迭代学习控制在大惯性系统中的应用
技
术创新
中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７年第２３卷第７－１期
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《现场总线技术应用２００例》
仿真技术
迭代学习控制在大惯性系统中的应用
ＡＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＩｔｅｒａｔｉｖｅＬｅａｒｎｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒｔｈｅＢｉｇＩｎｅｒｔｉａＳｙｓｔｅｍ
（兰州理工大学）陈若珠
宋军伟李战明
ＣＨＥＮＲＵＯＺＨＵＳＯＮＧＪＵＮＷＥＩＬＩＺＨＡＮＭＩＮＧ
摘要：迭代学习控制是应用在具有重复运动特点的系统中，并有良好的跟踪效果的控制方法。本文针对转台控制系统中的大
惯性环节，运用开环Ｐ型迭代学习控制，仿真证明该学习控制律的有效性。并证明学习控制律的收敛条件。关键词：迭代学习控制；开环Ｐ型；收敛性；仿真
中图分类号：ＴＰ２７３
文献标识码：ＡＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔｅｒａｔｉｖｅｌｅａｒｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｒａｃｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｗｈｉｃｈｒｕｎｓｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅｌｙ．ＷｅａｒｅｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄｉｎａｐｐｌｙｉｎｇＰ－ｔｙｐｅｉｔｅｒａｔｉｖｅｌｅａｒｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｔｈｅｂｉｇｉｎｅｒｔｉａｔａｃｈｅｉｎｔｈｅｔｕｒｎｉｎｇｐｌａｔｆｏｒｍｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｖｉａｓｉｍｕｌａｔ－ｅｄｆｉｇｕｒｅ，ｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄ．Ａｌｓｏｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｏｆｔｈｅｍｏｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｔｅｒａｔｉｖｅｌｅａｒｎｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ，ｏｐｅｎｅｄ－ｌｏｏｐＰ－ｔｙｐｅ，ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｎ
文章编号：１００８－０５７０（２００７）０７－１－０２５０－０２
陈若珠：高级工程师
基金项目：甘肃省科技攻关项目（ＲＧ５０３５－Ａ５２－００７－０２）
１引言
迭代学习控制的概念和方法最早是由日本学者Ｕｃｈｉｙａｍａ于１９７８年首先提出来的。但是，没有引起太多人的关注。１９８４年Ａｒｉｍｏｔｏ和他的同事将Ｕｃｈｉｙａｍａ的思想详细地描述为较完整的迭代学习控制理论。迭代学习控制适用于具有某种重复运动性质的被控对象，可实现在有限区间上的完全跟踪。本文感兴趣的是对于含有大惯性环节的转台控制系统，利用开环Ｐ型迭代学习控制，证明控制算法收敛性，仿真图形表明控制算法的有效性。
２开环Ｐ型迭代学习控制方法
开环Ｐ型迭代学习控制方法为
（１）
图１
式中ｔ∈［０Ｔ］；ｋ为迭代次数；Ｐ为增益矩阵；ｕｋ＋１（ｔ）为第（ｋ＋１）次控制量；ｕｋ（ｔ）为第ｋ次控制量；ｅｋ（ｔ）＝ｙｄ（ｔ）－ｙｋ（ｔ）为第ｋ次跟踪误差；ｙｄ（ｔ）为期望轨迹；ｙｋ（ｔ）为第ｋ次跟踪轨迹；即开环迭代学习控制利用了上一次跟踪时的控制量与跟踪误差。开环Ｐ型迭代学习控制在含有大惯性环节的转台控制系统结构如下图１所示。
３开环Ｐ型迭代学习控制的收敛性
考虑被控系统的动态过程为：
（２）
其状态方程为一般的非线性方程，输出方程对ｕ为线性
为适当维数的向量或矩阵。要使
在［０，Ｔ］内系统输出ｙ（ｔ）精确地跟踪期望输出ｙｄ（ｔ）．令ｔ＝０，
则在第ｋ次运行时迭代学习的状态方程为
（３）
输出误差为ｅｋ（ｔ）＝ｙｄ（ｔ）－ｙｋ（ｔ）
对系统采用开环Ｐ型学习律为式（１）其中ｋ为迭代次数，Ｐ（ｔ）
为学习增益。令
（４）
其中ｘｄ，ｙｄ，ｕｄ分别为期望轨迹上的状态，输出和控制。下面给出开环Ｐ型迭代学习控制收敛的充分与必要条件。设被控系统方程为（２），且时间在［０，Ｔ］内满足下列条件
（Ｔ１）（Ｔ２）（Ｔ３）
（Ｔ４）每次运行的初始误差｛｛δ
ｘｋ（０）｝ｋ≥０为一收敛到零的序列。（Ｔ５）存在唯一理想的控制ｕｄ（ｔ）使系统的状态和输出为期望值ｘｄ（ｔ），ｙｄ（ｔ），其中Ｆ（ｔ，ｕ）为（ｔ，ｕ）的连续函数，Ｍ为一正的常数。
采用（１）所示的控制律，则对于任意给定的初始控制ｕ０（ｔ），及每次运行的初始状态ｘｋ（０）所得序列｛ｘｋ（ｔ）｝ｋ≥０．｛ｙｋ（ｔ）｝ｋ≥０，｛ｕｋ（ｔ）｝ｋ≥０，皆对ｔ一致地收敛到ｘｄ（ｔ），ｙｄ（ｔ），ｕｄ（ｔ）的充分条件为谱半径ρ［Ｉ－Ｐ（ｔ）Ｄ（ｔ）］＜１，ｔ∈［０，Ｔ］（５）其必要条件为。ρ［Ｉ－Ｐ（ｔ）Ｄ（ｔ）］ｔ＝０＜１，ｔ∈［０，Ｔ］若Ｐ（ｔ），Ｄ（ｔ）为常数矩阵时则式（５）为充分必要条件。
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技术创新
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证明
令
（６）
由式（２），（４），（５），（６）得
（７）
由条件（Ｔ１）￣（Ｔ３）得
（８）
同理可得（９）定义算子
为
（１０）
其中δｘｋ（ｔ）为式（７）当δｕｋ给定时的解，由条件（Ｔ５）知，其解存在。定义算子
为
（１１）
由式（７），（１０），（１１）得
（１２）
现在对算子ＱＫ进行估计，若为式（７）的解，则
（１３）
取
（１４）由式（８）和（１３）得
（１５）
由式（１５）及Ｂｅｌｌｍａｎ－Ｇｒｏｎｗａｌｌ定理知存在常数Ｍ２≥１使得
（１６）
由条件（Ｔ４），式（１０），（１１）可将式（１２）改写为
当δｘｋ（０）≠０且时，存在。这意味着在ｔ＝０点ｕ（ｔ）不收敛于ｕｄ（ｔ）因而
是ｔ＝０收敛
的必要条件。
若Ｐ和Ｄ为常数矩阵时，因为为ｔ＝０
点收敛的必要条件，且
成立，即满足收敛的充分
条件。故当Ｐ（ｔ），Ｄ（ｔ）为常数矩阵时，为收敛的充分
条件。所以由（Ｔ１）￣（Ｔ５）知，该收敛条件同样适用于当系统为线性
系统时。
４仿真
考察含有大惯性环节的转台控制系统，设系统的传递函数为Ｇ（ｓ）＝
，当系统的期望输出为转台的减速曲线ｙｄ（ｔ）＝ｃｏｓ
（ｔ／２０），在ｔ∈［０，Ｔ］，Ｔ＝３０Ｓ。
利用开环迭代学习控制，经过ｋ次迭代使得系统输出ｙｋ（ｔ）趋于ｙｄ（ｔ）。并且的Ｐ＝５时，由Ｇ（ｓ）可知，满足ρ（Ｉ－ＰＤ）＜１的收敛条件。当ｋ＝８时ｙｋ（ｔ）基本上完全与ｙｄ（ｔ）重合。其仿真图形如图２下所示
