自動(dòng)控制的一般概念習(xí)題實(shí)用教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1自動(dòng)控制自動(dòng)控制(z dn kn zh)的一般概念習(xí)的一般概念習(xí)題題第一頁(yè)，共42頁(yè)。爐溫爐溫(l wn)控制系統(tǒng)方框圖控制系統(tǒng)方框圖爐溫爐溫(l wn)控制系統(tǒng)方框圖控制系統(tǒng)方框圖第1頁(yè)/共42頁(yè)第二頁(yè)，共42頁(yè)。 元部件元部件 方框（塊）圖方框（塊）圖 信號(hào)（物理量）及傳遞信號(hào)（物理量）及傳遞(chund)方向方向 中的符號(hào)中的符號(hào) 比較點(diǎn)比較點(diǎn) 引出點(diǎn)引出點(diǎn) 表示負(fù)反饋表示負(fù)反饋1.2 方框圖中各符號(hào)方框圖中各符號(hào)(fho)的意義的意義第2頁(yè)/共42頁(yè)第三頁(yè)，共42頁(yè)。例例 2 函數(shù)函數(shù)(hnsh)記錄儀記錄儀第3頁(yè)/共42頁(yè)第四頁(yè)，共42頁(yè)。函數(shù)函數(shù)(hnsh)記錄儀方框圖記錄

2、儀方框圖第4頁(yè)/共42頁(yè)第五頁(yè)，共42頁(yè)。1.3 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的組成的組成 (1)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)(kn zh x tn)被控被控(bi kn)(bi kn)對(duì)象對(duì)象控制裝置控制裝置測(cè)量元件測(cè)量元件 比較元件比較元件 放大元放大元件件 執(zhí)行機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu) 校正裝校正裝置置 給定元給定元件件第5頁(yè)/共42頁(yè)第六頁(yè)，共42頁(yè)?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的組成的組成 (2) 第6頁(yè)/共42頁(yè)第七頁(yè)，共42頁(yè)。1. 穩(wěn)：（基本要求）穩(wěn)：（基本要求） 要求系統(tǒng)要穩(wěn)定要求系統(tǒng)要穩(wěn)定 2. 準(zhǔn)：（穩(wěn)態(tài)要求）準(zhǔn)：（穩(wěn)態(tài)要求） 系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，

3、系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)， 輸出跟蹤精度要高輸出跟蹤精度要高 3. 快：（動(dòng)態(tài)要求）快：（動(dòng)態(tài)要求） 系統(tǒng)階躍響應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程系統(tǒng)階躍響應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程(guchng) 要平穩(wěn)，要平穩(wěn)， 快速快速1.4 對(duì)控制系統(tǒng)的基本對(duì)控制系統(tǒng)的基本(jbn)要求要求第7頁(yè)/共42頁(yè)第八頁(yè)，共42頁(yè)。穩(wěn)定性穩(wěn)定性 系統(tǒng)受外作用力后系統(tǒng)受外作用力后,其動(dòng)態(tài)過(guò)程其動(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩的振蕩(zhndng)傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的傾向和系統(tǒng)恢復(fù)平衡的能力。能力。穩(wěn) 定 性穩(wěn) 定 性： 系統(tǒng)受外作用力系統(tǒng)受外作用力經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，其經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，其被 控 量 達(dá) 到被 控 量 達(dá) 到 ( d do)某一穩(wěn)定狀態(tài)某一穩(wěn)定狀態(tài)，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的

4、，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。否則否則(fuz)為不穩(wěn)為不穩(wěn)定的。定的。r(t)t0c(t)r(t)c(t)不穩(wěn)定的系統(tǒng)是不穩(wěn)定的系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的。無(wú)法正常工作的。 擾動(dòng)信號(hào)作用下擾動(dòng)信號(hào)作用下 的不的不穩(wěn)定系統(tǒng)穩(wěn)定系統(tǒng):d(t)t0c(t)c(t)d(t) 一個(gè)能在生產(chǎn)一個(gè)能在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用的系統(tǒng)實(shí)際中應(yīng)用的系統(tǒng),不僅應(yīng)具有穩(wěn)定性不僅應(yīng)具有穩(wěn)定性,而且在動(dòng)態(tài)過(guò)程中而且在動(dòng)態(tài)過(guò)程中的震蕩也不能過(guò)于的震蕩也不能過(guò)于強(qiáng)烈強(qiáng)烈.第8頁(yè)/共42頁(yè)第九頁(yè)，共42頁(yè)。通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程(guchng)時(shí)間長(zhǎng)短表征時(shí)間長(zhǎng)短表征快速性?？焖傩??？焖傩钥焖傩詒(t)t0c(t)r(t)c1(t)c2(t) 快速性

