《電氣工程與自動化專業(yè)英語 》 課件 Chapter06-07 控制理論知識

Chapter6控制理論知識1.課文內(nèi)容簡介：6.1節(jié)介紹了控制的基本概念與應(yīng)用；6.2節(jié)介紹了反饋的概念與特點；6.3節(jié)介紹了PID控制；6.4節(jié)介紹了有關(guān)自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)知識。2.文中涉及的理論知識可參考“控制理論”資料3.生詞與短語1.setpointv.給定值；整定值12.counterintuitive違反直覺的2.fly-by-wire電傳操縱系統(tǒng)13.governorn.調(diào)節(jié)器3.routerprotocols路由器協(xié)議14.flyballn.離心球4.autonomousa.自主的15.throttlen.油門5.attenuationn.衰減16.resilienta.有彈性的；有回力的6.gametheory博弈論17.perturbationn.擾動；干擾7.control-oriented面向控制18.on-offcontrol開關(guān)式控制8.fidelityn.保真度19.over-react過度反應(yīng)9.bederivedfrom源自于20.extrapolationn.歸納，推論10.cruciala.至關(guān)緊要的21.proportional-integral-derivative(PID)比例-積分-微分11.causalreasoning因果推理22.stochasticdisturbance隨機擾動Chapter6控制理論知識23.autopilotn.自動駕駛（儀）33.harsha.粗糙的；苛刻的24.aeronauticsn.航空學(xué)34.accumulationn.積累；累加值25.cyberneticn.控制論35.learningsystem學(xué)習(xí)系統(tǒng)；訓(xùn)練系統(tǒng)26.heterogenousa.不同種類的；多相36.recursiven.遞歸；循環(huán)27.diversityn.多樣性37.identificationn.辨識；識別28.fuzzycontrol模糊控制38.self-adjusting自調(diào)節(jié)29.matrixinversion矩陣求逆39.criterian.標(biāo)準(zhǔn)30.lemman.引理40.frequencyspectrum頻譜31.rationalfraction有理分式32.monographn.專論Chapter6控制理論知識4.難句翻譯[1].Atitscore,controlisaninformationscienceandincludestheuseofinformationinbothanaloganddigitalrepresentations.

其核心是，控制是一個既包含模擬量又包含數(shù)字量信息的信息科學(xué)。[2].Thisbasicfeedbackloopofsensing,computationandactuationisthecentralconceptincontrol.

這個由檢測、傳感和執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)成的基本反饋回路是控制（理論）的核心概念。Chapter6控制理論知識[3].Inmoderncontrolsystems,computationistypicallyimplementedonadigitalcomputer,requiringtheuseofanalog-to-digital(A/D)anddigital-to-analog(D/A)converters.

在現(xiàn)代控制系統(tǒng)中，計算通常是通過數(shù)字計算機上實現(xiàn)的，這就需要使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A轉(zhuǎn)換器）。[4].Oneofthefundamentaldifferencesbetweencontrol-orientedmodelingandmodelinginotherdisciplinesisthewayinwhichinteractionsbetweensubsystemsarerepresented.

面向控制的建模與其他學(xué)科建模的一個根本區(qū)別是，子系統(tǒng)之間的相互作用的表示方式。Chapter6控制理論知識[5].Thetermfeedbackreferstoasituationinwhichtwo(ormore)dynamicalsystemsareconnectedtogethersuchthateachsysteminfluencestheotherandtheirdynamicsarethusstronglycoupled.“反饋”一詞指的是兩個（或多個）動態(tài)系統(tǒng)之間相互連接時，每一個系統(tǒng)都對其他系統(tǒng)產(chǎn)生影響，它們之間的動態(tài)性能是強耦合的。[6].Moregenerally,feedbackallowsasystemtobeinsensitivebothtoexternaldisturbancesandtovariationsinitsindividualelements.

