控制考試的答案a解析

1、控制技術(shù)與應(yīng)用考試a卷答案一、選擇題（20分，每題2分）1、c2、a 3、c4、b 5、a6、b 7、b 8、c 9、b10、c二、判斷題（10分，每題1分）1、對(duì)2、錯(cuò)3、錯(cuò)4、x55、對(duì) 6、錯(cuò)7、對(duì)8錯(cuò)9、對(duì)10、錯(cuò)三、問(wèn)答題（30分，每題10分）1、畫(huà)出晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路？晶閘管的工作原理和通斷條件？ （10分）答；晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路如下圖：8其工作原理為：晶閘管等效為兩個(gè)互補(bǔ)連接的三極管工作分析ig - ib2 一 ic2 （ib1） t ib2tt j晶閘管的導(dǎo)通條件：在晶閘管的陽(yáng)極和陰極兩端加正向電壓，同時(shí)在它的門(mén)極和陰極兩端也加正向電壓，兩者缺一不可。晶閘管的關(guān)斷條

2、件： 使流過(guò)晶閘管的陽(yáng)極電流小于維持電 流ih。2、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為什么必須“自動(dòng)錯(cuò)位”，自動(dòng)錯(cuò)位的條件是什么？ （ 10分）答：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)必須注意到在不同相的極下，定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置應(yīng)依次，1錯(cuò)開(kāi)去齒距 一（m為相數(shù)），這樣才能在連續(xù)改變通電的狀態(tài)下，獲得連續(xù)不斷的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。m顯然，如果定子所有的磁極沿圓周分布是均勻的，轉(zhuǎn)子齒數(shù)不能是2mp的倍數(shù)，即zr #2mpk式中 k=1, 2, 3。否則，當(dāng)任一相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒都將處于磁路的磁導(dǎo)為最大值的位置上，各相輪流通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將一直處于靜止?fàn)顟B(tài)，電動(dòng)機(jī)就不能運(yùn)行，無(wú)工作能力。當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)適合下列關(guān)系：zr2mp式中 k=0, 1, 2, 3

3、，則能滿足自動(dòng)“錯(cuò)位”的要求，且相鄰的極就是相鄰的相。3、試敘述串級(jí)控制系統(tǒng)的共振是怎樣產(chǎn)生及其消除，并說(shuō)明消除共振的原因？（10分）答、串級(jí)控制系統(tǒng)的共振是指在控制系統(tǒng)振蕩頻率和控制系統(tǒng)本身的固有振蕩頻率相 算或相近時(shí)，控制系統(tǒng)將產(chǎn)生大振幅的振蕩觀象。對(duì)于一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)，假如通過(guò)主、副控制器參數(shù)的整定，取得在階躍作用下，主、x(s)副變量都有一定衰減比（例如4: 1）的過(guò)渡過(guò)程，那么主、副回路都可以近似地看成是一個(gè)二 階振動(dòng)系統(tǒng)：y(s)=一個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生共振， 必須是zv0. 707,同時(shí)外加信號(hào)（即外力）的頻率等于或很接近系統(tǒng)的諧振頻率。為分析問(wèn)題方便，假設(shè)主、副環(huán)路工作頻率與共振頻率分別

4、為缶1工、。1共、缶2工、編2共。由上圖可知，如果滿足下列條件：1_1二 叫工/e2共 2 ,二 02工/孫共，233上式說(shuō)明主環(huán)工作頻率 叫工與副環(huán)共振頻率 82共之比落于副環(huán)的增幅區(qū)域之內(nèi)，而副 環(huán)工作頻率切2工與主環(huán)共振頻率81共之比落于主環(huán)的增幅區(qū)域之內(nèi)。這時(shí)，主環(huán)的信號(hào)進(jìn)入副環(huán)會(huì)引起增幅，副環(huán)的信號(hào)進(jìn)入主環(huán)也會(huì)引起增幅，相當(dāng)于周期性給給蕩秋千的人施加一個(gè)力，而施加的力的頻率又正好與蕩秋千的固有頻率相同，于是秋千會(huì)越蕩越高。串級(jí)系統(tǒng)在這種情況下，主變量的變化經(jīng)過(guò)副變化時(shí)，副變量變化會(huì)增大， 這個(gè)增大了的副變量經(jīng)過(guò)主環(huán)時(shí)，主變量的變化會(huì)更大，結(jié)果會(huì)使主、副變量的變化越來(lái)越大，這就是所說(shuō)的