当改变系统的惯性环节的系数时，利用Ｐ型迭代学习控制同样能经过ｋ次迭代使得系统输出ｙｋ（ｔ）趋于ｙｄ（ｔ），如令Ｇ１（ｓ）＝
，则当Ｐ＝４０时，由Ｇ１（ｓ）可知，满足ρ（Ｉ－ＰＤ＜１的
收敛条件。当ｋ＝１０时ｙｋ（ｔ）基本上完全与ｙｄ（ｔ）重合。其仿真图如
图３所示。
图２
图３
５结论
本文针对含有大惯性环节的线性定常系统，提出了开环Ｐ型迭代学习控制律，并对提出了使算法收敛的定理，并证明其有效性。通过仿真证明算法的有效性。
本文的创新点在于运用迭代学习控制的方法来实现对输出
的跟踪，可以在有限的时间内达到完全跟踪的效果，并且为迭代学习控制在工程实践上的应用提供了理论上的依据。
参考文献
［１］ＵｃｈｉｙａｍａＭ．ＦｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＨｉｇｈ－ｓｐｅｅｄＭｏｔｉｏｎＰａｔｔｅｒｎｏｆａＭｅ－ｃｈａｎｉｃａｌＡｒｍｂｙＴｒｉａｌ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳｏｃｉｅｔｙｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａ－ｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓ，１９７８，１４（６）：７０６－７１２．
［２］ＡｒｉｍｏｔｏＳ，ＫａｗａｍｕｒａＳ，ＭａｙａｚａｋｉＦ．ＢｅｔｔｅｒｉｎｇＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＤｙ－ｎａｍｉｃＳｙｓｔｅｍｓｂｙＬｅａｒｎｉｎｇ：ＡＮｅｗＣｏｎｔｒｏｌＴｈｅｏｒｙｆｏｒＳｅｒｖｏｍｅｃｈ－ａｎｉｓｍＳｙｓｔｅｍ［Ｃ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２３ｒｄＩＥＥＥＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＤｅ－ｃｉｓｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，ＬａｓＶｅｇａｓ，Ｎｅｖａｄａ，１９８４；１０６４－１０６９．
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张根宝．一类非线性系统迭代学习控制的初始鲁棒性．［Ｊ］微计算机信息２００６，２２（５）：４９－５０
［７］李阳，
朱家仪，李树民．正则线性系统的闭环Ｐ型迭代学习控制．２００４，（６）：４８￣５１战术导弹技术（下转第１９４页）
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技术创新
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３６０元／年邮局订阅号：８２－９４６《现场总线技术应用２００例》传感器与仪器仪表
自检程序在系统上电时进行初始化，对仪器进行自检，以保
证仪器工作状态的正确性。
参数设置程序用来设定电缆绝缘电阻超限值，范围为１～
２０Ｍ，以及电缆总芯数和电缆各分支芯数，其范围为２～４８芯。
查看测试结果程序用来查阅上次电缆通断和绝缘阻值测试
结果。通断测试和绝缘测试程序分别用来对电缆进行通断测试
和绝缘测试，测试的结果分别由通断测试结果显示程序和绝缘
测试结果显示程序进行显示。
５测试结果分析
首先对系统的精度进行检验，选取１ＭΩ、２ＭΩ、５ＭΩ、
１０ＭΩ、２０ＭΩ高精度电阻进行测试，所得结果的单位均为ＭΩ，
测得数据如表１所示：
由表１可以看出，所得测试结果的相对误差都在３．５％以
内，达到了较高的精度，符合设计的要求。
另外对测试仪的测试速度进行了测试。以４８芯的电缆为
例，用兆欧表对电缆插头芯线之间的绝缘电阻进行测试，所用时
间为３０分钟，使用本测试仪所用时间为１分２０秒；通断测试的
时间在３０秒内。用本系统进行一次通断和绝缘电阻的测试在２
分钟内即可完成。所以该仪器的测试速度是较高的。
６结束语
本文作者创新点：测试仪用５１单片机和ＣＰＬＤ芯片的有机
结合，设计了一种具有测试速度快、控制灵活、可适应不同芯数
电缆的通断测试和绝缘测试要求、智能化和自动化程度比较高
的测试系统。
该产品由于采取了抗干扰措施，具有很强的环境适应性。
仪器可以应用于电力、通信、铁路和国防等工业的各类电
缆测试。
参考文献
［１］苏静，孟上，李文海．基于单片机的电缆测试的设计［Ｊ］．光纤与电
缆及其应用技术，２００５，２：２４－２６．
［２］宋兴元，李威，严旭．基于ＭＳＰ４３０Ｆ１４９的数字式绝缘电阻测试
仪［Ｊ］．中国仪器仪表，２００３．７：２６－２８
［３］何立民．单片机高级教程［Ｍ］．北京航空航天大学出版社，１９９９
［４］ＬＣＭ１２８６４Ｂ图形点阵式液晶显示模使用手册［Ｚ］．北京：北京
青云创新科技发展有限公司，２００５
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用［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００２．
［６］杨存祥，李银华，魏巍．基于ＳＰＣＥ０６１Ａ的ＡＣＭ１２８６４Ｊ液晶显
示模块应用设计［Ｊ］微计算机信息，２００５，３，１２１－１２２
作者简介：孙玉胜（１９６４－），男，郑州市人，副教授，研究方向为电
机电器及其控制和微控制器技术。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＳｕｎＹｕｓｈｅｎｇ（１９６４－），Ｍａｓｔｅｒｓ’Ｄｅｇｒｅｅ，ｖｉｃｅ－ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ，
ｅｎｇａｇｅｄｉｎｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙａｎｄｍｉｃｒｏｐｒｏ－
ｃｅｓｓｏｒ．
（４５０００２郑州郑州轻工业学院）孙玉胜李建明
（４５０００２郑州河南省信息化电器重点实验室）邹玉炜崔光照
（ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒａｙＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００２，
Ｃｈｉｎａ）ＳｕｎＹｕＳｈｅｎｇＬｉＪｉａｎＭｉｎｇ
（ＨｅｎａｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｎＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｅｄＥｌｅｃｔｒｉｃＡｐｐａｒａｔｕｓ
Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００２，Ｃｈｉｎａ）ＺｏｕＹｕＷｅｉＣｕｉＧｕａｎｇＺｈａｏ
通讯地址：（４５０００２郑州市东风路５号郑州轻工业学院电气
信息工程系２００４级研究生）邹玉炜
（收稿日期：２００７．５．１３）（修稿日期：２００７．６．１５）
（上接第２５１页）
作者简介：陈若珠（１９６３年１０月生），女，兰州理工大学高级工程
师。１９８４年毕业于西安交通大学电子工程系。主要研究方向：智
能信息处理；模式识别；计算机控制系统等；宋军伟（１９７９年１１
