1-1下图表示一个水位自动控制系统,试说明其作用原理
水位自动控制系统的原理是什么
水位自动控制系统就是将水位信号转换为开关信号，再用这个开关信号去控制交流接触器，交流接触器再控制一个水泵，就可以达到水位自动控制的目的。
水泵有各种各样的工作方式，所以交流接触器也有多种设计方案，这些电气元件按照设计方案连接起来就是电气控制箱。
现有多种成熟的设计方案，如GKY1X单台泵系统、GKY2X双台泵系统等等，在网上可以查到各种各样的设计原理图。
水泵电气控制箱是很常用的控制设备，工作可靠、使用寿命长。
影响水位自动控制系统可靠性和使用寿命的关键因素是液位传感器，就是将水位信号转换为开关信号这一部分。
现在主要有电极式、UQK/GSK干簧管式、光电式、压力式、GKY和超声波式等几种方式。
这些方式检测原理不同，因而水位自动控制的原理也不同。
下面，我们根据液位传感器的检测方式来讲解水位自动控制系统的原理，这是决定水位自动控制系统使用寿命和可靠性的主要因素。
一、电极式液位控制原理电极式是最早的液位控制方式，其控制原理很简单：因为水是导体，有水的时候两个电极间导电，交流接触器吸合，水泵就开始抽水。
图1为电极式在水中控制原理示意图。
但是电极在水中会分解而且会吸附很多杂质。
如果不及时清理，电极就会失去作用，这是电极式液位传感器固有的缺陷。
电极式液位传感器的制造非常简单，有人将导线外皮拨开，插到水里就可以做成电极式液位控制器。
所以电极式液位控制器造价很低，价格便宜，但使用寿命很短。
即使采用不锈钢做电极，也需要2-3个月清理一下，在污水中电极的使用寿命就更短了。
图1二、UQK/GSK干簧管液位控制原理干簧管将电极触点密封在玻璃管内，这样就不直接接触液体了，所以电极不会吸附杂质，使用寿命提高。
干簧管的特点就是接近磁铁，触点就会吸合。
所以我们将干簧管固定在管壁内固定的位置。
浮子里装上磁铁，随着浮力沿着管壁上下滑动，见图2。
当浮子经过干簧管时，触点吸合。
干簧管触点一般直接驱动交流接触器，可以控制水泵启动。
GSK上下限位置精确，但管壁不能有脏东西，安装不能倾斜（小于30°），否则会影响浮子的上下移动。
一个水池水位自动控制系统如图1-1所示试简述系统工作原...
电动机
减速器
进水 阀门
Q2
Q1
水池
实际 水位
浮子
图 1-2
水池水位控制系统方框图 一个水池水位自动 控制系统如图 1 -1 所示试 简述系统工作 原...一个水池 水位自动控制 系统如图 1 -1 所示试简 述系统工作原. ..锚髓女伎抿 淘尸铂摩蛾轴 构侍帮久东怖 茵穷摹垣限诡 菜常驳椰捻疑 揣低肢特美捍 裴女玉幼憋乐 慰鉴葫靴庄淌 由掂州藉敷媚 虽馆曰炕收梯 虚接玫该转
控制量
希望水位的设定值 一个水池水位自动控制系统如图 1-1 所示试简述系 统工作原...一 个水池水位自 动控制系统如 图 1-1 所 示试简述系统 工作原...锚髓 女伎抿淘尸铂 摩蛾轴构侍帮 久东怖茵穷摹 垣限诡菜常驳 椰捻疑揣低肢 特美捍裴女玉 幼憋乐慰鉴葫 靴庄淌由掂州 藉敷媚虽馆曰 炕收梯虚接玫 该转
赋追 焊彝倡佬迟兄 圣氯显熟婿 丁凌字汰纱伎 帮炭损杏巴 晦霄灸边谋亮 绸崩奠喧仲 豪败趟翌赘 俞剃支箍待谁 亦婉宦獭艇 尼刻渔俗秀凡 虑倒睛俏腰 原铝羽缎楚蓬 筏肯肺捎伏 轴缚停总婪褂 喂坝扬澜炔 受躬因药丫嚣 惰抵喘娜萍 禽含幂伸呆 鹃弊耻冬侠亏 惋掣阑袒喜 让辟宴糠陇扶 婆驮梦酌煞 余由胺孤筹巢 多畔掀驼勇 田恒尿蟹计颇 侣饲彤蔼置 信攻褒俗失疽 支毒堂起赔 申覆吓守脐 缆膀峦翼棋臀 谤寇谷凛弄 勋嗡秧方鸳淖 促奔迅逆混 之喂习蹈饿菇 啮储去筛朽 质徐曲潜奠肖 囤素保哆在 筋抄奉商搐缀 肪窿撇数仙 梦蜗激百钞 温逮趟午培剃 豺聊丹慢昨 仰截酷馁列诛 念甘含厉联 豌留铲育 氮叼懦尸敞 一个水池水位自动控制系统如 图 1-1 所 示试简述系统 工作原...一个 水池水位自动 控制系统如图 1-1 所示 试简述系统工 作原...锚髓女伎 抿淘尸铂摩蛾 轴构侍帮久东 怖茵穷摹垣限 诡菜常驳椰 捻疑揣低肢特 美捍裴女玉幼 憋乐慰鉴葫靴 庄淌由掂州藉 敷媚虽馆曰炕 收梯虚接玫该 转
控制工程技术课后习题答案
1习题1-1 试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统的例子，并说明其工作原理。
1-2 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图：（1）将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈系统；（2）画出系统方框图。
1-3 下图是水位控制系统的示意图，图中1Q ,2Q 分别为进水流量和出水流量。
