自控原理復(fù)習總結(jié)

1、自控原理復(fù)習總結(jié)自動控制原理自控控制是指在沒有人的直接干預(yù)下，利用物理裝置對生產(chǎn)設(shè)備或工藝過程進行合理的控制，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，稱為負反饋：反之,則稱為正反饋。產(chǎn)輸入補償前饋校正元件技干擾補償臂誓干擾給定元件輸入放大元件執(zhí)行元件局部反饋I反憒校正r笑件主反饋測量元件自動控制原理系統(tǒng)基本組成示意圖口測量元件：測量被控對象的需要控制的物理 4里,1=.如果這個物理量是非電量，一般需要轉(zhuǎn)化為電量?？诮o定元件：給出與期望的被控量相對應(yīng)的系統(tǒng)輸入量?？诒容^元件：把測量元件檢測的被控量實際值與給定元件給出的輸入量進行比較，求出它們之間的偏差。放大元

2、件：將比較元件給出的偏差進行放大，用來推動執(zhí)行元件去控制被控對象。執(zhí)行元件：直接作用于被控對象，使其被控量發(fā)生變化，達到預(yù)期的控制目的。校正元件：也稱補償元件，它是結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的元件。對自動控制系統(tǒng)性能的基本要求：穩(wěn)定性、快速性、準確性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：線性系統(tǒng)，在零初始條件下，輸出信號的拉普拉斯變換與輸入信號的拉普拉斯變化之比。典型環(huán)節(jié)：比率環(huán)節(jié)：G(s)=K慣性環(huán)節(jié)：Gif75+1積分環(huán)節(jié)：GTs微分環(huán)節(jié)：G(s)=7s一階微分環(huán)節(jié)：G(s)=rs+1振蕩環(huán)節(jié)：G(s)一廣+*Ts+1s2+2物尸+%延遲環(huán)節(jié)：G(s)=eF數(shù)學模型：微分方程、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、信號流圖、頻率特性等H1

3、 R *G1G2G3G1C也*1 1+G2G3(H?+H3)結(jié)構(gòu)圖的等效變換：（例）%47GG|C"*L_d|i+g2G式上+也)=1R(s)G1G2G3C(S)*1+0自(乩+乩)60期1'無源電氣網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)：P46習題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:名稱時域表達式復(fù)域表達式單位階躍函數(shù)l(t)00)1A-單位斜坡函數(shù)t<r0>1A2單位加速度函數(shù)不產(chǎn)(r>0>I/.?3單位脈沖8(f)(/>0)1正弦函數(shù)A+1)sish(t)/調(diào)節(jié)時間ts r/上升時間tr動態(tài)性能指標：1 .延遲時間td:響應(yīng)曲

4、線第一次達到穩(wěn)態(tài)值的一半所需的時間，叫延遲時間。2 .上升時間tr:響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%斤需的時間。對于有振蕩的系統(tǒng)，也可定義為響應(yīng)從零第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所需的時間。3 .峰值時間tp：響應(yīng)曲線超過其穩(wěn)態(tài)值達到第一個峰值所需要的時間。4 .調(diào)節(jié)時間ts:指響應(yīng)到達并保持在穩(wěn)態(tài)值±5%或±2%內(nèi)所需的時間。5 .超調(diào)量：指響應(yīng)的最大偏離量h(tp)與穩(wěn)態(tài)值的差與穩(wěn)態(tài)值的比，用百分號來表示，即:：%=h(tp)戈,，)loo%h(：)6 .振蕩次數(shù)外：是指在調(diào)節(jié)時間ts內(nèi),h(t)波動的次數(shù)。穩(wěn)態(tài)性能指標：穩(wěn)態(tài)誤差Q2幾和獻銘作師雕橫差獻刈=&二口tR)