總體說來，反饋使得系統(tǒng)不僅對于外部擾動不敏感，對于自身的變化也不敏感。Chapter6控制理論知識[7].Feedbackhaspotentialdisadvantagesaswell.Itcancreatedynamicinstabilitiesinasystem,causingoscillationsorevenrunawaybehavior.

反饋也有潛在的缺陷,即在系統(tǒng)中可能導(dǎo)致動態(tài)不穩(wěn)定,引起振蕩甚至失去控制。[8].Theuseoffeedbackhasoftenresultedinvastimprovementsinsystemcapability,andtheseimprovementshavesometimesbeenrevolutionary,asdiscussedabove.

反饋的使用通常使(系統(tǒng))性能得到顯著提高，這種提高有時候甚至是革命性的，正如前文所述。Chapter6控制理論知識[9].Thecontrolactionisthusasumofthreeterms:thepastasrepresentedbytheintegraloftheerror,thepresentasrepresentedbytheproportionaltermandthefutureasrepresentedbyalinearextrapolationoftheerror(thederivativeterm).

因此，控制作用包括三個方面：代表過去的積分誤差，代表現(xiàn)在的比例項以及代表未來的誤差線性外推（微分項）。[10].Morethan95%ofallindustrialcontrolproblemsaresolvedbyPIDcontrol,althoughmanyofthesecontrollersareactuallyproportional-integral(PI)controllersbecausederivativeactionisoftennotincluded.

超過95%的工業(yè)控制問題是通過PID控制器解決的，雖然經(jīng)常由于不包含微分控制，實際采用的是PI控制器。Chapter6控制理論知識[11].Ontheotherhand,itisnecessarytorealizethatthevastmajorityofprocessestobecontrolledare,infact,neitherlinearnorstationarysystemsandchangetheircharacteristicsovertimeorwhenthesetpointchanges.

另一方面，需要認(rèn)識到，事實上，絕大多數(shù)的控制過程既非線性，也非靜態(tài)系統(tǒng)，它們的特性隨著時間的變化或給定值的變化而變化。[12].Fromthebeginningthedevelopmentofadaptivesystemswasextremelyheterogeneousandfruitful.

從一開始，自適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展就是非常異類并且富有成果的。Chapter6控制理論知識[13].Asmicroprocessorbecameeverfaster,cheaperandmorecompact,andanalogueequipmentbegantofallintodisuse,thelevelofdigitalizationincreasedandbecameattractiveforreal-timeuse.

隨著微處理器變得更快、更廉價、更緊湊,模擬設(shè)備開始被棄用,數(shù)字化水平不斷提高,并在實時處理中變得更有吸引力。[14].Itisacharacteristicoflivingorganismsthattheyadapttheirbehaviourtotheirenvironmentevenwherethisisharsh.

這是一種生物組織的特征，即它們能使自己的行為適應(yīng)環(huán)境，即使是很惡劣的環(huán)境。Chapter6控制理論知識[15].Thisdefinitionisfairlygeneralandallowsinclusionofmostoftheadaptiveproblemsoftechnicalcybernetics.

這個定義具有相當(dāng)?shù)钠毡樾?，包含了大多?shù)的技術(shù)控制論的自適應(yīng)問題。Chapter6控制理論知識5.重點段落翻譯[1].第66頁第5段落“Thefirstattemptstodevelopanewandhigherqualitytypeofcontroller,”

在20世紀(jì)50年代，（人類）開始嘗試發(fā)現(xiàn)新的而且是質(zhì)量更高的控制器，使其能夠在條件變化（由于隨機擾動）的情況下自適應(yīng)并做出自動調(diào)節(jié)。這些控制器被應(yīng)用于飛機自動駕駛裝置以及航空、空軍和軍事領(lǐng)域。適應(yīng)的概念是以生物組織（的自適應(yīng)）為特征的，并以此被應(yīng)用于同樣能夠適應(yīng)和學(xué)習(xí)的控制、技術(shù)和控制論中。Chapter6控制理論知識5.重點段落翻譯[2].第67頁第1段落“Fromthebeginningthedevelopmentofadaptivesystemswasextremelyheterogeneousandfruitful.”