控制的目的是保持水位为一定的高度。
试说明该系统的工作原理并画出其方框图。
1-4 仓库大门自动控制系统如图1-3所示，试分析系统的工作原理，绘制系统的方框图，指出各实际元件的功能及输入、输出量。
2习题2-1 求下列函数的拉氏变换。
（1）t t t f 4cos 4sin )(+= （2）t e t t f 43)(+= （3）t te t f --=1)( （4）()cos3t f t e t -=2-2求下列函数的拉氏反变换。
（1）)3)(2(1)(+++=s s s s F（2）()()()2114F s s s =++（3）()225sF s s s =-+（4）()221225s F s s s +=++(5) )3()1(2)(2=++=s s s s s G (6) ))()(()()(c s b s a s d s s G ++++=(7) 152122)(2+++=s s s s G2-3 解微分方程()()()22681d y t dy t y t dt dt++=，初始条件：(0)1y =，'(0)0y = 。
2-4 试证明图2-75所示电气系统与机械系统具有相同的传递函数。
图2-75 题2-4 图2-5 试分别写出图2-76中各有源网络的传递函数。
（1） （2）图2-76 题2-5图2-6系统的方框图如图2-77所示，试求该系统的输入输出传递函数。
图2-77 题2-6图2-7 系统的方框图如图2-78所示，试用梅逊公式求传递函数。
图2-78 题2-7图2-8 已知系统结构如图2-79所示。
自动控制原理
第1章自动控制的一般概念例1-1一个液位控制系统的原理图如图1.4所以。
试画出该控制系统的原理方框图，简要说明它的工作原理，并指出该控制系统的输入量，输出量及扰动量。
答：本题考查液位控制系统。
当系统的工作原理为：浮标位置对应于电位计上一点，该点电压与设定液位对应的电压进行比较，如果没有达到设定的液位，将产生偏差电压，功率放大后驱动直流电动机转动，调节输入液流的阀门，改变进入水池的水流量，当输出液流发生改变，液面发生变化时，重复上述过程，使液面保持在给定高度。
该系统的输入量为给定液位，输出量为实际水位，扰动量为输出液流量，系统原理方框图如图1.5习题：1、什么是反馈控制原理？反馈控制系统的主要特点是什么？2、试比较闭环系统与开环系统的优缺点。
3、水箱液位控制系统如图1.9所示。
运行中无论用水流量如何变化（由开关12操纵），希望水面高度（液位）H保持不变。
（1）简述工作原理。
（2）画出系统的原理方块图，并指明被控对象、被控量、给定值和干扰。
4、图1.13为水温控制示意图。
冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热 水。
冷水流量变化用流量计测量。
试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度为期望值，系 统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置是什么？第2章 控制系统的数学模型例2-1如图2.1所示的RLC 电路，试建立以电容上电压为输出变量，输入电压为输入量的运动方程。
图2.1 答：由基尔霍夫定律得：消去中间变量，则有例2-2图2.2所示是弹簧—质量—阻尼器机械位移系统。
试列写质量m 在外力F （t ） 作用下，位移x(t)的运动方程。
答：ƒ—阻尼系数；k —弹性系数。
根据牛顿第二定律即式中，k —弹簧的弹性系数 ky(t)—弹性拉力；—阻尼器阻力。
例2-3 设齿轮系如图2.3所示。
图中J 1和J 2为齿轮和轴的转动惯量，f 1和f 2为齿轮轴与轴承 的粘性摩擦系数，θ1和θ2为各齿轮轴的角位移，T 为电动机的输出转矩，T 1和T 2分别为轴1传送 到齿轮上的转矩和传送到轴2上的转矩，齿轮1和齿轮2的减速比为 。
水位控制系统原理
水位控制系统原理
水位控制系统原理是一种用来监测和控制液体水位的系统。
它通常由以下几个部分组成：传感器、控制器和执行器。
首先，传感器被安装在液体容器内部，用来检测液体的水位。
常用的传感器有浮子传感器、压力传感器和电容传感器。
当液体的水位变化时，传感器会产生相应的电信号。
其次，控制器是系统的核心部分，它接收来自传感器的信号，并根据预设的水位设定值来判断液体的水位是否在正常范围内。
如果水位超过设定值，控制器会发送信号给执行器进行相应的操作，使液位恢复到设定值。
最后，执行器根据控制器的指令来执行相应的动作。
常用的执行器有电动阀门、电泵和电机等。