5、表明快速性表明(biomng)了系了系統(tǒng)輸出對(duì)輸入響統(tǒng)輸出對(duì)輸入響應(yīng)的快慢程度應(yīng)的快慢程度 過(guò) 渡 過(guò) 程過(guò) 渡 過(guò) 程(guchng)時(shí)時(shí)間越短，表明間越短，表明快速性越好。快速性越好。反之亦然。反之亦然。t1t2第9頁(yè)/共42頁(yè)第十頁(yè)，共42頁(yè)。 由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值由輸入給定值與輸出響應(yīng)的終值之間的差值之間的差值ess大小大小(dxio)表征。表征。準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性r(t)t0c(t)ess 它反映了系統(tǒng)它反映了系統(tǒng)(xtng)的穩(wěn)態(tài)的穩(wěn)態(tài)精度。若系統(tǒng)精度。若系統(tǒng)(xtng)最終的最終的誤差為零，則稱誤差為零，則稱為無(wú)差系統(tǒng)為無(wú)差系統(tǒng)(xtng)，否則，否則為有差系統(tǒng)為有差系統(tǒng)(xt

6、ng)。c(t)r(t)第10頁(yè)/共42頁(yè)第十一頁(yè)，共42頁(yè)。 穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性往往是互相制約的。在設(shè)計(jì)與調(diào)試的過(guò)程中互相制約的。在設(shè)計(jì)與調(diào)試的過(guò)程中,若 過(guò) 分 強(qiáng) 調(diào) 某 方 面 的 性 能若 過(guò) 分 強(qiáng) 調(diào) 某 方 面 的 性 能 , 則 可 能則 可 能(knng)會(huì)使其他方面的性能受到影會(huì)使其他方面的性能受到影響響. 怎樣根據(jù)工作任務(wù)的不同怎樣根據(jù)工作任務(wù)的不同,分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，使其對(duì)三方面的性能有所側(cè)重控制系統(tǒng)，使其對(duì)三方面的性能有所側(cè)重 ，并，并兼顧其它正是兼顧其它正是(zhn sh)自控原理課程要解決自控原理課程要解決的問(wèn)

7、題。的問(wèn)題。第11頁(yè)/共42頁(yè)第十二頁(yè)，共42頁(yè)。按給定信號(hào)的形式按給定信號(hào)的形式 恒值系統(tǒng)恒值系統(tǒng) / / 隨動(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng) 按系統(tǒng)是否滿足疊加原理按系統(tǒng)是否滿足疊加原理(yunl) (yunl) 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng) / / 非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng) 按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化 定常系統(tǒng)定常系統(tǒng) / / 時(shí)變系統(tǒng)時(shí)變系統(tǒng) 按信號(hào)傳遞的形式按信號(hào)傳遞的形式 連續(xù)系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng) / / 離散系統(tǒng)離散系統(tǒng) 按輸入輸出變量的多少按輸入輸出變量的多少 單變量系統(tǒng)單變量系統(tǒng) / / 多變量系統(tǒng)多變量系統(tǒng) 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的分類的分類第12頁(yè)/共42頁(yè)第十三頁(yè)，共42

8、頁(yè)。 1. 1. 開(kāi)環(huán)控制開(kāi)環(huán)控制(kngzh) (kngzh) 2. 2. 閉環(huán)控制閉環(huán)控制(kngzh) (kngzh) 3. 3. 復(fù)合控制復(fù)合控制(kngzh)(kngzh)1.5 基本基本(jbn)控制方式控制方式在無(wú)人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機(jī)械、或生產(chǎn)過(guò)程（被控對(duì)象）的某一個(gè)在無(wú)人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機(jī)械、或生產(chǎn)過(guò)程（被控對(duì)象）的某一個(gè)(y )物理量（被控量）按預(yù)定的規(guī)律（給定量）運(yùn)行。物理量（被控量）按預(yù)定的規(guī)律（給定量）運(yùn)行。自動(dòng)控制自動(dòng)控制第13頁(yè)/共42頁(yè)第十四頁(yè)，共42頁(yè)。第14頁(yè)/共42頁(yè)第十五頁(yè)，共42頁(yè)。經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論 (

