自控原理考研復(fù)習(xí)總結(jié)

1、.自動(dòng)控制原理自控控制是指在沒(méi)有人的直接干預(yù)下，利用物理裝置對(duì)生產(chǎn)設(shè)備或工藝過(guò)程進(jìn)行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的規(guī)律變化。反饋的輸出量與輸入量相減，稱為負(fù)反饋；反之，則稱為正反饋。自動(dòng)控制原理系統(tǒng)基本組成示意圖o 測(cè)量元件：測(cè)量被控對(duì)象的需要控制的物理量，如果這個(gè)物理量是非電量，一般需要轉(zhuǎn)化為電量。o 給定元件：給出與期望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量。o 比較元件：把測(cè)量元件檢測(cè)的被控量實(shí)際值與給定元件給出的輸入量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。o 放大元件：將比較元件給出的偏差進(jìn)行放大，用來(lái)推動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象。o 執(zhí)行元件：直接作用于被控對(duì)象，使其被控量發(fā)生變化，

2、達(dá)到預(yù)期的控制目的。o 校正元件：也稱補(bǔ)償元件，它是結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的元件。對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求：穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：線性系統(tǒng)，在零初始條件下，輸出信號(hào)的拉普拉斯變換與輸入信號(hào)的拉普拉斯變換之比。典型環(huán)節(jié)：比率環(huán)節(jié)：慣性環(huán)節(jié)：積分環(huán)節(jié)：微分環(huán)節(jié)：一階微分環(huán)節(jié)：振蕩環(huán)節(jié)：延遲環(huán)節(jié)：數(shù)學(xué)模型：微分方程、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、信號(hào)流圖、頻率特性等結(jié)構(gòu)圖的等效變換：（例）1G2G3G1H32HH+)(sR)(sC1G1H)(sR)(sC)(1323232HHGGGG+ÞÞÞ)(sR)(s(1HGGGHHGGGGG+1G1H

3、)(sR)(sC)(13232321HHGGGGG+無(wú)源電氣網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)：P46習(xí)題2.7用梅森公式求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)：P38例2.9第三章：典型輸入信號(hào)：動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：¡ 1延遲時(shí)間td：響應(yīng)曲線第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的一半所需的時(shí)間，叫延遲時(shí)間。¡ 2上升時(shí)間tr：響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時(shí)間。對(duì)于有振蕩的系統(tǒng)，也可定義為響應(yīng)從零第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。¡ 3. 峰值時(shí)間tp：響應(yīng)曲線超過(guò)其穩(wěn)態(tài)值達(dá)到第一個(gè)峰值所需要的時(shí)間。¡ 4. 調(diào)節(jié)時(shí)間ts：指響應(yīng)到達(dá)并保持在穩(wěn)態(tài)值或內(nèi)所需的時(shí)間。¡ 5. 超調(diào)量：指響應(yīng)的最大偏

4、離量h(tp)與穩(wěn)態(tài)值的差與穩(wěn)態(tài)值的比，用百分號(hào)來(lái)表示，即¡ 6振蕩次數(shù)m: ：是指在調(diào)節(jié)時(shí)間ts內(nèi)，h(t)波動(dòng)的次數(shù)。 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)誤差一階系統(tǒng)單位階躍相應(yīng)曲線 二階系統(tǒng)在不同值得瞬態(tài)相應(yīng)曲線二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)的性能指標(biāo)： 臨界阻尼 ；過(guò)阻尼；欠阻尼超調(diào)量只是的函數(shù)，阻尼比越小超調(diào)量越大左圖為：阻尼比與超調(diào)量之間的關(guān)系調(diào)節(jié)時(shí)間的計(jì)算：勞斯判據(jù)：系統(tǒng)特征方程式的根全部都再s左半平面的充分必要條件是勞斯表的第一列系數(shù)全部為正數(shù)。如果勞斯表第一列出現(xiàn)小于零的數(shù)值，系統(tǒng)就不穩(wěn)定，且第一列各系數(shù)符號(hào)的改變次數(shù)，代表特征方程式的正實(shí)部根的數(shù)目。（P66）掌握繪制系統(tǒng)根軌跡的基本法則對(duì)于穩(wěn)

