运动控制系统补充复习资料
运动控制系统补充复习资料
（前言：这是根据教学大纲整理出来的考核重点，以下内容要求能够理解并掌握，对于例2-1至例2-5应重点理解其解题的方法与步骤，相关公式要熟记，各知识点，要求理解，最好每天能看一遍，不一定要死记硬背。此复习资料与之前发的模拟试题并不矛盾，模拟试题重点要复习自编ON:01-ON:03，最先发的第一套题作为辅助复习资料。请同学们一定要认真看清楚。要求配合模拟试题进行复习。） 一、第一章 绪论（复习要点）
（一）运动控制系统及其组成（识记）
1. 运动控制系统由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器组成。 （1）电动机：是系统的控制对象
（2）功率放大与变换装置：有电机型、电磁型、电力电子型 （3）控制器：模拟控制器、数字控制器
——模拟控制器：所有运算能在同一时刻进行，滞后时间小 ——微处理器：在任一时刻只能执行一条指令，其滞后时间比较大 （4）传感器：
——电压、电流传感器的输出信号多为连续的模拟量
——转速和位置传感器的输出信号，可以是模拟量，也可以是数字量 （二）运动控制系统的与发展（识记）
1. 直流电动机数学模型简单，转矩易于控制
2. 交流电动机具有结构简单，但其动态数学模型具有非线性多变量强耦合的性质。
3. 早期交流调速系统的控制方法是基于交流电动机稳态数学模型的，其动态性能无法与直流调速系统相比。
4. 矢量控制系统：1980年德国W.Leonharcl 教授等用微机实现矢量控制系统的数字化。经过不断改进和完善，形成现代通用的高性能矢量控制系统。
5. 直接转矩控制：1985年德国鲁尔大学Depenbrock 教授提出直接转矩控制系统。 （三）运动控制系统的转矩控制规律（领会） 1. 运动控制系统的基本运动方程式 m m L e m K D T T dt
d J θωω---=
2. 忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，可简化为： L e m T T dt
d J -=ω
3. 运动控制系统的任务就是控制电动机的转速和转角，对于直线电动机来说是控制速度和位移。
4. 运动方程的实用形式 L e T T dt
dn GD -=375
2
系统旋转运动的三种状态 （1）静止或恒转速状态
0,==dt dn T T L e 或
（2）加速状态
0,>>dt dn T T L e 或
（3）减速状态
0,< dn T T L e 或 L e T T dt dn GD -或375 2 称为动负载转矩，Tl 称为静负载转矩。 （四） 生产机械的负载转矩特性（识记） 1. 恒转矩负载特性（要求掌握什么是恒转矩负载，恒转矩负载特性如何画） 2. 恒功率负载特性（要求掌握什么是恒功率负载，恒功率负载特性如何画） 3. 风机、泵类负载特性（要求掌握什么是风机、泵类负载，风机、泵类负载特性如何画） 第2章 转速反馈控制的直流调速系统（复习要点） 2.1 V-M 系统和PWM 控制器的传递函数 ()s T K s W l s s +≈ 1（P15 ，公式2-14) 2.2 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性 1. 对调速系统转速控制的要求：调速、稳速、加减速 2. 稳态性能指标：调速范围和静差率 静差率：n N N n n n n n s ??= ?= min min 0（计算公式：P21-22） 最低转速：()S n s n s n n N N N ?-=?-?= 1min 调速范围：min min max n n n n D N = = 或 () s n s n D N N -?= 1 3. 例2-1 求调速范围和静差率。（要求掌握解题的方法与步骤） 4. 开环调速系统的结构图P23 图2-15 稳态关系： UPE c s do U K U = 直流电动机：e d do C R I U n -= 5. 开环调速系统的机械特性 e d e c s e d do C R I C U K C R I U n -=-= 特性曲线见P24图2-17，开环调速系统的稳态结构图，见P24图2-16 6. 例2-2 求：（1）用机械特性公式求额定速降；（2）判断采用开环调速系统是否满足要求（求出静差率，然后与标准的静差率比较）；（3）额定速降（例用静差率的公式求解） （要求掌握解题的方法与步骤） 2.3 转速反馈控制系统的直流调速系统 2. 3.1 转速反馈控制系统的数学模型 1. 提高调速范围，减小静差率的途径 ——采用转速反馈控制技术，因为电动机的额定速降大的原因是电动机本身固有，无法改变。 2. 转速反馈控制直流调速系统静特性 （1）转速反馈控制直流调速系统：被调量是转速n ，给定量是给定电压U*n （2）闭环调速系统与开环调速系统的区别：在于转速n 经过测量元件反馈到输入端参与控制。 （3）各环节的稳态关系： ——UPE ：c s do U K U = ——直流电动机：e d do C R I U n -= ——电压比较环节：n n n U U U -=?* ——比例调节器：n p c U K U ?= ——测速反馈：n U n α= （要求：根据上述稳态关系，画出思转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构图，见图2-19，或根据稳态结构图写出稳态关系式。见P25-26 ） （4）闭环系统静特性方程(P2-32) () () e s p e d e N s p C K K K K C RI K C U K K n α= +- += * 11 3. 动态数学模型 （1）他励直流电动机在额定励磁下的等效电路 ——见P27 图2-20 根据上述等效电路列出以下方程： 第一，假定主电路电流连续，动态电压方程为 E dt dI L RI U d d do ++=（P27 公式2-34） 第二，电动机轴上的动力学方程为dt dn GD T T L e 375 2 =- （P27 公式2-35） （2）电压与电流间传递函数及动态结构 ——传递函数 ()()() 1 /1+=-s T R s E s U s I l do d 见P28 公式2-40 ——动态结构图 见P28图2-21a （3）电流与电动势的传递函数及动态结构 ——传递函数 ()()() s T R s I s I s E m dL d = - 见P28 公式2-41 ——动态结构图，见P28图2-21b ——直流电动机动态结构图，见见P28图2-21c （4）转速反馈控制系统直流调速系统的动态结构图 ——见P29图2-23 2.3.2 比例控制的直流调速系统 1. 