http://www.freekaoyan.com 第1簟控制系统的一般概意 分析其工作原理,并画出系统的方框图(方块图) 3.基本要求 掌握有关自动控制的基本概念,明确控制系统的任务、组成及 控制装置各部分的作用。 了解系统的基本控制方式及特点,正确理解负反馈控制原理。 正确理解对控制系统稳、准、快的要求 通过练习,掌握由系统工作原理图画出系统方框图的方法 掌握线性定常系统徽分方程的特点 、典型题解析 例1.1炉温控制系统如图1.2所示。要求: (1)指出系统的被控对象、被控量和给定量。指出控制装置的 各组成部分,画出系统方框图。 (2)说明该系统是怎样得到偏差,怎样减小或消除偏差的。 电炉 给定电壮电压功率 减遠器{自耦 [区 调压器 热电偶 2201 加热莓 电动机 图1.2炉温控制系统工作原理图 解分析依题意,系统挖制的目的是保持电炉内温度恒 此资乳案自免费考研陨 eekaoy an, Co心网友是供
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http://www.freekaoyan.com 自动控制原理典型题解析及自测试题 定,故可确定被控对象是电炉。 (1)被控对象为电炉,被控量为电炉内温度T,给定量为给定 电位计输出电压t1。 控制装置的各组成部分如下 给定电位计为给定元件,输出代表炉内希望温度的电压信号 r。热电偶为测量元件,感受炉内实际温度T,给出相应的电信号 tr比较元件的功能由联接给定电位计和热电偶的串联电路实现 提供偏差信号△电压放大器和功率放大器共同承担了放大元件 的功能。电动机、减速器、自耦调压器和加热器一起组成了执行机 构,对电炉温度进行调节(因加热器在电炉内,也可将其归到被控 对象中)。 系统方框图如图1.3所示 始定 △压事 电l减 电炉 电位计 大 天玉(含加热器 放 热电 图1.3炉温控制系统方框图 (2)当炉内实际温度与给定电位计电压1表征的希望温度 致时,热电偶输出电压tr与u相等,偏差电压△=1-tr=0。 此时电动机电枢电压为0,电动机不转动,系统相对平衡,炉温保 持在希望值上。当炉温因扰动出现偏差比如炉温低于希望值时, ay<u,△a=u-ay>0,偏差电压△a经电压、功率放大器放大 后驱动电动机正向旋转带动减速器将调压器电刷向上移动,加热 器两端电压增大,使炉内温度升高,趋于希望值。当炉温高于希望 值时,调节作用相反。该系统是由偏差产生控制作用而消除偏差的 闭环恒值控制系统。 此资乳案自免费考研陨 eekaoy an, Co心网友是供
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http://www.freekaoyan.com 第控制系纸的-般概慈 【评注】被控对象的确定取决于系统控制的目的和任务,本系统控制 的目的是使电炉温度(被控量)保持在希望值电炉温度是表征电炉工作状 态的物理量,故被控对象是电炉,而不是加热器或加热器中的电流,等等 方框图中的方框均表示系统中某一看得见、摸得着的物理实体,不能与 物理量相混滑。方框两端带箭头的短线分别表示该物理实体的输入、输出信 号(物理量),头表示信号的传递方向。比较点处的倍号一定是相同性质的 物理量,否则不可比较。引出点处信号的强度与引出支路数的多少无关,认为 是理想的反亲口处的“一”号表示系统处于负反馈状态。由于实际系统在主 回路处于正厉缋状态时一般都不稳定,所以主反馈口的“一"号不可缺省 例1.2图1.4为一工作台位置液压控制系统。该系统可以 使工作台按照控制电位器给定的规律变化要求 (1)指出系统的被控对象,被控量和给定量,画出系统方 框图。 (2)说明控制系统中控制装置各组成部分。 控创 手柄 电位器 高压油 回油 电液何服阅 七 工作台 反馈 电器 放大备 作动筒 图1.4工作台液压伺服系统工作原理图 解(1)控制系统的功能是使工作台随控制电位器给定规律 移动所以被控对象是工作合,被控量是工作台的位移,给定量是 控制电位器滑臂的转角(表征工作台的希望位置)系统方框图如 图1.5所示。 (2)控制装置的各组成部分下: 此资乳案自免费考研陨 eekaoy an, Co心网友是供
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http://www.freekaoyan.com 自动控制原理典型题解析及自测试题 手柄是给定元件,给出表征工作台希望位置的转角信号约。齿 条齿轮传动机构,完成测量元件的功能。由控制电位器、反馈电位 器组成的电桥电路完成约和g(表征工作台实际位置)的比较,给 出偏差电压△。放大器是放大元件。电磁阀、作动筒组成执行机 构,推动工作台移动。 李辆「电轿电路 放大器 电磁闯 作动筒国工作台 [齿条传动机构}一 图1.5工作台液压伺服系统方框图 当工作台处于希望位置时,反馈电位计滑臂偏角华与给定电 位器滑臂偏角一致,电桥输出电压△为0此时电磁阀位于零位, 工作台保持在希望位置上。当操纵手柄转动(如顺时针转动)时, g2≠,M≠0,放大器输出电压驱动电液伺服左移,高压油从 作动筒左侧压人,推动工作台右移,带动齿轮顺时针转动。当%= 时,系统又在新的条件下达到平衡,工作台又处于新的希望位量 上。操作手柄逆时针转动时的调节过程则正好相反。从而实现了工 作台位置跟随手柄转角典的规律而变化的控制目的。该系统属于 闭环随动控制系统。 【评注】(1)方拖图的形式不一定是惟一的。根据分析问题的需要可将 元部件分解得细一些,也可画得概括简洁一些但各个方框所代表的具体元 部件及各方框间的联系必须与实际情况一致 (2)要便系统稳定工作,系统必须处于负反馈状态在负反馈状态下,任 意改变系统主回路上某一处信号的极性(如控制电位器或反馈电位器的电源 极性反接放大器前端信号线对调、伺服阀前端信号线对调等)都会改变系 统的反馈极性,成为正反馈状态,请读者自行分析系统在正反馈下的行为及 可能出现的后果。 例1.3图1、6(a),(b)均为调速系统。 此资乳案自免费考研陨 eekaoy an, Co心网友是供
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http://www.freekaoyan.com 第1章控制系统的一概惑 7 (1)分别画出图(a)、图(b)对应系统的方框图。给出图(a)正 确的反馈连线方式 2)在恒值输入条件下图()图(b)中哪个是有差系统,哪 个是无差系统,说明其道理。 测速发电机 发电机电动机 R 电动机 发电机 测发电机 M(r) 放大 执行电动机 (b) 图1.6调速系统工作原理图 解(1)系统方框图如图1.7所示。 图1.a)正确的反馈连接方式如图1.6(a)中虚线所示 (2)1.6(a)的系统是有差系统,图1.6(b)的系统是无差 系统。 图1.(a)中,当给定恒值电压信号,系统运行达到稳态时,电 动机转速的恒定是以发电机提供恒定电压为条件,对应发电机激 此资乳案自免费考研陨 eekaoy an, Co心网友是供
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