月生），男，兰州理工大学电气工程与信息工程学院硕士研究生，
主要从事迭代学习控制，智能控制的研究；李战明（１９６２年２月
生），男，兰州理工大学电信学院教授，博士生导师。１９８７年８月
在英国ＳＴＲＡＴＨＣＬＹＤＥ大学获硕士学位。主要研究方向：复杂
系统的建模与控制；神经模糊系统与软计算；智能信息处理与
模式识别；计算机控制系统的理论与工程；嵌入式网络单片机系
统研究与开发等。
Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＣｈｅｎＲｕｏ－ｚｈｕ（１９６３．１０－），ｆｅｍａｌｅ，ｓｅｎｉｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｏｆ
ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢａｃｈｅｌｏｒＤｅｇｒｅｅｆｒｏｍＣｏｌｌｅｇｅ
ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎＸｉ＇ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｉｎ１９８４．
Ｍａｉｎｆｉｅｌｄｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｐａｔ－
ｔｅｒｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ；ｔｈｅｏｒｙａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｙｓ－
ｔｅｍ．
（７３００５０兰州兰州理工大学电气工程与信息工程学院）
陈若珠宋军伟李战明
（ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄ
ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０）ＣｈｅｎＲｕｏＺｈｕ
ＳｏｎｇＪｕｎＷｅｉＬｉＺｈａｎＭｉｎｇ
通讯地址：（７３００５０兰州兰州理工大学２１０＃信箱）宋军伟
（收稿日期：２００７．４．１３）（修稿日期：２００７．５．１５）
您的才能＋阅读本刊＝您的财富１９４
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过程控制系统习题答案
什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电 桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。
运动控制期末必考题
一、填空题 1、直流电动机有三种调速方案：（1）调节电枢供电电压U；（2）减弱励磁磁通Φ；（3）改变电枢回路电阻R。 2、当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈，叫做电流截止负反馈。 3、额定励磁状态下的直流电动机电枢电流与直流电动机的电磁转矩成正比。 4、他励直流电动机的调速方法中，调压调速是从基速（额定转速）往下调，在不同转速下容许的输出恒定，所以又称为恒转矩调速。调磁调速是从基速往上调，励磁电流变小，也称为弱磁调速，在不同转速时容许输出功率基本相同，称为恒功率调速。 5、直流调速系统的静态性能指标主要包括静差率和调速范围。 6、在比例积分调节调节过程中，比例部分的作用是迅速响应控制，积分部分的作用是消除稳态误差。 7、采用积分速度调节器的闭环调速系统是无静差的。 8、直流调速系统中常用的可控直流电源主要有旋转变流机组、静止式可控整流器和直流斩波器或脉宽调制变换器三种。 9、所谓稳态是指电动机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态。 10、在额定负载下，生产工艺要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围。 11、负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落与理想空载转速之比叫做静差率。 12、一个调速系统的调速范围，是指在最低转速时还能满足所需静差率的转速的可调范围。 13、反馈控制的作用是抵抗扰动、服从给定。 14、脉宽调制的方法是把恒定的直流电源电压调制成幅值相同、频率一定、宽度可变脉冲序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节转速。 15、调速系统的要求有调速、稳速、加，减速。 16、直流电动机在调速过程中，若额定转速相同，则转速越低时，静差率越大。 17、在转速、电流双闭环直流调速系统中转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器。 18、双闭环调速系统在正常运行时， ACR 调节器是不会达到饱和的。 19、反馈控制系统所能抑制的知识被反馈环包围的前向通道上的扰动。 20、一般来说，调速系统的的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态性能指标则以跟随性能为主。 21、转速、电流双闭环直流调速系统在起动过程中，转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况。 22、双闭环调速系统的起动过程分为三个阶段，即电流上升阶段、恒流升速介段、转速调节阶段。 23、双闭环系统由于起动过程中转速调节器饱和，使电动机一直处于最大起动电流。 24、转速、电流双闭环系统在恒流升速阶段转速调节器饱和，电流调节器不饱和。 25、在转速、电流双闭环系统中，出现电网波动时，电流调节器其主要作用；出现负载扰动时，转速调节器其主要作用。 26、在双闭环系统中中引入转速微分负反馈抑制转速超调，显著地降低（填增加或减少）动态速降，提高抗扰性能。27、V-M系统的可逆线路有两种方法，即电枢反接可逆线路和励磁反接可逆线路。 28、变流装置有整流和逆变两种状态，直流电动机有电动和制动两种状态。 29、逻辑无环流可逆调速系统的结构特点是在可逆系统增加DLC，称为无环流逻辑控制环节，包括电平检测、逻辑判断、延时电路、联锁保护四部分，它的功能是根据系统运行情况实时地封锁原工作的一组晶闸管脉冲，然后开放原封锁的一组晶闸管的脉冲。 30、环流是指不流过电动机或其他负载，而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。 31、无环流可逆调速系统可按实现无环流的原理的不同分为逻辑无环流系统和和错位控制无环流系统。 32、有环流可逆调速系统中采用 β ≥ ?配合控制时可消除直流平均环流；设置环流电抗器可抑制瞬时脉动换流。 33、在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器按典型 II 型系统设计，其抗干扰能力 好，稳态无误差；电流调节器按典型 I 型系统设计，其抗干扰能力差，超调较小。 34、异步电动机变压变频调速系统必须具备能同时控制电压幅值和频率的交流电源。 35、电压型变频器的主电路包括整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分。 