5、定的系統(tǒng)，閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)越遠(yuǎn)離虛軸，即閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)的實(shí)部絕對(duì)值越大，系統(tǒng)振蕩越嚴(yán)重，從而系統(tǒng)超調(diào)量增大，振蕩次數(shù)增多，引起系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間增加。常見的開環(huán)零極點(diǎn)分布及相應(yīng)的根軌跡圖（P101）作業(yè)4-4（P120）答案：慣性環(huán)節(jié)的伯德圖Nyquist圖繪制方法： 寫出A() 和j() 的表達(dá)式； 分別求出 = 0和 =+ 時(shí)的G(j)； 求Nyquist圖與實(shí)軸的交點(diǎn)； 如果有必要，可求Nyquist圖與虛軸的交點(diǎn)，交點(diǎn)可利用G(j)的實(shí)部ReG(j)=0的關(guān)系式求出，也可利用G(j) = n·90°(其中n為正整數(shù))求出； 必要時(shí)畫出Nyquist圖中間幾點(diǎn)； 勾畫出大致曲線

6、。系統(tǒng)各頻段的作用：低頻段：系統(tǒng)的穩(wěn)定性能中頻段：系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能高頻段：系統(tǒng)的抗干擾能力例題5-4（P139）例題5-8（P152） 重要串聯(lián)超前校正和串聯(lián)滯后校正方法的適用范圍和特點(diǎn)：（1）超前校正是利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正，而滯后校正則是利用滯后網(wǎng)絡(luò)的幅值在高頻衰減特性。（2）用頻率法進(jìn)行超前校正，指在提高開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻漸進(jìn)線在截止頻率處的斜率(-40dB/dec提高到-20dB/dec)，和相位裕度，并增大系統(tǒng)的頻帶寬度。頻帶的變寬意味著校正后的系統(tǒng)響應(yīng)變快，調(diào)整時(shí)間縮短。（3）對(duì)同一系統(tǒng)超前校正系統(tǒng)的頻帶寬度一般總大于滯后校正系統(tǒng)，因此，如果要求校正后的系統(tǒng)具有寬的頻帶和

7、良好的瞬態(tài)響應(yīng)，則采用超前校正。當(dāng)噪聲電平較高時(shí)，顯然頻帶越寬的系統(tǒng)抗噪聲干擾的能力也越差。對(duì)于這種情況，宜對(duì)系統(tǒng)采用滯后校正。（4）超前校正需要增加一個(gè)附加的放大器，以補(bǔ)償超前校正網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)增益的衰減。（5）滯后校正雖然能改善系統(tǒng)的靜態(tài)精度，但它促使系統(tǒng)的頻帶變窄，瞬態(tài)響應(yīng)速度變慢。如果要求校正后的系統(tǒng)既有快速的瞬態(tài)響應(yīng)，又有高的靜態(tài)精度，則應(yīng)采用滯后-超前校正。工程最佳系統(tǒng)：二階工程最佳系統(tǒng)、三階工程最佳系統(tǒng)、四階工程最階系統(tǒng)。采樣定理：若已知連續(xù)信號(hào)的最大角頻譜為，采樣周期為，則當(dāng)采樣周期滿足時(shí)，采樣信號(hào)才能較好地復(fù)現(xiàn)連續(xù)函數(shù)的形式。離散系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：差分方程、脈沖傳遞函數(shù)（差分方程通

8、過(guò)Z變換得到脈沖傳遞函數(shù)）非線性系統(tǒng)的分析方法：描述函數(shù)法、相平面法自動(dòng)控制系統(tǒng)忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)方程式：生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，恒功率負(fù)載，風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載直流調(diào)速系統(tǒng)的可控直流電源：晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）；PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。為了避免或減輕電流脈動(dòng)的影響，需采用抑制電流脈動(dòng)的措施，主要有：增加整流電路相數(shù)，或采用多重化技術(shù)；設(shè)置電感量足夠大的平波電抗器。V-M系統(tǒng)機(jī)械特性：與V-M系統(tǒng)相比，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：主電路簡(jiǎn)單，需要的電力電子器件少；開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電動(dòng)機(jī)損耗及發(fā)熱都較小

9、；低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；電力電子開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)：1.調(diào)速范圍：2.靜差率：3.調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系：例題2-2（重要）某龍門刨床工作臺(tái)拖動(dòng)采用直流電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.2Vmin/r。如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率s5%，

10、采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降nN最多能有多少？解:當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的額定速降為開環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為如要求，即要求圖2-19 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖2-22 直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的變換 圖2-23 轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖在同樣的負(fù)載擾動(dòng)下，開環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落與閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落的關(guān)系是：例題2-3（重要）在例題2-2中，龍門刨床要求D=20，s5%，已知 Ks=30,= 0.015Vmin/r，Ce=0.2Vmin/r，采用比例控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足上述要求時(shí)，比例放大器的放大系數(shù)應(yīng)該有多少？開環(huán)系統(tǒng)額定速降為 ，閉環(huán)

