《自动控制系统》重点整理(余发山版)
第一章
1.直流电机转速n=(U-IR)/KeΦ调节转速方法:1.调节点数供电电压(最好)U；
2.减弱励磁磁通(平滑调速,范围小)Φ；
3.改变电枢回路R(有级调速)
2.电流的连续与断续:V-M系统主回路串联足够大电感量的电抗器且负载电流也足够大,波形连续
电流连续时,机械特性比较硬,为一簇平行直线,n=(Udo-IdR)/Ce,Ce= KeΦnom为电机在额定磁通下的电动势转速比；断续时,机械特性很软,呈非线性,理想空载转速翘的较高。
3.V-M直流调速系统在经济型和可靠性有提高,技术上性能优越,控制快速性达到毫秒级,但是由于晶闸管单向导电性,电流不能反向,可逆系统必须要有晶闸管变流器,在深调速状态时,导通角很小,系统功率因数低,谐波电流大。
4.调速性能指标:调速,稳速,加、减速
5.调速范围D:最高转速和最低转速之比D=Nmax/nmin
6.静差率s是负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δnnom与理想空载转速no之比,用来衡量调速系统在负载变化是转速的稳定度,特性软的转速降落大,静差率大,稳定性差。
7.调速范围、静差率和额定速降之间的关系是:D=(nnomS)/Δnnom(1-s)
8.只有设法减小静态速降ΔnN 才能扩大调速范围,减小静差率,提高转速的稳定度。
9.开环调速系统中,转速差Δnnom =nnoms/D(1-s) =IdomR/Ce,只有Un*对输出量n产生控制作用。当D1s Ce 负载发生变化,输出量就发生变化。按反馈控制的原理构成转速闭环系统,被调量是电动机转速n当堵在增加时,转速下降,如维持给定量不变,则偏差增大,使Uct 增加,移向角α减小, Ud上升,于是转速回升,以达到减少甚至消除静态速降的目的。
10. 闭环系统静特性表示电动机转速与负载电流的稳态关系:n=KpKsUn*/Ce(1+K)-IdR/Ce(1+K) 开环放大系数K=KpKsα/Ce
11. 开环n=(Udo-IdR)/Ce=n0op-Δnop 闭环n=n0cl-Δncl (理想空载转速-稳态速降) 闭环系统优点:1、静态速降小,特性硬2、系统静差率小,稳速精度高3、当要求的静差率一定时,闭环系统的调速范围可大大增加Dcl=(1+K)Dop, 综上所述,闭环系统可以获得比开环系统硬的多的稳态特性,从而保证在一定静差率下能扩大调速范围。
12.单闭环调速系统的基本性质:1.具有比例调节器的闭环控制系统是有静差系统(稳态速降只能见效,不能消除,系统以存在偏差为前提)2.抗扰动和服从给定(对于负反馈包围的前向通道上一切扰动都抑制,对给定作用变化惟命是从) 3.系统精度依赖于给定反馈精度
13. 单闭环调速系统的限流保护--电流截止负反馈目的:防止启动或堵转时的过电流对电机造成损害。IdRc-Ucom>0输入输出相等,IdRc-Ucom<0输出为零；Id
14.积分调节器能通过不断积累最后消除误差,快速性差。PI 调节器能满足系统的动态快速性和稳态无静差性的实质是调节初期中期ΔU大,比例部分起主导作用,增量ΔUctp迫使转速下降减缓,在后期,ΔU减小,比例部分作用减弱,积分起主导作用,Δucti逐渐增长,直到转速恢复到扰动前的数值,消除静差,实现无静差。其中最大转速降Δnm越小,抗扰动性越强。
15.闭环系统能减少稳态速降实质？在开环系统中,当负载电流增大时,电枢压降也增大,转速只能降下来；闭环系统装有反馈装置,转速稍有降落,反馈电压就计较和放大提高晶闸管装置的输出电压,使系统工作在新的机械特性上,因而转速又有所回升
第二章
1.单闭环系统问题:1.一个调解器综合多种信号,各参数相互影响,难调整,动态性不好；
2.任何扰动只有等转速出现偏差时才能调节,转速动态降落大；
3.采用电流截止负反馈来限制启动电流,不能充分利用电机的过载能力以获得最佳过渡过程
2.转速电流双闭环调速系统中,转速调节器ASR 调节转速,其输出限幅值整定取决于电动机过载电流能力λ
Imon ；电流调节器ACR 调节电流。
3.调节器锁零的要求:1、系统处于停车状态时,调节器必须锁零2、系统接到启动指令或正常运行时,调节器锁零立即解除并正常工作
4.双闭环静特性(在负载电流小于Idm时表现为转速无静差,ASR主调；启动或堵转时电流达到Idm后,ACR主调,表现为电流无静差):1.n0A段,系统正常负载运行,ASR不饱和,调节达到转速无静差,保证系统有很硬的机械特性,ACR起辅助作用,两者偏差电压都为零 2.AB段,启动和堵转时,ASR饱和,电流达到Idm,转速环开环,系统为恒电流无静差调节
5. 双闭环调速系统突加给定启动过程三个阶段1、强迫电流上升阶段,ASR 迅速饱和,ACR 不饱和2、恒流升速阶段,ASR 饱和,ACR 调节Id=Idm 3、转速调节阶段,ASR 退饱和与ACR一起作用使电机运行于给定转速
6. 在转速、电流双闭环调速系统中,起动阶段电流环起作用,稳态时转速环起主导作用电流环为随动。电流环作用:在转速调节过程中,电动机电流Ia 跟随给定电压Ui变化；在启动过程中,电流环又可限制启动电流,保证在最大允许电流下启动,实现准时间最优控制；对于电网电压的扰动起到几十抗扰作用；当电动机过载,甚至堵转时,限制电枢电流为Idm ,并获得理想下垂特性,从而起到安全保护作用。转速环作用:在稳态运行时,转速跟随给定值变化,由于ASR的积分作用,使系统达到转速无静差；对负载变化起抗扰作用；ASR 一旦限幅,对电流环进行饱和非线性控制,系统进入恒流调节
7. 双闭环调速系统在启动过程中的特点:1、饱和非线性控制(即ASR饱和与不饱和两种状态) 2、准时间最优控制(电流保持恒定,一般为允许最大值,以充分发挥电机裹在能力,使启动过程尽可能快) 3、转速超调(只有转速超调,ASR才能推出饱和)
8.双域控制系统:调压、调磁相互配合的控制系统。1.基速以下转速调节:在额定励磁磁通条件下,将点数电压从零变到接近额定值,称为满磁下调压2.高于基速环节:在接近额定电枢电压或额定电势条件下,改变励磁电流来实现,称为满压下调磁
9.双域控制系统原理:设置两个控制通道,电枢控制回路(调节电枢电压)和磁场控制回路(调节励磁电流),并能从基速以下满磁调解节电枢电压升速自动转入基速以上满压以下减弱励磁电流升速(靠反电动势信号Ue的控制来进行)。1.基速以下保持励磁为额定值,调电枢电压升速调节过程2.基速以上,保持电动机饭店是恒定的弱磁升速调节过程
第三章
1.环流:是指不流过电动机或其它负载,而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。分类:1、静态环流:当晶闸管整流装置在某一触发角下稳定工作时,系统中所出现的环流。分为直流平均环流即环流电压有正向直流分量的环流；瞬时脉冲环流即环流电压没有正向2、动态环流:稳态运行时并不存在, 只有当系统由一种工作状态过渡到另一种工作状态时才出现的环流。
2.反并联线路中静态环流:VF和VR都处于整流状态,两组整流电压顺极性串联,造成短路电流,即为直流平均环流。控制Udof
3.反并联线路中动态环流:触发器出触发脉冲相位移动,是环流电压差正值部分增加,负值部分减小,形成正负半波不对称,暂时出现直流环流,由于时间常数较大,动态环流长时间才消失,逐步过渡到新的静态环流