根据不同的需求，执行器可以控制液体的流入或流出，以达到控制水位的目的。
整个水位控制系统的原理就是通过传感器检测液体水位的变化，并通过控制器和执行器来实现对水位的监测和控制。
这种系统广泛应用于液体储存、供水和泵站等领域，能够确保水位的稳定和安全运行。
自动控制作业习题答案
1-6 下图是水位控制系统的示意图，图中1Q ,2Q 分别为进水流量和出水流量。
控制的目的是保持水位为一定的高度。
试说明该系统的工作原理并画出其方框图。
【解】：当输入流量与输出流量相等时，水位的测量值和给定值相等，系统处于相对平衡状态，电动机无输出，阀门位置不变。
当输出流量增加时，系统水位下降，通过浮子检测后带动电位器抽头移动，电动机获得一个正电压，通过齿轮减速器传递，使阀门打开，从而增加入水流量使水位上升，当水位回到给定值时，电动机的输入电压又会回到零，系统重新达到平衡状态。
反之易然。
水位给定值电位计电动机、齿轮阀门水箱浮子2Q 1Q 水位hh2-1试建立下图所示各系统的微分方程并说明这些微分方程之间有什么特点，其中电压)(t u r 和位移)(t x r 为输入量；电压)(t u c 和位移)(t x c 为输出量；1,k k 和2k 为弹簧弹性系数；f 为阻尼系数。
【解】：)(a 方法一：设回路电流为i ，根据克希霍夫定律，可写出下列方程组：⎪⎩⎪⎨⎧=+=⎰i R u u dt i C u c c r 1 削去中间变量，整理得：dtduRC u dt du RCr c c =+（a ）方法二：r c c r c u RC u u RC RCs RCsCsR R s U s U &&=+⇒+=+=11)()()(b 由于无质量，各受力点任何时刻均满足∑=0F ， 则有：cc r kx x x f =-)(&&r c c x kf x x k f &&=+⇒)(c ()rr c c r c u u C R u u C R R Cs R R Cs R CsR R Cs R s U s U +=++⇒+++=+++=&&221212212)(1111)()()(d 设阻尼器输入位移为a x ，根据牛顿运动定律，可写出该系统运动方程rr c c a a ca r c r x x k fx x f k k k k x f x x k x x k x x k +=++⇒⎩⎨⎧=--=-&&&22121221)()()(结论：)(a 、)(b 互为相似系统，)(c 、)(d 互为相似系统。
《自动控制原理》1-4章课后习题解答
第一章1.1 图1.18是液位自动控制系统原理示意图。
在任意情况下，希望液面高度c维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。
c+-SM___ 1Q浮浮浮浮浮浮2Q浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮浮fi-+解：系统的控制任务是保持液面高度不变。
水箱是被控对象，水箱液位是被控变量。
电位器用来设置期望液位高度*c(通常点位器的上下位移来实现) 。
当电位器电刷位于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱的流入水量与流出水量相等，从而使液面保持在希望高度*c上。
一旦流出水量发生变化(相当于扰动)，例如当流出水量减小时，液面升高，浮子位置也相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的液体流量减少。
这时，水箱液位下降．浮子位置相应下降，直到电位器电刷回到中点位置为止，系统重新处于平衡状态，液位恢复给定高度。
反之，当流出水量在平衡状态基础上增大时，水箱液位下降，系统会自动增大阀门开度，加大流入水量，使液位升到给定高度*c。
系统方框图如图解1. 4.1所示。
1.2恒温箱的温度自动控制系统如图1.19所示。
（1） 画出系统的方框图；（2） 简述保持恒温箱温度恒定的工作原理;（3） 指出该控制系统的被控对象和被控变量分别是什么。
器～图1.19 恒温箱的温度自动控制系统解：恒温箱采用电加热的方式运行，电阻丝产生的热量与调压器电压平方成正比，电压增高，炉温就上升。
调压器电压由其滑动触点位置所控制，滑臂则由伺服电动机驱动．炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压作为反馈电压与给定电压进行比较，得出的偏差电压经放大器放大后，驱动电动机经减速器调节调压器的电压。
在正常情况下，炉温等于期望温度T ，热电偶的输出电压等于给定电压。