11、系統(tǒng)額定速降須為 ，由式（2-48）可得代入已知參數(shù)，則得：即只要放大器的放大系數(shù)等于或大于46。反饋控制規(guī)律：比例控制的反饋控制系統(tǒng)是被調(diào)量有靜差的控制系統(tǒng)；反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動(dòng), 服從給定；反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)所包圍的前向通道上的擾動(dòng)。系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測(cè)的精度。比例控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性其穩(wěn)定條件：PI控制優(yōu)點(diǎn)：PI控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)：由擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差取決于誤差點(diǎn)與擾動(dòng)加入點(diǎn)之間的傳遞函數(shù)。測(cè)速方法：M法測(cè)速（高速）、T

12、法測(cè)速（低速）、M/T法測(cè)速為了解決轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題，系統(tǒng)引入電流截止負(fù)反饋。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。參數(shù)計(jì)算：圖3-6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)： （1）飽和非線性控制；（2）轉(zhuǎn)速超調(diào)；（3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。（2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。（3）其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用：（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器

13、，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過(guò)程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。（4）當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。這個(gè)作用對(duì)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來(lái)說(shuō)是十分重要的?？刂葡到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：1.跟隨性能指標(biāo)（1）上升時(shí)間（2）超調(diào)量與峰值時(shí)間（3）調(diào)節(jié)時(shí)間2.抗擾性能指標(biāo)（1）上升時(shí)間（2）恢復(fù)時(shí)間 圖3-10典型型系統(tǒng) (a)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 (b)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性圖3-13典型型系統(tǒng)(a)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 (

14、b)開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性 可逆PWM變換器的控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種。了解V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)中的環(huán)流問(wèn)題（P103）圖4-13 配合控制的三相零式反并聯(lián)可逆線路的瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流（）(a)三相零式可逆線路和瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流回路(b) 時(shí)整流電壓 波形(c) 時(shí)逆變電壓波形(d)瞬時(shí)電壓差 和瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流 波形直流平均環(huán)流可以用配合控制消除，而瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流卻是自然存在的。為了抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器，稱做環(huán)流電抗器，或稱均衡電抗器。當(dāng)可逆系統(tǒng)中一組晶閘管工作時(shí)（不論是整流工作還是逆變工作），如用邏輯關(guān)系控制使另一組處于完全封鎖狀態(tài)，就可徹底斷開環(huán)流的通路，確保兩組晶閘

15、管不同時(shí)工作，這就是邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆系統(tǒng)。（P106）降低勵(lì)磁電流以減弱磁通則是從基速向上調(diào)速（P110）異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式：變頻、變壓、變極對(duì)數(shù)了解軟啟動(dòng)器（P120）變壓變頻調(diào)速的基本原理：1.基頻以下調(diào)速：恒壓頻比；2基頻以上調(diào)速：恒功率調(diào)速（近似）圖5-13 異步電動(dòng)機(jī)在不同控制方式下的機(jī)械特性a）恒壓頻比控制b）恒定子磁通控制c）恒氣隙磁通控制d）恒轉(zhuǎn)子磁通控制圖5-15 交-直-交變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖（重要 P129）為了限制泵升電壓，可采取下述兩種方法：（1）在直流側(cè)并入一個(gè)制動(dòng)電阻，當(dāng)泵升電壓達(dá)到一個(gè)定值時(shí)，開通與制動(dòng)電阻相串聯(lián)的功率器件，通過(guò)制動(dòng)電阻釋放電能，以降低泵升電

16、壓，如圖5-36所示。（2）在直流側(cè)并入一組晶閘管有源逆變器（見圖5-37）或采用PWM可控整流（見圖5-38），當(dāng)泵升電壓升高時(shí)，將能量回饋至電網(wǎng)，以限制泵升電壓。圖5-36 帶制動(dòng)電阻的交-直-交變頻器主回路 圖5-37 直流側(cè)并晶閘管有源逆變器的 交-直-交變頻器主回路了解轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)（P149）直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)與矢量控制系統(tǒng)的比較：l 矢量控制系統(tǒng)通過(guò)電流閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)定子電流的兩個(gè)分量的解耦，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子磁鏈的解耦，有利于分別設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器；實(shí)行連續(xù)控制，可獲得較寬的調(diào)速范圍。 l 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向受電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。 l 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)采用雙位式控制，根據(jù)定子磁鏈幅值偏差、電磁轉(zhuǎn)矩偏差的符號(hào)以及期望電磁轉(zhuǎn)矩的極性，再依據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢茫?/p>