范文一:自动控制原理
课 程 设 计
用MATLAB进行控制系统的
题 目
滞后校正设计
学 院 专 业 班 级 姓 名
指导教师
自动化 自动化
谭思云
年 月 日
课程设计任务书
学生姓名: 专业班级: 自动化 指导教师: 谭思云 工作单位: 自动化学院
题 目: 用MATLAB进行控制系统的滞后校正设计。 初始条件:已知一单位反馈系统的开环传递函数是
G(s)=
K
s(1+0.1s)(1+0.2s)
要求系统的静态速度误差系数Kv=100S-1,γ≥40 。
要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写
等具体要求)
1、 用MATLAB作出满足初始条件的K值的系统伯德图,计算系统的幅值裕量和相位裕量。
2、 系统前向通路中插入一相位滞后校正,确定校正网络的传递函数,并用MATLAB进行验证。
3、 用MATLAB画出未校正和已校正系统的根轨迹。
4、课程设计说明书中要求写清楚计算分析的过程,列出MATLAB程序和MATLAB输出。说明书的格式按照教务处标准书写。
时间安排:
1、课程设计任务书的布置,讲解 (半天) 2、根据任务书的要求进行设计构思。(半天) 3、熟悉MATLAB中的相关工具(一天) 4、系统设计与仿真分析。(三天) 5、撰写说明书。 (二天) 6、课程设计答辩(半天)
指导教师签名: 年 月 日
系主任(或责任教师)签名: 年 月 日
目录
1 滞后校正系统的设计系统滞后校正设计方案........................................................ 3
1.1满足稳定性条件的K值分析.......................................................................... 3 1.2 设计步骤......................................................................................................... 3 2 设计串联滞后校正.................................................................................................... 4
2.1校正前参数确定.............................................................................................. 4 3 系统前向通路中插入一相位滞后校正.................................................................... 5
3.1确定校正网络的传递函数.............................................................................. 5 3.2应用MATLAB进行验证.................................................................................... 7 3.3用MATLAB进行设计........................................................................................ 7 4 画出未校正和已校正系统的根轨迹........................................................................ 8
4.1 用MATLAB画出未校正系统和已校正系统的根轨迹................................... 8 5 设计总结.................................................................................................................... 9 6收获与体会............................................................................................................... 10 参考文献...................................................................................................................... 11
摘要
滞后校正的基本原理是利用滞后网络的高频幅值衰减特性使系统截止频率 下降,从而使系统获得足够的相位裕度。或者,是利用滞后网络的低通滤波特性, 使低频信号有较高的增益,从而提高了系统的稳态精度。可以说,滞后校正在保持暂态性能不变的基础上,提高开环增益。也可以等价地说滞后校正可以补偿因开环增益提高而发生的暂态性能的变化。
此外,本次课程设计还要使用Matlab软件绘制系统伯德图及根轨迹图。MATLAB是矩阵实验室公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两 大 部 分。熟 练 掌 握 MATLAB的 应 用对于自动控制原理的学校和本次课程设计都十分重要。
1 滞后校正系统的设计系统滞后校正设计方案
1.1满足稳定性条件的K值分析
基于主要任务要用MATLAB做出满足初始条件的最小K值的系统伯德图并计算系统的幅值裕量和相位裕量。从初始条件看出要求出K值最小值要保证它同时满足系统的稳定性和静态速度误差系数Kv=100S-1。
用MATLAB做出满足初始条件的K值的系统伯德图,计算系统的幅值裕度和相位裕度。
首先,确定系统开环增益K值:
Kv=limsG(s)=lim
s→0
s→0
sK
s(1+0.1s)(1+0.2s)
又Kv=100
可得满足初始条件的K值:K=100
那么满足初始条件的K值的系统开环传递函数为:
Kv=lim
s→0
100s
s(1+0.1s)(1+0.2s)
1.2 设计步骤
所研究的系统为最小相位单位反馈系统,则采用频域法设计串联无源滞后网络的步骤如下:
1) 根据稳态速度误差Kv的要求,确定开环增益K;
2) 利用已确定的的开环增益K,在校正前系统的对数频率特性波特图上,找出相角为?0(ωc')=-(180?-γ-ε)的频率作为校正后系统的截止频率ωc'. 3) 在未校正系统的波特图上取Lοωc'的分贝值,确定滞后网络参数b和T:
1
20lg=L0(ωc') (1-2)
b
()
1bT?11?
= ~?ωc'≈ωc'tanε (1-3) ?510?
4) 验算已校正系统的相角裕度γ和幅值裕度h。
2 设计串联滞后校正
2.1校正前参数确定
1.由已知的单位反馈系统的开环传递G(s),KV=100S-1有如下计算:
KV=100S-1=limsG(s)H(s)
k
=lim
s→00.1s+10.2s+1=k=100故有,G(S)=
100100
=
s1+0.1s1+0.2s0.02s^3+0.3s^2+s
s→0
2. 用MATLAB求出系统校正前的幅值域度和相角裕度,并画出波特图: 在MATLAB中输入:
G=tf(100,[0.02 0.3 1 0]); [kg,r]=margin(G)
margin(G)
MATLAB得出的结果如下: Transfer function: 100
---------------------- 0.02 s^3 + 0.3 s^2 + s
Warning: The closed-loop system is unstable. kg = 0.1500 r = -40.4367
运算得出的波特图如图2-1所示:
图 2-1 校正前系统的波特图
由图可以看出幅值裕度h(h=20lgkg)和相角裕度γ小于零,且γ负值较大,因此该系统不稳定,需要串联一个滞后校正环节进行校正,使系统趋于稳定。
3 系统前向通路中插入一相位滞后校正
3.1确定校正网络的传递函数
在系统前向通路中插入一相位滞后校正,确定校正网络的传递函数如下, 由?ωc'= -(180°-γ-ε),式中ε一般取5°~10°,而γ为题目要求的系统校正后的相角裕度,所以?ωc'为-134? ?ωc'=-90°-arctan0.1ωc'-arctan0.2ωc'
()
()
()
()()
图3-1 校正前波特图上求取ωc
'
则可以在上面得出的波特图中找到ωc',ωc'=2.74rad/sec。 根据式(1-9)和式(1-10)确定滞后网络参数b和T:
1
20lg=Lοωc'=20lgG0(jωc'
b1
=0.1ωc' bT
()
得出b=
G0jω
'c
1
=0.032, T=112.66;
1+bTs1+3.61s
即为 :GC(s)= 1+Ts1+112.66s
校正环节的传递函数:GC(s)=则校正后的传递函数为:
G(S)=
1001+3.61s?