4.α=β工作制的实现及环流控制方法:将两组晶闸管装置触发脉冲的零位定在90度,即当控制电压Uct=0时,Udof=Udor,电动机处于停止状态；增大控制电压Uct移向时,只要两组触发装置的控制电压大小相等符号相反即可。为防止逆变颠覆,需设置限制最小逆变角βmin保护环节,并使αmin=βmin,防止产生直流平均环流。
5.α>β工作制:两组触发装置零位都整定大于90,此时整流组的平均电压总小于逆变组平均电压,从而使环流电压具有反向直流成分,故不产生直流平均环流,而且能抑制脉动环流。
6.系统α=β工作制配合控制下,可逆线路虽然消除直流平均环流,但一定有瞬时脉动环流存在,称为有环流可逆系统。特点:1.主电路采用两组晶闸管反向并联2.控制线路采用定性的转速电流双闭环系统,两个调节器都设置双
向输出限幅来限制最大动态电流,αmin,βmin 3.给定电压Un有正负极性,可由KF和KR来切换4.反馈信号也能反映出相应极性
7.有环流可逆系统的正向制动过程分析:第一阶段,电流Id由正向负载电流+IdL下降到零,其方向仍未变,仍通过正组晶闸管装置VF流通,这时正组处于逆变状态,称作本组逆变阶段；第二阶段,电流方向变负,由零变到负向最大电流-Idm,维持一段时间后再衰减到负向负载电流-IdL,这时电流流过反组晶闸管装置VR,在允许的最大制动电流-Idm下转速迅速降低,这个阶段称为它组制动阶段
8.正向运行时,αf<90,正组整流,αr>90,反组待逆变；本组逆变阶段,正组逆变,反组待整流；它组建流子阶段,反组整流,正组待逆变,电机反接制动；它组逆变子阶段,反组逆变,正组待整流,电机回馈制动；反向建流子阶段,反组逆变,电机停车
9.可控环流的可逆调速系统:充分利用有环流可逆系统制动和反向过程的平滑性和连续性,当主回路电流可能断续时,采用α>β控制方式,提供一个附加的直流平均环流使电流连续,一旦电流连续了,形成α<β控制方式,遏制环流至零。充分利用了环流有利的一面,必考了电流断续区,使系统在正反向过渡过程中没有死区,提高了快速性,同时克服了环流不利的一面,减少了环流的损耗,在快速性要求高的系统中广泛应用。
10.逻辑无环流系统:一组晶闸管工作时,用逻辑电路封锁另一组晶闸管的触发脉冲,使它完全处于阻断状态,确保两个晶闸管不同时工作,从根本上切断环流的通路
11.逻辑无环流系统构成特点1、主电路采用两组晶闸管装置反并联线路,由于没有环流,不用再设置环流电抗器,但为了保证稳定运行时电枢电流波形的连续,仍应保留平波电抗器2、控制线路采用典型的转速、电流双闭环系统,只是电流环分设两个电流调节器,1ACR 用来控制正组触发装置GTF, 2ACR控制反组触发装置GTR,1ACR的给定信号Ui*经反号器AR作为2ACR的给定信号, 这样可使电流反馈信号Ui的极性在电动机正、反转时都不必改变,从而采用不反映极性的电流检测器3、设置了无环流逻辑控制器DLC由于主电路不设均环流电抗器,一旦出现环流将造成严重的短路事故,所以对工作时的可靠性要求特别高,为此在逻辑无环流系统中设置了无环流逻辑控制器DLC
12.无环流逻辑控制器任务:正组晶闸管VF工作时封锁反组脉冲,反组晶闸管VR工作时封锁正组脉冲。
13.对无环流逻辑控制器的要求:1、由电流给定信号Ui 的极性和零电流检测信号Ui 0 共同发出逻辑切换指令,当Ui 改变极性,且零电流检测器发出零电流信号时,允许封锁原工作组,开放另一组2、发出切换指令后,须经过封锁延时时间tdbl ,才能封锁原导通组脉冲,再经过开放时间tdt 后才能开放另一组脉冲3、无论在任何情况下,两组晶闸管绝对不允许同时加触发脉冲,当一组工作时,另一组的触发脉冲必须被封锁住
14.逻辑无环流可逆系统的延时电路:封锁延时tdbl,作用是等待电枢电流真正到零防逆变颠覆；开放延时tdt,作用是使原工作组可靠关断,防止电源短路
15. DLC的基本组成及功能说明如何实现无环流控制？1、电平检测设有转矩极性鉴别器和零电流检测器,分别将电流给定的极性和电流是零或非零转换成1或0数字量,供逻辑判断使用。2、逻辑判断电路根据两个电平检测器的输出信号,经过逻辑运算后准确的发出切换信号UF 和UR；3、逻辑判断电路发出切换指令UF和UR 后,送给延时电路,经过封锁延时和开放延时,执行切换指令；4、正常工作时,逻辑判断电路和延时电路的两个输出总是一个为1态,另一个为0态,一旦电路发生故障,如果两个输出同时为态,则会使两组晶闸管同时开放而导致电源短路,延时电路后设置联锁保护电路可以避免两组晶闸管同时处于整流状态而造成电源短路事故
16.直流调速系统中,有环流系统优点:避免电流的断续区,系统在正反向过渡过程中没有死区,提高了快速性,过渡平滑、反向快。缺点:必须设置几个环流电抗器,增加了设备的投资。有环流系统适用于对快速性要求较高的可逆调速系统和随动系统；无环流系统优点:从根本上切断了环流回路,安全可靠。缺点:对控制提出了更高的要求。无环流系统适用于容量大并且对过度特性的平滑性要求不高但安全性要求较高的系统中。电枢可逆系统优点:电枢回路电感量小,时间常数小,正反向切换快速性好,缺点:要两套容量较大的晶闸管整流装置,投资较大,特别是大容量可逆系统时更为突出。电枢可逆系统适用于频繁起制动、要求过渡时间段、中小容量的生产系统；磁场可逆系统优点:激磁功率小,设备容量激电枢可逆方案小的多,投资费用低,比较经济；缺点:激磁回路电感量大,时间常数大,控制线路复杂,必须保证在换向过程中当激磁磁通接近于零时, 电枢供电电压为零,以防止电动机
在反转过程中的飞车现象。磁场可逆系统适用于不要求快速正反转的大容量可逆系统中
第六章
1.异步电动机调速途径:1.改变电源频率f1、
2.极对数np
3.转差率s(调整定子电压,转子电阻,转差电压及定子供电频率)
2.调速系统分类: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
3.系统构成:静止式变频装置,交流电动机,控制电路
4.变频调速基本要求:保持每极磁通量为额定值不变,即在频率变化是仍保持磁通恒定,实现恒磁通变频,调速时保证电动机最大转矩不变。基频以下,保持电压频率比基本恒定,使磁通恒定从而转矩恒定,因此恒压频比属于恒转矩调速；基频以上,转速升高时,转矩降低,属于恒功率调速
5.变频调速时为什么要对电压和频率进行协调控制？变频调速时,电动机内部阻抗也将改变,单是改变频率,将产生由弱磁引起的转矩不足,倘若过励磁,又会引起磁饱和等,导致电动机的功率显著下降,V/F 控制必须是在改变频率的同时,改变变频器的输出电压,才能保证调速电动机的效率,功率因数不下降
6.静止式变频装置:把频率和电压恒定的电网电压变成频率和电压可调的交流电,成为变压变频装置VVVF。间接变频装置:先将工频交流电源通过整流器变成直流,然后在经过逆变将直流变换为可控频率的交流(交-直-交变频器),直接变频装置将工频交流一次变换成可控频率交流,无直流环节
7.间接变频装置按控制方式分为1.用可控整流器变压、变频器变频(谐波大,功率因数低,适用于电压变化不太大的)2.直流斩波器调压、直流变频器变频(提高功率因数,灵活调压,谐波较大)3.变频器自身调压、变频(PWM脉宽调制,功率因数搞,谐波小)
8.间接变频装置按电源性质方式分电压源变频器(大电容滤波,直流电压波较平直,输出交流电压为矩形或梯形波,适用于不经常启制动和不需再生发电回馈的负载和装置),电流源变频器(大电感滤波,电流波较平直,电压波为矩形或梯形波,能迅速改变电压极性进入逆变,可方便再生制动,用于要求频繁启制动场合)