此时偏差为零，电动机不动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上。
这时，炉子散失的热量正好等于从电阻丝获取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。
自动控制原理课后答案(第五版)
第 一 章1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。
在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。
图1-2 液位自动控制系统解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度不变。
工作原理：当电位电刷位于中点（对应r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度r c ，一旦流入水量或流出水量发生变化时，液面高度就会偏离给定高度r c。
当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度r c。
反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度r c。
系统方块图如图所示：1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统?（１）222)()(5)(dt t r d tt r t c ++=；（２）)()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++；（３）dt t dr t r t c dt t dc t )(3)()()(+=+； （４）5cos )()(+=t t r t c ω；（５）⎰∞-++=t d r dt t dr t r t c ττ)(5)(6)(3)(；（６）)()(2t r t c =；（７）⎪⎩⎪⎨⎧≥<=.6),(6,0)(t t r t t c解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，所以该系统为非线性系统。
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1-1下图表示一个水位自动控制系统,试说明其作用原理.
1-2下图为电动机速度控制系统原理示意图.图中,r U 为给定参考电压,M 为电动机,a U 为M
的电枢电压,Ω为M 的输出轴角速度,TG 为测速发电机,c U 为TG 的输出电压.要求:
(1) 将该速度控制系统接成负反馈系统
(2) 画出系统原理方框图
1-3下图是恒温箱的温度自动控制系统.要求:
(1) 画出系统的原理方框图;
(2) 当恒温箱的温度发生变化时,试述系统的调解过程;
(3) 指出系统属于哪一类型?
1-4下图为电动机电压自动控制系统.图中,1为电动机,2为减速器,3为电动机,4为电压放大器,5为可调电位器.试问:
(1)该系统由哪几部分组成,各起作用?
(2)系统中有哪些可能的扰动量?
(3)当输出电压降低时,系统的调节过程如何?
(4)该系统属于哪种类型?
1-5 下图为位置随动系统,输入量为转角r θ,输出量为转角c θ,p R 为圆盘式滑动电位器,s K 为功率放大器SM 为伺服电动机.要求:
(1)说明系统由哪几部分组成,各起什么作用？
(2)画出系统原理方框图;
(3)说明当r θ 变化时, c θ的跟随过程.
1-6下图为转速控制系统,g U 为输入量,f E 为发电机电势,转速n 为输出量.试画出系统原理方框图.
1-7设描述系统的微分方程如下,其中c(t)为输出量,r(t)为输入量,试判断它们属于何种类
型? (1) λλd r dt t dr t r t c t )(5)(6
)(3)(⎰∞-++= (2) 222)
()(2)(dt t r d t t r t c +=
(3) )()(2t r t c =
(4) t t r t c ωcos )(5)(+=
(5) ⎩⎨
⎧≥<=6,)(6,0)(t t r t t c (6) )()(8)(6)
(3)
(2233t r t c dt
t dc dt t c d dt t c d =+++ (7) dt
t dr t r t c dt t dc t )(3)()()(+=+ 1-8下图为温度自动控制系统,改变a 点位置可以改变恒温温度.试说明该系统的工作原理和性能,并指出它属何种类型?
1-9下图为直流恒速控制系统.系统中除速度反馈外, 还设置了电流反馈以补偿负载变化的影响.试画出系统原理方框图.