开环调速系统的机械特性 op op e d e n s p e d do n n C RI C U K K C R I U n ?-=- = -= * 0，见P29 式2-46 2. 闭环时系统的静特性 () () cl cl e d e n s p n n K C RI K C U K K n ?-=+- += * 011，见P29 式2-47 3. 开环机械特性与闭环静特性的比较 （1）闭环比开环的机械特性硬得多 （2）如果s 一定，则闭环调速范围大大提高 4. 判断系统的稳态性能指标 例2-3 （要求掌握解题的方法与步骤） ——当满足一定的调速范围和静差率的条件下，采用比例闭环调速系统，求KP ，根据计算结果作出判断，判断所用的公式： e s p C K K K /α≥ 5. 反馈控制规律 ——有三个基本特征： （1）比较控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统 （2）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定 （3）系统精度依赖于给定和反馈检测的精度 6. 判断系统的动态稳定性 （1）系统稳定的必要条件 ()s l s s l m T T T T T T K 2 ++< 等式的右边称做系统的临界放大系数Kp ，当K 大于或等于临界放大系统时，系统将不稳定。 （2）例2-4 求：判断系统的稳定性。（要求掌握解题的方法与步骤） （3）例2-5 求： 第一，给定D 和S ，判断系统是否稳定 第二，如果静差率不变，在保证稳定时，系统能够达到的最大调速范围 （要求掌握解题的方法与步骤） 2.3.3 比例积分控制的无静差直流调速系统 1. 积分调节器的传递函数 ()s s W I τ1 = ，（P34 式2-54） 2. 积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速 3. 比例调节器只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差的量的全部历史。 4. 比例积分控制 传递函数：()s s K s W p PI 111 ττ+=，其中ττp K =1（P36 式2-57） 比例积分调节器的线路图（P36 图2-28） 5. 比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。 2-4 2-4-1 微机数字控制的特殊问题 1. 微机控制的调速系统是一个数字采样系统 2. 模拟信号变为数字信号要经过两个过程： 离散化和数字化 3. 香农采样定理：max 2f f ≥ 2.5 转速反馈控制直流调速系统的限流保护 1. 转速反馈控制直流调速系统突加给定电压是地，由于惯性作用，转速不可能立即建立起来，反馈电压为零，会造成电动机过电流。、 2. 解决转速反馈闭环调速系统起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节，因此，要引电流负反馈。 3. 这种负反馈只能在起动或堵转时存在，在正常的稳速运行时又得取消，所以称为电流截止负反馈。 第三章 转速、电流反馈控制的直流调速系统（复习要点） 3.1.1 转速、电流反馈控制系统直流调速系统的组成 1. 什么是时间最优的理想过渡过程 起动（或制动）时，希望保持电流为允许的最大值 达到稳态转速时，电流立即降下来，使电磁转矩和负载转矩相平衡。 2. 采用电流负反馈能够获得近似的恒流过程 3. 为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器，一般都采用PI 调节器 3.1.2 稳态结构图与参数计算 1. 双闭环直流调速系统的稳态结构图与参数计算 （要求掌握稳态结构与参数计算的对应关系，见P61-62） 2. 双闭环直流调速系统的静特性 如图3-4 所示。双闭环直流调速系统的静特性，在负载电流小于Idm 时表现为转速无静差，这时转速负反馈起主要调节作用，如3-4图的AB 段水平特性。 当负载电流达到Idm时，电流调节器起主要作用，系统表现为电流无静差。如3-4图的BC 段垂直特性。 3.2.2 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态过程分析 1. 转速调节器作用（见P65） 2. 电流调节器作用（见P65） 3.3.1 控制系统的动态性能指标 1. 跟随性能指标 （1）上升时间 （2）超调量与峰值时间 （3）调节时间 （要求：理解其基本定义） 2. 抗扰性能指标 （1）动态降落 （2）恢复时间 （要求：理解其基本定义） 3.3.2 调节器的工程设计方法 这是本章重点内容，要求理解并掌握例题3-1和例题3-2的解是方法与步骤，并且掌握模拟试题自编NO：01至NO：02套题中：电流调节器的设计、转速调节器的设计方法与步骤。 复习要点 第二章 直流电动机工作原理、类型、机械特性、调速原理、调速要求和调速指标。 PWM调速原理、逻辑延时电路作用、电流截止负反馈概念。 单闭环调速系统稳态分析和动态分析。双闭环调速系统稳态分析和动态分析。（各个反馈系数的计算、启动过程的特点、两个调节器的作用） 无静差调速原理。 双闭环调速系统中，ASR和ACR各起什么作用？ 闭环系统的静特性相对于开环系统的机械特性有哪些优点？ 单闭环调速系统中比例积分调节器代替比例调节器可以消除稳态速差的原因？ 第四章 变频调速原理、变频器结构和特性、spwm和svpwm原理、自然采样法、规则采样法 分别根据基频以上和基频以下两种情况分析异步电动机变频调速的原理。 分析脉宽调制器中逻辑延时电路的作用。 简述三相异步电动机空间电压矢量PWM控制方式下“零矢量”的作用。 简述自然采样法和规则采样法原理。 在交－直－交变频器中，在什么情况下，中间直流母线电压会升高，如何解决？ 简述SVPWM原理。 画出三相PWM逆变器主电路，并说明各开关状态所对应的电压矢量形式，指出其中的非零电压矢量和零矢量。 试推导SPWM的对称规则采样法的数学公式。 第五章 矢量控制概念、坐标变换 磁链观测器类型 简述异步电动机矢量控制的基本原理。 