36、根据直流环节的储能方式分，交-直-交变频器可分为电压型和电流型。 37、对异步电动机进行调速控制时，希望电动机的主磁通保持额定值不变。磁通太弱，铁心利用不充分；磁通太强，则铁心饱和，导致励磁电流过大。 38、异步电动机变频调速是靠改变电动机供电频率调速，而其转差频率控制方式中控制的是转差角频率，故可将电动机转差角频率与电动机转速信号相加获得定子给定频率，就可对定子频率进行控制。 39、异步电动机调速，按对转差功率处理方式的不同，交流调速系统可分为转差功率消耗型调速系统、 转差功率回馈型调速系统、转差功率不变型调速系统三类。 40、变频器的转差频率控制方式的控制思想是建立在异步电动机的稳态数学模型的基础上。 41、按照异步电动机的工作原理，电磁功率和机械功率的关系为 mech P= 1-s m P，电磁功率和转差功率的关系为 Ps=sPm 。 42、异步电动机变压调速系统，当电压减小时，最大电磁转矩减小，最大电磁转矩所对应的转差率减小。（减小、增大、不变） 43、SPWM的调制方式有同步调制、异步调制、分段同步调制和混合调制。 44、SPWM逆变器是利用正弦波信号与三角波信号相比较后，而获得一系列等幅不等宽的脉冲波形。 45、矢量控制系统的基本思想是通过坐标变换得到等效的两相数学模型，然后按转子磁链定向，将交流电动机定子电流分解为励磁分量和转矩分量，从而可以获得和直流电动机相仿的高动态性能。 46、异步电动机三相动态模型结构复杂，采用坐标变换和矩阵变换可简化动态数学模型，坐标变换的原则是磁动势不变。 47、同步电动机的转子旋转速度就是同步转速，转差 S ω恒等于 0 。 48、同步电动机的变压变频调速系统属于转差功率不变型的调速系统。 1
学新教材高中数学导数及其应用导数导数及其几何意义教案新人教B版选择性必修第三册
6.１．２导数及其几何意义 学 习目标核心素养 １．理解瞬时变化率、导数的概念．（重点、难点）２．理解导数的几何意义．（重点、难点） ３．会用导数的定义及几何意义求曲线在某点处的切线方程．（易混点）１．借助瞬时变化率的学习，培养数学抽象的素养． ２．通过导数的几何意义，提升直观想象的素养. 将原油精炼为汽油、柴油、塑胶等各种不同产品，需要对原油进行冷却和加热．如果在第x h时，原油的温度（单位：℃）为y＝f（x）＝x２—7x＋１５（0≤x≤8）．你能计算出第２h与第6 h时，原油温度的瞬时变化率，并说明它们的意义吗？ １．瞬时变化率与导数 （１）瞬时变化率： 一般地，设函数y＝f（x）在x0附近有定义，自变量在x＝x0处的改变量为Δx，当Δx无限接近于0时，若平均变化率错误!＝错误!无限接近于一个常数k，那么称常数k为函数f（x）在x＝x0处的瞬时变化率．简记为：当Δx→0时，错误!→k或错误!错误!＝k. （２）导数 １f（x）在x0处的导数记作f′（x0）； ２f′（x0）＝错误!错误!. 拓展：导数定义的理解 （１）函数应在x0处的附近有定义，否则导数不存在． （２）在极限式中，Δx趋近于0且Δx是自变量x在x0处的改变量，所以Δx可正、可负，但不能为0．当Δx>0（或Δx<0）时，Δx→0表示x0＋Δx从右边（或从左边）趋近于x0. （３）函数在一点处的导数就是在该点附近的函数值的改变量与自变量的改变量之比的极限，它是个常数，不是变量．
２．导数的几何意义 （１）割线的斜率 已知y＝f（x）图像上两点A（x0，f（x0）），B（x0＋Δx，f（x0＋Δx）），过A，B两点割线的斜率是错误!＝错误!，即曲线割线的斜率就是函数的平均变化率． （２）导数的几何意义 曲线y＝f（x）在点（x0，f（x0））处的导数f′（x0）的几何意义为曲线y＝f（x）在点（x0，f（x0））处的切线的斜率． （３）曲线的切线方程 曲线y＝f（x）在点（x0，f（x0））处的切线方程是y—f（x0）＝f′（x0）（x—x0）． １．思考辨析（正确的画“√”，错误的画“×”） （１）函数y＝f（x）在某点处的导数是一个变量．（） （２）瞬时变化率是刻画某函数在区间[x１，x２]上函数值变化快慢的物理量． （）（３）直线与曲线相切，则直线与已知曲线有且只有一个公共点．（） （４）若函数y＝f（x）在某点处可导，则在该点处一定有切线，反之也成立． （）[答案] （１）×（２）×（３）×（４）× ２．如果一个函数的瞬时变化率处处为0，那么这个函数的图像是（） Ａ．圆Ｂ．抛物线 Ｃ．椭圆Ｄ．直线 D[结合导数的几何意义可知，该函数的图像是平行或重合于x轴的直线，故选Ｄ．] ３．已知曲线y＝f（x）在点（１，f（１））处的切线方程为２x—y＋２＝0，则f′（１）＝________. ２[由导数的几何意义可知f′（１）＝２．] ４．质点M的运动规律为S＝４t２，则质点M在t＝１时的瞬时速度为________． 8 [ΔS＝S（１＋Δt）—S（１）＝４（１＋Δt）２—４＝４（Δt）２＋8（Δt），
过程控制系统习题答案
过程控制系统习题 答案
什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统一般是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常见的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常见三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。
电阻测温信号经过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。 大幅度的零点调整叫零点迁移。实用价值是：有些工艺的参数变化范围很小，例如，某设备的温度总在500～1000度之间变化。如果仪表测量范围在0 ～1000度之间，则500℃以下测量区域属于浪费。因为变送器的输出范围是一定的。可经过零点迁移，配合量程调整，使仪表的测量范围在500～1000℃之间，可提高测量精度。
自动控制原理.第1—3章习题
第一章绪论 第1组 1、控制论的中心思想是（）。 A．系统是又元素或子系统组成的 B．机械系统与生命系统乃至社会经济系统等都有一个共同的特点， 即通过信息的传递、加工处理，并利用反馈进行控制 C．有些系统可控，有些系统不可控制 D．控制系统有两大类，即开环控制系统和闭环控制系统 2、闭环控制系统中（）反馈作用。 A．依输入信号的大小而存在 B．不一定存在 C．必然存在 D．一定不存在 3、控制系统依不同的初读可分为不同的类型，以下（）的分类是正确的。 A．线性系统和离散系统 B．开环系统和闭环系统 C．功率放大系统和工人控制系统 D．数字系统和计算机控制系统 4、关于反馈的说法正确的是（）。 A．反馈实质上就是信号的并联 B．正反馈就是输入信号与反馈信号相加C．反馈都是人为加入的 D．反馈是输出以不同的方式对系统作用５、开环控制系统的控制信号取决于（）。 A．系统的实际输出 B．系统的实际输出与理想输出之差C．输入与输出之差 D．输入 6、机械工程控制论的研究对象是（）。 A．机床主动传动系统的控制论问题 B．高精度加工机床的控制论问题C．自动控制机床的控制论问题 D．机械工程领域中的控制论问题 7、对于控制系统，反馈一定存在于（）中。 A．开环系统 B．线性定常系统 C．闭环系统 D．线性时变系统8、一下关于信息的说法正确的是（）。 A．不确定性越小的事件信息量越大 B．不确定性越大的事件信息量越大C．信号越大的事件信息量越大 D．信号越小的事件信息量越大 9、以下关于系统模型的说法正确的是（）。 A．每个系统只能有一个数学模型 B．系统动态模型在一定条件下可简化为静态模型C．动态模型比静态模型好 D．静态模型比动态模型好 10、机械工程控制论所研究的系统（）。 A．仅限于物理系统 B．仅限于机械系统 C．仅限于抽象系统 D．包括物理系统和抽象系统 第2组 1、学习机械工程控制论基础的目的之一是学会以（）的观点对待机械工程问题。 A．动力学 B．静力学 C．经济学 D．生物学
