有貯能元件存在，或在傳動(dòng)裝置中存在摩擦、間隙等非線(xiàn)性因素的影響，如果參數(shù)選擇不適當(dāng)將會(huì)引起閉環(huán)控制系統(tǒng)振蕩，甚至不能工作。因此，控制精度和穩(wěn)定性之間的矛盾

2、，必須通過(guò)合理選擇系統(tǒng)參數(shù)來(lái)解決。另外，一般說(shuō)來(lái)，閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相對(duì)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)成本高。2 試列舉幾個(gè)日常生活中的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，并說(shuō)明它們的工作原理。3 圖1-15所示是水箱液位控制系統(tǒng)。試說(shuō)明其工作原理，找出輸入量、輸出量、擾動(dòng)量及被控對(duì)象，并繪制出職能方框圖。圖1-15解：圖1-15所示是水箱液位控制系統(tǒng)，控制目的是保證液面高度不變。當(dāng)出水截門(mén)打開(kāi)時(shí)，水箱水位下降，通過(guò)浮子反饋實(shí)際液面高度，并與希望的液面高度比較，得出液面偏差，經(jīng)過(guò)杠桿使閥門(mén)（錐塞）開(kāi)大，液面上升；達(dá)到控制水位后，閥門(mén)關(guān)閉，從而保持液面高度不變。這是一個(gè)具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 輸入量（控制量）： 希望的液

3、面高度輸出量（被控制量）： 實(shí)際液面高度擾動(dòng)量： 流量的變化（出水截門(mén)打開(kāi)導(dǎo)致的流量的變化）偏差液面希望高度液面實(shí)際高度+杠桿閥門(mén)水箱浮子-圖1-15 題3圖水箱液位控制系統(tǒng)職能方框圖被控對(duì)象： 水箱4. 圖1-16所示是倉(cāng)庫(kù)大門(mén)垂直移動(dòng)開(kāi)閉的自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖。試說(shuō)明系統(tǒng)自動(dòng)控制大門(mén)開(kāi)閉的工作原理。解: 當(dāng)合上開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，電位器橋式測(cè)量電路產(chǎn)生偏差電壓，經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，使大門(mén)向上提起。與此同時(shí)，與大門(mén)連在一起的電位器點(diǎn)刷上移，直到橋式測(cè)量電路達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)。反之，當(dāng)合上關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)絞盤(pán)使大門(mén)關(guān)閉。從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)

4、距離自動(dòng)控制大門(mén)開(kāi)閉的要求。-開(kāi)(閉)門(mén)位置實(shí)際位置電位器 放大器 電動(dòng)機(jī) 絞盤(pán) 大門(mén) 圖1-16 題4圖倉(cāng)庫(kù)大門(mén)垂直移動(dòng)開(kāi)閉的自動(dòng)控制系統(tǒng)職能方框圖4 圖1-17所示是一個(gè)張力自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)送料速度在短時(shí)間內(nèi)突然變化時(shí)，試說(shuō)明控制系統(tǒng)的工作原理。解 （1）在給定值參考輸入下，即要求送料速度為某一數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)，由重錘G、動(dòng)滑輪L等組成的系統(tǒng)力平衡： 動(dòng)滑輪受力為：重錘的重力Q（通過(guò)動(dòng)滑輪向上作用在動(dòng)滑輪上）、動(dòng)滑輪自重P（鉛垂向下）、帶的張力2T（向上） P=2T+Q 由于受力平衡，測(cè)量頭輸入軸不動(dòng)。（2）當(dāng)送料速度在短時(shí)間內(nèi)突然發(fā)生變化時(shí)，如電源變化引起了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，所輸送的帶料不均勻等，從而使帶料在輸送過(guò)程中張力發(fā)生變化，即TT+T。力平衡被破壞，于是動(dòng)滑輪位置發(fā)生變化，測(cè)量頭輸入軸發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，角位移輸入放大器。（3）放大器將角位移與給定值比較后的誤差信號(hào)放大為控制信號(hào)輸入電動(dòng)機(jī)，調(diào)整