第六章 永磁同步伺服电机控制策略、测速方法、转子初始位置检测、电子齿轮 简述采用增量式光电编码器检测永磁同步电动机转子时，检测其初始位置的目的。 脉冲间隔法，简称T法，已知高频脉冲的频率为f,一个光电脉冲周期Tf内的高频脉冲个数为m2,光电脉冲编码器的分辨率是Pf , 4倍频输出，试写出电动机的转速n（r/min）的计算表达式。 第七章 位置传感器、换向原理、换向控制逻辑电路逻辑表达式、正反向特征代码 简述三相无刷直流电动机控制系统中位置检测器的类型和必须满足的两个条件。 根据“定子空间扇区图”来分析无刷直流电动机的换向过程。 在三相无刷直流电动机中，转子位置检测器有什么作用？ 第八章 位置控制系统基本结构、性能指标、位置指令信号形式、变比例系数以及复合控制 简述位置控制系统和调速控制系统的异同点。 在直线插补的方式下，位置控制输入信号是什么类型的函数？在圆弧插补的方式位置控制输入信号又是什么类型的函数？请给出数学表达式。 另稳态速降（开环、闭环）、开环增益、比例控制器增益的计算。 电子齿轮的计算。 自动控制系统复习提纲 考试范围：绪论、ch1、ch2、ch3、ch6、ch7； 题型：问答题、分析作图题、计算题； 绪论 1自动控制系统的组成及各环节的主要作用； 控制对象 控制器 驱动结构 核心是控制理论 2为何要调速； （1）为了节电交流不调速-交流调速 （2）为了减少维护为目的直流调速-交流调速 （3）大功率场合：直流调速达不到要求 3直流调速的三种方法及特点； （1）调节电枢供电电压U （2）减弱励磁磁通 （3）改变电枢回路电阻R ch1 1调速性能指标的三个方面；（分为静态指标和动态指标） （1）调速 （2）稳速 （3）加减速 2静态调速指标：调速范围、静差率、额定速降的概念和计算以及三者之间的关系； 3开环调速系统和单闭环调速系统的速度降落、调速范围及静差率的计算； 4转速单环调速系统原理图中各部件的作用；5开环机械特性和闭环静特性的区别和联系；6速度单环系统的静特性方程； 7反馈控制规律： P调节器是有静差系统，I和PI均为无静差系统； 8电流截止负反馈的目的及电路接法、下垂特性；目的： （1）反应主回路电流信号大小的检测部分 （2）比较电压部分 下垂特性： 9积分器的电路和特性，比例积分调节器的电路及物理意义； 积分器三个特性：（1）延缓性 （2）积累性 （3）记忆性 比例积分调节器电路： 比例部分能迅速响应进行控制，积分部分则最终消除稳态偏差。 属于串联校正，使系统稳态无静差，动态时保持稳定性。 10带PI调节器的单环调速系统原理图（图1-34）分析，及负载扰动或电网 电压u2扰动下的调节过程（n\id\ud\IL的变化波形），对带P调节器的单环调速系统也有同样的要求。带PI调节器的单环调速系统的静特性。 ch2 1双闭环直流调速系统的原理图、电路图和稳态结构图； 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 一、填空题 1、控制系统的动态性能指标是指跟随指标和抗扰指标，而调速系 统的动态指标通常以抗扰性能指标为主 2、直流电机调速方法有变压调速、电枢串电阻调速和弱磁调速。异 步电动机调速方式常见有6种分别是：降压调速、差离合调速、转子串电阻调速、串级调速和双馈电动机调速、变级调速、变压变频调速。其中转差率不变型有：变级调速、变压变频调速，只有变压变频应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统。 同步电动机按频率控制方式不同分为：他控式变频调速和自控式变频调速。（变电阻调速：有级调速。变转差率调速：无级调速。调压调速：调节供电电压进行调速） 按按转差功率可以怎么划分电动机:转差功率消耗型、转差功率不变型、转差功率馈送型 3、对于异步电动机变压变频调速，在基频以下，希望维持气隙磁 通不变，需按比例同时控制定子电压和定子频率，低频时还应当抬高电压以补偿阻抗压降，基频以下调速属于恒转矩调速； 而基频以上，由于电压无法升高，只好仅提高定子频率而迫使磁通减弱，相当直流电动机弱磁升速情况，基频以上调速属于恒功率调速。 4、对于SPWM型逆变器，SPWM的含义为正弦波脉宽调制，以正弦波 作为逆变器输出的期望波形，SPWM波调制时，调制波为频率和期望波相同的正弦波，载波为频率比期望波高得多的等腰三角波，SPWM型逆变器控制方式有同步调制、异步调制、混合调制。 SPWM 型逆变器的输出的基波频率取决于正弦波。SPWM 控制技术 包括单极性控制和双极性控制两种方式。 5、调速系统的稳定性能指标包括调速范围和静差率 6、供变压调速使用的可控直流电源有：旋转交流机组（G-M 系统）、静止式可控整流器（V-M 系统）与直流斩波器（PWM-M 系统）或脉宽调制变换器。 7、典型 I 型系统与典型 II 型系统相比, 前者跟随性能好、超调小，但抗扰性能差。 典型I 型系统和典型Ⅱ型系统在稳态误差和动态性能上有什么区别？ 答：稳态误差：对于典型I 型系统，在阶跃输入下，稳态时是无差的；但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与K 值成反比；在加速度输入下稳态误差为∞ 。对于典型II 型系统，在阶跃和斜坡输入下，稳态时均无差；加速度输入下稳态误差与开环增益K 成反比。 动态性能：典型 I 型系统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰性能稍差；典型Ⅱ型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。 8、数字测速中,T 法测速适用于低速,M 法测速适用于高速。 9、PI 调节器的双重作用是指：一是比例部分加快动态进程；二是积 分部分最终消除偏差。 10、 直流调速系统的理论依据φ e n C R I U d d -= ，交流调速系统的理论依据)1(60n s p f -=。 11、交-直-交电压型变频器的主要电路基本组成为整流器、直流平滑电路、逆变器。 12、在交-直-交逆变器中，直流侧所用滤波元件为大电容，因而直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻为零的恒压源，成 电力拖动自动控制系统复习（14电气工程本） 一．题型 填空（20）、选择（10）、简答（30）、计算（40） 二．各章节内容提要 （一）绪论——基本概念 1.