运动控制系统期末复习题(直流部分)
运动控制直流部分复习题 一、填空： 1. 调速系统的稳态性能指标主要是指和静差率。 2. 采用V-M系统，当系统处于深调速状态时，功率因数将较。 3. 直流调速系统中，晶闸管触发和整流装置的传递函数可近似成环节， 时间常数称为。 4. 晶闸管-电动机转速、电流双闭环调速系统中，环为内环，环为 外环。 5. 双惯性环节校正成典型Ⅰ型系统，引入的调节器是调节器。 6 直流调速的方法包括改变电枢回路电阻调速、调速和减弱磁通调速。7．闭环调速系统对于_ 的扰动具有抑制作用，而对于_ _的扰动则无能为力。 8．转速、电流双闭环调速系统中，调节_ _的限幅值可以调节系统最大电流；调节_ _的限幅值可以调节UPE的最大输出电压。 9．双极性直流PWM变换器的占空比，当时，输出平均电压为正，要使输出平均电压为负，应使。 二、选择题 1.下列说法正确的是（） A 积分调节器的输出决定于输入偏差量的历史过程。 B 比例控制可以使系统在偏差电压为零时保持恒速运行。 C 比例调节器可以实现无静差。 D 采用积分调节器动态相应快。 2.双闭环调速系统中电流调节器具备的作用为（） A 对负载变化起抗扰作用。 B 对电网电压波动起及时抗扰作用。 C 输出限幅决定允许的最大电流。 D 使转速跟随转速给定电压变化。 3.双闭环调速系统中转速调节器不具备的作用为（） A 对负载变化起抗扰作用。 B 对电网电压波动起及时抗扰作用。 C 输出限幅决定允许的最大电流。 D 使转速跟随给定电压变化。 4.在工程设计中，如果将系统校正成典型Ⅰ型系统的过程，KT值取为（）时为无超调。
A B C D 5. 采用工程设计法的双闭环直流调速系统中，电流环设计成典型（）型系统，引入的电流调节器为（）调节器。 A ⅠPI B ⅡPI C ⅠP D ⅡP 6. G-M直流调速系统中的G指的是哪一种直流电源（）。 A 直流发电机； B 静止整流器； C 脉宽调制电源； D 以上情况均可能。 三、分析与简答 1.在调速系统中，为什么在开环系统中晶闸管整流装置的控制电压前面没有加放大器，而在闭环之后要添加放大器？ 2. 双闭环调速系统中，电流调节器的作用各是什么？ 3.采用双极型PWM变换器的调速系统，当电动机停止时，电枢电流是否等于零，为什么？ 4. 假设某转速单闭环调速系统的电源电压突然降低，则该调速系统将如何进行 调节，请结合稳态结构图加以说明。 5. 转速、电流双闭环直流调速系统设计后，ASR限幅对应倍额定电流，但是在空 载额定励磁稳速运行时突加额定转矩负载，转速不能回到给定转速，请分析原因？ 6. 在转速、电流双闭环直流调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。当系统带 额定负载运行时，转速反馈线突然断线，试分析系统进入稳态后调节器、转速、电枢电流的情况。 7. 写出直流电动机反馈闭环调速系统的临界放大系数表达式，并请说明表达式中各个参数含义。 8. 请写出双闭环调速系统起动过程的三个特点。 9. 请简述H型双极式PWM变换器的缺点。 四、设计题 1、某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下： 直流电动机220V、136A、1460r/min，C e=r，允许过载倍数λ=。 晶闸管装置放大系数40。 电枢回路总电阻Ω。 时间常数T l=，T m=。 电流反馈系数β=A（≈10V/），转速反馈系数α=r（≈10V/n N）。 将电流环校正成典型Ⅰ型系统，取KT=；将转速环校正成典型Ⅱ型系统，取h=5。电流环滤波时间常数；转速环滤波时间常数。 请选择并设计各调节器参数。 2、有一转速、电流双闭环调速系统,已知电动机参数为：P N =，U N =220V， I N=28A，n N=1490 r/min，电枢回路电阻R=Ω,允许电流过载倍数λ=，电 磁时间常数T L=，机电时间常数T m=，主电路采用三相桥式整流电路，触 发整流环节的放大倍数Ks=35，整流电装置内阻R res=Ω，平均失控时间常
高中数学-导数的几何意义及应用
高中数学 导数及其应用复习学案 类型一：利用导数研究函数的图像 例2、若函数()y f x =的导函数．．． 在区间[,]a b 上是增函数，则函数()y f x =在区间[,]a b 上的图象 可能是（ ） (A) (B) (C) (D) 练习1．如右图：是f （x ）的导函数， )(/x f 的图象如右图所示，则f （x ）的图象只可能是（ ） （A ） （B ） （C ） （D ） 2．设f '(x )是函数f (x )的导函数，y =f '(x )的图象如右图所示，则y =f (x )的图象最有可能的是 （ ） B ． C ． 类型二：导数几何意义的应用 例3、（1）求曲线21x y x = -在点()1,1处的切线方程。（2）求抛物线y=2x 过点5,62?? ??? 的切线方程 y x y y x y x y x O 1 2 O 1 2 O 1 2 1 2 x y O 1 2 例1、设a ＜b,函数y=(x-a)2(x-b)的图象可能是( ) a b a b a o x o x y o x y o x y
32151,09425217257.1..76444644y x y ax x a B C D ==+ ----练习：若存在过点（）的直线和都相切，则等于（）A.-1或-或或-或 7．曲线y ＝x 2－2x ＋a 与直线y ＝3x ＋1相切时，常数a 的值是________． 类型三：利用导数研究函数的单调性 例4、已知a ，b 为常数，且a ≠0，函数f （x ）=-ax+b+axlnx ，f(e)=2（e=2.71828…是自然对数的底数）. （I ）求实数b 的值； （II ）求函数f （x ）的单调区间； 例5、已知函数f(x)= ax 1x 2 ++在(－2，＋∞)内单调递减，求实数a 的取值范围. 练习：若函数y =3 1x 3－21ax 2+（a －1）x +1在区间（1，4）内为减函数，在区间（6，+∞）内为增函数，试求实数a 的取值范围 类型四：导数与极值 ()ln 6x f x x = 例、求函数的极值。 ()3227310,f x x ax bx a x a b =+++=-例、已知在有极值，求常数的值。 练习1、已知f(x)=x 3+ax 2 +(a+6)x+1有极大值和极小值，则a 的取值范围是( ) （A ）-1＜a ＜2 （B ）-3＜a ＜6 （C ）a ＜-1或a ＞2 （D ）a ＜-3或a ＞6 2、直线y ＝a 与函数f(x)＝x 3－3x 的图象有相异的三个公共点，则求a 的取值范围。 类型五：导数与最值 例8、已知函数f(x)=(x-k)e x . (1)求f(x)的单调区间；
比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点