s1+0.1s1+0.2s1+112.66s100(3.61s+1)
s0.1s+10.2s+1112.66s+1=
3.2应用MATLAB进行验证
>> G=tf(100*[3.61 1], conv([0.02,0.3,1,0],[112.66,1])) [kg,r]=margin(G) margin(G)
得到的MATLAB结果是:
Transfer function: 361 s + 100 2.253 s^4 + 33.82 s^3 + 113 s^2 + s kg = 4.3042 r = 40.5160
系统校正后的波特图如图3-2所示:
图3-2 系统校正后的波特图
由上面得出的数据可以看出,在串联了一个滞后校正环节后,系统稳定
γ=40.5?,满足γ≥40 ,增益裕度不小于10分贝。
3.3用MATLAB进行设计
校正前和校正后的波特图如图3-3所示:
图3-3 校正前后波特图对比【未校正前波特图(上面一条)
校正后波特图(下面一条)】
4 画出未校正和已校正系统的根轨迹
4.1 用MATLAB画出未校正系统和已校正系统的根轨迹
MATLAB画出:
系统校正前的根轨迹为 MATLAB程序为: num0=[0 100]; den0=[0.02 0.3 1 0]; num1=[365.4 100];
den1=[2.259 33.91 113.3 1 0];
subplot(2,1,1);rlocus(num1,den1);
subplot(2,1,2);rlocus(num0,den0);
校正前后根轨迹如图4-1所示
图4-1 校正前后根轨迹图对比
5 设计总结
在前向通道中串联滞后校正系统前后对比:
1.由校正前后波特图对比,可知校正前:kg0=0.1500,γ0=-40.4367;校正后:kg=4.3042,γ=40.5160,从而由此知在前向通道中串联滞后校正装置后,幅值裕度h=20lgkg和相位裕度γ的值,得到校正前系统h0<><0,则开环传递函数为g0(s)的原系统不是稳定的;而校正后系统h>0,γ<>
G(s)的校正后系统是稳定的。
2. 由校正前后根轨迹图对比(图4-1),可知校正后与校正前相比,根轨迹图上多了一个零点和一个极点,此外,通过对系统特征方程进行劳斯判据,判断系统的稳定性,从而求得开环增益K值的范围,校正前K值的范围为0≤K≤15,而校正后K值的范围近似为0≤K≤423.7,通过K值范围的扩大从而可知添加校正装置后提高了系统稳定性能。
6收获与体会
通过这次对控制系统的滞后校正设计的分析,让我对串联滞后校正环节有了更清晰的认识,同时也学会了公式编辑器的基本使用方法,加深了对课本知识的进一步理解,对所学的理论知识也有了更深刻的理解。
同时,这次课程设计让自己对Matlab软件的应用更加熟练,用它对控制系统进行频域分析,大大简化了计算和绘图步骤,计算机辅助设计已经成为现在设计各种系统的主要方法和手段,因此熟练掌握各种绘图软件显得尤为重要。在今后的学习中,需要发挥积极主动的精神,把所学知识与实践结合起来,努力掌握Matlab等相关软件的使用方法。
我体会到了学习自动控制原理,不仅要掌握书本上的内容,还要灵活思考,善于变换,在提出问题、分析问题、解决问题的过程中提高自己分析和解决实际问题的能力。要把理论知识与实践相结合起来,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。还让我懂得了自主学习和独立思考的重要性,还有做事要有恒心,有信心,愿意动脑子去想,就一定有所收获。
参考文献
[1] 王万良.自动控制原理.高等教育出版社.2008年 [2] 胡寿松.自动控制原理.科学出版社.2000年
[3] 胡寿松.自动控制原理同步辅导及习题全解.中国矿业大学出版社.2006年 [4] 薛定宇.控制系统计算机辅助设计---MATLAB语言及应用. 清华大学出版社.1996年
[5] 曹戈. MATLAB教材及实训.机械工业出版社.2008年
[6] 楼顺天.基于MATLAB的系统分析与设计.西安电子科技大学出版社.1999年
本科生课程设计成绩评定表
指导教师签字:
年 月 日
范文二:自动控制原理
自动控制原理期未复习提纲
第一章 自动控制的一般概念
1. 自动控制是在人不直接 利用外部装置使被控对象的某个参数 (被控量) 按 的要求变化。
2.由被控 和自动 按一定的方式连接起来,完成一定的自动控制任务, 并具有预定性能的动力学系统,称为自动控制系统。
3.闭环控制系统的特点是:在控制器与被控对象之间不仅有正向控制作用,而且还有 控制作用。此种系统 高,但稳定性较差。
4.开环控制系统的特点是:在控制器与被控对象之间只有 制作用。此种系统 低,但稳定性较高。
。
6.开环控制的特征是( ) 。
A. 系统无执行环节 B. 系统无给定环节 C. 系统无反馈环节 D. 系统无放大环节
7. 对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面:________、 快速性和 ________。
8.直接对控制对象进行操作的元件称为放大元件。 ( )
9.反馈控制系统是根据给定值和 __________的偏差进行调节的控制系统。
第二章 自动控制的数学模型
1.数学模型的形式很多,常用的有微分方程、 _____________和状态方程等。
2.线性定常系统的传递函数,是在 __________条件下,系统输出信号的拉氏变换与输入信 号的拉氏变换的比。
。
相同。
无关。
,则系统的时间常数是 7.多个环节的并联连接,其等效传递函数等于各环节传递函数的 ________。
8.正弦函数 sinωt的拉氏变换为 __________。函数的拉氏变换为 __________。
10.比较点从输入端移到输出端, “加倒数” ;引出点从输入端移到输出端, “加本身” 。 ( )
11.比较点从输出端移到输入端, “加本身” ;引出点从输出端移到输入端, “加倒数” 。 ( )
12.梅逊公式可用来求系统的输入量到系统中任何内部变量的传递函数。 ( )