运动控制系统的组成（电动机、功率放大与变换装置、控制器、相应的传感器）【P1】【填空】 2.直流电机的数学模型简单，转矩易于控制。交流电机具有结构简单等优点，但其动态数学模 型具有非线性多变量强耦合的性质。【P3】【填空】 3.转矩控制是运动控制的根本问题，磁链控制与转矩控制同样重要。【P5】【填空】 4.典型的生产机械负载转矩特性主要包含恒转矩负载特性、恒功率负载特性、风机与泵类负载 特性。【P5】【填空】 （二）第2章 1．基本概念 （1）直流调速转速公式、方法。【P7】【填空】 公式：方法：1）调节电枢供电电压U； 2）减弱励磁磁通； 3）改变电枢回路电阻R （2）可控直流电源（G-M系统、V-M系统、PWM变换器）【P9】【填空】 （3）增设平波电抗器来抑制电流脉动，总电感量的计算。【P12】【选择题】 三相桥式 三相半波 单相桥式 （4）失控时间的选择【p15】【选择题】 整流电路形式最大失控时间 单相半波20 10 单相桥式（全波）10 5 三相半波 6.67 3.33 三相桥式 3.33 1.67 ★★★★（5）PWM调速系统的优越性表现【p16】【简答题】 ○1主电路简单，需要的电力电子器件少； ○2开关频率高，电路容易连续，谐波少，电动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； ○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电力电子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 （6）不可逆PWM系统中，γ与ρ的关系。【P17】 γ=ρ （7）泵升电压【P20】【填空题】 对滤波电容充电的结果造成直流侧电压升高 （8）调速系统的稳态性能指标S与D及相互之间的关系。【P21-22】【填空题】 ○1——额定负载时的最高和最低转速 => ○2最低速 => 空载转速 ○3例： ★★★★（9）开环系统与闭环系统比较（4点结论）【P29-30】【简答题】 ○1闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多。 ○2闭环系统的静差率要比开环系统小得多。 ○3当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围。 ○4要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。 ★★★★（10）闭环系统能减少稳态转速降的实质问题是什么？结合图形分析【P31】【简答题】闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降。 （11）反馈控制规律（3点）【P31】【简答题】 ○1比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统 ○2反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定 ○3系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度 期末复习题 概念题 一、 填空题 1、把输出量直接或间接地反馈到输入端，形成闭环参和控制的系统，称作 闭环控制系统 。 2、传递函数反映系统本身的瞬态特性，和本身参数和结构 有关 ，和输入和初始条件 无关 。 3、最大超调量只决定于阻尼比ξ，ξ越小，最大超调量越 小 。 4、已知系统频率特性为 1 51+ωj ，当输入为t t x 2sin )(=时，系统的稳态输出为 110)101 t tg --。 5、校正装置的传递函数为Ts aTs s G c ++=11)(，系数a 大于1，则该校正装置为 超前 校 正装置。 6、如果max ω为)(t f 函数有效频谱的最高频率，那么采样频率s ω满足条件max 2s ωω≥ 时，采样函数)(* t f 能无失真地恢复到原来的连续函数)(t f 。 二、 单选题 1、闭环控制系统的控制方式为 D 。 A. 按输入信号控制 B. 按扰动信号控制 C. 按反馈信号控制 D. 按偏差信号控制 2、某一系统在单位速度输入时稳态误差为零，则该系统的开环传递函数可能是 D 。 A. 1 +Ts K B. ))((b s a s s d s +++ C. )(a s s K + D. )(2a s s K + 3、已知单位反馈系统的开环奈氏图如图所示，其开环右半S 平面极点数P=0，系统型号1v =，则系统 A 。 1 -j A.稳定 B.不稳定 C.临界稳定 D. 稳定性不能确定 4、串联滞后校正是利用 B ，使得系统截止频率下降，从而获得足够的相角裕度。 A ． 校正装置本身的超前相角 B ．校正装置本身的高频幅值衰减特性 C ．校正装置本身的超前相角和高频幅值衰减 D ．校正装置富裕的稳态性能 5、设离散系统闭环极点为i i i z j σω=+，则 C 。 A ．当0i ω=时，其对应的阶跃响应是单调的； B ．当0i σ<时，其对应的阶跃响应是收敛的； C 221i i σω+<时，其对应的阶跃响应是收敛的； D ．当0i ω=时，其对应的阶跃响应是等幅振荡。 三、 是非题 1、 对于线性定常负反馈控制系统， (1) 它的传递函数随输入信号变化而变化 ( × ) (2) 它的稳定性随输入信号变化而变化 ( × ) (3) 它的稳态误差随输入信号变化而变化 ( √ ) (4) 它的频率特性随输入信号变化而变化 ( × ) (5) 它的特征方程是唯一的 ( √ ) (6) 劳斯判据是根据系统闭环特征方程系数判别闭环系统稳定性的一种准则 ( √ ) (7) 奈氏判据是根据系统闭环频率特性判别闭环系统稳定性的一种准则 ( × ) 一、单项选择题 1.只能实现有级调速调速方式为（ C ） 2.调速系统的静差率指标，应以（ D ） 3.某直流调速系统电动机额定转速nN=1430r/min，额定速降ΔnN=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的 调速范围是（ C ） 4.对自动调速系统来说，主要的扰动量是（B） 5.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速，可调节（ C ） 6.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，控制电压不取决于（D） 7.