开环控制系统和闭环控制系统的优缺点 如果系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环控制系统。 闭环控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。 开环控制系统的优点是结构简单，比较经济。缺点是无法消除干扰所带来的误差。 同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。
主要从三方面比较： 1、工作原理：开环控制系统不能检测误差，也不能校正误差。控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。合闭环控制系统不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。控制精度和抑制干扰的性能都比较差，而且对系统参数的变动很敏感。因此，一般仅用于可以不考虑外界影响，或惯性小，或精度要求不高的一些场合。 2、结构组成：开环系统没有检测设备，组成简单，但选用的元器件要严格保证质量要求。闭环系统具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性。 3、稳定性：开环控制系统的稳定性比较容易解决。闭环系统中反馈回路的引入增加了系统的复杂性。
导数的几何意义的教学设计
导数的几何意义 【教学目标】 1.理解切线的定义 2.理解导数的几何意义 3.学会应用导数的几何意义。 【教学重点与难点】 重点：理解导数的几何意义及应用于解决实际问题，体会数形结合的思想方法。 难点：发现、理解及应用导数的几何意义。 【教学过程】
第二步：求瞬时变化率()0000 () ()lim x f x x f x f x x ?→+?-'=?. （即0x ?→，平均变化率趋近．．于的确定常数．．．．就是该点导数．． ） (2) 类比平均变化率得出导数，同样我们可以利用平均变化率的几何意义，得出导数的几何意义，我们观察函数()y f x =的图象，平均变化 率()00() f x x f x y x x +?-?=?? 的几何意义是什么 生：平均变化率表示的是割线n PP 的斜率 教师板书，便于学生 数形结合探究导数的几何意义。 突破平均变化率的 几何意义，后面在表示割线斜率时能直接联系此知识。同时引出本节课的研究问题——导数几何意义是什么 二、引导探究、获得新知 1.得到切线的新定义 要研究导数的几何意义，结合导数的概念，即要探究0x ?→，割线的变化趋势．．．．．．． ， ◆多媒体显示： 曲线上点P 处的切线PT 和割线n PP ，演示点n P 从右边沿着曲线逼近点P ,即0x ?→，割线n PP 的变化趋势。 教师引导学生观察割线与切线是否有某种内在联系呢 生：先观察后发现，当0x ?→，随着点n P 沿着曲线逼近点P ，割 以求导数的两个步骤为．．．．．．．．． 依据．． ，从平均变化率的几何意义入手探索导数的几何意义，抓住0x ?→的联系，在图形上从割线入手来研究问题。 用逼近的方法体会割线逼近切线。
交直流调速系统期末考试(运动控制系统)
一．判断题（正确的打√，错误的打×，答案填在题号的前面） 1. （dui ）交 - 直 - 交电压型变频器采用电容滤波，输出交流电压波形是规则矩形波。 2. （错）变频调速效率高，调速范围大，但转速不能平滑调节，是有级调速。 3. （对）有静差调速系统是依靠偏差进行调节的，而无静差调速系统则是依靠偏差对作用时间的积累进行调节的 4. （错）电动机的机械特性愈硬，则静差度愈大，转速的相对稳定性就愈高。 5. （dui ）转速负反馈调速系统能够有效抑制一切被包围在负反馈环内的扰动作用。 6. （ dui）SPWM 即正弦脉宽调制波形，是指与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲列。 7. （cuo ）在一些交流供电的场合，可以采用斩波器来实现交流电动机的调压调速。 8. （错）转速负反馈单闭环无静差调速系统采用比例调节器。 9. （dui ） PWM 型变频器中的逆变器件采用高频、大功率的半控器件。 10. （对）矢量变换控制的实质是利用数学变换把三相交流电动机的定子电流分解成两个分量，一个是用来产生旋转磁动势的励磁电流分量，一个是用来产生电磁转矩的转矩分量。 二．填空题 1. 根据公式，交流异步电动机有三种调速方法： ① _调压 __ 调速、②__ 串电阻 __ 调速、③ ___变励磁磁通 _ 调速。
3. IGBT 全称为 __绝缘栅双极晶闸管__ ，GTO 全称为 _门极可关断晶体管__ ， GTR 全称为 _电力晶体管______________ 。 4. 异步电动机的变频调速装置，其功能是将电网的恒压恒频交流电变换成变压变频的交流电，对交流电动机供电，实现交流无级调速。 三、选择题 1、变频调速中的变频电源是（C ）之间的接口。 （A）市电电源（B）交流电机（C）市电电源与交流电机 （D）市电电源与交流电源 2、调速系统的调速范围和静差率这两个指标（ B ）。 （A）互不相关（B）相互制约（C）相互补充（D）相互平等 3、电压型逆变器的直流端（ D ）。 （A）串联大感器（B）串联大电容 （C）并联大感器（D）并联大电容 4、变频器主电路中逆变器的任务是把（ B ）。 （A）交流电变成直流电（B）直流电变成交流电 （C）交流电变成交流电（D）直流电变成直流电 5、在转速负反馈系统中，闭环系统的转速降减为开环转速降的（ D ）倍。 （A）1+K（B）1+2K（C）1/（1+2K）（D）1/（1+K） 6、无静差调速系统中，积分环节的作用使输出量（ D ）上升，直到输入信号消失。 （A）曲线（B）抛物线（C）双曲线（D）直线
计算机控制系统实例
第11 章计算机控制系统实例 本章的教学目的与要求 掌握各种过程通道的结构、原理、设计及使用方法。 授课主要内容 硫化机计算机群控系统 主要外语词汇 Sulfurate Machine: 硫化机重点、难点及对学生的要求说明：带“ *** ”表示要掌握的重点内容，带“ ** ”表示要求理解的内容，带“ *”表示要求了解的内容，带“☆”表示难点内容，无任何符号的表示要求自学的内容 硫化机计算机群控系统的软硬件设计*** ☆ 辅助教学情况 多媒体教学课件( POWERPOINT ) 复习思考题 硫化机计算机群控系统的软硬件设计 参考资料刘川来，胡乃平，计算机控制技术，青岛科技大学讲义 硫化机计算机群控系统 内胎硫化是橡胶厂内胎生产的最后一个环节，硫化效果将直接影响内胎的产品质量和使用寿命。目前国内大部分生产厂家都是使用延时继电器来控制硫化时间，由于硫化中所需 的蒸汽压力和温度经常有较大的波动，单纯按时间计算可能会产生过硫或欠硫现象，直接影响了内胎的质量。 因此，设计一种利用先进计算机控制技术的硫化群控及管理系统，不仅能提高企业的自动化水平，也能降低硫化机控制装置的维护成本和硫化操作人员的劳动强度，提高硫化过程中工艺参数的显示和控制精度，同时也避免了个别硫化操作人员为提高产量而出现的“偷时”现象(即操作人员缩短硫化时间，未硫化完毕就开模) ，使内胎的产品质量得到保证。 1. 系统总体方案 内胎硫化过程共包括四个阶段: 合模、硫化、泄压、开模。由于所有硫化机的控制方式相同，所以特别适合群控。在自动模式下，当硫化操作人员装胎合模后，由控制系统根据温度计算内胎的等效硫化时间并控制泄压阀、开模电机的动作。为克服温度波动的影响，经过大量实验，选用阿累尼乌斯(Arrhenius) 经验公式来计算等效硫化时间。 某橡胶制品有限公司硫化车间共有内胎硫化机96 台，为便于整个生产过程的控制和管理拟采用计算机群控及管理系统。根据企业的现场情况，借鉴DCS (Distributed Control System ，集散控制系统) 系统结构，使用PLC 作为直接控制级，完成现场的控制功能; 使用工业控制计算机作为管理和监视级。系统总体方案见图11.8。 PLC 通过温度采集模块采集现场的96 台硫化机温度信号，进行等效计算后，按设定 型号的参数计算硫化机的硫化时间并对泄压阀、开模电机动作进行控制，完成内胎的整个硫
