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第一章
1.1 圖1.18是液位自動(dòng)控制系統(tǒng)原理示意圖。在任意情況下,希望液面高度維持不變,試說(shuō)明系統(tǒng)工作原理并畫(huà)出系統(tǒng)方塊圖。
解:系統(tǒng)的控制任務(wù)是保持液面高度不變。水箱是被控對(duì)象,水箱液位是被控變量。電位器用來(lái)設(shè)置期望液位高度 (通常點(diǎn)位器的上下位移來(lái)實(shí)現(xiàn)) 。
當(dāng)電位器電刷位于中點(diǎn)位置時(shí),電動(dòng)機(jī)不動(dòng),控制閥門(mén)有一定的開(kāi)度,使水箱的流入水量與流出水量相等,從而使液面保持在希望高度上。一旦流出水量發(fā)生變化(相當(dāng)于擾動(dòng)),例如當(dāng)流出水量減小時(shí),液面升高,浮子位置也相應(yīng)升高,通過(guò)杠桿作用使電位器電刷從中點(diǎn)位置下移,從
2、而給電動(dòng)機(jī)提供一定的控制電壓,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器減小閥門(mén)開(kāi)度,使進(jìn)入水箱的液體流量減少。這時(shí),水箱液位下降.浮子位置相應(yīng)下降,直到電位器電刷回到中點(diǎn)位置為止,系統(tǒng)重新處于平衡狀態(tài),液位恢復(fù)給定高度。反之,當(dāng)流出水量在平衡狀態(tài)基礎(chǔ)上增大時(shí),水箱液位下降,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增大閥門(mén)開(kāi)度,加大流入水量,使液位升到給定高度。
系統(tǒng)方框圖如圖解1. 4.1所示。
1.2恒溫箱的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)如圖1.19所示。
(1) 畫(huà)出系統(tǒng)的方框圖;
(2) 簡(jiǎn)述保持恒溫箱溫度恒定的工作原理;
(3) 指出該控制系統(tǒng)的被控對(duì)象和被控變量分別是什么。
圖1.19 恒溫箱的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)
3、
解:恒溫箱采用電加熱的方式運(yùn)行,電阻絲產(chǎn)生的熱量與調(diào)壓器電壓平方成正比,電壓增高,爐溫就上升。調(diào)壓器電壓由其滑動(dòng)觸點(diǎn)位置所控制,滑臂則由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng).爐子的實(shí)際溫度用熱電偶測(cè)量,輸出電壓作為反饋電壓與給定電壓進(jìn)行比較,得出的偏差電壓經(jīng)放大器放大后,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器調(diào)節(jié)調(diào)壓器的電壓。
在正常情況下,爐溫等于期望溫度T,熱電偶的輸出電壓等于給定電壓。此時(shí)偏差為零,電動(dòng)機(jī)不動(dòng),調(diào)壓器的滑動(dòng)觸點(diǎn)停留在某個(gè)合適的位置上。這時(shí),爐子散失的熱量正好等于從電阻絲獲取的熱量,形成穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài),溫度保持恒定。
當(dāng)爐溫由于某種原因突然下降(例如爐門(mén)打開(kāi)造成熱量流失)時(shí),熱電偶輸出電壓下降,與給定電
4、壓比較后出現(xiàn)正偏差,經(jīng)放大器放大后,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)使調(diào)壓器電壓升高,爐溫回升,直至溫度值等于期望值為止。當(dāng)爐溫受擾動(dòng)后高于希望溫度時(shí),調(diào)節(jié)的過(guò)程正好相反。最終達(dá)到穩(wěn)定時(shí),系統(tǒng)溫度可以保持在要求的溫度值上。
系統(tǒng)中,加熱爐是被控對(duì)象,爐溫是被控變量,給定量是給定電位器設(shè)定的電壓(表征爐溫的希望值)。給定電位計(jì)是給定元件,放大器完成放大元件的功能,電動(dòng)機(jī)、減速器和調(diào)壓器組成執(zhí)行機(jī)構(gòu),熱電偶是測(cè)量元件。
系統(tǒng)方框如圖解1.4.5所示。
1.3
解:當(dāng)負(fù)載(與接收自整角機(jī)TR的轉(zhuǎn)子固聯(lián))的角位置與發(fā)送機(jī)Tx轉(zhuǎn)子的輸入角位置6一致時(shí),系統(tǒng)處于相對(duì)豫止?fàn)顟B(tài),自整角機(jī)輸出電壓(即偏差
5、電壓)為0,放大器輸出為0,電動(dòng)機(jī)不動(dòng),系統(tǒng)保持在平衡狀態(tài)。當(dāng)改變時(shí),與失諧,自整角接收機(jī)輸出與失諧角成比例的偏差電壓,該偏差電壓經(jīng)整流放大器、功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)減速器改變負(fù)載的角位置,使之跟隨變化,直到與一致,系統(tǒng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)時(shí)為止。系統(tǒng)中采用測(cè)速發(fā)電機(jī)TG作為校正元件,構(gòu)成內(nèi)環(huán)反饋,用于改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。
該系統(tǒng)為隨動(dòng)系統(tǒng)。被控對(duì)象是負(fù)載;被控量為負(fù)載角位置,給定量是發(fā)送自整角機(jī)TX轉(zhuǎn)子的角位置。自整角機(jī)完成測(cè)量、比較元件的功能,整流放大器、功率放大器共同完成放大元件的功能,電動(dòng)機(jī)SM和減速器組成執(zhí)行機(jī)構(gòu),測(cè)速發(fā)電機(jī)TG是校正元件, 系統(tǒng)方框圖如圖解1.4.6
6、所示。
1.4
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,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)行前饋補(bǔ)償,保證熱交換器出口的水溫波動(dòng)不大。
系統(tǒng)中,熱交換器是被控對(duì)象,實(shí)際熱物料溫度為被控變量,冷水流量是干擾量。
系統(tǒng)方框圖如圖解1.4.4所示。
這是一個(gè)按干擾補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)。
1.5
解 帶上負(fù)載后,由于負(fù)載的影響,圖(a)與圖
7、(b)中的發(fā)電機(jī)端電壓開(kāi)始時(shí)都要下降,但圖(a)中所示系統(tǒng)的電壓能恢復(fù)到110 v,而圖(b)中的系統(tǒng)卻不能。理由如下;
對(duì)圖(a)所示系統(tǒng),當(dāng)輸出電壓u低于給定電壓時(shí),其偏差電壓經(jīng)放大器K,使電機(jī)SM轉(zhuǎn)動(dòng),經(jīng)減速器帶動(dòng)電刷減小發(fā)電機(jī)G的激磁回路電阻,使發(fā)電的激磁電流增大,提高發(fā)電機(jī)的端電壓,從而使偏差電壓減小,直至偏差電壓為零時(shí),電機(jī)才停止轉(zhuǎn)動(dòng)。因此,圖(a)系統(tǒng)能保持110V電壓不變。
對(duì)圖(b)所示系統(tǒng),當(dāng)輸出電壓低于給定電壓時(shí),其偏差電壓經(jīng)放大器K,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)G的端電壓回升,偏差電壓減小,但是偏差電壓始終不可能等于零,因?yàn)楫?dāng)偏差電壓為零時(shí),,發(fā)電機(jī)就不能工作。偏差電壓的存在是圖(b)系統(tǒng)正常工作的前提條件。即圖(b)中系統(tǒng)的輸出電壓會(huì)低于110V。
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