13.梅逊公式可用来求系统任意两个内部变量 C1(s)到 C2(s)之间的传递函数。 ( )
13.正弦函数 sin 的拉氏变换是( )
)的元件又称比较器。
A. 微分 B. 相乘 C. 加减 D. 相除
以电动机的转速为输出变量, 电枢电压为输入变量时, 电 动机可看作一个( )
A. 比例环节 B. 微分环节 C. 积分环节 D. 惯性环节
) 。
A. 判断稳定性 B. 计算输入误差 C. 求系统的传递函数 D. 求系统的根轨迹
,则系统的传递函数是 ( ) 。
()()()
t r t c t c 226=+'21) (+=s s G
则该环节可看成由比例、惯性、微分环节 串联而组成。 ( )
( )
)
A . PI 控制器 B . PD 控制器 C . PID 控制器 D . P 控制器
控制器的传递函数形式是( )
A . 5+3s B . 5+3/s C . 5+3s+3/s D . 5+1/(s+1)
23. 梅逊公式主要用来( ) 。
A. 判断稳定性 B. 计算输入误差
C. 求系统的传递函数 D. 求系统的根轨迹
24.终值定理的数学表达式为( )
25.梅森公式为( )
第三章 时域分析法
1.线性定常系统的响应曲线仅取决于输入信号的 ______________和系统的特性,与输入信 号施加的时间无关。
2.一阶系统 1/(TS+1)的单位阶跃响应为 。
3. 二阶系统两个重要参数是 系统的输出响应特性完全由这两个参数来描 述。
4.二阶系统的主要指标有超调量 M P %、调节时间 t s 和稳态输出 C(∞) ,其中 M P %和 ts 是系 统的 指标, C(∞) 是系统的 指标。
5.在单位斜坡输入信号的作用下, 0型系统的稳态误差 ess=__________。
6.时域动态指标主要有上升时间、峰值时间、最大超调量和 __________。
7.线性系统稳定性是系统 __________特性,与系统的 __________无关。
8.时域性能指标中所定义的最大超调量 Mp 的数学表达式是 __________。
9.系统输出响应的稳态值与 ___________之间的偏差称为稳态误差 ess 。
10.二阶系统的阻尼比 ξ在 ______范围时,响应曲线为非周期过程。
11.在单位斜坡输入信号作用下,Ⅱ型系统的稳态误差 ess=______。
12.响应曲线达到过调量的 ________所需的时间,称为峰值时间 t p 。
13.在单位斜坡输入信号作用下, I 型系统的稳态误差 ess=__________。
14.二阶闭环控制系统稳定的充分必要条件是该系统的特征多项式的系数 _____________。
15.引入附加零点,可以改善系统的 _____________性能。
16. 如果增加系统开环传递函数中积分环节的个数, 则闭环系统的稳态精度将提高, 相对稳 定性将 ________________。
17.为了便于求解和研究控制系统的输出响应,输入信号一般采用 __________输入信号。
18.若二阶系统的调整时间长,则说明系统的稳定性差。 ( )
19.对于一阶、二阶系统来说,系统特征方程的系数都是正数是系统稳定的充分必要条件。 ()s s s G 235++=
( )
20.系统型次越高,稳定性越好,稳态误差越小。 ( )
21.在对控制系统稳态精度无明确要求时,为提高系统的稳定性,最方便的是减小增益。 ( )
22.已知二阶系统单位阶跃响应曲线呈现出等幅振荡,则其阻尼比可能为 0 ( )
23. 系统特征方程式的所有根均在根平面的左半部分是系统稳定的充分必要条件。 ( )
24.当输入为单位加速度且系统为单位反馈时,对于 I 型系统其稳态误差为 1/k /。 ( )
1.控制系统的上升时间 t r 、调整时间 t s 等反映出系统的 ( )
A. 相对稳定性 B. 绝对稳定性 C. 快速性 D. 平稳性
2.时域分析中最常用的典型输入信号是( )
A. 脉冲函数 B. 斜坡函数 C. 阶跃函数 D. 正弦函数
3.一阶系统 G(s)=K/(TS+1)的放大系数 K 愈小,则系统的输出响应的稳态值( )
A. 不变 B. 不定 C. 愈小 D. 愈大
4. 一阶系统 G(s)= K/(TS+1)的时间常数 T 越大, 则系统的输出响应达到稳态值的时间 ( )
A .越长 B .越短 C .不变 D .不定
5.二阶欠阻尼系统的性能指标中只与阻尼比有关的是( )
A. 上升时间 B. 峰值时间 C. 调整时间 D. 最大超调量
6.当二阶系统特征方程的根为具有负实部的复数根时,系统的阻尼比为( )
A . ζ<0 b="" .="" ζ="0" c="" .="">0><><1 d="" .="">1>
7.以下关于系统稳态误差的概念正确的是( ) 。
A. 它只决定于系统的结构和参数 B. 它只决定于系统的输入和干扰
C. 与系统的结构和参数、输入和干扰有关 D. 它始终为 0
8.若一系统的特征方程式为 (s+1)2(s-2)2+3=0,则此系统是( )
A .稳定的 B .临界稳定的 C .不稳定的 D .条件稳定的
9.一般讲,如果开环系统增加积分环节,则其闭环系统的相对稳定性将 ( )
A. 变好 B. 变坏 C. 不变 D. 不定
10.控制系统的稳态误差 ess 反映了系统的( )
A .稳态控制精度 B .相对稳定性 C .快速性 D .平稳性
11.已知单位负反馈控制系统的开环传递函数为 该系统闭环系统是 ( )
A .稳定的 B .条件稳定的 C .临界稳定的 D .不稳定的
12.下列判别系统稳定性的方法中,哪一个是在频域里判别系统稳定性的判据( )
A. 劳斯判据 B. 赫尔维茨判据 C. 奈奎斯特判据 D. 根轨迹法
13.已知系统的特征方程为 (s+1)(s+2)(s+3)=s+4,则此系统的稳定性为( )
A .稳定 B .临界稳定 C .不稳定 D .无法判断
14.为了保证系统稳定,则闭环极点都必须在( )上。
A. s 左半平面 B. s 右半平面 C. s 上半平面 D. s 下半平面