控制系统性能指标
控制系统性能指标
第五章线性系统的频域分析法 一、频率特性四、稳定裕度 二、开环系统的典型环节分解 五、闭环系统的频域性能指标 和开环频率特性曲线的绘制 三、频率域稳定判据 本章主要内容： 1 控制系统的频带宽度 2 系统带宽的选择 3 确定闭环频率特性的图解方法 4 闭环系统频域指标和时域指标的转换 五、闭环系统的频域性能指标
1 控制系统的频带宽度 1 频带宽度 当闭环幅频特性下降到频率为零时的分贝值以下3分贝时，对应的频率称为带宽频率，记为ωb。即当ω>ωb 而频率范围（0，ωb）称为系统带宽。 根据带宽定义，对高于带宽频率的正弦输入信号，系统输出将呈现较大的衰减，因此选取适当的带宽，可以抑制高频噪声的影响。但带宽过窄又会影响系统正弦输入信号的能力，降低瞬态响应的速度。因此在设计系统时，对于频率宽度的确定必须兼顾到系统的响应速度和抗高频干扰的要求。 2、I型和II型系统的带宽 2、系统带宽的选择 由于系统会受多种非线性因素的影响，系统的输入和输出端不可避免的存在确定性扰动和随机噪声，因此控制系统的带宽的选择需综合考虑各种输入信号的频率范围及其对系统性能的影响，即应使系统对输入信号具有良好的跟踪能力和对扰动信号具有较强的抑制能力。 总而言之，系统的分析应区分输入信号的性质、位置，根据其频谱或谱密度以及相应的传递函数选择合适带宽，而系统设计主要是围绕带宽来进行的。 3、确定闭环频率特性的图解方法
1、尼科尔斯图线 设开环和闭环频率特性为 4、闭环系统频域指标和时域指标的转换 工程中常用根据相角裕度γ和截止频率ω估算时域指标的两种方法。 相角裕度γ表明系统的稳定程度，而系统的稳定程度直接影响时域指标σ%、ts。 1、系统闭环和开环频域指标的关系 系统开环指标截止频率ωc与闭环带宽ωb有着密切的关系。对于两个稳定程度相仿的系统，ωc 大的系统，ωb也大；ωc小的系统，ωb也小。 因此ωc和系统响应速度存在正比关系，ωc可用来衡量系统的响应速度。又由于闭环振荡性指标谐振Mr和开环指标相角裕度γ都能表征系统的稳定程度。 系统开环相频特性可表示为
运动控制系统考试资料
问答题部分 1、试述交流调速系统要获得工业应用的条件，为什么 条件：（1）使用高转子电阻电动机 （2）系统工作点只是沿着极限开环特性变化 原因：能够在恒转矩负载下扩大调整范围，并使电动机能够在较低转速下运行而不致过热。 2、简述交流软启动器的作用。 定义：软启动器是一种集软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，它的主要构成是串接于电源与被控电极之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。 作用：防止电动机启动电流过大损坏电机，或造成电网电压下降过大，使电机无法正常启动。 3、简述恒压频比控制方式。 绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压s g U E ≈，则得：1 s U f =常值 这是恒压频比的控制方式。但是，在低频时s U 和g E 都比 较小，定子阻抗压降所占的分量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压s U 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。 4、交流电机矢量控制的基本思想是什么 基本思路：将异步电动机经过坐标变换等效在直流电动机，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，再经过相应的坐标反变换，控制异步电机。（关键词：坐标变换） 5、试分析矢量控制系统与直接转矩控制系统的优缺点。 VC 系统强调c T 与r ψ的解耦，有利于分别设计转速与磁链调节器，实现连续调节，可以获得较宽的调速范围，但是按 定向受电动机转子参数的影响，降低了系统的鲁棒性。DTC 系统则实行e T 与r ψ的砰-砰控制，避开了旋转坐标变换，简化了控制结构，控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响，但不可避免的产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到限制。 6、试分析什么是转差频率控制转差频率控制的规律是什么（P188、189） 定义：控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。 控制规律：（1）在s sm w w ≤的范围内，转矩e T 基本上与s w 成正比，条件是气隙磁通不变。 （2）在不同的定子电流值时，按下图的1s s U f w I =（）函数关系控制定子电压和频率，就能 保持气隙磁通m Φ恒定。
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目录 ㈠直流调速系统（复习）P4 ㈡交流调速系统（回顾）P9 ㈢交流异步电动机变频调速的理论基础P13 ㈣交流异步电动机矢量变换控制P17 ㈤交流异步电动机直接转矩控制P20 ㈥PWM 和 SPWM P31 ㈦双馈调速和内反馈P36 ㈧绕线转子异步电动机串级调速系统P42 ㈨无速度传感器调速系统P46 ㈩同步电机变频调速系统P52 (十一) 开关磁阻电动机调速控制技术P56 (十二) 双定子电机调速系统P75 (十三) 直线电机调速系统P82
一、复习：直流调速系统 问题1-1：电机的分类？ ①发电机（其他能→电能）直流发电机 3