5、“共振”現(xiàn)象。從串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行角度看，為了避免共振現(xiàn)象，應(yīng)該找出對(duì)象時(shí)間常數(shù)匹 配要求和消除共振的方法，應(yīng)該滿足以下條件：01工/02共 亞、 02工/切1共a v233當(dāng)系統(tǒng)整定成4:1衰減（即之= 0.216）時(shí)，系統(tǒng)的工作頻率 編工與其共振頻率共非 常接近。因?yàn)?工共,1- (2 二總共/i-0.2162 =0.9673共之共所以避免共振現(xiàn)象條件應(yīng)該改為以下關(guān)系：11/c二01工i 02工42、二 切2工/切1工j233副對(duì)象的由上述可知，耍消除系統(tǒng)的共振，應(yīng)使主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)盡量錯(cuò)開(kāi)，即時(shí)間常數(shù)、純滯后時(shí)間都小于主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)和純滯后時(shí)間；在系統(tǒng)整定時(shí)，使副回路單獨(dú)工作

6、時(shí)的工作頻率遠(yuǎn)比主回路工作頻率小，使副回路不滿足共振的條件。即滿足以下關(guān)系:co2工3%工、初工 2 2cc 1x上式分別從副環(huán)和主環(huán)的角度考慮，從主環(huán)來(lái)考慮問(wèn)題時(shí)，他只能保證副環(huán)來(lái)的干擾 在主環(huán)中不引增幅，但并不能保證主環(huán)來(lái)的干擾在副環(huán)不會(huì)引起增幅。因此為了保證串級(jí)不至產(chǎn)生“共振”，必須滿足的條件是：2工下3仁1工可以證明，系統(tǒng)的工作頻率與時(shí)間常數(shù)成反比關(guān)系，因此當(dāng)t主3t副，式中t主、t副分別為主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)。由此可得當(dāng)t主3t副時(shí)，可消除共振現(xiàn)象。四、計(jì)算題（共40分，每題10分）,y ，工八kokf1、如下圖a所示，為一單回路控制系統(tǒng)，wc=kc、wo =一匚、wf =，tos

7、1tfs 1(1)圖a所示的控制系統(tǒng)，在階躍信號(hào)作用下，分析控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性。(被控量ys)與擾動(dòng)f(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)：y一(4+1)耳由于系統(tǒng)是穩(wěn)定的，在階躍擾動(dòng)作用下，系統(tǒng)余差(穩(wěn)態(tài)值)可應(yīng)用終值定理求得：y(8)m 】汕 y(t)= lin s八 -8 八5fo 即(t0n)(t漳+d+kckt + i)由上式可見(jiàn)對(duì)象靜態(tài)特性對(duì)控制質(zhì)量右很大影響，是選擇控制參數(shù)的一個(gè)重要依據(jù)。擾動(dòng)通道放大系數(shù) kf愈大，則系統(tǒng)的余差也愈大，表示在相同階躍擾動(dòng)作用下，將使被控參數(shù)偏離結(jié)定值愈大?？刂仆ǖ赖撵o態(tài)放大系數(shù)ko愈大，表示控制作用愈靈敏，執(zhí)克服擾動(dòng)的能力愈強(qiáng)，效果愈顯著。因此，在確定控制參

8、數(shù)時(shí)，要使控制通道放大系數(shù)ko大于擾動(dòng)通道放大系數(shù)kf。在工程ko放大系數(shù)可以通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)器的放大系數(shù) ,1八kc( kc =1)來(lái)補(bǔ)償。(2)在階躍信號(hào)作用下，若干擾通道的特性為wf(s)et分析控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，并畫(huà)出在階躍信號(hào)和正弦信號(hào)作用下，輸出的響應(yīng)曲線。擾動(dòng)萬(wàn)對(duì)被控參數(shù)y的影響為:yq) = f(s)一叫l(wèi) + lv(s)vv0(s)(3)如下圖所示，擾動(dòng)進(jìn)入系統(tǒng)的位置不同，試求出對(duì)被控參數(shù)影響的大小(圖中 w(s)=kc11為倜節(jié)器傳遞函數(shù)，wv(s)wv =kv為調(diào)節(jié)閥傳遞函數(shù) wo1 =、w02(s)=tois 1t02s 11 ，一一，wo3( s)=為對(duì)象傳遞函數(shù). w

9、 m(s)=1為測(cè)量變送器的傳送函數(shù))t03s 1fi(s)y($)1%(丁好$+ 1)(皿 + 1)(t(hs+ i)千 kk/府y一(小+1)f式s)(t01s + j_)(?i$+ l)(t#(s+ 1) kckvkny($) _(小 + d瑪 (t01s + 1) (%*+ 1)(與通不 1) + kck/km將上面三式進(jìn)行比較， 可見(jiàn)它們具有相同的特征方程，即具有相同的分母， 所以具有相同特征的過(guò)渡過(guò)程。 但是，上述三式的分子不同，因而最大偏差和超調(diào)晨是不一樣的，由擾動(dòng)f3起的最大偏差和超調(diào)量最九 f2次之，而f1最小。擾動(dòng)f1靠近調(diào)節(jié)閥 wv,距離被 控參數(shù)y最遠(yuǎn)，從上述分析可知，