15.二阶系统的传递函数为 ,其阻尼比 ζ是 ( ) 。 A.0.5 B.1 C.2 D.4 16.设单位负反馈控制系统的开环传递函数 ,其中 K >0, a >0,则闭环控制系统的 稳定性与( )
A. K 值的大小有关 B. a 值的大小有关
C. a 和 K 值的大小无关 D. a 和 K 值的大小有关
17.在系统对输入信号的时域响应中,其调整时间的长短是与 ( ) 指标密切相关。 ) 5s )(1s (s ) 1s (10) s (G +-+=) 1241) (++=s s s G ) (a s s k +
A. 允许的峰值时间 B. 允许的超调量
C. 允许的上升时间 D. 允许的稳态误差
18. ,则它的开环增益为 ( ) A.10 B.2 C.1 D.5
19. 主导极点的特点是 ( ) 。
A. 距离虚轴很近 B. 距离实轴很近 C. 距离虚轴很远 D. 距离实轴很远
) 25(10 s s
第四章 根轨迹法
1.若根轨迹位于实轴上两个相邻的开环极点之间,则这两个极点之间必定存在
2.根轨迹图必对称于根平面的 __________。
3. 如果实轴上某一段右边的开环实数零点、 极点总个数为 _____________, 则这一段就是根 轨迹的一部分。
4.已知 -2+j 0点在开环传递函数为 G(s)H(s)= 的系统的根轨迹上,则该点对应的 k 值为 _________________。
5.确定根轨迹大致走向,用以下哪个条件一般就够了 ?( )
A. 特征方程 B. 幅角条件 C. 幅值条件 D. 幅值条件 +幅角条件
6.计算根轨迹渐近线倾角的公式为( )
7.根轨迹渐近线与实轴的交点公式为 ( )
8.开环传递函数 G(s)H(s)= ,其中 p2>z1>p1>0,则实轴上的根 轨迹为( )
A. (-∞ , -p2],[-z1,-p1] B.(- ∞, -p2] C.[-p1,+ ∞) D.*-z1,-p1]
9.实轴上根轨迹右端的开环实数零点、极点的个数之和为( )
A .零 B .大于零 C .奇数 D .偶数
10.当二阶系统的根分布在右半根平面时,系统的阻尼比 ξ为( )
A . ξ<0 b="" .="" ξ="0" c="" .="">0><ξ1 d="" .="" ξ="">1
11.当二阶系统的根分布在根平面的虚轴上时,系统的阻尼比为( )
A . ξ<0 b="" .="" ξ="0" c="" .="">0><><1 d="" .="">1>
12.开环传递函数为 , 其根轨迹的起点为
( )
A . 0, -3 B . -1, -2 C . 0, -6 D . -2, -4
) p s )(p s () z s (K 211+++) 35. 0(s ) 2s 5. 0)(1s 5. 0(k ) s (G +++=)
6() (+=s s K
s G
13.开环传递函数为 ,则根轨迹上的点为 ( )
A . -6+j B . -3+j C . -j D . j 14.设开环传递函数为 G(s)H(s)= ,其根轨迹渐近线与实轴 的交点为( )
A . 0 B .-1 C .-2 D .-3 15.开环传递函数为 的根轨迹的弯曲部分轨迹 是( )
A .半圆 B .整圆 C .抛物线 D .不规则曲线 16.开环传递函数为 ,其根轨迹渐近线与实轴的交 点为( )
A . -5/3 B . -3/5 C . 3/5 D . 5/3
17. 设开环传递函数为 G(s)= , 在根轨迹的分离点处, 其对应的 k 值应为 ( ) A . 1/4 B . 1/2 C . 1 D . 4
第五章 频率分析法
1.线性定常系统在正弦信号输入时,稳态输出与输入的相位移随频率而变化的函数关系称 为 __________。
2. 积分环节的幅相频率特性图为 而微分环节的幅相频率特性图为 。
3.一阶惯性环节 G(s)=1/(1+T s) 的相频特性为 ψ(ω)=__,比例微分环 节 G(s)=1+T s 的相频特性为 ψ(ω)=_____ __________。
4、当输入为正弦函数时,频率特性 G(jω)与传递函数 G(s)的关系为
5、当乃氏图逆时针从第二象限越过负实轴到第三象限去时称为
6.利用代数方法判别闭环控制系统稳定性的方法有 ____________和赫尔维茨判据两种。
7.设系统的频率特性为,则称为 。
8. ω从 0变化到 +∞ 时,惯性环节的频率特性极坐标图在 ___________象限,形状为 ___________圆。
9.频率特性可以由微分方程或传递函数求得,还可以用 ___________方法测定。 10. 0型系统对数幅频特性低频段渐近线的斜率为 ______dB/dec,高度为 20lgKp 。
11.型系统极坐标图的奈氏曲线的起点是在相角为 ______的无限远处。
12.积分环节的对数幅频特性曲线是一条直线,直线的斜率为 _______dB/dec 。
13. 惯性环节 G(s)=1/(Ts+1)的对数幅频渐近特性在高频段范围内是一条斜率为-20dB /dec , 且与 ω轴相交于 ω=_______________的渐近线。
14.设积分环节的传递函数为 G(s)=K/s,则其频率特性幅值 M(ω)=( )
A. K/ω B . K/ω2 C. 1/ω D. 1/ω2
15.二阶振荡环节的相频特性 ψ(ω),当时 ω→ ∞ ,其相位移 ψ(ω)为 ( )
A . -270° B. -180° C . -90° D . 0°
16、 设开环系统频率特性 G (jω)= , 当 ω=1rad/s时, 其频率特性幅值 A (1)=( )
17. ω从 0变化到 +∞ 时,延迟环节频率特性极坐标图为( ) 。
A. 圆 B. 半圆 C. 椭圆 D. 双曲线
18.比例环节的频率特性相位移( ) 。
A.0° B.-90° C.90° D.-180°
19.若系统的开环传递函数为 则它的开环增益为 ( ) ) 3)(2() 1(+++s s s s k ) 2() 5() () (++=s s s k s H s G ) 106)(1() () (2++-=s s s k s H s G ) 1(+s s k 3) 1/(4ωj +2) (5
