自动控制理论 第一章 自动控制的基本概念 1.4 控制系统举例

发布日期:[15-01-31 22:15:11] 浏览人次:[]

1.4 控制系统举例

1.4 控制系统举例

本节给出一些自动控制应用的例子.通过这些例子的分析,可以进一步加深对自动控制基本概念的理解.

例1 图1.6是一个数控机床的控制原理图。在机械零件加工前,先由技术人员根据技术要求将有关工艺步骤及数据编成程序输入到计算机中。计算机按照程序向数字脉冲控制元件发出各种指令,数字脉冲控制器按照这些指令对脉冲进行分配及功率放大,驱动步进电机,带动刀具对零件进行加工。

图1.6 数控机床的控制原理

图1.6 数控机床的控制原理

这是一个开环控制的例子。由于采用了计算机、数字脉冲技术和步进电机,控制精度较高。若自动控制系统的输入是时间的已知函数,即预先规定了系统的动作顺序及动作转换条件,控制系统根据输入的程序发出控制指令,这类控制方式称为顺序控制。顺序控制在操作过程复杂、操作频繁且有规律性的场合应用非常普遍。 例2  传热设备的控制。图1.7是一个热交换器的控制原理图。工艺介质通过热交换器被蒸汽加热,要求工艺介质出口温度恒定。该方案采用了反馈控制系统。用温度测量变送仪表测量工艺介质的出口温度并转换为电信号,该信号在控制器中经过与给定值比较,求出偏差,控制器对偏差进行运算,产生控制指令信号,控制信号加在流量调节阀上,通过控制加热蒸汽的流量来控制工艺介质的出口温度。采用反馈控制方案,不论任何因素的扰动对工艺介质出口温度的影响,都可以得到克服,使工艺介质出口温度与给定温度保持一致。

图1.7 热交换器的控制原理

 图1.7 热交换器的控制原理

例3  图1.8是一个恒压自动供水系统的控制原理图。

图 1.8 衡压自动供水系统的控制原理图

图 1.8 衡压自动供水系统的控制原理图

随着城市建设的发展和高层建筑的增多,传统的高位水箱(水塔)供水方式由于建筑成本高又存在二次污染而逐步被其他现代化供水方式取代。图1.8所示的系统,无论供水流量大小,供水系统都能自动维持供水管网的压力不变。压力测量变送仪表测出水泵出口压力并与设定压力比较,控制器根据偏差控制变频器的频率从而改变水泵转速,使水泵出空压力保持恒定。该系统使用了变频调速现代技术。变频器是集微电子、电力电子和控制技术于一体的高技术产品。它通过将固定频率的电网交流电转换成电压可调、频率可调的交流电,实现对交流电机的调速。

例4  家用电冰箱的温度控制原理如图1.9所示。用户在温控器上设置自己需要的冰箱温度,即提供控制系统的给定值。安装在冰箱内的感温元件测出的温度与给定温度比较,控制器根据偏差,按冰箱温控特性曲线通过继电器控制压缩机停止或工作,从而使冰箱温度得到控制。

图1.9 电冰箱的温度控制原理

 图1.9 电冰箱的温度控制原理

思考讨论题 1.1  据出我们见到的自动控制的例子,说明其工作原理.

1.2  应用反馈控制的主要目的是什么?

1.3  1.4节的例3中的恒压供水可否改为开环控制?和闭环控制相比有什么特点?

1.4  1.4节的例4中冰箱温度能否与给定值保持一致?为什么要采用例4中的控制方法?你有什么其他控制方案?

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