10、f1對(duì)y影響最小。所以，擾動(dòng)愈靠近凋節(jié)閥，愈遠(yuǎn)離被控參數(shù)，控制方案愈佳。2、有一臺(tái)比例積分調(diào)節(jié)器.它的比例度為50% .積分時(shí)間為l min。開(kāi)始時(shí)，測(cè)量、給定和輸出都在50%,當(dāng)測(cè)量變化到55%時(shí)，輸出變化到多少？1mm后義變化到多少？（10分）解：比例積分調(diào)節(jié)器的輸出和輸入的關(guān)系為：如果輸入為一階躍信號(hào)，則相應(yīng)的輸出為：產(chǎn)出士看2人+景3p人f當(dāng)測(cè)量由50%躍變到55%的一瞬間.時(shí)間t=0。已知調(diào)節(jié)器的比例度 仃=50%.積 分時(shí)間ti=1min,屈入=55% -50%，代入上式可得： = x5% + 5ofex5%xo=1o%即輸出變化為10%.加上原有的50%.所以輸出躍變到 60%,

11、 1min后，輸出變 化為：1 1 人3 有+用5%s%加上原有的50%.所1min后輸出變到50%+20%=70%3、下圖 中(a)是一個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)，(b)是個(gè)單環(huán)控制系統(tǒng)，試根據(jù)計(jì)算分析說(shuō)明串級(jí)控制系統(tǒng)比單回路控制系統(tǒng)更能夠很好的抑制住干擾信號(hào)d2(s)(10分)解：進(jìn)入副回路的二次干擾d2至主控量y1的傳遞函數(shù)gd2(s)goi(s)yi1 gc2(s)gv(s)go2(s)gm2(s)1 gci(s)gmi(s)goi(s)gc2(s)gv(s)go2(s)i gc2(s)gv(s)go2(s)gm2(s)y gd2(s)goi(s)席 i gci(s)gv(s)gm(s)goi(s

12、)go2(s)則在二次干擾作用下的串級(jí)控制系統(tǒng)主控量與單回路系統(tǒng)主控量大小之比值為:d2 i gc(s)gv(s)gm(s)goi(s)go2(s)y 一1 gc2(s)gv(s)gm2(s)go2(s) gc2(s)gmi(s)gv(s)gci(s)goi(s)go2(s)d2單先假定gc(s)= gci(s), gm(s)= gmi(s),可見(jiàn)上式分母比分子多一項(xiàng)，而這一項(xiàng)的乘積的數(shù)值 一般比較大，因此上式的值遠(yuǎn)小于 1的，與單回路控制系統(tǒng)相比，被控量受到到二次干擾后 的影響往往可以小到單回路的10100倍。4、前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)適用于什么場(chǎng)合？有某前饋一反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其對(duì)象干擾通道的傳遞函數(shù)2

13、4為gf =,調(diào)節(jié)通道的傳遞函數(shù)為gd =,反饋調(diào)節(jié)器用 pid規(guī)律，試設(shè)計(jì)10s 1p 20s 1前饋調(diào)節(jié)器，并畫(huà)出前饋一反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方框圖，畫(huà)出于擾在單位階躍作用下前俏調(diào)節(jié)器的輸出。(10分)解：前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)是按照干擾作用的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)的，當(dāng)某一干擾出現(xiàn)后， 調(diào)節(jié)器就對(duì)調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，來(lái)補(bǔ)償干擾對(duì)被調(diào)參數(shù)的影響。它調(diào)節(jié)及時(shí)，并且不受系統(tǒng)滯后大小的限制。前饋調(diào)節(jié)器是開(kāi)環(huán)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，前饋調(diào)節(jié)規(guī)律不能用pid,它是一種特殊的調(diào)節(jié)規(guī)律，適用于以下四種場(chǎng)合：1 .滯后比較大的調(diào)節(jié)對(duì)象；2.時(shí)間常數(shù)很小的對(duì)象；3.非線性的調(diào)節(jié)對(duì)象；4.按計(jì)算指標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)的對(duì)象。gf由理想的前饋調(diào)節(jié)規(guī)律可知：gff = gp則gff20s 12(10s 1)方塊圖:tr前饋輸出為p(s)p(s) 20s 1二-p(s)f(s)