上海交通大学：《系统模型、分析与控制 Modeling、Analysis and Control》课程教学资源[03]HW1_homework01_solution

ME369课后作业 1# Fall 2015 提交截止日期：2015-09-30（周三） 学号： 姓名： 第一题图(a、(b)是液面高度控制系统，运行中希望液面高度h保持不变. (1)试说明各系统的工作原理； (2)画出各系统方块图，并说明被控对象、给定量、被控量、干扰量是什么？ (3)用水流量Q2变化时，各系统能否使液体面高度保持不变？试从原理上说明， 用水开关 用水开关 (a) (b) 包 I)通过设定电位计将给定液面高度设定为对应的W,而被控制对象的水箱的实际 液面高度h由浮子随动检出，并通过反馈电位计成为对应的s 2)当实际液面高度h大于给定液面高度h,则u>w△u=ur山>0，经放大器放大后 驱动执行电机，经减速器传动减小进水阀门开度，使Q,减小，从而使实际液面高度山减 小。 3)当实际液面高度h小于给定液面高度o,则，<p△u=ur山<0，经放大器放大后 驱动执行电机，经减速器传动增大进水阀门开度，使Q增大，从而使实际液面高度增 加。 4)当实际液面高度h=给定液面高度，则u,=up△=W一山=0，放大器输入为零，执行 电机不转动，进水阀门开度不变，Q不变，此时，21=2 用水 阁门 干扰量Q: 控制树象 给定量 设定 Au 电压、功率 执行 速器 进水 被控量 放大器 电机 水箱 液面高度(ho 电位计 阀门 反馈电位计 浮子 液面高度(h) ?给定液面高度h伽设定，平衡时Q1=Q2，本图中u与Q2无关，故Q2变化时， 最终稳定在这个hu对应的液位

1 ME369 课后作业 1# Fall 2015 提交截止日期: 2015-09-30（周三） 学号： 姓名： 第一题图(a)、（b)是液面高度控制系统，运行中希望液面高度 h 保持不变． (1)试说明各系统的工作原理； (2)画出各系统方块图，并说明被控对象、给定量、被控量、干扰量是什么？ (3)用水流量 Q2 变化时，各系统能否使液体面高度保持不变？试从原理上说明． (a) (b) (a) 1）通过设定电位计将给定液面高度 h0设定为对应的 ur，而被控制对象的水箱的实际 液面高度 h 由浮子随动检出，并通过反馈电位计成为对应的 uf. 2)当实际液面高度 h 大于给定液面高度 h0，则 ur>uf，∆u=ur-uf >0, 经放大器放大后 驱动执行电机，经减速器传动减小进水阀门开度，使 Q1减小，从而使实际液面高度 h 减 小。 3)当实际液面高度 h 小于给定液面高度 h0，则 ur<uf，∆u=ur-uf <0, 经放大器放大后 驱动执行电机，经减速器传动增大进水阀门开度，使 Q1增大，从而使实际液面高度 h 增 加。 4)当实际液面高度 h=给定液面高度 h0，则 ur=uf，∆u=ur-uf =0,放大器输入为零，执行 电机不转动，进水阀门开度不变，Q1不变, 此时，Q1 =Q2 ？给定液面高度 h0设定，平衡时 Q1 =Q2 ，本图中 h0与 Q2 无关，故 Q2 变化时， 最终稳定在这个 h0对应的液位

第二题如图一大门开关自动控制系统，试说明工作原理并画出系统方块图. 纹盘 文字略，格式参见第一题 开门位置 关门位置。 设定电位计 电压、功率 执行 设定位置 放大器 实际位置 (ho) 2 (h) 反馈电位计 【续第一题】 (b) 1)被控制对象的水箱的实际液面高度由浮子随动检出，传给杠杆 2)当实际液面高度h大于给定液面高度，通过杠杆的比较放大作用，减小进水阀 门开度，使Q减小，从而使实际液面高度减小。 3)当实际液面高度h小于给定液面高度，通过杠杆的比较放大作用，增大进水阀 门开度，使Q增大，从而使实际液面高度h增大。 4)当实际液面高度h=给定液面高度o,杠杆处于平衡位置，进水阀门开度不变，Q 不变。此时Q1=Q2 用水 阀门 Q:干扰量 设定量 控制对象 进水 被控量 液面高度(ho) 水箱 阀门 杠杆 浮子 液面高度() ?给定液面高度ho设定，平衡时21=22，而系统中Q1与液面高度h有唯一的对 应关系.当Q2变时，稳定后，将停在Q2对应的位置

2 第二题 如图一大门开关自动控制系统，试说明工作原理并画出系统方块图． 文字略，格式参见第一题 【续第一题】 (b) 1)被控制对象的水箱的实际液面高度 h 由浮子随动检出，传给杠杆 2)当实际液面高度 h 大于给定液面高度 h0，通过杠杆的比较放大作用，减小进水阀 门开度，使 Q1减小，从而使实际液面高度 h 减小。 3)当实际液面高度 h 小于给定液面高度 h0，通过杠杆的比较放大作用，增大进水阀 门开度，使 Q1增大，从而使实际液面高度 h 增大。 4)当实际液面高度 h=给定液面高度 h0，杠杆处于平衡位置，进水阀门开度不变，Q1 不变。此时 Q1 =Q2 ？给定液面高度 h0设定，平衡时 Q1 =Q2 ，而系统中 Q1 与液面高度 h 有唯一的对 应关系. 当 Q2 变时，稳定后，将停在 Q2 对应的位置

第三题如图(a)、(b)二个系统，分别求它们关于独立变量)的运动方程 (EOM) 00 ①四 2k no slip 835SS5S3SSSS53S535355S335SS (a) (b) ②L:m成-文-g ②M呢、蹈 叭ntxo E©=(-t-以-UR 正一ten股-nR2 塘妹。风=欢浪整，在亲 ③Eomn光+文=o 3

3 第三题如图(a)、(b)二个系统，分别求它们关于独立变量 xt() 的运动方程 （EOM） (a) (b)

第四题如图所示机械系统，求关于两个独立变量x(),x,)的运动方程(EOM) 07eD ov 2k 个2 AMWwwwwwwwwww ②E 十A m%÷f o=fe Jo=3mR? 廿B 2m兑-f-坏， 移联 人二t架 > 户=六次 ② Com m元m%*以0 2n元-士m×+%-0

4 第四题如图所示机械系统，求关于两个独立变量 1 x t()，2 x t() 的运动方程（EOM）

第五题如图所示机械系统，求关于两个独立变量x),x,()的运动方程 (EOM) 阳尼系数 ①fBD 1太-为 M 花- 为东风 ↓以解绍 不五衔出 (X-) 足从. K2 原5、 ②M m六=-k(×-x)-B,(,-飞) NzX=4(X-x2)-k22)-B(x2飞) ®)互M m义，十B,方十Xz名=B1冬 m2元t®方-《×+k不+长=8丙%落 5

5 第五题如图所示机械系统，求关于两个独立变量 1 x t()， 2 x t() 的运动方程 （EOM）