不是跟随性能指标是（D ） 8.在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型I型系统，是因为电流环（ A ） 9.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做（A ） 10.在配合无环流可逆系统中，可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制，但需将两组晶闸管装置的触发脉 冲的初始相位都整定在（C ） 11.在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，当正组的控制角小于反组的逆变角时，将会产生（B ） 12.交-直-交PWM变压变频器中，逆变器起作用是（A ） 13.当交流电动机由常规的六拍阶梯波逆变器供电时，磁链轨迹是一个（A ） 14.不是异步电动机动态数学模型的特点为（B ） 15.不是直接转矩控制的特点为（A ） 16.采用旋转编码器的数字测速方法不包括（ D ） 17.交流电动机带恒转矩负载作调压调速时，其转差功率与转差率（ A ） 18.在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式为（ D ） 19.不是异步电动机动态数学模型的特点。（D ） 20.电流跟踪PWM控制时，当环宽选得较大时（ A ） 21.只能实现有级调速调速方式为（ C ） 22.调速系统的静差率指标，应以（ D ） 23.某直流调速系统电动机额定转速n N=1430r/min，额定速降Δn N=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的 调速范围是（C ） 24.对自动调速系统来说，主要的扰动量是（B） 25.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速，可调节（ C ） 26.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，控制电压不取决于（B ） 27.不是跟随性能指标是（ D ） 28.在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型I型系统，是因为电流环（ A ） 29.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做（A ） 30.在配合无环流可逆系统中，可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制，但需将两组晶闸管装置的触发脉 冲的初始相位都整定在（ C ） 31.不适合使用矢量控制方式是（ B ） 32.PMW变压变频器，通过它可同时调节电压和频率，其可控的是（B ）。 一、填空题 1. 直流调速系统用的可控直流电源有：旋转变流机组（G-M系统）、静止可控整流器（V-M 统）、直流斩波器和脉宽调制变换器（PWM）。 2. 转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、准时间最优控制和转速超调。 3. 交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒电流控制三种。 4. 变频器从结构上看，可分为交交变频、交直交变频两类，从变频电源性质看，可分为电流型、电压型两类。 5. 相异步电动机的数学模型包括：电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。 6. 异步电动机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。 7. 常见的调速系统中，在基速以下按恒转矩调速方式，在基速以上按恒功率调速方式。 8. 调速系统的稳态性能指标包括调速范围和静差率。 9. 反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。 10. VVVF控制是指逆变器输出电压和频率可变的控制 11、转速、电流双闭环调速系统当中，两个调节器采用串级联接，其中转速反馈极性为负反馈、电流反馈极性为负反馈。 12、直流斩波器的几种常用的控制方法：①T不变，变ton——脉冲宽度调制（PWM）； ②ton不变，变T——脉冲频率调制（PFM）；③ton和T都可调，改变占空比——混合型。 13、转速、电流双闭环系统，采用PI调节器，稳态运行时，转速n取决于给定电压、ASR 的输出量取决于负载电流。 14. 各种电力拖动自动控制系统都是通过控制电动机转速来工作的。 15. V-M系统中，采用三相整流电路，为抑制电流脉动，可采用的主要措施是设置平波电抗器。 16、在单闭环调速系统中，为了限制全压启动和堵转电流过大，通常采用电流截止负反馈。 17、在α＝β配合控制的直流可逆调速系统中，存在的是直流平均环流，可用串接环流电抗器抑制。 18、采用PI调节器的转速、电流双闭环系统启动时，转速调节器经历不饱和、饱和、退饱和三种状态。 二、选择题 1. 带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为（A ） A、零； B、大于零的定值 C、小于零的定值； D、保持原先的值不变 2. 无静差调速系统的PI调节器中P部份的作用是（D ） A、消除稳态误差； B、不能消除稳态误差也不能加快动态响应 C、既消除稳态误差又加快动态响应； D、加快动态响应 3. 异步电动机变压变频调速时，采用（B ）控制方式，可获得一线性机械特性。 A、U1／f1=常值； B、Eg/f1=常值； C、Es/f1=常值； D、Er/f1=常值 4. 一般的间接变频器中，逆变器起（ B ）作用。 A、调压； B、调频； C、调压与逆变； D、调频与逆变 5. 转差频率控制变频调速系统的基本思想是控制（C ）。 A、电机的调速精度； B、电机的动态转矩； 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 __________________________________________________ 第一章 绪论 自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控变量）自动地按照预定的规律运行。 