關(guān)于自適應(yīng)系統(tǒng)的研究從一開始就是極其豐富的，而且取得了累累碩果。這依賴所應(yīng)用的理論、技術(shù)以及計算設(shè)備的水平。開始嘗試時應(yīng)用了簡單的模擬技術(shù)（即MIT算法），后來的算法變得更加復(fù)雜，對理論的要求更高了。很多方法不適合實時控制，因為這些算法對計算機性能的要求對于模擬計算機來說簡直太復(fù)雜了。這段時間的研究只在理論上有價值。參考文獻(xiàn)向我們展現(xiàn)了這些開拓時代的寶貴思想和方法。Chapter6控制理論知識Chapter7電機與拖動控制1.課文內(nèi)容簡介：章節(jié)7.1介紹了直流電力拖動的基礎(chǔ)知識，包括直流電力拖動自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成，工作原理與性能分析等內(nèi)容。章節(jié)7.2介紹了交流電力拖動的基礎(chǔ)知識，包括交流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成和變頻調(diào)速的基本原理，特性以及矢量控制的基本概念。2.文中涉及的理論知識參考有關(guān)“電力拖動自動控制系統(tǒng)”資料3.生詞與短語1.mercuryarc汞弧11.chunkn.組塊；大量2.regenerationn再生12.tachogeneratorn.測速發(fā)電機3.yardstickn尺碼；準(zhǔn)繩13.ambientn.周圍；環(huán)境4.firingangle觸發(fā)角14.referencesignal參考信號5.laminatedadj.分層的；疊片的15.ratedcurrent額定電流6.blowern.鼓風(fēng)機；融固器16.magnituden.幅度；大小7.ventilationn.通風(fēng)17.judiciousadj.明智的8.potentiometern.電位器18.mark-space脈沖間隔9.off-the-shelf成品；通用件19.predominanta.有優(yōu)勢的10.inertian.慣性；慣量20.phase-lockedloop鎖相環(huán)Chapter7電機與拖動控制21.inverter-fedinductionmotor逆變器供電的感應(yīng)電動機31.V/fratio壓頻比22.tachmetern.轉(zhuǎn)速表32.fallacyn.謬誤,謬論23.mainfrequency主頻率33.pull-out活頁24.instantaneousa.瞬間的,即刻的,34.vectorcontrol矢量控制25.frominstanttoinstant時時刻刻35.compareunfavourablywith相對劣于26.bulkya.體積大的36.direct-on-linestart直接啟動27.electrolyticcapacitor電解電容37.quasi-steady-state準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)28.currentsourceinverters(CSI)電流源型變換器38.run-up前奏，預(yù)備階段29.harmonicn.諧波39.coupledcircuits耦合電路30.acousticnoise噪聲40.MMFwave磁動勢Chapter7電機與拖動控制4.難句翻譯[1].Thegeneratorwasdrivenatfixedspeedbyaninductionmotor,andthefieldofthegeneratorwasvariedinordertovarythegeneratedvoltage.

發(fā)電機由定速感應(yīng)電動機驅(qū)動，為了改變發(fā)電機的電壓，其勵磁是變化的。[2].Byalteringthefiringangleofthethyristorsthemeanvalueoftherectifiedvoltagecanbevaried,therebyallowingthemotorspeedtobecontrolled.

通過改變觸發(fā)角來改變整流電壓的平均值，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。

Chapter7電機與拖動控制[3].ThevoltagewaveformcanbeconsideredtoconsistofameanDClevel(Ud),andasuperimposedpulsatingorripplecomponent.

電壓波形可以認(rèn)為是由一個平均直流電壓（Ud）和疊加在其上的脈動或紋波成分組成。[4].Theripplevoltagecausesaripplecurrenttoflowinthearmature,butbecauseofthearmatureinductance,theamplitudeoftheripplecurrentissmall.

