第1章 自动控制系统的基本概念

第1章 自动控制系统的基本概念

1－1 水位控制装置如图1-12所示。试分析它的控制原理，指出它是开环控制还是闭环控制系统？说出它的被控量及扰动输入量是什么？绘制出其系统框图。

在该液位控制系统中，水箱的进水量来自进水阀门，出水量由用户阀门确定。该系统能

在用户用水量随意变化的情况下，保持水箱水位在希望的高度上不变。

工作原理：当水箱水位低于设定值H 2时，浮子下移，通过杠杆使阀门开合度增大，从而加大进水量，使水箱水位提高；反之，当水箱水位高于设定值

H 2时，浮子上移，通过杠杆使阀门开合度减小，从而减小进水量，

使水箱水位降低。最终调节液位在一个相对稳定的高度。

控制任务：保持水位H 1在设定值；

被控制量：实际水位H 1；

扰动量：出水量；

被控对象：水箱；

测量元件：浮子；

执行元件：进水阀门。

根据上析分析，给出系统的原理方框图如图1-13所示。

1－2某生产机械的恒速控制系统原理图如图1-14所示。系统中除了速度反馈外，还设置了电流正反馈以补偿负载变化的影响。试标出速度负反馈、电流正反馈的信号的正、负号并画出框图。 被控对象：电动机；被控量：电动机转速n ；给定量：电位器的电压u 1；扰动量：负载力矩的变化。

工作原理：电位器电压u 1与转速设定值相对应。当转速n 低于设定

值时，测速发电机输出电压u 2减小，电压偏差信号 增大，电压放大器1的输出电压提高，经功率放大器放大后加到电机电枢两端电压u 4提高，从而使电动机的转速提高。另一方面，当负载转矩增大时，电枢回路中的电流增大，电压放大器2的输出电压u 3增大，经功率放大器后加到电机上的电压u 4也提高，起到了扰动补偿作用。由此可见，当转速低于设定值时，可通过反馈回路和扰动补偿两方面的共同作用使转速提高，从而达到了复合控制转速的目的。反之亦然。

根据题意，可得系统原理方框图如图1-15所示。

21u u u -=?

1-3图1-16所示为一温度控制系统的原理图。指出系统的输入量、被控量和控制原理，并画出系统框图。

度。

工作原理：当电炉温度低于设定值时，热电偶输出电压u

1减小，偏差信号0>?u

，经电压放大、功率放大后驱动电机正向转动，经减速器调整自耦变压器的滑动片位置，提高加热器的供电电压，使炉温升高。当炉温达到设定值时，r

f u u =，0

=?u ，电机停止转动，

维持炉温为设定值；

当电炉温度高于设定值时，热电偶输出电压u 1增大，偏差信号0

维持炉温为设定值。

自动控制系统部分包括：电位器、放大器、电机、减速器以及自耦变压器、热电偶。系统原理方框图所图

1-4 图1-18所示是船舶驾驶角位置跟踪系统的原理图。给定值θr 表示命令的角位置，被控量θc 为船舵角位置。说明系统的工作原理，画出系统框图。

工作原理：当工作机械转角θc 与手柄转角θr 一致时，两个环形电位计组成的桥式电路处于平衡状态，输出电压Ur=0，电机不转动，系统相对静止；如果手柄转角θr 变化，而工作机械处于原位，这时桥式电路的输出Ur ≠0，经放大器放大后驱动电机转动，经减速器拖动工作机械向θr 要求的方向偏转；当θc=θr 时，电机停转，系统达到新的平衡状态，从而实现角位移随动的目的。

根据上述分析，得出系统的原理方框图如图1-19所示。

1－5 洗衣机控制系统框图如图1-20所示。试设计一个闭环控制的洗衣机系统框图。

根据上述分析，得出系统的原理方框图如图1-21所示。

1－6 有两台汽轮发电机组转速调节系统如图1-22所示。试分析它们的控制原理，并指出它们是开环控制还是闭环控制系统？画出系统框图。

第一幅图中当操作人打开蒸汽阀门，蒸汽推动汽轮机动作，带动同步发电机以一定转速运作。操作人通过观察转速表来判断同步发电机的转速是否达到要求值。如转速低于要求值，操作人会增加蒸汽阀门开合度，增大进汽量来提升转速；如转速高于要求值，操作人会减小蒸汽阀门开合度，减小进汽量来降低转速。转速调节系统当转速偏离要求值时，不能自动调节，必须采取人工控制，故该系统为一开环控制系统。系统结构框图如图1-23所示。

第二幅图中当操作人打开蒸汽阀门，蒸汽推动汽轮机动作，带动同步发电机以一定转速运作。

同步发电机的主轴上装有转速检测元件，该元件将同步发电机的实际转速反馈到调节器，构成系统的主反馈通道。若同步发电机转速与调节器器中设定的转速要求值不一致，就会产生偏差信号，通过调节器控制阀门开合度，改变进汽量，使同步发电机转速向要求值趋近。该系统为一闭环控制系统，系统结构框图如图1-24所示。