10+s s
A.10 B.2 C.1 D.5
20.为了保证系统稳定,则闭环极点都必须在( )上。
A. s 左半平面 B. s 右半平面 C. s 上半平面 D. s 下半平面
21.设某系统的传递函数 G(s)=10/(s+1),则其频率特性的实部( )
22.下列判别系统稳定性的方法中,哪一个是在频域里判别系统稳定性的判据( ) 。
A. 劳斯判据 B. 赫尔维茨判据 C. 奈奎斯特判据 D. 根轨迹法
23.一阶惯性系统 的转角频率指 ω= ( )
A.2 B.1 C.0.5 D.0
24. 已知某单位负反馈系统的开环传递函数为 G(s)= , 则相位裕量 γ的 值为( )
A . 30° B . 45° C . 60° D. 90°
25. 设单位负反馈控制系统的开环传递函数 G (s ) = , 其中 K >0, a >0, 则闭环控制系统的稳定性与 ( )
A. K 值的大小有关 B. a 值的大小有关 C. a 和 K 值的大小无关 D. a 和 K 值的大小有关
26.设某闭环传递函数为 ,则其频带宽度为( )
A . 0~10rad /s B . 0~5rad /s C . 0~1rad /s D . 0~0.1rad /s
27、 在用实验法求取系统的幅频特性时, 一般是通过改变输入信号的相位来求得输出信号的 幅值。 ( )
28、 已知系统为最小相位系统,则一阶惯性环节的相频变化范围为 .0→-90°。 ( )
29、一般为使系统有较好的稳定性 , 希望相位裕量 γ为 30?~60?。 ( )
21) (+=s s G
第六章 线性系统的校正
1.滞后校正装置最大滞后角的频率
2. PI 控制器是一种相位 ___________的校正装置。
3.滞后 — 超前校正装置奈氏图的形状为一个 ______。
4.根轨迹与虚轴相交,表明系统的闭环特征方程根中有 ________。
5.从相位考虑, PD 调节器是一种 ________校正装置。
6.串联校正装置可分为超前校正、滞后校正和 __________。
7.就相角而言, PI 调节器是一种 _______________校正装置。
8. 超前校正装置的主要作用是在中频段产生足够大的 _____________, 以补偿原系统过大的 滞后相角。
9.采用无源超前网络进行串联校正时,整个系统的开环增益会下降 a 倍。 ( )
10. 滞后校正网络具有低通滤波器的特性, 因而当它与系统的不可变部分串联相连时, 会使 系统开环频率特性的中频和高频段增益降低和截止频率减小。 ( )
1.超前校正装置的最大超前相角可趋近( )
A .-90° B .-45° C . 45° D . 90°
2.在串联校正中,校正装置通常( )
A .串联在前向通道的高能量段 B .串联在前向通道的低能量段
C .串联在反馈通道的高能量段 D .串联在反馈通道的低能量段
3.滞后 —— 超前校正装置的相角是,随着的增大( )
A. 先超前再滞后 B. 先滞后再超前
C. 不超前也不滞后 D. 同时超前滞后
4.滞后 — 超前校正装置的奈氏曲线为 ( )
A. 圆 B. 上半圆 C. 下半圆 D.45°弧线
5.滞后校正装置的最大滞后相位趋近( )
A.-90° B. -45° C.45° D.90° 6.某串联校正装置的传递函数为 Gc(S)=K (0<><1),则该装置是( )="" a.="" 超前校正装置="" b.="" 滞后校正装="" c.="" 滞后="" ——="" 超前校正装置="" d.="" 超前="" ——="">1),则该装置是(>
7.某串联校正装置的传递函数为 ,该校正装置为
( )
A .滞后校正装置 B .超前校正装置 C .滞后 — 超前校正装置 D .超前 — 滞后校正装置
8.在实际中很少单独使用的校正方式是( )
S S T 1T 1+β+1, Ts 1Ts 1>β+β+
A .串联校正 B .并联校正 C .局部反馈校正 D .前馈校正
9.滞后校正装置的最大滞后相角可趋近( )
A . -90° B . -45° C . 45° D . 90° 10.对超前校正装置 ,当 φm=38°时, β值为( ) A . 2.5 B . 3 C . 4.17 D . 5
Ts Ts s G c ++=11) (β
范文三:自动控制原理
目录
一、整套电气控制实训装置中用到了那些种类的断路开关,总结它们的各自的基本构成、
工作原理、电气符号、用途是什么? ............................................ 1
(一)低压断路器 ........................................................ 1
(二)漏电保护断路器 .................................................... 2
二、电气、控制实训装置中的行程开关、限位开关在哪里,他们是如何工作的? ...... 3
三、电器控制实训装置中温度检测、物料检测是怎样实现的? ...................... 4
四、整套电器控制实训装置中用到了那些种类的继电器、接触器,总结他们的各自基本构
成、工作原理、电器符号、用途是什么? ........................................ 4
(一)中间继电器 ........................................................ 4
(二)热继电器 .......................................................... 6
(三)交流接触器 ........................................................ 7
五、电器元件布局有哪些讲究? ................................................ 8
六、总结变频器的工作原理、用途;变频器在本实训装置中是怎样控制搅拌电机动作的?