9、 19世紀(jì)初世紀(jì)初 ) 時(shí)域法時(shí)域法 復(fù)域法復(fù)域法 (根軌跡法根軌跡法) 頻域法頻域法 現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論 ( 20世紀(jì)世紀(jì)60年代年代 ) 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)(xtng) 自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制 最優(yōu)控制最優(yōu)控制 魯棒控制魯棒控制 最佳估計(jì)最佳估計(jì) 容錯(cuò)控制容錯(cuò)控制 系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)辨識(shí)辨識(shí) 集散控制集散控制 大系統(tǒng)大系統(tǒng)(xtng)復(fù)雜系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)(xtng) 智能控制理論智能控制理論 ( 20世紀(jì)世紀(jì)70年代年代 ) 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)(xtng) 模糊控制模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 遺傳算法遺傳算法自動(dòng)控制理論自動(dòng)控制理論(lln)發(fā)展簡(jiǎn)史發(fā)展簡(jiǎn)史第15頁(yè)/共42頁(yè)第十六頁(yè)，共42

10、頁(yè)。水溫調(diào)節(jié)水溫調(diào)節(jié)(tioji)系統(tǒng)系統(tǒng)水溫調(diào)節(jié)水溫調(diào)節(jié)(tioji)系統(tǒng)工作原理圖系統(tǒng)工作原理圖第16頁(yè)/共42頁(yè)第十七頁(yè)，共42頁(yè)。第17頁(yè)/共42頁(yè)第十八頁(yè)，共42頁(yè)。1-1 根據(jù)根據(jù)(gnj)題題1-15圖所示的電動(dòng)機(jī)圖所示的電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)工作原理圖，完成：速度控制系統(tǒng)工作原理圖，完成： (1) 將將a，b與與c，d用線連接成負(fù)反饋狀態(tài)；用線連接成負(fù)反饋狀態(tài)；(2) 畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。解解 （1）負(fù)反饋連接）負(fù)反饋連接(linji)方式為：方式為：，（2）系統(tǒng)）系統(tǒng)(xtng)方框圖如圖解方框圖如圖解1-1 所示。所示。1.6 習(xí)題分析習(xí)題分析第18頁(yè)/共42頁(yè)第十

11、九頁(yè)，共42頁(yè)。1-2 題題1-16圖是倉(cāng)庫(kù)大門(mén)圖是倉(cāng)庫(kù)大門(mén)(dmn)自動(dòng)控制系統(tǒng)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)原理示意圖。試說(shuō)明系統(tǒng)自動(dòng)控制大門(mén)(dmn)開(kāi)、閉的工作原理，并畫(huà)出系統(tǒng)方框開(kāi)、閉的工作原理，并畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。圖。圖圖1-16 倉(cāng)庫(kù)倉(cāng)庫(kù)(cngk)大門(mén)自動(dòng)開(kāi)閉控制系統(tǒng)大門(mén)自動(dòng)開(kāi)閉控制系統(tǒng)第19頁(yè)/共42頁(yè)第二十頁(yè)，共42頁(yè)。解解 當(dāng)合上開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)當(dāng)合上開(kāi)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，電橋會(huì)測(cè)量出開(kāi)門(mén)位時(shí)，電橋會(huì)測(cè)量出開(kāi)門(mén)位置與大門(mén)實(shí)際位置間對(duì)應(yīng)置與大門(mén)實(shí)際位置間對(duì)應(yīng)的偏差電壓，偏差電壓經(jīng)的偏差電壓，偏差電壓經(jīng)放大器放大后，驅(qū)動(dòng)伺服放大器放大后，驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，將電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞

12、盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，將大門(mén)向上提起。與此同時(shí)大門(mén)向上提起。與此同時(shí)，和大門(mén)連在一起的電刷，和大門(mén)連在一起的電刷也向上移動(dòng)，直到橋式測(cè)也向上移動(dòng)，直到橋式測(cè)量電路達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)量電路達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，大門(mén)達(dá)到開(kāi)啟停止轉(zhuǎn)動(dòng)，大門(mén)達(dá)到開(kāi)啟位置。反之，當(dāng)合上關(guān)門(mén)位置。反之，當(dāng)合上關(guān)門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤(pán)開(kāi)關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞盤(pán)使大門(mén)關(guān)閉，從而可以使大門(mén)關(guān)閉，從而可以(ky)(ky)實(shí)現(xiàn)大門(mén)遠(yuǎn)距離開(kāi)實(shí)現(xiàn)大門(mén)遠(yuǎn)距離開(kāi)閉自動(dòng)控制。系統(tǒng)方框圖閉自動(dòng)控制。系統(tǒng)方框圖如圖解如圖解1-21-2所示。所示。第20頁(yè)/共42頁(yè)第二十一頁(yè)，共42頁(yè)。1-3 圖圖1-17為工業(yè)爐溫為工業(yè)爐溫(l wn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作自動(dòng)

