1、探究學(xué)習(xí)項目2水位控制系統(tǒng)分析與探究報告探究及學(xué)習(xí)目的：掌握通過系統(tǒng)工作原理圖分析系統(tǒng)工作過程的能力，綜合理解系統(tǒng)功能；掌握結(jié)合典型環(huán)節(jié)模型特性分析、設(shè)計整體系統(tǒng)的能力；掌握控制系統(tǒng)的基本組成，能確定系統(tǒng)的被控量、給定量、反饋量、擾動量;學(xué)會建立結(jié)構(gòu)圖和信號流圖，掌握MASON公式計算傳函。M開關(guān)控制閥%用水量控制器放大器圖3.1水位控制系統(tǒng)示意圖注：1、圖中伺服電動機可以簡化為一個慣性環(huán)節(jié)，其數(shù)學(xué)模型請小組查閱資料學(xué)習(xí)。2、圖中放大器等控制裝置的比例系數(shù)可以自行設(shè)置。該系統(tǒng)在初始時刻的條件假設(shè)：始情況下給定液面高度為Hi(t)的靜態(tài)，一切裝置并不工作。某時刻放水勻速，以免未等系統(tǒng)反應(yīng)，水已被

2、放完。控制很迅速，沒有滯后。水管里的存水不會造成誤差。項目要求：認真分析水位控制系統(tǒng)示意圖，并研究分析以下問題：1、分析系統(tǒng)示意圖，描述水位控制系統(tǒng)的基本工作原理；基本工作原理：當(dāng)用水開關(guān)放水時，浮球降落，通過杠桿調(diào)節(jié)電位計產(chǎn)生”，在控制器調(diào)節(jié)下，放大后的電壓帶動電動機轉(zhuǎn)動，使控制閥打開，入水量Q1增加，抑制液面下降。若出水量Q2=Q1，則伺服電動機保持某狀態(tài)，一直放水。當(dāng)H-0，伺服電動機制閥關(guān)上，入水量Q1減小。2、繪出組成系統(tǒng)的職能方塊圖，確定系統(tǒng)的被控量、給定量、反饋量、擾動量，并分析該反饋系統(tǒng)中的各組成元部件及各自作用(可結(jié)合書上第4頁進行分析)。方塊圖：出水開關(guān)I給定液面Hff電位

3、計f控制器f放大器f伺服f減速器f控制閥f水箱f實際液面高 度HfIfI浮子被控量：水箱的液面高度給定量：給定的液面高度H反饋量：浮子擾動量：出水開關(guān)電位計：比較元件，其職能是把測量元件檢測的被控量實際值與給定元件給出的參據(jù)量比較。 浮子：測量元件，其職能是檢測被控制的物理量。放大器：放大元件，其職能是將比較元件給出的偏差信號進行放大。伺服電動機、減速器、控制閥：執(zhí)行元件，其職能是直接推動被控對象，使其被控量發(fā)生化。 控制器：校正元件，它是結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的元部件，用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中。3、通過查閱資料確定各元部件的傳遞函數(shù)，并分析控制系統(tǒng)由哪些典型環(huán)節(jié)組成；4、建立水位控制系統(tǒng)的

4、結(jié)構(gòu)圖，并描述系統(tǒng)各元部件之間的信號傳遞關(guān)系；5、明確系統(tǒng)輸入變量及輸出變量，并求出系統(tǒng)傳遞函數(shù)G(S)分解函數(shù)：浮子、杠桿時域函數(shù)：K1=AH/AR(t)= (Hi(t)-Ho(t) /R(t)傳遞函數(shù)：G1(s)=R (s) /H(s)=1/K1電位計時域函數(shù)：K2=R(t)/AU(t)傳遞函數(shù)：G2(s)= U (s) /R(s)=1/K2放大器時域函數(shù)：Ua(t)=K3*U(t)傳遞函數(shù)：G3(s)=Ua (s) /U(s)=K3控制器、伺服電動機(假設(shè)給定一個(to)為臨界點，改變電動機的工作狀態(tài)。)時域函數(shù)：當(dāng)(to)-U (t)=0時，伺服電動機停止工作，閥門保持原狀態(tài)關(guān)閉。當(dāng)(

5、to)-U (t)0時，伺服電動機正轉(zhuǎn)，閥門開啟放水流入水箱。當(dāng)(to)-U (t)0時，伺服電動機反轉(zhuǎn)，閥門關(guān)閉。Ua(t) = ( (to)-U (t)*K4*Wm(t)傳遞函數(shù)：G4(s)=Wm (s) /Ua(s)=K4*S*AU(So)-S*AU(s)減速器(假設(shè)把控制閥看作一個定軸轉(zhuǎn)動裝置，把減速器看作數(shù)學(xué)上的取余裝置，使控制 閥的角度始終處于【0，n /2】)時域函數(shù)：Wo(t)=Wm(t)-2*K*n傳遞函數(shù)：G5(s)=Wo (s) /Wm(s)=1- (2*K*n ) /S*Wm(s)控制閥門(假設(shè)最大出水量Q1=Q1(to)，水管半徑為R)時域函數(shù)：Q1(t)/Q(to)=n *R*R1-sin(wo(t)/ (n *R*R)傳遞函數(shù)：G6(s)=Q1(s/Wo(s)=Q1(So)/S*Wo(s)-S/S*S*Wo(s)+Wo(s)* Wo(s)* Wo(s)水箱(設(shè)用水量恒為Q2，水箱截面積為F，臨界用水量為Ho(t)(即實際液面高度)，給定 液面高度為Hi(t