自动控制系统的基本体系：物理量和系统结构。 恒值控制系统：系统输入量为恒定值，输出量也为恒定值且输出量在任何扰动作用下经过暂短的过渡过程后均能稳定在原来的恒值或其附近。 位置随动控制系统：又称伺服系统。系统输入量为事先未知随时间变化的函数，其控制要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化（追踪系统）。 程序控制系统：输入量的变化规律预先确知，其控制要求是被控量快速、准确地加以复现。 第三章 电力拖动控制系统按被控制量的不同分为两大类： 1、调速系统：以电动机的转速为被控制量的系统。它是最基本的电力拖动控制系统。 2、位置伺服系统：以生产机械的角位移或直线位移为被控制量的系统，又称为位置随动系统。 他励直流电动机的机械特性 转矩方程： 转速方程： 机械特性方程： R--电枢回路总电阻，包含电枢电阻R a 和附加电阻R ad 。 C e =K e Φ—电动势转速比 ；K e —电动势系数；C m =K m Φ –转矩电流比K e C m =9.55C e K m —转矩系数K m =9.55； n 0—电动机的空载转速，在Φ不变即励磁电流I f 不变时，只与电枢电压有关。 Δn--转速降，ρ是特性斜率，表明随负载增大转速降落的速率。ρ 值大，相同负载转矩下的转速降落大，特性“软”；反之，则特性“硬”。 在电动机结构不变时，可以改变 电枢回路端电压，改变电枢回路串联电阻（附加电阻），改变励磁磁通 来改变电动机的机械特性。 直流电动机调速方法：①调压调速：调节电枢供电电压U 。②调磁调速：减弱励磁磁通Φ。 ③调阻调速：改变电枢回路电阻R 。 直流调速系统以调压调速为主原因：改变电阻只能有级调速（有级调速：在调速过程中，电动机的转速不能连续调节，只有有限的几级，称有级调速）；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。 常用的可控直流电源有以下三种：1）旋转变流机组G-M ， 2）静止式可控整流器V-M ，3）直流斩波器或脉宽调制变换器PWM 斩波电路输出电压的三种调制方式：（1）T 不变，变 t on —脉冲宽度调制（PWM ）， （2）t on 不变，变 T —脉冲频率调制（PFM ），（3）t on 和 T 都可调，改变占空比—混合型。 试述V-M 调速系统和PWM 调速系统的组成及各自的工作原理和优缺点。 V-M 调速系统工作原理：通过调节触发装置的控制电压U c 来移动触发脉冲的相位，从而改变平均整流电压U d ，实现平滑调速。 优点：1、晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。2、在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒 a m a m I I K T C =Φ=e a e a C RI U K RI U n -= Φ-=Δn n T n T C C R C U n m e e -=-=-= 00ρΦ ==e e K U C U n 0 1 运动控制系统的任务是通过对电动机电压、电流、频率等输入电量的控制，来改变工作机械的转矩、速度、位移等机械量，使各种工作机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其他应用的需要。（运动控制系统框图） 2. 运动控制系统的控制对象为电动机，运动控制的目的是控制电动机的转速和转角，要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩，使转速变化率按人们期望的规律变化。因此，转矩控制是运动控制的根本问题。 第1章可控直流电源-电动机系统内容提要 相控整流器-电动机调速系统 直流PWM变换器-电动机系统 调速系统性能指标 1相控整流器-电动机调速系统原理 2.晶闸管可控整流器的特点 （1）晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，其门极电流可以直接用电子控制。（2）晶闸管的控制作用是毫秒级的，系统的动态性能得到了很大的改善。 晶闸管可控整流器的不足之处 晶闸管是单向导电的，给电机的可逆运行带来困难。 晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt都十分敏感，超过允许值时会损坏晶闸管。 在交流侧会产生较大的谐波电流，引起电网电压的畸变。需要在电网中增设无功补偿装置和谐波滤波装置。 3.V-M系统机械特 4.最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。 5.（1）直流脉宽变换器根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类 （2）简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统 （3）有制动电流通路的不可 逆PWM-直流电动机系统 （4）桥式可逆PWM变换器 （5）双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点 双极式控制方式的不足之处 （6）直流PWM变换器-电动机系统的能量回馈问题 ”。（7）直流PWM调速系统的机械特性 6..生产机械要求电动机在额定负载情况下所需的最高转速和最低转速之比称为调速范围，用字母D来表示（D的表达式） 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电动机转速的变化率，称为静差率s。 D与s的相互约束关系 对系统的调速精度要求越高，即要求s越小，则可达到的D必定越小。 当要求的D越大时，则所能达到的调速精度就越低，即s越大，所以这是一对矛盾的指标。第二章闭环控制的直流调速系统 内容提要 ?转速单闭环直流调速系统 ?转速、电流双闭环直流调速系统 调节器的设计方法 1.异步电动机从定子传入转子的电磁功率可分成两部分：一部分是机械轴上输出的机械功率；另一部分是与转差率成正比的转差功率。.异步电动机按调速性能分类第一类基于稳态模型，动 1 .转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是 A. PID B. PI C. P D. PD 2 .