13、控制系統(tǒng)的工作原理圖。分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被原理圖。分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖?？亓亢徒o定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。 圖圖1-17 爐溫爐溫(l wn)自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖正常時(shí)：正常時(shí)： 電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng) 0efaruuuu 第21頁(yè)/共42頁(yè)第二十二頁(yè)，共42頁(yè)。cucucu解解 : :加熱爐采用電加熱方式運(yùn)行，加熱器所產(chǎn)生的熱量與調(diào)壓器電壓加熱爐采用電加熱方式運(yùn)行，加熱器所產(chǎn)生的熱量與調(diào)壓器電壓 的平方成正比，的平方成正比， 增高，爐溫就上升，增高，爐溫就上升， 的高低由調(diào)壓器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置所控制，該觸點(diǎn)由可逆轉(zhuǎn)的直流電動(dòng)

14、機(jī)驅(qū)動(dòng)。爐子的實(shí)際溫度用熱電偶測(cè)量，輸出電壓的高低由調(diào)壓器滑動(dòng)觸點(diǎn)的位置所控制，該觸點(diǎn)由可逆轉(zhuǎn)的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。爐子的實(shí)際溫度用熱電偶測(cè)量，輸出電壓 作為系統(tǒng)的反饋電壓與給定電壓作為系統(tǒng)的反饋電壓與給定電壓 進(jìn)行比較，得出偏差電壓進(jìn)行比較，得出偏差電壓 經(jīng)電壓放大器、功率放大器放大成經(jīng)電壓放大器、功率放大器放大成 后，作為控制電動(dòng)機(jī)的電樞電壓。后，作為控制電動(dòng)機(jī)的電樞電壓。 furueuau正常時(shí)：正常時(shí)： 電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng) 0efaruuuu feacT(c )uuuu T(c ) 被控被控(bi kn)對(duì)象對(duì)象被控被控(bi kn)量量第22頁(yè)/共42頁(yè)第二十三頁(yè)，共42頁(yè)。1-4圖圖

15、1-18是控制導(dǎo)彈發(fā)射架方位的電位器式隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖。圖中是控制導(dǎo)彈發(fā)射架方位的電位器式隨動(dòng)系統(tǒng)原理圖。圖中 、 并聯(lián)后跨接到同一電源并聯(lián)后跨接到同一電源 電位器的兩端，其滑臂分別與輸入軸和輸出軸相聯(lián)結(jié)，組成方位角的給定元件和測(cè)量反饋元件。輸入軸由手輪操縱；輸出軸則由直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速電位器的兩端，其滑臂分別與輸入軸和輸出軸相聯(lián)結(jié)，組成方位角的給定元件和測(cè)量反饋元件。輸入軸由手輪操縱；輸出軸則由直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速(jin s)后帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)采用電樞控制的方式工作。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出系統(tǒng)的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。后帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)采用電樞控制的方式工作。試分析系統(tǒng)的工作原理，

16、指出系統(tǒng)的被控對(duì)象、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。圖圖1-18 導(dǎo)彈導(dǎo)彈(dodn)發(fā)射架方位角控制系統(tǒng)原理圖發(fā)射架方位角控制系統(tǒng)原理圖第23頁(yè)/共42頁(yè)第二十四頁(yè)，共42頁(yè)。解：解： 當(dāng)導(dǎo)彈發(fā)射架的方位角與輸入軸方位角一致時(shí)，系統(tǒng)處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。系統(tǒng)中，導(dǎo)彈發(fā)射架是被控對(duì)象，發(fā)射架方位角當(dāng)導(dǎo)彈發(fā)射架的方位角與輸入軸方位角一致時(shí)，系統(tǒng)處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。系統(tǒng)中，導(dǎo)彈發(fā)射架是被控對(duì)象，發(fā)射架方位角 是被控量，通過(guò)手輪輸入的角度是被控量，通過(guò)手輪輸入的角度 是給定量。是給定量。 0 i 00eiieiuuu 手輪輸入角度手輪輸入角度 驅(qū)動(dòng)電機(jī)使導(dǎo)彈發(fā)驅(qū)動(dòng)電機(jī)使導(dǎo)彈發(fā)射架轉(zhuǎn)動(dòng)射架轉(zhuǎn)動(dòng) ，直至直至