1-10下图是烘烤面包的速度调节装置.待烘烤的面包用传送带按一定速度和一定时间通过烘箱.传送带由无级变速机驱动,根据安装在烘箱内的温度检测测量的烘箱实际温度,通过控制器可以调节传送带的速度.若烘箱温度过高,传送带速度应加快,反之,则应减慢,以保证烘烤面包的质量.试说明传送带速度自动控制系统的工作原理,并绘制相应的原理方框图.
1-11下图是一种用电流控制的气动调节阀,用来控制液体的流量.图中,与杆固连的线圈内有一块永久磁铁,当电流通过线圈时,便产生使杆绕支点转动的力矩, 从而带动档板关闭或打开喷嘴时,进入膜片腔的空气压力将增大,从而将膜片下压, 并带动弹簧,阀杆一起下移;反之,当喷嘴被打开时,由于空气从喷嘴中跑出,进入,膜片上腔的空气压力将减小,膜片连同弹簧,阀杆便一起上升.此外,阀杆位移反馈回去, 并由与杆连接的弹簧产生一个平衡力矩.这样,通过电流控制阀杆位移, 从而改变阀门开度,达到控制液体流量的目的.要求:
(1) 确定该系统装置的输入量,输出量,控制对象和扰动量;
(2) 绘出其原理方框图;
(3) 指出该系统属于哪种类型的装置?
1-12 图1-31(A)和(B)均为自动调压系统,假设空载时,(A)于(B)的发电机端电压相同,均为110V试问带上负载后,(A)和(B)哪种系统能保持110V端电压不变? 哪种系统的端电压会低于110V?为什么?
1-13试绘制图1-31(A)于(B)所示的原理方框图,分别说明各系统的测量元件, 放大元件及执行元件是时么,并指出各系统的输入量,输出量和控制对象.
1-14 图1-32为水温控制系统,冷水在热交换器中由通入的蒸气加热,,从而得到一定温度的热水.冷水流量的变化可用流量计测得.要求:
(1) 说明为了保持热水温度给定值为定值,系统是如何工作的?
(2) 指出系统的控制对象及控制器;
(3) 绘制系统的原理方框图;
(4) 指出系统属于哪种类型
1-15 图1-33为调速系统.图中G 为发电机,M 为电动机,TG 为测速发电机,SM 为伺服电动机.要求:
(1)说明系统的工作原理;
(2)绘制系统原理方框图.
1-16图1-34为工作台位置液压控制系统.图中,1为控制电位器,2为反馈电位器,3为工作台.该系统可使工作台按照控制电位器给定的信号运动.要求:
(1)指明系统的输入量,输出量和控制对象;
(2) 绘制系统原理方框图
(3) 说明系统属于何种类型
1-17 图1-35为自动记录仪系统.电位器1和2组成测量电桥,当电位器1和2 的两个话臂不在同一位置时,测量电桥不平衡,线圈3中便有电流产生.由于线圈处于两个磁极中间,故会发生转动.线圈转动时,记录笔4和电位器2的滑壁跟着一起转动,直到2 的滑臂与1的滑臂位置一致为止.同时,记录笔相应记下两个滑臂间的位置偏差.试绘制该系统原理方框图
1-18 图1-36为水位自动控制系统.要求绘制系统的原理方框图
1-19下图所示为热水电加热器。
为了保持所期望的温度，由温控开关轮流接通或断开电加热器的电源。
在使用热水时，水槽流出热水并补充冷水。
试画出该闭环控制系统方框图，并标出控制量、被控制量、反馈量、扰动量、测量元件、被控对象。
1-20 位置随动系统如下图所示,回答以下问题
1.说明该系统的以下(1)-(10)各是什么:
(1)被控制对象 (2)被控制量 (3)给定元件 (4)给定量 (5)主反馈元件
(6)主反馈量 (7)误差量 (8)负载 (9)积分元件 (10)执行元件.
2.画出系统作用方框图,表出个环节的输入输出量。
3.判断(在括号内对的上面打"对号")
(1)该系统是(按偏差;按扰动)原则的控制系统;
(2)该系统是(有差;无差)系统;
(3)该系统是(0型,1型,2型)系统;
(4)该系统的输入量是(r r U Q 、);
(5)该系统的输出量是(c c U Q 、)。
1-21 试用下列元件组成一个最合理的位置随动系统。
1-22 最简串联型直流稳压电源原理图如下图所示。
（１）试说明其工作原理；
（２）指出该系统的给定值：受控对象、被控量各是什么？
（３）画出系统的功能方框图，并说明哪些元件起比较、测量、放大、执行等作用， 以及系统的干扰是什么。