5、I+KXXIOQVIX耐Q0色I圖3-4指數(shù)響應(yīng)曲線一階系統(tǒng)單位階躍相應(yīng)曲線二階系統(tǒng)在不同J直得瞬態(tài)相應(yīng)曲線二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)的性能指標:界阻尼；51過阻尼;0a<1欠阻尼延h（tp）h（二）一12二-100%-e100%h（二）超調(diào)量%只是0的函數(shù)，阻尼比之越小超調(diào)量。越左圖為：阻尼比。與超調(diào)量。之間的關(guān)系調(diào)節(jié)時間的計算：3ts=(：=0.05).-n4ts=一(,"0.02).-n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)符號的改變次數(shù)，代表特征方程式的正實部根的數(shù)

6、目。(P66)掌握繪制系統(tǒng)根軌跡的基本法則對于穩(wěn)定的系統(tǒng)，閉環(huán)主導(dǎo)極點越遠離虛軸，即閉環(huán)主導(dǎo)極點的實部絕對值越大，系統(tǒng)振蕩越嚴重，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)整時間增加。常見的開環(huán)零極點分布及相應(yīng)的根軌跡圖(P101)作業(yè)4-4(P120)答案：、轉(zhuǎn)折頻率10(COPWEW0-10-20-30口(rad/sec)慣性環(huán)節(jié)的伯德圖-900Nyquist圖繪制方法：寫出A(3)和73)的表達式；分別求出3=0和3=+8時的G(j3)；求Nyquist圖與實軸的交點；如果有必要，可求Nyquist圖與虛軸的交點，交點可利用G(jco)的實部ReG(j3)=0的關(guān)系式求出，也可利用/

7、Qja)=n90°(其中n為正整數(shù))求出；必要時畫出Nyquist圖中間幾點；勾畫出大致曲線。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：（1）超前校正是利用超前網(wǎng)絡(luò)的相角超前特性對系統(tǒng)進行校正，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）用頻率法進行超前校正，旨在提高開環(huán)對數(shù)幅頻漸進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)整時間縮短。（

8、3）對同一系統(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)具有寬的頻帶和良好的瞬態(tài)響應(yīng)，則采用超前校正。當噪聲電平較高時，顯然頻帶越寬的系統(tǒng)抗噪聲干擾的能力也越差。對于這種情況，宜對系統(tǒng)采用滯后校正。（4）超前校正需要增加一個附加的放大器，以補償超前校正網(wǎng)絡(luò)對系統(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e(t)的最大角頻譜為j采樣周期為T,則

9、當采樣周期滿足TV、時，采樣信號4max才能較好地復(fù)現(xiàn)連續(xù)函數(shù)的刈形式。離散系統(tǒng)的數(shù)學模型：差分方程、脈沖傳遞函數(shù)(差分方程通過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、相平面法自動控制系統(tǒng)忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩，運動控制系統(tǒng)的簡化運動方程式：J耍dm_"dT-m生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩特性：恒轉(zhuǎn)矩負載，恒功率負載，風機、泵類負載直流調(diào)速系統(tǒng)的可控直流電源：晶閘管整流器-電動機調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）；PW度換器-電動機系統(tǒng)。為了避免或減輕電流脈動的影響，需采用抑制電流脈動的措施，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)機械特性

10、：與V-M系統(tǒng)相比，直流PWMI速系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：主電路簡單，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，電動機損耗及發(fā)熱都較?。坏退傩阅芎?，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；若與快速響應(yīng)的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強；電力電子開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當開關(guān)頻率適當時，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，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：1 .調(diào)速范圍：D=mxnmin2 .靜差率：=也no3 .調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系:nNS:nN（1-s）例題2-2（重要）某龍門刨床工作臺拖動

11、采用直流電動機，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW220V,305A,1000r/min,采用V-M系統(tǒng)）主電路總電阻R=0.18Q,電動機電動勢系數(shù)C=0.2Vmin/r。如果要求調(diào)速范圍D=20,靜差率sW5%采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個要求，系統(tǒng)的額定速降A(chǔ)nN最多能有多少？IdNRCe解：當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的額定速降為3050.18二275r/min0.2開環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率為Sn4nN , ：nN2751000 275= 0.216 =21.6%如要求D=20,s<5%?即要求,nN_ nNs1000 0.05- D(1 -s) - 20 (1 -0.05)= 2.6