17、 ，偏差電壓，偏差電壓 ，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)，導(dǎo)彈發(fā)射架停留在相應(yīng)的方位角上。只要，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)，導(dǎo)彈發(fā)射架停留在相應(yīng)的方位角上。只要 ，偏差就會(huì)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，控制的結(jié)果是消除偏差，偏差就會(huì)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，控制的結(jié)果是消除偏差 ，使輸出量，使輸出量 嚴(yán)格地跟隨輸入量嚴(yán)格地跟隨輸入量 的變化而變化。的變化而變化。 0 00ii;uu 0eu 0i e 0 i 第24頁(yè)/共42頁(yè)第二十五頁(yè)，共42頁(yè)。1-5 采用離心調(diào)速器的蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如圖采用離心調(diào)速器的蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)如圖1-19所示。其工作原理是：當(dāng)蒸汽機(jī)帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)圓錐齒輪帶動(dòng)一對(duì)飛錘作水平旋轉(zhuǎn)。飛錘通過(guò)鉸鏈可帶

18、動(dòng)套筒上下滑動(dòng)，套筒內(nèi)裝有平衡彈簧，套筒上下滑動(dòng)時(shí)可撥動(dòng)杠桿，杠桿另一端通過(guò)連桿調(diào)節(jié)供汽閥門(mén)的開(kāi)度。在蒸汽機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，飛錘旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與彈簧的反彈力相平衡，套筒保持某個(gè)高度，使閥門(mén)處于一個(gè)平衡位置。如果由于負(fù)載增大使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速所示。其工作原理是：當(dāng)蒸汽機(jī)帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，通過(guò)圓錐齒輪帶動(dòng)一對(duì)飛錘作水平旋轉(zhuǎn)。飛錘通過(guò)鉸鏈可帶動(dòng)套筒上下滑動(dòng)，套筒內(nèi)裝有平衡彈簧，套筒上下滑動(dòng)時(shí)可撥動(dòng)杠桿，杠桿另一端通過(guò)連桿調(diào)節(jié)供汽閥門(mén)的開(kāi)度。在蒸汽機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，飛錘旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力與彈簧的反彈力相平衡，套筒保持某個(gè)高度，使閥門(mén)處于一個(gè)平衡位置。如果由于負(fù)載增大使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速 下降，則飛錘因離心力減小而使套

19、筒向下滑動(dòng)，并通過(guò)杠桿增大供汽閥門(mén)的開(kāi)度，從而使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速回升。同理，如果由于負(fù)載減小使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，則飛錘因離心力減小而使套筒向下滑動(dòng)，并通過(guò)杠桿增大供汽閥門(mén)的開(kāi)度，從而使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速回升。同理，如果由于負(fù)載減小使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速 增加，則飛錘因離心力增加而使套筒上滑，并通過(guò)杠桿減小供汽閥門(mén)的開(kāi)度，迫使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速回落。這樣，離心調(diào)速器就能自動(dòng)地抵制負(fù)載變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速增加，則飛錘因離心力增加而使套筒上滑，并通過(guò)杠桿減小供汽閥門(mén)的開(kāi)度，迫使蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速回落。這樣，離心調(diào)速器就能自動(dòng)地抵制負(fù)載變化對(duì)轉(zhuǎn)速的影響，使蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速 保持在某個(gè)期望值附近。指出系統(tǒng)中的被控對(duì)象保持在某個(gè)期

20、望值附近。指出系統(tǒng)中的被控對(duì)象(duxing)、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。、被控量和給定量，畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖。第25頁(yè)/共42頁(yè)第二十六頁(yè)，共42頁(yè)。解：解： 在本系統(tǒng)中，蒸汽機(jī)是被控對(duì)象，蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速是被控量，給定量是設(shè)定的蒸汽機(jī)希望轉(zhuǎn)速。離心調(diào)速器感受轉(zhuǎn)速大小并轉(zhuǎn)換成套筒的位移量，經(jīng)杠桿傳調(diào)節(jié)供汽閥門(mén)，控制蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中，蒸汽機(jī)是被控對(duì)象，蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速是被控量，給定量是設(shè)定的蒸汽機(jī)希望轉(zhuǎn)速。離心調(diào)速器感受轉(zhuǎn)速大小并轉(zhuǎn)換成套筒的位移量，經(jīng)杠桿傳調(diào)節(jié)供汽閥門(mén)，控制蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 第26頁(yè)/共42頁(yè)第二十七頁(yè)，共42頁(yè)。1-6 攝像機(jī)