............................................................................ 9
(1)变频器的工作原理 ................................................... 9
(2)变频器的用途 ....................................................... 9
(3)变频器的控制方式; .................................................. 9
七、分析第2张、第3张、第5张原理图 ....................................... 11
(1)第二张: .......................................................... 11
(2)第三张: .......................................................... 11
一、整套电气控制实训装置中用到了那些种类的断路开关,总结它们的各自的基本构成、工作原理、电气符号、用途是什么?
在本次电气控制实训装置中用到了以下断路器:
(一)低压断路器
1、 低压断路器的基本构成
(1)主触点
(2)自由脱扣机构
(3)过电流脱扣器
(4)分励扣器脱
(5)热脱扣器
(6)欠电压脱扣器
(7)停止按钮
2、 低压断路器的工作原理
1) 断路器作合、分电路时,依靠扳动其手柄或采用电动机操作机构使动、静
触头闭合或断开。
2) 在正常情况下,触头能接通和分断电流;当出现过载时,通过热继电器或
双金属元件受热变形、弯曲,使锁扣脱扣,使断路器跳闸;当出现短路时,一定
值的短路电流会使短路脱扣器动铁心被吸合,带动断路器分断。
3) 要远距离控制断路器可采用分励脱扣器,分励脱扣器通电时,其衔铁被吸
合, 带动断路器分断。
4) 在出现各种故障时,动、静触头分断,触头之间产生强烈的电弧。灭弧室
内的铁质栅片被磁化,产生吸力,把电弧引向灭弧室,将电弧分隔成短弧,利用
铁栅片对电弧的冷却,以提高电弧电阻和电弧电压,将电弧熄灭。 低压断路器的作用 一般作用:保护配电线路;保护电动机和照明线路;保护人身安全;防止火灾、爆炸事故的发生;保护财产(设备)安全。
3、 低压断路器的电器符号
4、 低压断路器的用途
一般作用:保护配电线路;(1)保护电动机和照明线路。(2)保护人身安全;防止火灾、爆炸事故的发生。(3)保护财产(设备)安全。
具体作用主要有: (1)在正常情况下,做不频繁合、分电路或启动、停止电动机。
(2)当线路或电动机发生过载、短路或欠电压等故障时,能自动切断电路,予以保护。
(二)漏电保护断路器
1、 漏电保护断路器的基本构成
漏电保护断路器的主要部件是个磁环感应器,火线和零线采用并列绕法再磁环上缠绕
几圈,在次换有个次级线圈当同一相的
零线或者火线再正常工作时,电流产生
的磁通正好抵消,在次级线圈就不会产
生感应电动势,如果有一根线漏电则零
线和火线的电流不相等产生的磁通量
不能抵消次级线圈产生感应电动势通
过电磁铁使得断路器动作切断线路实
现跳闸。
2、 漏电保护断路器的工作原理
电路中漏电电流超过预定值时能自动动作的开关。常用的漏电断路器分为电压型和电流型两类,而电流型又分为电磁型和电子型两种。
电磁式漏电保护器。主要由高导磁材料制造的零序电流互感器、漏电脱扣器和带有过载及短路保护的断路器组成。在被保护电路有漏电或人体触电时,只要漏电(或触电)电流达到漏电动作电流值,零序电流互感器的二次绕组就输出一个信号,并通过漏电脱扣器使断路器在0.1s内切断电源,从而起到漏电和触电保护作用。
3、 漏电保护断路器的电气符号
4、 漏电保护断路器的用途
防止电气设备和线路等漏电引起人身触电事故,它能够在设备漏电、外壳呈现危险的对地电压自动切断电源。
二、电气、控制实训装置中的行程开关、限位开关在哪里,他们是如何工作的?
行程开关,位置开关(又称限位开关)的一种,是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路,达到一定的控制目的。通常,这类开关被用来限制机械运动的位置或行程,使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。
在本实训设备中用到了TZ-8111行程开关包括SL71(开盖行程限制)和SL72
(合
盖行程限制)分别位于盖子刚好开启和刚好合住的位置上,当盖子接触到两个行程开关中的一个时,行程开关动作使得开盖电机停止运行。这样使得盖子在两个行程开关之间运行。
三、电器控制实训装置中温度检测、物料检测是怎样实现的?