静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬,静差率 A.越小 B.越大 C.不变 D.不确定 3?下列异步电动机调速方法属于转差功率消耗型的调速系统是 A.降电压调速 B.串级调速 C.变极调速 D .变压变频调速 4 ?可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速的是 A. 比例控制 B. 积分控制 C.微分控制 D.比例微分控制5?控制系统能够正常运行的首要条件是 A. 抗扰性 B. 稳定性 C. 快速性 D. 准确性6?在定性的分析闭环系统性能时，截止频率 3 c越低，则系统的稳定精度 A.越咼 B.越低 C.不变 D.不确定 7 ?常用的数字滤波方法不包括 A.算术平均值滤波 B.中值滤波 C. 中值平均滤波 D. 几何平均值滤波 8 ?转速电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是 A. ACR .AVR C . ASR .ATR 9.双闭环直流调速系统的起动过程中不包括 A.转速调节阶段 B.电流上升阶段 C.恒流升速阶段 D.电流下降阶段 11.下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是 A.饱和非线性控制.转速超调 C .准时间最优控制 D.饱和线性控制 12 .下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是 A.降电压调速 B.变极对数调速 C .变压变频调速.转子串电阻调速 13 . SPWM技术中，调制波是频率和期望波相同的 A.正弦波 B .方波.等腰三角波D .锯齿波 14 .下列不属于异步电动机动态数学模型特点的是 A.高阶 B.低阶 C .非线性 D .强耦合 15 .在微机数字控制系统的中断服务子程序中中断级别最高的是 A. 故障保护 B . PWMfe成 C .电流调节D .转速调节 16 .比例微分的英文缩写是 A. PI B. PD C. VR D. PID 17 .调速系统的静差率指标应以何时所能达到的数值为准 A.平均速度 B.最高速 D.任意速度 20 .采用旋转编码器的数字测速方法不包括 A. M法 B. T法 C. M/T 法 21.转速电流双闭环调速系统中转速调节器的英文缩写是 A . ACR B . AVR C . ASR D . ATR 22 .下列关于转速反馈闭环调速系统反馈控制基本规律的叙述中，错误的是 考试题型及分数分配 1 判断题（20分，10~20小题）范围广， 2 选择题（20分，10~20小题）内容深，细节区分 3 填空题（10分，10小题） 4 设计题（10分，2小题） 5 简述题（10分，2小题） 6 无传感器算法：磁链、转矩的计算算法 异步电动机转子磁链和定子磁链的估算、转矩的估算 7 分析计算题（20分，3小题） 直流调速系统 一判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ） 的大小并非仅取决于速度7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k *的大小。（√） 定 U g 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（Ⅹ） 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ） 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√）11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ） 与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ） 12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√）13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ） 14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 15 闭环系统可以改造控制对象。（√） 16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形 ∑??=i i i s s Q s H ) ()(1 )(第一章：1 闭环系统（或反馈系统）的特征：采用负反馈，系统的被控变量对控制作用有直接影响，即被控变量对自己有控制作用 。2 典型闭环系统的功能框图。 自动控制 在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程按照预定的规律运行。 自动控制系统 由控制器和被控对象组成，能够实现自动控制任务的系统。 被控制量 在控制系统中．按规定的任务需要加以控制的物理量。 控制量 作为被控制量的控制指令而加给系统的输入星．也称控制输入。 扰动量 干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量，也称扰动输入或干扰掐入。 反馈 通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端，与输入信号相比较。反送到输入端的信号称为反馈信号。 负反馈 反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号。 负反馈控制原理 检测偏差用以消除偏差。将系统的输出信号引回插入端，与输入信号相减，形成偏差信号。然后根据偏差信号产生相应的控制作用，力图消除或减少偏差的过程。 开环控制系统 系统的输入和输出之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制系统。开环控制又分为无扰动补偿和有扰动补偿两种。 闭环控制系统 凡是系统输出端与输入端存在反馈回路，即输出量对控制作用有直接影响的系统，叫作闭环控制系统。 自动控制原理课程中所讨论的主要是闭环负反馈控制系统。 复合控制系统 复合控制系统是一种将开环控制和闭环控制结合在一起的控制系统。