21、角位置自動(dòng)跟蹤攝像機(jī)角位置自動(dòng)跟蹤(gnzng)系統(tǒng)如圖系統(tǒng)如圖1-20所示。當(dāng)光點(diǎn)顯示器對(duì)準(zhǔn)某個(gè)方向時(shí)，攝像所示。當(dāng)光點(diǎn)顯示器對(duì)準(zhǔn)某個(gè)方向時(shí)，攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)跟蹤機(jī)會(huì)自動(dòng)跟蹤(gnzng)并對(duì)準(zhǔn)這個(gè)方向。試分并對(duì)準(zhǔn)這個(gè)方向。試分析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量及給析系統(tǒng)的工作原理，指出被控對(duì)象、被控量及給定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。定量，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。第27頁(yè)/共42頁(yè)第二十八頁(yè)，共42頁(yè)。e =0u=02112 = -e解：解： 控制系統(tǒng)的任務(wù)是使攝像機(jī)自動(dòng)跟蹤光點(diǎn)顯示器指示的方向?？刂葡到y(tǒng)的任務(wù)是使攝像機(jī)自動(dòng)跟蹤光點(diǎn)顯示器指示的方向。當(dāng)攝像機(jī)方向角與光點(diǎn)顯示器指示的方向一致時(shí)，當(dāng)攝像機(jī)方向

22、角與光點(diǎn)顯示器指示的方向一致時(shí)， ，自整角機(jī)，自整角機(jī)輸出輸出 ，交流放大器輸出電壓，交流放大器輸出電壓 ，電動(dòng)機(jī)靜止，攝像機(jī)保持原來(lái)，電動(dòng)機(jī)靜止，攝像機(jī)保持原來(lái)的協(xié)調(diào)方向。當(dāng)光點(diǎn)顯示器轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，的協(xié)調(diào)方向。當(dāng)光點(diǎn)顯示器轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度， 時(shí)，自整角機(jī)輸出與失時(shí)，自整角機(jī)輸出與失諧諧 角角 成比例的電壓信號(hào)（其大小、極性反映了失諧角的成比例的電壓信號(hào)（其大小、極性反映了失諧角的幅值和方向），經(jīng)電位器后變成幅值和方向），經(jīng)電位器后變成 ，經(jīng)放大器放大后驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)旋，經(jīng)放大器放大后驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并通過(guò)減速器帶動(dòng)攝像機(jī)跟蹤光點(diǎn)顯示器的指向，使偏差減小，直轉(zhuǎn)，并通過(guò)減速器帶動(dòng)攝像機(jī)跟蹤光點(diǎn)顯

23、示器的指向，使偏差減小，直到攝像機(jī)與光點(diǎn)顯示器指向重新達(dá)到一致時(shí)為止。測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量電動(dòng)到攝像機(jī)與光點(diǎn)顯示器指向重新達(dá)到一致時(shí)為止。測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行速度反饋，用以改善系統(tǒng)性能。機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行速度反饋，用以改善系統(tǒng)性能。21 2系統(tǒng)中，攝像機(jī)是被控對(duì)象，攝像機(jī)的方向角系統(tǒng)中，攝像機(jī)是被控對(duì)象，攝像機(jī)的方向角 是被控量，給定量是被控量，給定量是光點(diǎn)顯示器指示的方向角是光點(diǎn)顯示器指示的方向角 。1第28頁(yè)/共42頁(yè)第二十九頁(yè)，共42頁(yè)。1-7圖圖1-21 (a)，(b)所示的系統(tǒng)均為電壓所示的系統(tǒng)均為電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 假設(shè)空載時(shí)兩系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端假設(shè)空載時(shí)兩系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端電壓均為電壓均

24、為110V，試問(wèn)帶上負(fù)載后，圖，試問(wèn)帶上負(fù)載后，圖1-21(a)，(b)中哪個(gè)中哪個(gè)(n ge)能保持能保持110V不不變，哪個(gè)變，哪個(gè)(n ge)電壓會(huì)低于電壓會(huì)低于110V？為什？為什么么?圖圖1-21 電壓調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)(tioji)系統(tǒng)工作原理圖系統(tǒng)工作原理圖第29頁(yè)/共42頁(yè)第三十頁(yè)，共42頁(yè)。解解: : 帶上負(fù)載后，開(kāi)始由于負(fù)載的影響，圖帶上負(fù)載后，開(kāi)始由于負(fù)載的影響，圖1-21 (a)1-21 (a)與與(b)(b)系統(tǒng)的系統(tǒng)的端電壓都要下降，但圖端電壓都要下降，但圖(a)(a)中所示系統(tǒng)能恢復(fù)到中所示系統(tǒng)能恢復(fù)到110110伏而圖伏而圖(b)(b)系統(tǒng)系統(tǒng)卻不能。理由如下：卻不能