12、3r/minl"十圖2-19轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖2-22直流電動機動態(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)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖在同樣的負載擾動下，開環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落人與閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落的關(guān)系是：hln°p1 K例題2-3（重要）在例題2-2中，龍門刨床要求D=20,SW5%已知K=30,a=0.015Vmin/r）G=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，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=275r/min,閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為AndM2.63r/min,由式（2-48）可得275-1一上-1=103.62.

13、63代人已知參數(shù)，則得:K103.6“Kp=46Ks：/Ce300.015/0.2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，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。系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度。比例控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性其穩(wěn)定條件：KJm(T+Ts)+Ts2TTsPI控制優(yōu)點:PI控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點，又克服了各自的缺點。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)：Wpi（s）=Kp2.1s由擾動引起的穩(wěn)

14、態(tài)誤差取決于誤差點與擾動加入點之間的傳遞函數(shù)。測速方法：M法測速（高速）、T法測速（低速）、M/T法測速為了解決轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，系統(tǒng)引入電流截止負反饋。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)。一 no*UnO£Id*1 dm參數(shù)計算：*Un肛=山三山。OU*=Ui=：Id圖3-6雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：八、（ 1）飽和非線性控制；（ 2）轉(zhuǎn)速超調(diào)；（ 3）準時間最優(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Un*變化

15、，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。（ 2）對負載變化起抗擾作用。（ 3）其輸出限幅值決定電動機允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作用：（ 1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓U（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（ 2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。(3)在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電動機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。(4)當電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的?？刂葡到y(tǒng)的動態(tài)性能指標:-Cmax1 .跟隨性能指標(1)上升時

16、間tr(2)超調(diào)量。與峰時間tp(3)調(diào)節(jié)時間2 .抗擾性能指標(1)上升時間tv(2)恢復(fù)時間圖3-10典型I型系統(tǒng)(a)(b)特性開環(huán)對數(shù)頻率閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3-13典型n型系統(tǒng)(a)閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(b)開環(huán)對數(shù)頻率特性表上5曲型I土期舐動態(tài)抗猶It能常懷與轉(zhuǎn)菜的關(guān)素可逆PW頤化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)流問題(P103)5|ITahea_4心/J./J緋圖4-13配合控制的三相零式反并聯(lián)可逆線路的瞬時脈動環(huán)流(%=Pr=60。)(a)三相零式可逆線路和瞬時脈動環(huán)流回路(b) a,=60。時整流電壓”。f波形(c) Pr=603=120)

17、時逆變電壓Ud0f波形(d)瞬時電壓差A(yù)ud0和瞬時脈動環(huán)流icp波形直流平均環(huán)流可以用a4配合控制消除，而瞬時脈動環(huán)流卻是自然存在的。為了抑制瞬時脈動環(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。當可逆系統(tǒng)中一組晶閘管工作時(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，確保兩組晶閘管不同時工作，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。（P106）降低勵磁電流以減弱磁通則是從基速向上調(diào)速（P110）異步電動機的調(diào)速方式：變頻、變壓、變極對數(shù)了解軟啟動器（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

18、功率調(diào)速（近似）圖5-13異步電動機在不同控制方式下的機械特性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: 1 1 -'=二 5TR«AB- $ wj場 ±2 r014c-A« 1 1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)并入一個制動電阻，當泵升電壓達到一個定值時，開通與制動電阻相串聯(lián)的功率器件，通過制動電阻釋放電能，以降低泵升電壓,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PWMT控整流（見圖5-38）,當泵升電壓升高時,將能量回饋至電網(wǎng)，以限制泵J圖5-36帶制動電阻的交-直-交變頻器主回路3中升電壓。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