(1)温度检测
PT100 是一个温度传感器,是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200℃ 至 650℃ 的范围。 电阻式温度检测器(RTD,Resistance Temperature Detector)是一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻系数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度检测器是以金属作成的,其中以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,最为稳定-耐酸碱、不会变质、相当线性...,最受工业界采用。 PT100 温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数, 其电阻和温度变化的关系式如下:R=Ro(1+α T) 其中α =0.00392,Ro 为100Ω (在0℃ 的电阻值),T 为摄氏温度。因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。
(2)物料检测
如果料筒内有物料时,我们需要自动启动加热器,并且要求启动30秒停止30秒,温度达到40℃时,自动停止加热器。通过这种方式来实现一个小型自动头,给系统供电;将选择开关SA52和SA53打到ON位置; 1.接通主电源:按顺序闭合QF01,QF02,QF03,QF04,QF05,QM31。 2.接通后中间继电器KA51上电,其常开接点KA51闭合,QM31闭合,中间继电器KA92未上电,其常闭接点KA92闭合。若搅拌刀片在定轴位置,则中间继电器KA136上电,其常开接点KA136闭合,否则无法启动。 3.将转换开关SA81打到AUTO位置。
四、整套电器控制实训装置中用到了那些种类的继电器、接触器,总结他们的各自基本构成、工作原理、电器符号、用途是什么?
(一)中间继电器
实训装置中用到的继电器如下表:
1、 中间继电器的主要构造及工作原理
电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两端加上一定的电压,线圈中就会流过一定的电流,从而产生电磁效应,衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯,从而带动衔铁的动触点与静触点(常开触点)吸合。当线圈断电后,电磁的吸力也随之消失,衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置,使动触点与原来的静触点(常闭触点)吸合。这样吸合、释放,从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点,可以这样来区分:继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点,称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。
电气文字符号(KA)
电气图形符号如左图
2、 中间继电器的用途
①代替小型接触器
中间继电器的触点具有一定的带负荷能力,当负载容量比较小时,可以用来替代小型接触器使用,比如电动卷闸门和一些小家电的控制。这样的优点是不仅可以起到控制的目
的,而且可以节省空间,使电器的控制部分做得比较精致。
②增加接点数量
这是中间继电器最常见的用法。在电路控制系统中一个接触器的接点A需要控制多个接触器或其他元件时(图中接点A需要控制一个接触器,两个指示灯),一般不接成图1a的形式,因为这样不利于维修(有时一个接点容量也不够),而是在线路中增加一个中间继电器,不仅不会改变控制形式,而且便于维修。
③增加接点容量
我们知道,中间继电器的接点容量虽然不是很大,但也具有一定的带负载能力,同时其驱动所需要的电流又很小,因此可以用中间继电器来扩大接点容量。
④转换接点类型
在工业控制线路中,常常会出现这样的情况,控制要求需要使用接触器的常闭接点才能达到控制目的,但是接触器本身所带的常闭接点已经用完,无法完成控制任务。这时可以将一个中间继电器与原来的接触器线圈并联,用中间继电器的常闭接点去控制相应的元件,转换一下接点类型,达到所需要的控制目的。
⑤用作开关
在一些控制线路中,一些电器元件的通断常常使用中间继电器,用其接点的开闭来控制,如图4所示。
⑥转换电压
在工业控制线路控制线路中电压是DC24V。接触器KM2需控制电磁阀KT的通断,而电磁阀的线圈电压是AC220V。
⑦消除电路中的干扰
在工业控制或计算机控制线路中,虽然有各种各样的干扰抑制措施,但干扰现象还是或多或少地存在着。
(二)热继电器
1.热继电器的基本结构及工作原理
它由发热元件、双金属片、触点及一套
传动和调整机构组成。发热元件是一段阻值
不大的电阻丝,串接在被保护电动机的主电
路中。双金属片由两种不同热膨胀系数的金
属片辗压而成。图中所示的双金属片,下层
一片的热膨胀系数大,上层的小。当电动机
过载时,通过发热元件的电流超过整定电
流,双金属片受热向上弯曲脱离扣板,使常
闭触点断开。由于常闭触点是接在电动机的
控制电路中的,它的断开会使得与其相接的
接触器线圈断电,从而接触器主触点断开,
电动机的主电路断电,实现了过载保护。
电气文字符号(FR)
电气图形符号如左图
2.热继电器的用途
快速反应切除过载设备,防止过载造成的设备故障。
实训装置中用到的接触器如下:
(三)交流接触器
1.交流接触器主要构造
1) 电磁系统─铁心、吸引线圈和短路环。
2) 触头系统─主触头和辅助触头,还可按吸引线圈得电前后触头的动作状态,分常
开(动合)、常闭(动断)两类。
3) 消弧系统─在切断大电流的触头上装有灭弧罩,以迅速切断电弧。
4) 接线端子,反作用弹簧等。 接触器用以接通和分断负载。它与热过载继电器组合,
保护运行中的电气设备。它与继电控制回路组合,远控或联锁相关电气设备。
2.交流接触器工作原理
交流接触器利用主接点来开闭电路,用辅助接点来导通控制回路。主接点一般是