25、。理由如下： 圖圖(a)(a)系統(tǒng)系統(tǒng), ,當(dāng)當(dāng) u u 低于給定電壓時(shí)，其偏差電壓經(jīng)放大器低于給定電壓時(shí)，其偏差電壓經(jīng)放大器 K K放放大后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)大后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)D D轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速器帶動(dòng)電刷，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速器帶動(dòng)電刷，使發(fā)電機(jī) F F 的激磁電的激磁電流流If If 增大，發(fā)電機(jī)的輸出電壓會(huì)升高，從而使偏差電壓減小，直增大，發(fā)電機(jī)的輸出電壓會(huì)升高，從而使偏差電壓減小，直至偏差電壓為零時(shí)，電機(jī)才停止至偏差電壓為零時(shí)，電機(jī)才停止(tngzh)(tngzh)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，圖轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，圖(a)(a)系統(tǒng)系統(tǒng)能保持能保持110110伏不變。伏不變。 圖圖(b)(b)系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)，當(dāng) u u 低

26、于給定電壓時(shí)，其偏差電壓經(jīng)放大器低于給定電壓時(shí)，其偏差電壓經(jīng)放大器K K 后，直接使發(fā)電機(jī)激磁電流增大，提高發(fā)電機(jī)的端電壓，使發(fā)后，直接使發(fā)電機(jī)激磁電流增大，提高發(fā)電機(jī)的端電壓，使發(fā)電機(jī)電機(jī) G G 的端電壓回升，偏差電壓減小，但不可能的端電壓回升，偏差電壓減小，但不可能(knng)(knng)等于等于零，因?yàn)楫?dāng)偏差電壓為零，因?yàn)楫?dāng)偏差電壓為 0 0時(shí)，時(shí)，If=0If=0，發(fā)電機(jī)就不能工作。即圖，發(fā)電機(jī)就不能工作。即圖(b)(b)所示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓會(huì)低于所示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓會(huì)低于110110伏。伏。第30頁(yè)/共42頁(yè)第三十一頁(yè)，共42頁(yè)。1-8 圖圖1-22為水溫控制系統(tǒng)示意圖。冷水在熱為水溫

27、控制系統(tǒng)示意圖。冷水在熱交換器中由通入的蒸汽加熱，從而得到一定交換器中由通入的蒸汽加熱，從而得到一定溫度的熱水。冷水流量變化用流量計(jì)測(cè)量。溫度的熱水。冷水流量變化用流量計(jì)測(cè)量。試?yán)L制系統(tǒng)方塊圖，并說(shuō)明為了保持熱水溫試?yán)L制系統(tǒng)方塊圖，并說(shuō)明為了保持熱水溫度為期望值，系統(tǒng)是如何工作度為期望值，系統(tǒng)是如何工作(gngzu)的的？系統(tǒng)的被控對(duì)象和控制裝置各是什么？系統(tǒng)的被控對(duì)象和控制裝置各是什么？第31頁(yè)/共42頁(yè)第三十二頁(yè)，共42頁(yè)。解解: : 工作原理：溫度傳感器不斷測(cè)量交換器出口處的實(shí)際水溫，并在溫度控制器中與工作原理：溫度傳感器不斷測(cè)量交換器出口處的實(shí)際水溫，并在溫度控制器中與給定溫度相比較，

28、若低于給定溫度，其偏差值使蒸汽閥門(mén)開(kāi)大，進(jìn)入給定溫度相比較，若低于給定溫度，其偏差值使蒸汽閥門(mén)開(kāi)大，進(jìn)入(jnr)(jnr)熱交換熱交換器的蒸汽量加大，熱水溫度升高，直至偏差為零。如果由于某種原因，冷水流量加大器的蒸汽量加大，熱水溫度升高，直至偏差為零。如果由于某種原因，冷水流量加大，則流量值由流量計(jì)測(cè)得，通過(guò)溫度控制器，開(kāi)大閥門(mén)，使蒸汽量增加，提前進(jìn)行控，則流量值由流量計(jì)測(cè)得，通過(guò)溫度控制器，開(kāi)大閥門(mén)，使蒸汽量增加，提前進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)按冷水流量進(jìn)行順饋補(bǔ)償，保證熱交換器出口的水溫不發(fā)生大的波動(dòng)。制，實(shí)現(xiàn)按冷水流量進(jìn)行順饋補(bǔ)償，保證熱交換器出口的水溫不發(fā)生大的波動(dòng)。 其中，熱交換器是被控對(duì)象，