9.电压源变频器工作原理:由相控整流电路,滤波电容C和有源逆变电路构成,采用续流二极管为特征,180导电型:晶体管导通角为180,在一个周期每隔T/6一次导通,每一时刻有3个导通,分别在不同桥臂上,变频器输出相电压为阶梯波,线电压为间断式矩形波,波形复制取决于Ud,频率取决于环流频率；120导电型:晶体管导通角为120,变频环流在同一组相邻桥臂上,相电压为间断式矩形波,线电压为阶梯波,其余相同,电压波形基波幅值和相位收负载功率因数影响,稳定性差
10.正弦波脉宽调制SPWM特点:1.主电路只有一个可控的功率环节,简化结构2.使用不可控整流器,是电网功率因数与输入电压无关3.调频同时调压,与中间直流环节原件参数无关,加快系统动态响应4.更好输出电压波形,抑制或消除低次谐波,扩大调速范围,提高系统性能
11.SPWM 变频器的工作原理:将正弦波等效为等幅不等宽的矩形脉冲波形,因此,控制脉冲的幅值变窄,相当于输出期望的正弦波信号。控制的思想是:把一个正弦波分作N等分,然后把每一等分的正弦波曲线与横轴所围的面积都用一个面积相等的等高矩形来代替,矩形脉冲与正弦波每一等分的中点重合,这样有几个等幅不等宽的矩形脉冲与正弦波等效,所以就用这些SPWM 脉冲去控制变频器电子开关。是负载输出的波形为SPWM波形,其中正弦波为调制波,受它调制的信号为载波
12.SPWM制约条件:1.开关频率:变频器个功率开关器件的开关损耗限制了SPWM的每秒脉冲数 2.调制度m:m=Urm/Utm,为保证安全工作,必须使做调制的脉冲波有最小脉宽与最小间隙的限制,以保证最小脉冲间歇大于关断时间
13.单极性:正弦波半个周期内每相只有一个开关器件开通或关断；双极性:同一桥臂上下两个开关交替通断,处于互补方式
14.载波比N=ft/fr(载波频率/调制波频率),同步调制:N为常数,ft和fr同步变化,变频器输出电压半波内矩形脉冲
固定不变,当频率很低时,谐波增加,负载电动机产生较大脉动转矩和噪声；异步调制:改变fr时ft不变,提高了低频时载波比,矩形脉冲可随输出频率降低而增加,减小转矩和噪声,但难保持三相输出电压间的对陈冠希,引起电机工作不稳定；分段同步调制:一定频率范围内同步调制,保持输出电压波形对称的优点。频率降低较多时,N分段有级增加,采纳异步调制长处。
15. 机械特性:1.恒压恒频下:s很小时,Tm是直线,s接近1时,Tm与s成反比,为一段双曲线；2.电压、频率协调控制下:1.恒压频比运行U1/w1,改变频率机械特性基本不变 2.恒气隙磁通运行Eg/w1,频率降低使转矩减小,机械特性为一段双曲线3.恒转子磁通运行Er/w1,一组平行直线,稳态性最好4.恒电压运行(基频以上),Tm与w12反比,岁频率郑家转矩减小,带负载能力降低,转速升高,输出功率基本不变。
16.转速开环:结构简单,成本较低,适用于不要求动态特性或电机常处于恒速有耐性的传动系统；转速闭环:稳态精度较高,并有快速加减速要求的系统
17.恒压频比开环调速系统:1.给定积分器GI,当转速给定信号Uw*发生阶跃变化时,防止变频器的频率电压也阶跃性变化,限制冲击电流2.绝对值变化器GAB,变频器输出电压频率指令全为正值3.电压控制环节,采用电压电流双闭环结构,内环设CR限制动态电流兼保护,外环设A VR控制输出电压4.频率控制环节,由压频变换器GVF(将电压信号转变成一系列脉冲信号,脉冲列频率与控制电压大小正比,得到恒压频比的控制作用),环形分配器DRC(将GVF输出脉冲分配成6个一组相互间隔60度的具有一定宽度的脉冲信号)和脉冲放大器AP(脉冲功率的放大和除触发脉冲宽度的保证)组成
18.调速系统的动态性能就是控制转矩的能力,转差频率控制概念:在S值很小的范围内,想要保持气隙磁通Φm不变,在异步电动机中控制ωs使能够达到间接控制转矩的目的,控制转差率就代表控制转矩。
19.控制规律:1.在转差频率控制系统中,只要给ωs限幅,使ωsm<ωsmax=R2/Ll2,就可基本保持Tm与ωs的正比关系,即可用转差频率代表转矩控制,前提是气隙磁通不变；2.满足I1=F(ωs)可保持气隙磁通恒定
20.转差频率控制系统特点:1.采用电流源变频器,试控制对象有较好的动态响应,以便回馈制动,提高系统动态稳定性能；2.外环是ASR,内环是ACR；3.ωs分两路作用可控整流器和电流源逆变器；4.转速给定信号Uw*反向时,Uωs*,Uω,Uω1都反向。
21.变频调速系统中,对触发脉冲控制角有否βmin限制？有,β不能为零,而且不能太小,必须限制在某一允许的最小角度内,在逆变电路中,触发器输出的六个脉冲,它们的相位角间隔不可能完全相等,这种脉冲的不对称程度一般可达5,若不设安全裕量角,偏右的那些脉冲相当于β变小,就可能小于βmin ,导致逆变失败
22.为什么可以通过转差率来控制感应电动机的转矩？先决条件是？感应电动机转速表示为nn 0 1-s则可以通过控制转差率来控制感应电机的转矩,其先决条件是电机的极对数和电源频率不变
若系统在额定恒转矩负载下稳定运行,电动机突然失磁,会出现什么现象？1、有功功率突然降到规定值一下2、转子电流表的指示为零或过零后又以定子表针摆动次数的一半儿摆动3、定子电流升高并摆动,升高使发电机既向电网送出有功负荷,又从电网吸收无功功率4、发电机母线电压降低并摆动, 母线电压降低是因为发电机吸收了系统的无功功率,造成系统无功功率缺额5、转子电压表指示异常
23.三种协调方式的区别特点:恒压频比运行、横气隙磁通运行、恒转子磁通运行）恒气隙磁通控制和恒转子磁通控制是在恒压频比控制的基础上进行恰当电压补偿的结果,两者分别补偿了定子阻抗降和转子漏抗压降。在相同的转差下,恒气隙磁通运行所产生的电磁转矩要比恒压频比运行时要大；恒气隙磁通运行和恒压频比运行相比具有更大的过载能力和更宽达的运行范围。在相同的转差下,恒转子磁通运行要不恒气隙磁通控制具有更大的电磁转矩。恒转子磁通运行时,感应电机具有和直流电机一样的机械特性,可见恒转子磁通控制方式在性能上更具有优越性
直流自动控制系统B卷 薄涛
东 北 大 学 继 续 教 育 学 院 直流自动控制系统 试 卷（作业考核 线上） B 卷 学习中心： 忻州奥鹏 院校学号：T030163姓名 薄涛 （共 7页） 解： 先计算电动机电动势常数 220152 Φ0.127 V min/r 1500 nom nom a e nom U I R C n --?= ==? 开环系统的静态速降为 ()15(21)354.33 r/min 0.127 nom nom a rec op e e I R I R R n C C ∑+?+?= ===ΦΦ 满足调速要求所允许的静态速降为 ()0.11500 8.33 r/min 120(10.1) nom cl S n n D S ???= ==-- 第一题（15分） 有一V-M 调速系统，电动机参数为nom 2.5 kW P =，nom 220V U =，nom 15A I =， nom 1500 r/min n =，a 2R =Ω；整流装置内阻rec 1R =Ω，触发整流装置的放大倍数s 30K =。要求调速范围D ＝20，静差率S 10%，试求 1. 计算开环系统的静态速降op n ?；（3分） 2. 计算调速要求所允许的静态速降cl n ?；（3分） 3. 采用负反馈组成闭环系统，试画出系统的静态结构图；（3分）
