自动控制原理第二版 冯巧玲 北航第一章习题及答案

《自动控制原理》习题解答

郑州轻工业学院 电气信息工程学院

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第一章习题及答案

1-1 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用线连接成负反馈状态；

(2) 画出系统方框图。

解 （1）负反馈连接方式为：a?d，b?c； （2）系统方框图如图解1-1 所示。

1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。

题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统

解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大

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门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。

1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。

题1-3图 炉温自动控制系统原理图

解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压uc的平方成正比，uc增高，炉温就上升，uc的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压uf。uf作为系统的反馈电压与给定电压ur进行比较，得出偏差电压ue，经电压放大器、功率放大器放大成ua后，作为控制电动机的电枢电压。

在正常情况下，炉温等于某个期望值T°C，热电偶的输出电压uf正好等于给定电压ur。此时，ue?ur?uf?0，故u1?ua?0，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使uc保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。

当炉膛温度T°C由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程,控制的结果是使炉膛温度回升，直至T°C的实际值等于期望值为止。

?T?C??uf??ue??u1??ua?????uc??T?C? 3

系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压ur（表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。

1-4 题1-4图是控制导弹发射架方位的电位器式随动系统原理图。图中电位器P1、P2并联后跨接到同一电源E0的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相联结，组成方位角的给定元件和测量反馈元件。输入轴由手轮操纵；输出轴则由直流电动机经减速后带动，电动机采用电枢控制的方式工作。

试分析系统的工作原理，指出系统的被控对象、被控量和给定量，画出系统的方框图。

题1-4图 导弹发射架方位角控制系统原理图

解 当导弹发射架的方位角与输入轴方位角一致时，系统处于相对静止状态。

当摇动手轮使电位器P1的滑臂转过一个输入角?i的瞬间，由于输出轴的转角?o??i,于是出现一个误差角?e??i??o，该误差角通过电位器P1、P2转换成偏差电压

ue?ui?uo，ue经放大后驱动电动机转动，在驱动导弹发射架转动的同时，通过输出轴带

动电位器P2的滑臂转过一定的角度?o，直至?o??i时，ui?uo，偏差电压ue?0，电动机停止转动。这时，导弹发射架停留在相应的方位角上。只要?i??o，偏差就会产生调节作用，控制的结果是消除偏差?e，使输出量?o严格地跟随输入量?i的变化而变化。

系统方框图如图解1-4所示。

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