紋波電壓引起紋波電流流過電樞，但由于電樞電感的存在，紋波電流的幅值很小。Chapter7電機與拖動控制[5].Thespeederrorisamplifiedbythespeedcontroller(whichismoreaccuratelydescribedasaspeed-erroramplifier)andtheoutputservesasthereferenceorinputsignaltotheinnercontrolsystem.

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器將轉(zhuǎn)速誤差放大（更確切地說是轉(zhuǎn)速誤差放大器），其輸出作為內(nèi)環(huán)控制的給定或輸入信號。[6].Asingle-switchchopperusingatransistor,MOSFETorIGBTcanonlysupplypositivevoltageandcurrenttoaDCmotor,andisthereforerestrictedtoquadrant1motoringoperation.

一個開關(guān)的斬波器使用一個晶體管、MOSFET或IGBT，只能給直流電動機提供正電壓和正電流，因而（電動機）只能運行在第一象限。Chapter7電機與拖動控制[7].Theshapeofthearmaturevoltagewaveformremindsusthatwhenthetransistorisswitchedon,thebatteryvoltageVisapplieddirectlytothearmature,andfortheremainderofthecyclethetransistoristurned'off'andthecurrentfreewheelsthroughthediode.

從電樞電壓的波形我們可以看出，當(dāng)晶體管開關(guān)器件導(dǎo)通時，電源電壓V直接加到電樞上，而在開關(guān)器件關(guān)斷的周期內(nèi)，電流將通過二極管續(xù)流。

Chapter7電機與拖動控制[8].Thecontrolphilosophyandarrangementsforachopper-fedmotorarethesameasfortheconverter-fedmotor,withtheobviousexceptionthatthemark-spaceratioofthechopperisusedtovarytheoutputvoltage,ratherthanthefiringangle.

直流電動機斬波調(diào)壓的控制原理和方案與晶閘管整流調(diào)壓相似,只有一個明顯的差別,那就是,斬波器是通過改變占空比而不是改變觸發(fā)角來改變輸出電壓的。[9].Theycancreateunpleasantacousticnoise,andalwaysgiverisetoadditionalironandcopperlosses.

它們會產(chǎn)生討厭的噪音，并且會產(chǎn)生額外的鐵耗和銅耗。Chapter7電機與拖動控制[10].Turningnowtowhathappensonload,weknowthatwhenaloadisappliedtherotorslowsdown,theslipincreases,morecurrentisinducedintherotor,andmoretorqueisproduced.

現(xiàn)在來看看負(fù)載時的情況,我們知道,負(fù)載時轉(zhuǎn)子會慢下來,轉(zhuǎn)差將變大,轉(zhuǎn)子感應(yīng)出更大的電流,于是產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩。[11]EstablishedpracticeisfortheinvertertobecapableofmaintainingtheV/fratioconstantuptothebasespeed,buttoacceptthatatallhigherfrequenciesthevoltagewillbeconstantatitsmaximumvalue.

按照慣例，變頻器應(yīng)能保證在基頻以下電壓/頻率比為常數(shù)，而在基頻以上電壓將保持為最大值不變。

Chapter7電機與拖動控制[12].Continuousoperationatpeaktorquewillnotbeallowablebecausethemotorwilloverheat,soanupperlimitwillbeimposedbythecontroller,asdiscussedshortly.

電機不可以連續(xù)運行在最大轉(zhuǎn)矩下，這樣將導(dǎo)致電機過熱，因此將由調(diào)節(jié)器限定其上限值，如前簡述。[13].Nevertheless,becausethestatorandrotorwindingsaretightlycoupledviatheair-gapfield,itispossibletomakemoreorlessinstantaneouschangestotheinducedcurrentsintherotor,bymakinginstantaneouschangestothestatorcurrents.

然而,由于定子和轉(zhuǎn)子是通過氣隙緊密耦合的,通過定子電流的瞬時變化,使轉(zhuǎn)子感應(yīng)的電流產(chǎn)生或多或少的瞬時變化還是可能的。Chapter7電機與拖動控制[14].Inthisrespecteachs