交流发电机 ②电动机（电能→其他能）直流电动机：有换向器直流电动机（串励、并励、复励、他励） 无换向器直流电动机（又属于一种特殊的同步电动机） 交流电动机：同步电动机 异步电动机：鼠笼式 绕线式 ：伺服电机 旋转变压器 控制电机自整角机 力矩电机 测速电机 步进电机（反应式、永磁式、混合式） 问题1-2：衡量调速系统的性能指标是哪些？ ①调速范围 D=n max/n min=n nom/n min ②静差率 S=△n nom/n0*100%对转差率要求高.同时要求调速范围大（D 大 S 小）时.只能 用闭环调速系统。 ③和负载匹配情况： 一般要求：恒功率负载用恒功率调速.恒转矩负载用恒转矩调速。 问题1-3：请比较直流调速系统、交流调速系统的优缺点.并说明今后电力传动系统的发展的趋势. * 直流电机调速系统优点：调速范围广.易于实现平滑调速.起动、制动性能好.过载转矩大.可靠性高.动态性能良好。缺点：有机械整流器和电刷.噪声大.维护困难；换向产生火花.使用环境受限；结构复杂.容量、转速、电压受限。 * 交流电机调速系统（正好与直流电机调速系统相反）优点：异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、造价低廉.使用环境广.运行可靠.便于制造大容量、高转速、高电压电机。大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。 缺点：调速性能比直流电机差。 * 发展趋势：用直流调速方式控制交流调速系统.达到与直流调速系统相媲美的调速性能；或采用同步电机调速系统. 问题1-4：直流电机有哪几种？直流电机调速方法有哪些?请从调速性能、应用场合和优缺点等方面进行比较. 哪些是有级调速？哪些是无级调速？ 直流电动机中常见的是有换向器直流电动机.可分为串励、并励、复励、他励四种.无换向器 直流电动机属于一种特殊的同步电动机。 根据直流电机的转速速。n U IR K e 公式.调速方法有变压调速、变电阻调速和变转差率调 调压调速：调节电压供电电压进行调速.适应于：U≤U nom.基频以下.在一定范围内 无级平滑调速。弱磁调速：无级.适用于Φ≤Φnom.一般只能配合调压调速方案.在基频以上(即 4
导数几何意义的应用
导数几何意义的应用 1．若函数f (x )＝－3x －1，则f ′(x )等于( )A．0B．－3x C．3D．－3 2．已知曲线y ＝－12 x 2－2上一点 P 处的切线的倾斜角为( )A．30° B．45°C．135°D．165°3．在曲线y ＝x 2上切线倾斜角为π4的点是() A．(0,0) B．(2,4) 4．已知y ＝f (x )的图象如下图，则f ′(x A )与f ′(x B )的大小关系是( )A ．f ′(x A )>f ′(x B ) B ．f ′(x A ) 8.若曲线2y x ax b =++在点()0,b 处的切线方程是10x y -+=，则（） A．1a =，1 b =B．1a =-，1b =C．1a =，1b =-D．1a =-，1 b =-9.曲线sin y x x =在点(,0)P π处的切线方程是（） A．2y x ππ=-+B．2y x ππ=+C．2 y x ππ=--D．2y x ππ=-10.若曲线上点P 处的切线平行于直线2x-y+1=0,则点P 的坐标是. 11.（广东高考理科）曲线y=e -5x +2在点(0,3)处的切线方程为. 12.(全国Ⅰ卷）已知1)(3++=x ax x f 的图像在点） ，（)1(1f 处的切线过点（2，7），则a=. 13.(江西高考理科·T13)若曲线y=e -x 上点P 处的切线平行于直线2x+y+1=0,则点P 的坐标是. 14.曲线12+=-x e y 在点（0，2）处的切线与直线0=y 和x y =围成的三角形面积为 15.（广东高考理科·Ｔ10）若曲线ln y kx x =+在点(1,)k 处的切线平行于x 轴，则k=. 16.（江西高考文科）若曲线y x 1α=+（α∈R ）在点（1，2）处的切 线经过坐标原点，则α= 17.曲线)1ln 3(+=x x y 在点（1，1）处的切线方程为 .18.曲线x e y =在点（0，1）处的切线与曲线x y 1= （0>x ）上点P 处的切线垂直，则P 的坐标为x x y ln ?= 第二章 思考题： 2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？ 1.电枢回路串电阻调速 特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。 反之机械特性的硬度变硬。 2.调节电源电压调速 特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。 不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。 3.弱磁调速 特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。 调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。 2-2简述直流PWM 变换器电路的基本结构。 IGBT，电容，续流二极管，电动机。 2-3直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？ 直流电压 2-4为什么直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统能够获得更好的动态性能？ 直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 2-5在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电流？为什么？ 电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流。 电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。 2-6直流PWM变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会产生什么后果？ 反并联二极管是续流作用。若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负 模块一多泵切换恒压供水系统控制方案 一、预备知识 1、变频器恒压供水系统 在生产、生活的实际中，用户用水的多少是经常变动的，因此供水不足或供水过剩的情况时有发生。而用水和供水之间的不平衡集中反映在供水的压力上，即用水多而供水少，则压力低；用水少而供水多，则压力大。保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡，即用水多时供水也多，用水少时供水也少，从而提高了供水的质量。 图1 住宅区恒压供水示意图 恒压供水是指在供水网中用水量发生变化时，出水口压力保持不变的供水方式。供水网系出口压力值是根据用户需求确定的。传随着变频调速技术的日益成熟和广泛的应用，利用内部包含用PID调节器、单片机、PLC 等器件有机结合的供水专用变频器构成控制系统，调节水泵输出流量，以实现恒压供水。变频器恒压供水，如上图1所示。 利用变频器内部的PID调节功能，如图2，目标信号SP是一个与压力的控制目标相对应的值，通常用百分数表示。 图2变频器PID调节功能 2、“一拖多”恒压供水 实际应用中，单台水泵供水一般不能满足用水要求，常用多泵单变频恒压供水。即是“一拖多”控制方案，这种多台泵调速的方式，系统通过计算判定目前是否已达到设定压力，决定是否增加（投入）或减少（撤出）水泵。 由于“一拖多”变频恒压供水系统需要涉及压力PID控制、工频和变频等功能，所以需要由专门的程序控制来实现。目前的“一拖多”变频供水系统主要由3种方式：1）微机控制变频恒压供水系统 此系统以多台水泵并联供水，系统设定一个恒定的压力值，当用水量变化而产生管网压力的变化时，通过远传压力表，将管网压力反馈给PI控制器，通过PI控制器调整变频器的输出频率，调节泵的转速以保持恒压供水。微机控制变频恒压供水系统如图3所示。 图3 微机控制变频恒压供水系统运动控制系统思考题参考答案(_阮毅_陈伯时) (7)
自动控制在生活中的应用举例