采用转速负反馈系统的稳态结构图 1. 第二题（20分） 某调速系统如下图所示，已知数据为：电动机参数为 nom 30kW P=， nom 220V U=，nom 157.8A I=， nom 1000 r/min n=， a 0.1 R=Ω；整流装置内阻 rec 0.3 R=Ω，触发整流装置 的放大倍数 s 40 K=；最大给定电压* nm 12V U=，当主电路电流最大时，整定 im 45V U=。 系统的设计指标为：D=20，S=10%， 1.5 dbL nom I I =， 1.1 dcr nom I I =。 1. 画出系统的静态结构图；（4分） 2. 计算转速反馈系数；（3分） 3. 计算放大器放大倍数；（4分） 4. 计算电流反馈系数；（3分） 5. 当 20k R=Ω时，求 1 R的数值；（3分） 6. 计算稳压管的击穿电压 com U。（3分）
《电力拖动自动控制系统》第三版陈伯时课后答案
第一章闭环控制的直流调速系统 1－1 为什么PWM —电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM —电动机系统在很多方面有较大的优越性： （1）主电路线路简单，需用的功率器件少。 （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右。 （4）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。 （5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不 大，因而装置效率较高。 （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 1－2 试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的。 答：在制动状态中，i d 为负值，VT 2就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。这时，先减小控制电压，使U g 1 的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电 压U d 降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成E >U d ，很快使电流i d 反向，VD 2截止，在t on ≤t ＜Ｔ时，U g 2变正，于是VT 2导通，反向电流沿回路 3流通，产生能耗制动作用。在T ≤t ＜Ｔ+t on 时，VT 2关断，?i d 沿回路4经VD 1续流，向 电源回馈制动，与此同时，VD 1两端压降钳住VT 1使它不能导通。在制动状态中，VT 2和VT 1 轮流导通，而VT 1始终是关断的。 在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT 1关断后i d 经VD 2续流时，还没有达到 周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD 2两端电压也降为零，VT 2便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。 １－３调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关 系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？答：生产机械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，用字母Ｄ表示，即 D =n max n min 其中，n max 和n min 一般 都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。 当系统在某一转速下运行时，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，称作静差率s ，即 或用百分比表示 s =Δn N n 0 s =Δn N ×100% n 0
自动控制原理第五版课后答案完整版-2
第 一 章 1-1 图1-2是液位自动控制系统原理示意图。在任意情况下，希望液面高度c 维持不变，试说明系统工作原理并画出系统方块图。 图1-2 液位自动控制系统 解：被控对象：水箱；被控量：水箱的实际水位；给定量电位器设定水位r u （表征液 位的希望值r c ）；比较元件：电位器；执行元件：电动机；控制任务：保持水箱液位高度 不变。 工作原理：当电位电刷位于中点（对应 r u ）时，电动机静止不动，控制阀门有一定的 开度，流入水量与流出水量相等，从而使液面保持给定高度 r c ，一旦流入水量或流出水量 发生变化时，液面高度就会偏离给定高度r c 。 当液面升高时，浮子也相应升高，通过杠杆作用，使电位器电刷由中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机，通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动，从而减少流入的水量，使液面逐渐降低，浮子位置也相应下降，直到电位器电刷回到中点位置，电动机的控制电压为零，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度r c 。 反之，若液面降低，则通过自动控制作用，增大进水阀门开度，加大流入水量，使液面升高到给定高度r c 。 系统方块图如图所示： 1-10 下列各式是描述系统的微分方程，其中c(t)为输出量，r (t)为输入量，试判断哪些是线性定常或时变系统，哪些是非线性系统? （１） 222 ) ()(5)(dt t r d t t r t c ++=；
（２）)()(8) (6)(3)(2 233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++； （３） dt t dr t r t c dt t dc t )(3)()()(+=+； （４）5cos )()(+=t t r t c ω； （５）?∞-++=t d r dt t dr t r t c τ τ)(5) (6)(3)(； （６）)()(2 t r t c =； （７）???? ?≥<=.6),(6,0)(t t r t t c 解：（1）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2 ()r t ，所以该系统为非线性系统。 （2）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该 系统为线性定常系统。 （3）该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，所以该系统为线性系统，但第一项 () dc t t dt 的系数为t ，是随时间变化的变量，因此该系统为线性时变系统。 （4）因为c(t)的表达式中r(t)的系数为非线性函数cos t ω，所以该系统为非线性系统。 （5）因为该微分方程不含变量及其导数的高次幂或乘积项，且各项系数均为常数，所以该系统为线性定常系统。 （6）因为c(t)的表达式中包含变量的二次项2()r t ，表示二次曲线关系，所以该系统为非 线性系统。 （7）因为c(t)的表达式可写为()()c t a r t =?，其中 0(6) 1(6)t a t ?