29、實(shí)際熱水溫度為被控量，給定量（希望溫度）在控其中，熱交換器是被控對(duì)象，實(shí)際熱水溫度為被控量，給定量（希望溫度）在控制器中設(shè)定；冷水流量是干擾量。制器中設(shè)定；冷水流量是干擾量。這是一個(gè)這是一個(gè)(y )(y )按干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)。按干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)。 第32頁(yè)/共42頁(yè)第三十三頁(yè)，共42頁(yè)。1-9 1-9 許多許多(xdu)(xdu)機(jī)器，像車床、銑床和磨床機(jī)器，像車床、銑床和磨床，都配有跟隨器，用來(lái)復(fù)現(xiàn)模板的外形。圖，都配有跟隨器，用來(lái)復(fù)現(xiàn)模板的外形。圖1-231-23就是這樣一種跟隨系統(tǒng)的原理圖。在此就是這樣一種跟隨系統(tǒng)的原理圖。在此系統(tǒng)中，刀具能在原料上復(fù)制模板的外形。系統(tǒng)中，刀

30、具能在原料上復(fù)制模板的外形。試說(shuō)明其工作原理，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。試說(shuō)明其工作原理，畫(huà)出系統(tǒng)方框圖。第33頁(yè)/共42頁(yè)第三十四頁(yè)，共42頁(yè)。解解: : 模板與原料同時(shí)固定在工作臺(tái)上。模板與原料同時(shí)固定在工作臺(tái)上。X X、Y Y軸直流伺服馬達(dá)接受控制器的指令，按輸入軸直流伺服馬達(dá)接受控制器的指令，按輸入命令帶動(dòng)工作臺(tái)做命令帶動(dòng)工作臺(tái)做X X、Y Y方向運(yùn)動(dòng)。模板隨工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，觸針會(huì)在模板表面滑動(dòng)，跟隨方向運(yùn)動(dòng)。模板隨工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)，觸針會(huì)在模板表面滑動(dòng)，跟隨刀具中的位移傳感器將觸針感應(yīng)到的反映模板表面形狀的位移信號(hào)送到跟隨控制器，控刀具中的位移傳感器將觸針感應(yīng)到的反映模板表面形狀的位移信號(hào)送到跟隨控

31、制器，控制器的輸出制器的輸出(shch)(shch)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)Z Z軸直流伺服馬達(dá)帶動(dòng)切削刀具連同刀具架跟隨觸針運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)遁S直流伺服馬達(dá)帶動(dòng)切削刀具連同刀具架跟隨觸針運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)毒呶恢门c觸針位置一致時(shí)，兩者位置偏差為零，具位置與觸針位置一致時(shí)，兩者位置偏差為零，Z Z軸伺服馬達(dá)停止。系統(tǒng)中，刀具是被控軸伺服馬達(dá)停止。系統(tǒng)中，刀具是被控對(duì)象，刀具位置是被控量，給定量是由模板確定的觸針位置。系統(tǒng)方框圖如圖解對(duì)象，刀具位置是被控量，給定量是由模板確定的觸針位置。系統(tǒng)方框圖如圖解1-91-9所示所示。最終原料被切割加工成模板的形狀。最終原料被切割加工成模板的形狀。第34頁(yè)/共42頁(yè)第三十五頁(yè)，共42頁(yè)。1

32、-10圖圖1-24 (a)，(b)所示均為調(diào)速系統(tǒng)。所示均為調(diào)速系統(tǒng)。 (1) 分別畫(huà)出圖分別畫(huà)出圖1-24 (a)、圖、圖(b)所示系統(tǒng)所示系統(tǒng)的方框圖。給出圖的方框圖。給出圖1-24 (a)所示系統(tǒng)正確的所示系統(tǒng)正確的反饋連線反饋連線(lin xin)方式。方式。 (2)指出在恒值輸入條件下，圖指出在恒值輸入條件下，圖1-24 (a)、(b) 所示系統(tǒng)中哪個(gè)是有差系統(tǒng)，哪個(gè)是所示系統(tǒng)中哪個(gè)是有差系統(tǒng)，哪個(gè)是無(wú)差系統(tǒng)，說(shuō)明其道理。無(wú)差系統(tǒng)，說(shuō)明其道理。圖圖1-24 調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)(xtng)工作原理圖工作原理圖第35頁(yè)/共42頁(yè)第三十六頁(yè)，共42頁(yè)。解解 (1)系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)方框圖如圖解方框圖如圖解1-10所示。所示。圖圖1-24 (a)正確的反饋連接正確的反饋連接(linji)方式如圖方式如圖1-24 (a)中虛線所示。中虛線所示。(2) 圖圖1-24 (a)的系統(tǒng)是有差系統(tǒng)，圖的系統(tǒng)是有差系統(tǒng)，圖1-24 (b)的系統(tǒng)是無(wú)差系統(tǒng)。的系統(tǒng)是無(wú)差系統(tǒng)。 圖圖1-24 (a)中，當(dāng)給定恒值電壓信號(hào)，系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，電動(dòng)機(jī)