1、第一章：例1 試舉幾個工業生產中開環與閉環自動控制系統的例子，畫出它們的框圖，并說明它們的工作原理，討論其特點。答 圖1-1所示為直流電動機的開環控制系統示意圖。圖1-1 直流電動機開環控制系統示意圖該系統的結構圖可用圖1-2表示。圖1-2 開環系統結構圖在本系統中，要控制的是直流電動機的轉速，所以直流電動機是控制對象，直流電動機的轉速是系統的輸出量。在勵磁電流If與負載恒定的條件下，當電位器滑動端在某一位置時（電位器對應的輸出電壓用表示），電動機就以一定的轉速n運轉。如果由于外部或內部擾動，例如由于負載突然增加，使電動機轉速下降，那么電動機在無人干預的情況下將偏離給定速度。也就是說開環控制系

2、統只有輸入量對輸出量產生作用，而沒有輸出對輸入的反作用。圖1-3所示為直流電動機的閉環控制系統示意圖。圖1-3 直流電動機閉環控制系統示意圖該系統的結構圖如圖1-4所示。 圖1-4 閉環控制結構圖這里，用測速發電機將輸出量n檢測出來，并轉換成與給定電壓物理量相同的反饋電壓，然后反饋到輸入端與給定電壓相比較，其偏差經過運算放大器放大后，用來控制功率放大器的輸出電壓U和電動機的轉速n。當電位器滑動到某一位置時，電動機就以一個指定的轉速轉動。由于外部或內部擾動，例如，由于負載突然增加，使電動機轉速降低，那么這一速度的變化，將由測速機檢測出來。此時反饋電壓相應降低，與給定電壓比較后，偏差電壓增大，再經

3、過功率放大器放大后，將功率放大器輸出電壓U升高，從而減小或消除電動機的轉速偏差。這樣，不用人的干預，系統就可以近似保持給定速度不變。由此可看出，閉環系統是把輸出量反饋到輸入端形成閉環，使得輸出量參與系統的控制。例2 圖P1-3為液位自動控制系統示意圖。在任何情況下，希望液面高度維持不變。試說明系統工作原理，并畫出系統結構圖。圖P1-3 液位自動控制系統示意圖答（1）工作原理：閉環控制方式。當電位器電刷位于中點位置時，電動機不動，控制閥門有一定的開度，使水箱中流入水量和流出水量相等，從而液面保持在希望高度上。當進水或出水量發生變化，例如液面下降，通過浮子和杠桿檢測出來，使電位器電刷從中點位置上移

4、，從而給電動機提供一定的控制電壓，驅動電動機通過減速器開大閥門開度，使液位上升，回到希望高度。電位器電刷回到中點，電動機停止。（2）被控對象是水箱，被控量是水箱液位，給定量是電位器設定位置（代表液位的希望值）。主擾動是流出水量。系統的方框圖如圖1-7所示。圖1-7 液位自動控制系統方框圖例3 圖P1-6表示一個角位置隨動系統。系統的任務是控制工作機械角位置隨時跟蹤手柄轉角。試分析其工作原理，并畫出系統結構圖。圖P1-6 角位置隨動系統答（1）工作原理：閉環控制。只要工作機械轉角與手柄轉角一致，兩環形電位器組成的橋式電路處于平衡狀態，無電壓輸出。此時表示跟蹤無偏差，電動機不動，系統靜止。如果手柄轉角變化了，則電橋輸出偏差電壓，經放大器驅動電動機轉動。通過減速器拖動工作機械向要求的方向偏轉。當=時，系統達到新的平衡狀態，電動機停轉，從而實現角位置跟蹤目的。（2）系統的被控對象是工作機械，被控量是工作機械的角位置，給定量是手柄的角位移。控制裝置的各部分功能元件分別是：手柄完成給定，電橋完成檢測與比較，電動機和減速器完成執行功能。系統方框圖如圖1-10所示。圖1-10 位置隨動系統方框圖例4（1）試述判斷控制系統穩定的時域、頻域的定理。解：略。（2）試畫出人從書架上取書的負反饋控制系統方框圖。解：如下圖所示。例5 （1）衡量自動控