自动控制系统及应用
1、为什么说转矩控制是运动控制的根本？试用负载特性曲线比较恒转矩、恒功率和风 机、泵类负载的区别。 2、简]述直流PWM 变换器-电动机系统（直流斩波器）原理（画图说明）？ 3、试述晶闸管触发整流器为何有失控时间？频率为50Hz 情况下，三相半波整流器的平 均失控时间是多少？ 4、对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范 围越大吗？ 1、某调速系统，min /1500max 0r n =，min /150min 0r n =，额定负载时的速降min /15r n N =?，若不同转速下额定速降不变，则系统能达到的调速范围是多少？系统允许的静差率是多少？ 2、某闭环系统开环放大倍数是15时，额定负载下的速降是8r/min ；如果开环放大倍数是30时，速降是多少？同样静差率下，调速范围扩大多少？ 3、有一V-M 系统，电动机参数：额定功率2.2kW ，额定电压220V ，额定电流12.5A ，额定转速为1500r/min ，电枢电阻1.2Ω，整流装置内阻1.5Ω，触发整流环节放大倍数为35，要求系统满足调速范围D=20，静差率小于10%。若采用转速负反馈闭环系统，若主电路电感L=50mH ，系统的转动惯量1.6N.m 2，整流采用三相半波，试判断系统是否稳定？如要稳定，闭环系统的开环放大系数应调整为多少？ 4、旋转编码器光栅数为1024，倍频系数为4，高频时钟脉冲频率1MHz ，旋转编码器输出脉冲个数和高频时钟脉冲个数均采用16位计数器，M 法和T 法测速时间均为0/01s ，求转速为1500r/min 和150r/min 时的测速分辨率和误差率最大值。 一个转速、电流双闭环调速系统。 已知：1）电动机：kW P N 555=，V U N 750=，A I N 760=，min /375r n N =，电动势系数r V C e min/82.1?=； 2）主回路总电阻Ω=14.0R ，允许电流过载倍数5.1=λ，触发整流环节放大倍数75=S K ，整流装置为三相桥式； 3）电磁时间常数s T l 031.0=，机电时间常数s T m 112.0=，电流反馈滤波时间常数s T oi 002.0=，转速反馈滤波时间常数s T on 02.0=，
自动控制系统分类
1-3自动控制系统的分类 本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统。为了更好的了解自动控制系统的特点，介绍一下自动控制系统的分类。分类方法很多，这里主要介绍其中比较重要的几种： 一、按描述系统的微分方程分类 在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性。按描述系统运动的微分方程可将系统分成两类： 1．线性自动控制系统描述系统运动的微分方程是线性微分方程。如方程的系数为常数，则称为定常线性自动控制系统；相反，如系数不是常数而是时间t的函数，则称为变系数线性自动控制系统。线性系统的特点是可以应用叠加原理，因此数学上较容易处理。 2．非线性自动控制系统描述系统的微分方程是非线性微分方程。非线性系统一般不能应用叠加原理，因此数学上处理比较困难，至今尚没有通用的处理方法。 严格地说，在实践中，理想的线性系统是不存在的，但是如果对于所研究的问题，非线性的影响不很严重时，则可近似地看成线性系统。同样，实际上理想的定常系统也是不存在的，但如果系数变化比较缓慢，也可以近似地看成线性定常系统。 二、按系统中传递信号的性质分类 1．连续系统系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。 2．采样系统系统中至少有一处，传递的信号是时间的离散信号，则称为采样系统，或离散系统。 三、按控制信号r(t)的变化规律分类 1．镇定系统() r t为恒值的系统称为镇定系统(图1-2所示系统就是一例)。 2．程序控制系统() r t为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统(图1-11所示系统就是一例)。 3．随动系统() r t为事先未知的时间函数的系统称为随动系统，或跟踪系统，如图1-7所示的位置随动系统及函数记录仪系统。
第1章自动控制系统的基本概念
第1章自动控制系统的基本概念 内容提要： 本章通过开环与闭环控制具体实例，讲述自动控制系统的基本概念（如被控制对象、输入量、输出量、扰动量、开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念）、反馈控制任务、控制系统的组成及原理框图的绘制、控制系统的基本分类、对控制系统的基本要求。 1.1 概述 在科学技术飞速发展的今天，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（机器设备或生产过程）的某个参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。例如，数控车床按照预定程序自动地切削工件，化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定，人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收，宇宙飞船能够准确地在月球着陆并返回地面等，都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。 自动控制理论是控制工程的理论基础，是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理论按其发展过程分成经典控制理论和现代控制理论两大部分。 经典控制理论在20世纪50年代末已形成比较完整的体系，它主要以传递函数为基础，研究单输入、单输出反馈控制系统的分析和设计问题，其基本内容有时域法、频域法、根轨迹法等。 现代控制理论是20世纪60年代在经典控制理论的基础上，随着科学技术的发展和工程实践的需要而迅速发展起来的，它以状态空间法为基础，研究多变量、变参数、非线性、高精度等各种复杂控制系统的分析和综合问题，其基本内容有线性系统基本理论、系统辨识、最优控制等。近年来，由于计算机和现代应用数学研究的迅速发展，使控制理论继续向纵深方向发展。目前，自动控制理论正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。 1.2 自动控制的基本方式 在工业生产过程中，为了提高产品质量和劳动生产率，对生产设备、机器和生产过程需要进行控制，使之按预定的要求运行。例如，为了使发电机能正常供电，就必须使输出电压保持不变，尽量使输出电压不受负荷的变化和原动机转速波动的影响；为了使数控机床能加工出合格的零件，就必须保证数控机床的工作台或者刀架的位移量准确地跟随进给指令进给；为了使加热炉能保证生产出合格的产品，就必须对炉温进行严格的控制。其中，发电机、机床、加热炉是工作的机器装备；电压、刀架位移量、炉温是表征这些机器装备工作状态的物理参量；额定电压、进给的指令、规定的炉温是在运行过程中对工作状态物理参量的要求。 被控制对象或对象：将这些需要控制的工作机器装备称为被控制对象或对象，如发电机、机床。
电力拖动自动控制系统-(第3版)-陈伯时-答案全解
第一章：闭环控制的直流调速系统 1-1 为什么PWM-电动机系统比晶闸管-电动机系统能够获得更好的动态性能？ 答：PWM系统与V-M系统相比，在很多方面有较大的优越性： （1）主电路线路简单，需用的功率器件少； （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右； （4）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； （5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也大， 因而装置效率较高； （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高； 1-2 试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的。答：如图P13，1-17，制动状态时，先减小控制电压，使U g1 的正脉冲变窄，负脉 冲变宽，从而使平均电枢电压U d 降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还 来不及变化，因而造成E＞U d ，很快使电流i d 反向，VD 2 截止，在t on ≤t＜T时，U g2 变正，于是VT 2导通，反向电流沿回路3流通，产生能耗制动作用。在T≤t＜T+t on (即 下一周期的0≤t＜T on )时，VT 2 关断，-i d 沿回路4经VD 1 续流，向电源回馈制动，与 此同时，VD 1两端压降钳住VT 1 使它不能导通。在制动状态中，VT 2 和VD 1 轮流导通， 而VT 1 始终是关断的。 有一种特殊状态，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT 1 关断后 i d 经VD 2 续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD 2 两端电压也降 为零，VT 2 便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。 1-3 调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系?为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”?