它在闭环控制的基础上，用开环方式提供一个控制输入信号或扰动输入信号的顺馈通道，用以提高系统的精度。 自动控制系统组成 闭环负反馈控制系统的典型结构如图1．2所示。组成一个自动控制系统通常包括以下基本元件 1．给定元件 给出与被控制量希望位相对应的控制输入信号(给定信号)，这个控制输入信号的量纲要与主反馈信号的量纲相同。给定元件通常不在闭环回路中。2．测量元件 测量元件也叫传感器，用于测量被控制量，产生与被控制量有一定函数关 系的信号。被控制量成比例或与其导数成比例的 信号。测量元件的精度直接影响控制系统的精度应使测量元件的精度高于系统的精度，还要有足够宽的频带。3．比较无件 用于比较控制量和反馈量并产生偏差信号。电桥、运算放大器可作为电信号的比较元件。有些比较元件与测量元件是结合在一起的，如测角位移的旋转变压器和自整 角机等。4．放大元件 对信号进行幅值或功率的 放大，以及信号形式的变换．如交流变直流的相敏整流或直流变交流的相敏调制。5．执行元件 用于操纵被控对象，如机械位移系统中的电动机、液压伺服马达、温度控制系统中的加热装置。执行元件的选择应具有足够大的功率和足够宽的频带。6．校正元件 用于改善系统的动态和稳态性能。根据被控对象特点和性能指标的要求而设计。校正元件串联在由偏差信号到被控制信号间的前向通道中的称为串联校正；校正元件在反馈回路中的称为反馈校正。7．被控对象 控制系统所要控制的对象，例如水箱水位控制系统中的水箱、房间温度控制系统中的房间、火炮随动系统中的火炮、电动机转速控制系统中电机所带的负载等。设计控制系统时，认为被控对象是不可改变的，它的输出即为控制系统的被控制量。8．能源元件 为控制系统提供能源的元件，在方框图中通常不画出。 对控制系统的基本要求1．稳定性 稳定性是系统正常工作的必要条件。2．准确性 要求过渡过程结束后，系统的稳态精度比较高，稳态误差比较小．或者对某种典型输入信号的稳态误差为零。3．快速性 系统的响应速度快、过渡过程时间短、超调量小。系统的稳定性足够好、频带足够宽，才可能实现快速性的要求。 第二章：1、建立系统的微分方程，绘制动态框图并求传递函数。3、传递函数 在零初始条件下，系统输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为传递函数。传递函数的概念适用于线性定常单输入、单输出系统。求传递函数通常有两种方法：对系统的微分方程取拉氏变换，或化简系统的动态方框图。对于由电阻、电感、电容元件组成的电气网络，一般采用运算阻抗的方法求传递函数。4、结构图的变换与化简 化简方框图是求传递函数的常用方法。对方框图进行变换和化简时要遵循等效原则：对任一环节进行变换时，变换前后该环节的输人量、输出量及其相互关系应保持不变。化简方框图的主要方法就是将串联环节、并联环节和基本反馈环节用一个等效环节代替。化简方框图的关键是解除交叉结构， 即移动分支点或相加点，使被简化的环节中不存在与外部直接相连的分支点和相加点。5、利用梅森(Mason)公式求传递函数。 )(s Q i 第i 条前向通路传递函数的乘积。?流图的特征式= 1 - 所有回路传递函数乘积之和+每两个互不接触回路传递函数乘 积之和-每三个 (1) ∑∑-+ b c c b a a L L L ..........条前向通路接触的回路 中处除去与第从余子式i ,??i 第三章：1、一阶系统对典型输入信号的输出响应。（单位）阶跃函数（Step function ）0,)(1≥t t ;（单位）斜坡函数（Ramp 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 总复习 第一章的概念 1、典型的反馈控制系统基本组成框图： 2、自动控制系统基本控制方式：(1)、反馈控制方式；(2)、开环控制方式；(3)、复合控制方式。 3、基本要求的提法：可以归结为稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）。 第二章要求: 1、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法； 2、牢固掌握传递函数的概念、定义和性质； 3、明确传递函数与微分方程之间的关系； 4、能熟练地进行结构图等效变换； 5、明确结构图与信号流图之间的关系； 6、熟练运用梅逊公式求系统的传递函数； 例1 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数: )()(,)()(1211s R s C s R s C ，) () (,)()(2122S R S C s R s C 。 4 3213211243211111)() (,1)()()(G G G G G G G s R s C G G G G s G s R s C --= -= 例2 某一个控制系统动态结构图如下，试分别求系统的传递函数： ) () (,)()(,)()(,)()(s N S E s R s E s N s C s R s C 。 例 例4、一个控制系统动态结构图如下，试求系统的传递函数。 X r 5 214323 211)()(W W W W W W S X S X r c ++= 例5 如图RLC 电路，试列写网络传递函数 U c (s)/U r (s). 解: 零初始条件下取拉氏变换： 例6某一个控制系统的单位阶跃响应为：t t e e t C --+-=221)(，试求系统的传递函数、微分方程和脉冲响应。 解：传递函数： )1)(2(2 3)(+++=s s s s G ，微分方程：)(2)(3)(2)(3)(2 2t r dt t dr t c dt t dc dt t c d +=++ 脉冲响应：t t e e t c 24)(--+-= 例7一个控制系统的单位脉冲响应为t t e e t C ---=24)(，试求系统的传递函数、微分方程、单位阶跃响应。 (t) )()() ()(2 2t u t u dt t du RC dt t u d LC r c c c =++11 )()()(2 ++==RCs LCs s U s U s G r c ) ()()()(2s U s U s RCsU s U LCs r c c c =++=?k K K P 1运动控制复习要点
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