《自动控制原理与系统》模拟试题标准答案2精讲
2003级（05-06学年）自动控制原理试题（A ） 参考答案及评分标准 1．如图示系统结构图1，试用结构图化简方法求传递函数 ) () (s R s C 。（15分） 图1 解： 原图
得传递函数为 112312123231 () ()11G G G G C s R s G G G G G G G G +=-+ +++ 2． 控制系统如图2所示，系统单位阶跃响应的峰值时间为3s 、超调量 为20%，求K ，a 值。（15分） 图2 解：开环传递函数 2 (1) ()K as G s s += 闭环传递函数
2222 22 ()(1)21n n n K K s s K as s Kas K s s s ωζωωΦ===++++++ 已知 0.23()o o p e t s σ-?==??==?? 所以 1.18n π π ω= = = K ，a 分别为 2 1.42 1.090.781.4n n K a K ωζω?==? ?===? ? 1． 已知系统特征方程为04832241232345=+++++s s s s s ，试求系统在S 右 半平面的根的个数及虚根值。（10分） 解：列Routh 表 S 5 1 12 32 S 4 3 24 48 S 3 3122434?-= 323483 16?-= 0 S 2 424316 12?-?= 48 辅助方程 1248 02s +=, S 24 求导：24s=0 S 0 48 0.46ζ====
答：系统没有正根。对辅助方程求解，得一对虚根，其值为s j 122,=±。 4. 单位负反馈系统的开环传递函数) 15.0)(12.0()(++= s s s K s G ,绘制K 从 0到 +∞ 变化时系统的闭环根轨迹图。（15分） 解 ⑴ ) 15.0)(12.0()(++=s s s K s G =)2)(5(10++s s s K 系统有三个开环极点：01=p ,2p = -2,3p = -5 ① 实轴上的根轨迹： (]5,-∞-, []0,2- ② 渐近线： ??? ???? ±=+=-=--=πππ?σ,33)12(373520k a a ③ 分离点： 02 1 511=++++d d d 解得：88.01-=d ，7863.32-d (舍去)。 ④ 与虚轴的交点：特征方程为 D(s)=0101072 3=+++K s s s 令 ? ??=+-==+-=010)](Im[0 107)](Re[3 2ωωωωωj D K j D 解得 ? ??==710 K ω 与虚轴的交点（0，j 10±）。 根轨迹如图示。 5． 已知单位负反馈系统开环传递函数) 1() 1()(12 2++= T s s T K s G ,试概略绘制系 统的开环幅相频率特性曲线,并用奈氏判据判断系统的稳定性。（15分）
《自动控制完整系统》
自动控制系统 一、判断下面结论或言论是否正确，如果正确在该结论或言论的后面的括号内标上(√)；反之标上(╳)。 1、抑制定理告诉我们：对于反馈环内的元件参数发生变化时，闭环系统有抑制能力。对于反馈环外的元件参数发生变化时，闭环系统无抑制能力( ) 2、如果两个控制系统的控制方程组完全相同，那么这两个控制系统的运行轨迹和转步信号就完全相同。( ) 3、在一个至少有6个偶数结点的联通域内，如果结点总数有9个，那么机器人就能不重复的走遍该联通域内的每一条支路。( ) 4、纯电压负反馈调速系统是一个自然稳定性系统。( ) 5、在Simulink仿真模型中，无论何种组合都应该有输出显示模块。( ) 6、在Simulink仿真模型中，改变示波器的采样时间可以控制实际用时的快慢。( ) 7、使用封装技术可以将子系统“包装”成有自己的图标和参数设置对话窗口的一个单独的模块。( ) 8、无静差调速系统的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。( ) 9、如果PWM变换器的电压输出波形只有一种极性，那么该PWM直流调速系统一定是由不可逆PWM变换器构成。( ) 10、可逆调速系统一定用于生产工艺要求电动机可逆运行的场合。 ( ) 11、对新购调速器需要先进行参数自动优化然后才能进行调速器的软件组态。 ( ) 12、自动控制系统中环的个数会受到状态变量的多少、生产工艺要求的限制。( ) 13、在PWM直流调速控制系统中，大功率开关的频率越高，控制系统的失控时间也就越短。( ) 14、反并联可逆转速、电流双闭环调速系统能解决最优时间起、制动的问题。 ( ) 15、带电压内环的三环调速系统性能与带电流微分负反馈的三环调速系统性能作用基本相同。( ) 16、在双闭环不可逆调速系统中，如果实现无转速超调只能采用增加转速微分负反馈的方案来解决。( ) 17、在不可逆调速系统中不会发生本桥逆变现象。( ) 18、如何准确、迅速的显示与控制系统的状态变量是HMI研究的主要问题。( )
直流自动控制系统
自动控制系统 第一题 带有电流截止负反馈的单闭环调速系统，电动机参数为：U nom =220V ，I nom =32A ，n nom =1350rpm ，电枢电阻R a =0.66Ω，整流装置K s =30，电枢回路总电阻R ∑=0.8Ω，生产机械要求：调速范围D ＝30，静差率S ≤0.1 1. 画出系统静态结构图； 2. 求开环系统静态速降?n op ，调速要求所允许的静态速降?n cl ； 3. 当给定电压U n *=10V 时，n =n nom ，求闭环系统开环放大倍数K ，调节器的放大倍数K P ，速度反馈系数α； 4. 若截止电压U com =9V ，堵转电流I dbL =2.2I nom ，求电流反馈系数β，截止电流 I dcr 。 1） 2） 3） 当时，代入 nom nom a 220320.66 0.147V min/r 1350 e nom U I R C n Φ--?= =≈?nom op 320.8 174.15r/min 0.147e R I n C Φ∑???===nom cl (1) S n D n S ?= ?-nom cl 0.11350135 5r/min (1)30(10.1)27 S n n D S ??∴?= ===--* n 10V U =nom 1350rpm n n ==n U n α=100.0074V min/r 1350 n nom U n α*≈=≈?op cl 174.15 1133.835 n K n ?= -= -=?p s e K K K C αΦ ??=
4） 当电动机堵转时 或忽略R ∑ 第二题 转速、电流双闭环无静差调速系统，电动机nom 220V U =，nom 20A I =，nom 1000rpm n =，整流装置内阻rec 0.5R =Ω，电动机电枢电阻a 0.5R =Ω，电动机过载倍数2λ=，整流装置放大倍数s 24K =，系统最大给定电压、速度调节器的 限幅值与电流调节器的输出限幅值** nm im ctm 10V U U U ===。 1．求以下各量 （1）α= （2）β= （3）e C Φ= 2．当电动机在额定负载、额定转速下稳定运行时， 求如下各量： （1）*i U = （2）ct U = （3）n U = 3．电动机在额定状态下运行时，转速反馈线突然断开，求稳态时各量： （1）*i U = （2）i U = （3）ct U = （4）n = 4．当电动机发生堵转时，求系统稳态时如下各量： （1）*i U = （2）i U = p s 33.830.147 22.4300.0074 e K C K K Φα??∴= =≈??0n =*p s n com dbL p s () K K U U I R K K β ∑??+= +??1090.8 2.23222.4300.27/n com dbL p S R U U I K K V A β* ∑ +∴=-+= - ??≈nom dbr 9 33.330.27 U I A β = = =com dbL ()1090.27/2.232 n U U V A I β*++≈=≈?
1 自动控制系统
习题1自动控制系统 1.自动控制系统按其基本结构有可分为几类？其闭环控制系统中按其设定值的不同又可 分为几类？简述每种形式的基本含义。 2.自动控制系统主要有哪些环节组成？ 3.何为简单控制系统？试画出简单控制系统的方块图。 4.衰减振荡过程的品质指标有哪些？各自的含义是什么？ 5.图2-36所示，是某温度控制系统的记录以上画出的曲线图，试写出最大偏差衰减比余差 振荡周期，如果工艺上要求控制温度为（40±2）℃，那么该控制系统能否满足工艺要求? 解答： 1.自动控制系按其基本结构可分为开环控制系统和闭环控制系统。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。 闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制系统。 闭环控制系统中按其设定值的不同又可分为： 1)定值控制系统 定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统。其作用是克服扰动对被控变量的影响；使被控变量回到设定值附近。 2)随动控制系统 随动控制系统的设定值是不断不变的，其作用是使被控变量能够尽快地、准确到跟踪设定值的变化。 3)程序控制系统 程序控制系统的设定值也是不断不变的，但它是由一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。 2. 自动控制系统主要有被控对象、检测变送器、比较机构、控制器、执行器等组成。 3. 所谓简单控制系统是指只有一个被控对象，一个检测变送器，一个控制器，一个执行器
所构成的单闭环控制系统，它的典型方块图如下所示： 4. 衰减振荡过程的品质指标有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期等其各自的含义是： 最大偏差：指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大数值。 衰减比：指过渡过程曲线上同方向第一个和第二个峰值之比。 余差：过渡过程终了时，稳态值与设定值之差。 过渡时间：是指控制系统受到扰动作用后，被控变量从原稳态回到新稳态所经历的最短时间。 振荡周期：过渡过程同向两波峰或波谷间的间隔时间。 5.从过渡曲线可以看出最大偏差A=45-40=5； 衰减比n=(45-41)/(42-41)=4 ：1； 余差C=41-40=1； 过渡时间：由题意被控变量进入新稳态值的±2%，就可以认为过渡过程结束，那么限制范围应是41*±2%=±0.82℃，由图可以看出过渡时间为23min. 振荡周期T=18-5=13min 该控制系统能满足控制温度为（40±2）℃的工艺要求。
直流自动控制系统B卷谭树彬(2)
东 北 大 学 继 续 教 育 学 院 直流自动控制系统 试 卷（作业考核 线上） B 卷 学习中心： 院校学号： 姓名 （共 3 页） 第一题（15分） 有一V-M 调速系统，电动机参数为nom 2.5 kW P =，nom 220V U =，nom 15A I =，nom 1500 r/min n =，a 2R =Ω；整流装置内阻rec 1R =Ω，触发整流装置的放大倍数s 30K =。要求调速范围D ＝20，静差率S ≤10%，试求 1. 计算开环系统的静态速降op n ?；（3分） 2. 计算调速要求所允许的静态速降cl n ?；（3分） 3. 采用负反馈组成闭环系统，试画出系统的静态结构图；（3分） 4. 调整该系统，使* n 20V U =时转速1000 r/min n =，此时转速反馈系数应为多少（可认为* n n U U ≈）？（3分） 5. 计算所需放大器的放大倍数。（3分）
第二题（20分） 某调速系统如下图所示，已知数据为：电动机参数为nom 30kW P =，nom 220V U =，nom 157.8A I =，nom 1000 r/min n =，a 0.1R =Ω；整流装置内阻rec 0.3R =Ω，触发整流装置的 放大倍数s 40K =；最大给定电压* nm 12V U =，当主电路电流最大时，整定im 45V U =。系统的设计指标为：D =20，S =10%， 1.5dbL nom I I =， 1.1dcr nom I I =。 1. 画出系统的静态结构图；（4分） 2. 计算转速反馈系数；（3分） 3. 计算放大器放大倍数；（4分） 4. 计算电流反馈系数；（3分） 5. 当020k R =Ω时，求1R 的数值；（3分） 6. 计算稳压管的击穿电压com U 。（3分）
自动控制原理习题1(含答案)
《自动控制原理》习题解答
第一章习题及答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大
门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。 1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比， c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动 机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。 f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。
自动控制原理作业题3
1 第四章 根轨迹法习题 4-1 系统的开环传递函数为 ) 4)(2)(1()()(* +++=s s s K s H s G 试证明点311j s +-=在根轨迹上，并求出相应 的根轨迹增益* K 和开环增益K 。 4-3 已知单位反馈系统的开环传递函数，试概 略绘出系统根轨迹。 ⑵ ) 3)(2()5()(*+++=s s s s K s G ⑶ ) 12()1()(++=s s s K s G 4-６ 已知单位反馈系统的开环传递函数，要求： （1）确定) 20)(10()()(2+++=*s s s z s K s G 产生纯虚根为1j ±的z 值和*K 值； （2）概略绘出) 23)(23)(5.3)(1()(j s j s s s s K s G -+++++=* 的闭环根轨迹图（要求确定根轨迹的渐近线、分离点、与虚轴交点和起始角）。 4-12 控制系统的结构如图4-23所示，试概略绘制其根轨迹。
2 第五章 线性系统的频域分析 5-7 已知系统开环传递函数 ) 1()1()(12++-=s T s s T K s G ； 0,,21>T T K 当1=ω时，?-=∠180)(ωj G ，5.0)(=ωj G ；当输入为单位速度信号时，系统的稳态误差1。试写出系统开环频率特性表达式)(ωj G 。 5-8 已知系统开环传递函数 ) 1)(1(10)(2++=s s s s G 试概略绘制系统开环幅相频率特性曲线。 5-17 已知系统开环传递函数 ) 18.02.0(10)(2-+=s s s s G 试根据奈氏判据确定闭环系统的稳定性。 5-24 某最小相角系统的开环对数幅频特性如图所示。要求 （1）写出系统开环传递函数； （2）利用相角裕度判断系统的稳定性； （3） 将其对数幅频特性向右平移十倍频程，试讨论对系统性能的影响。
城轨列车运行自动控制系统 第3次作业 含答案
专业班学号: 姓名: 《城轨列车运行自动控制系统错误！未指定书签。》 课程第3次作业 评分 评分人 二、主观题(共10道小题) 11.简述CBTC系统与TBTC冗系统相比有什么优点。 答：与TBTC系统相比，CBTC系统具备的优点主要有以下几点。 更加安全。CBTC系统中充分利用通信传输手段，实时或定时地进 行列车与地面间的双向通信，后续列车可以及时了解前方列车运 行情况；同时，地面可以及时向车载控制设备传递车辆运行前方线 路限速情况，指导列车按线路限制条件运行，大大提高了列车运行 安全性。更加高效。CBTC系统实现了移动闭塞，控制列车按移动 闭塞模式运行，由此可以减少列车间隔时间，实现单线上动态列 车会车、超车、阻塞等的运行管理，以及确保列车运行与按一定规 则制定的运行计划保持一致。其结果不仅是大幅度地提髙线路能力 和列车平均运行速度，而且提高了列车运行的可靠性和设备运用 率。更加灵活。CBTC系统支持双向运行，不会因为列车的反方向 运行而降低系统的性能和安全。系统在运营时，可以根据需要， 使用不同的调度策略，并且可以同时运行不同编组长度、不同性能 的列车 12.根据车-地之间通信方式CBTC可以分为哪几类？ 答：1从闭塞分区的实现来分类：基于通信的固定自动闭塞运行 控制系统；移动自动闭塞运行控制。2 根据CBTC车-地之间通 信方式可分为：采用全程移动无线通信方式；采用轨道交叉电缆方 式；采用漏泄电缆或漏泄波导方式；采用査询应答器方式；采用卫 星通信系统。3 根据应用区间闭塞方式来分：CBTC-半自动闭塞
方式；CBTC-自动站间闭塞方式；CBTC-电子路签闭塞方式。4 根据CBTC应用控制技术水平的高低可以进行分类：采用无线数据电台进行车-地之间双向通信构成的低级系统一CBTC-半自动闭塞系统。采用应用技术水平较高的CBTC系统，例如，CBTC-MA S系统等。 13.简述CBTC典型的结构和每个子系统的功能。 答：一般典型的CBTC系统应当包括：列车自动监控系统ATS 、数据库存储单元DSU 、区域控制器ZC 、计算机联锁CI 、轨旁设备WE 、车载控制器VOBC 和数据通信系统DCS，包括骨干网、网络交换机、无线接人点及车载移动无线设备等。其中区域控制中心包括ZC和CI两部分。整个系统可以划分为CBTC地面设备和CBTC车载设备两大部分，地面设备和车载设备通过数据通信网络连接起来，构成系统的核心。子系统的功能为： 1 ATS子系统ATS子系统的主要功能是在控制中心显示控制范围内列车运行状态及设备状态。根据CBTC系统的要求，ATS系统中设置包括操作员工作站、时刻表工作站、培训工作站和其他相应的设备和网络等。 2 CI子系统CI子系统的主要功能是监督和直接控制道岔、轨道区段、信号机和其他室外设备，实现各个设备之间的正确联锁关系，保证列车运行安全；对于来自设备的错误操作，具备有效的防护能力；能够根据进路的始端、终端办理进路、取消进路等。 3 ZC子系统ZC子系统需要根据从VOBC、CI、ATS和DSU接收到的各种状态信息和数据信息，为位于ZC控制区域范围内的列车生成移动授权MA，并及时将MA通过DCS系统发送给车载VOBC设备以控制列车的运行。 4 VOBC子系统在VOBC中，为确保安全，列车必须对自身位置和运行方向进行精确判定。为判定位置，列车的车载计算机与转速计、速度传感器、加速度计用于测量距离、速度和加速度及轨旁定位应答器
自动控制系统及应用2 考前必看的选择题
自动控制系统及应用-2 成绩：100分 一、单选题共 20 题 题号: 1 本题分数:5 分 如果典型二阶系统的单位阶跃响应为单调变化曲线，则称其为（） A、无阻尼 B、欠阻尼 C、临界阻尼 D、临界阻尼或过阻尼 该题考查对典型系统单位阶跃响应的识记。正确选项是D项。熟记典型系统单位阶跃响应是分析系统频率特性的基础。 标准答案：D 题号: 2 本题分数:5 分 等速信号f(t)=t的拉氏变换式F(S)=（） A、1s B、1s2 C、1s3 D、12s2 该题考查对常用函数拉氏式的识记。正确选项是B项。熟记常用函数拉氏式是学习系统传递函数和分析系统频率特性的关键。
标准答案：B 题号: 3 本题分数:5 分 如果典型二阶系统的单位阶跃响应为减幅振荡，则其阻尼比应为（） A、ξ<0 B、0<ξ<1 C、ξ=0 D、ξ>1 该题考查对典型系统单位阶跃响应的识记。正确选项是B项。熟记典型系统单位阶跃响应是分析系统频率特性的基础。 标准答案：B 题号: 4 本题分数:5 分 2+5e-3t拉氏变换式为（） A、2+5s-3 B、2+5s+3 C、ss(s-3) D、s+6s(s+3) 该题考查对常用函数拉氏式的识记。正确选项是B项。熟记常用函数拉氏式是学习系统传递函数和分析系统频率特性的关键。 标准答案：B 题号: 5 本题分数:5 分
若系统的开环传递函数为10s(0.5s+1)，则其开环增益为（） A、0.5 B、1 C、10 D、20 该题考查对系统开环对数频率特性的理解，该开环传递函数含比例环节K=10，所以正确选项是C项。掌握系统开环对数频率特性曲线的简便画法是系统特性分析的关键。 本题得分：5 分 题号: 6 本题分数:5 分 带有惯性的比例微分环节的传递函数G(s)=（） A、Ks B、1Ts+K C、τs D、τs+1Ts+K 该题考查对系统可分解为若干典型环节的理解。正确选项是D项。掌握系统分解与合成有利于系统分析。 标准答案：D 题号: 7 本题分数:5 分
自动控制系统答案
第 1 页 共 2 页 试题名称 ： 自动控制系统 层次: 专业： 年级： 学号： 姓名： 分数： 一、单项选择题（共10小题，每题2分，共20分） （1）差模输入信号与两输入端信号之（B ）有关，共模输入信号与两输入端信号之（A ）有关。 A 和； B 差； C 算术平均值； （2）在需要动态电阻大，静态电阻小的场合可使用（B ），在需动态电阻小、静态电阻大的场合可使用（C ）。 A 线性电阻； B 恒流源； C 稳压管或二极管； （3）为提高电压放大倍数，集成运放中采用（A ），为抑制零漂，集成运放中采用（C ）。 A 差动放大电路； B 大电阻负载； C 恒流源负载； （4）阻容耦合电路的特点是（C ），直接耦合电路的特点是（A ），变压器耦合电路的特点是（B ）。 A 低频特性好，存在温漂； B 静态工作点独立，耦合原件不影响高频特性； C 能实现阻抗变换，低频特性差； （5）集成运放的两个输入端分别称为同相输入端和反相输入端，其含义是指输出电压的极性与前者（A ）与后者 （B ）。 A 相同； B 反相； （6）差动放大电路由双端输出改为单端输出，其 CMR K 减小的原因是（C ）。 A d A 不变，C A 减小； B d A 减小，C A 不变； C d A 减小，C A 增加； （7）输入失调电流IO I 是（B ） 。 A 输入端信号电流之差； B 两输入端静态电流之差； C 输入电流为零时的输出电流； （8）输入失调电压是（C ）。 A 两输入端电压之差； B 输入端都为零时的输出电压； C 输出端电压为零时输入端的等效补偿电压； （9）在需要动态电阻大，静态电阻小的场合可使用（B ），在需动态电阻小、静态电阻大的场合可使用（C ）。 A 线性电阻； B 恒流源； C 稳压管或二极管； （10）差模电压放大倍数是（ C ）之比，共模电压放大倍数是（B ）之比。 A 输出变化量与输入变化量； B 输出共模量与输入共模量； C 输出差模量与输入差模量； 二、填空题(每空1分，共27分) （1）硅二极管的导通电压值约为 0.6V ，锗二极管的导通电压约为 0.2V 。 （2）对于由三极管组成的放大电路而言，就其输入回路和输出回路的公共端不同，可以组成 共基 、 共射 、 共基三种组态。 （3）本征硅中若掺入五价元素的原子，则多数载流子应是 电子 ，掺杂越多，则其数量一定越 多 ，相反，少数载流子应是空穴，掺杂越多，则其数量一定越 少 。 （4）假设n 级放大电路的每一级的放大倍数分别为un u u u A A A A ......321、、，那么多级放大电路的放大倍数u A ＝ （5）小功率直流电源一般由四部分组成，分别是 电源变换器、整流 、滤波 和 稳压电路 。 （6）四输入与门的表达式是 ABCD=Y ，四输入或门的表达式是 A+B+C+D=Y （7）十进制数117的二进制表示形式是 1110101 。 （8）半加器电路具有 2 个输入和 2 个输出，全加器电路具有 3 个输入和 2个输出。 （9）JK 触发器的4个工作模式为 保持 ， 复位 ，置位 ， 翻转 。 （10）一个简单的D/A 转换器由两个基本部分组成，分别是 电阻 网络和 求和 放大器。 三、判断题（每空1分，共8分） 单级放大电路的电压放大倍数大，级连后多级放大电路的一定也大。 （ T ） 集成运放之所以采用直接耦合是因为这种耦合方式具有较好的低频特性。 （T ） 温漂现象是直接耦合放大电路所独有的，阻容耦合放大电路中不存在。 （ F ） 多级放大器电路的级数为奇数，则输出、输入电压必为反相关系。 （F ） 运放的调零电位器是为了消除失调电压而设置的。 （F ） 转换速率R S 反映了运放动态性能的好坏。 （F ） 输入失调电压IO U 大小反映了运放输入级差动对管BE U 的失配程度。 （F ）
直流自动控制系统
直流自动控制系统 复习题 带有电流截止负反馈的单闭环调速系统，电动机参数为：U nom =220V ，I nom =32A ，n nom =1350rpm ，电枢电阻R a =0.66Ω，整流装置K s =30，电枢回路总电阻R ∑=0.8Ω，生产机械要求：调速范围D ＝30，静差率S ≤0.1 1． 画出系统静态结构图； 2． 求开环系统静态速降?n op ，调速要求所允许的静态速降?n cl ； 3． 当给定电压U n *=10V 时，n =n nom ，求闭环系统开环放大倍数K ， 调节器的放大倍数K P ，速度反馈系数α； 4． 若截止电压U com =9V ，堵转电流I dbL =2.2I nom ，求电流反馈系数β， 截止电流I dcr ； 解：1 2 nom nom a 220320.66 0.147V min/r 1350 e nom U I R C n Φ--?= =≈? nom op 320.8 174.15r/min 0.147e R I n C Φ∑???= == nom cl (1) S n D n S ?= ?- nom cl 0.11350135 5r/min (1)30(10.1)27 S n n D S ??∴?= ===-- 3 当* n 10V U =时，nom 1350rpm n n ==代入n U n α= 100.0074V min/r 1350 n nom U n α*≈=≈? op cl 174.15 1133.835 n K n ?= -= -=? p s e K K K C αΦ ??=
p s 33.830.147 22.4300.0074 e K C K K Φα??∴= =≈?? 4 当电动机堵转时0n = * p s n com dbL p s () K K U U I R K K β ∑??+= +?? 1090.8 2.23222.4300.27/n com dbL p S R U U I K K V A β* ∑ +∴=-+= - ??≈ nom dbr 9 33.330.27 U I A β = = = 或忽略R ∑ com dbL ()1090.27/2.232 n U U V A I β*++≈=≈? 二、转速、电流双闭环无静差调速系统，电动机nom 220V U =，nom 20A I =， nom 1000rpm n =，整流装置内阻rec 0.5R =Ω，电动机电枢电阻a 0.5R =Ω，电动机过 载倍数2λ=，整流装置放大倍数s 24K =，系统最大给定电压、速度调节器的限幅值 与电流调节器的输出限幅值** nm im ctm 10V U U U ===，： 1．求以下各量（3分，每个小问题1分） （1）*nm 100.01V/r/min 1000/min nom U V n r α=== （2）**im im nom 10V 0.25V/A 220A dm U U I I βλ====? （3）nom nom a 220200.5 0.21V min/r 1000 e nom U I R C n Φ--?= ==? 2．当电动机在额定负载、额定转速下稳定运行时， 求如下各量：（3分，每个小问题1分） （1）* i U =U i =βI nom =0.25?20=5V （2）()nom nom d00.211000200.50.59.583V 24 e ct s s C n I R U U K K Φ∑?+?++= ===