常开接点,而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点,小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点,由银钨合金制成,具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。交流接触器动作的动力源于交流通过带铁芯线圈产生的磁场,电磁铁芯由两个「山」字形的幼硅钢片叠成,其中一个固定铁芯,套有线圈,工作电压可多种选择。为了使磁力稳定,铁芯的吸合面加上短路环。交流接触器在失电后,依靠弹簧复位。另一半是活动铁芯,构造和固定铁芯一样,用以带动主接点和辅助接点的闭合断开。20安培以上的接触器加有灭弧罩,利用电路断开时产生的电磁力,快速拉断电弧,保护接点。接触器具可高频率操作,做为电源开启与切断控制时﹐最高操作频率可达每小时1200次。接触器的使用寿命很高﹐机械寿命通常为数百万次至一千万次,电寿命一般则为数十万次至数百万次。
3.交流接触器电气符号
4.交流接触器用途
交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路,用辅
助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点,而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点,小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。 交流接触器的接点,由银钨合金制成,具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。
五、电器元件布局有哪些讲究? 一般来说各个电器元件都有要求,从左向右,从上到下,按照电路电气元件的顺序安装,通常接线排在最下面。遇到变压器或电抗器等较沉的电器元件,要放在电柜底部。例如接触器、变频器、PLC、断路器它们都有安装要求你可以参照电器元件的说明书给各个元件定位确定安装方式;至于走线要本着强电和弱电尽量分开,特别是要求高的得做好屏蔽接地,通讯线受外界影响比较明显所以更得考虑好,还有就是受电磁干扰明显的尽量不要靠近线圈变频器。
电磁辐射是任何电器都会存在的,而强电的电磁辐射影响大于弱电的电磁辐射, 所以在实际应用中,往往会出现弱电信号、通讯信号不稳定的情况(大多是被周围的电磁辐射干扰所致)。变频器产生的是高次谐波干扰,这是干扰源里比较强烈的一种,它对弱电信号的干扰更猛烈。所以,在主电气柜内,如果既有强电设备又有弱电设备时,一定要注意用电设备的合理布局,以最大限度的消除干扰的影响。
变频器的干扰一般分为变频器自身干扰、外界设备产生的电磁波对变频器干扰、变频器对其它弱电设备干扰三类情况。变频器本身就是一个干扰源,众所周知,变频器由主回路和控制回路两大部分组成,变频器主回路主要由整流电路、逆变电路、控制电路组成,其中整流电路和逆变电路由电力电子器件组成,电力、电子器件具有非线性特性,当变频器运行时,它要进行快速开关动作,因而产生高次谐波,这样变频器输出波形除基波外还含有大量高次谐波。无论是哪一种干扰类型,高次谐波是变频器产生干扰的主要原因。变频器本身就是谐波干扰源,所以对电源侧和输出侧的设备会产生影响。与主回路相比,控制回路却是小能量、弱信号回路,极易遭受其它装置产生的干扰。
干扰的解决办法一般分为以下几种:
1.容易受影响的设备,应尽量远离变频器安装;
2.容易受影响的信号线,应尽量远离变频器和它的输入输出线;
3.避免信号线和动力线平行布线或成束布线;
4.在变频器的输入输出侧分别加装线性滤波器(一般变频器厂家均已加装),可以抑制电线的辐射噪声;
5.动力电缆尽量使用铠装电缆并且越短越好,信号电缆尽量使用屏蔽电缆,如果分别套入金属管,效果更好;
6.保护接地PE(电源地)越短越好,并且保证接地良好。
7.功能接地TE(信号地)不要与PE混接,并且近端接地,远端悬空。
根据主电气柜内的用电设备的不同作用、主回路上进下出的原则、考虑干扰的影响以及使用操作的方便程度,一般来说,柜内设备的布局自上而下应该是:断路器、接触器、热继电器、中间继电器,变频器。如果有弱电设备,那么弱电设备尽量放在断路器的右侧和断路器并排放置,尽量远离变频器。
在布线时,动力电缆从左侧布置,弱电电缆从右侧布置。
六、总结变频器的工作原理、用途;变频器在本实训装置中是怎样控制搅拌电机动作的?
(1)变频器的工作原理
我们知道,交流电动机的同步转速表达式为: n=60 f(1-s)/p (1) 式中 n=异步电动机的转速; f=异步电动机的频率; s=电动机转差率; p=电动机极对数。 由式
(1)可知,转速n与频率f成正比,只要改变频率f即可改变电动机的转速,当频率f在0~50Hz的范围内变化时,电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
我们知道,交流电动机的同步转速表达式为: n=60 f(1-s)/p (1) 式中 n=异步电动机的转速; f=异步电动机的频率; s=电动机转差率; p=电动机极对数。 由式
(1)可知,转速n与频率f成正比,只要改变频率f即可改变电动机的转速,当频率f在0~50Hz的范围内变化时,电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的,是一种理想的高效率、高性能的调速手段。
(2)变频器的用途
我国电网的频率是50Hz,交流电机的工作频率也是这个数值,且交流电机的转速,在极数固定的前提下,取决于频率。在允许的范围内,频率越高,转速越高,反之亦然。通常的交流电机都是固定转速运转,这就极大的限制了它的用途。很多需要改变转速的场合,就很难适合。变频器不仅仅是改变电机的转速,因为转速的下降,势必带来力矩的改变,所以变频器借助现代电子技术,在功能上得以更加完善,他已经是工业上必不可少的设备,被广泛采用。
(3)变频器的控制方式;
低压通用变频输出电压为380~650V,输出功率为0.75~400kW,工作频率为0~400Hz,它的主电路都采用交变直变交电路。其控制方式经历了以下几代。
1) U/f=C的正弦脉宽调制(SPWM)控制方式
其特点是控制电路结构简单、成本较低,机械特性硬度也较好,能够满足一般传动的平滑调速要求,已在产业的各个领域得到广泛应用。但是,这种控制方式在低频时,由于
输出电压较低,转矩受定子电阻压降的影响比较显著,使输出最大转矩减小。另外,其机械特性终究没有直流电动机硬,动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意,且系统性能不高、控制曲线会随负载的变化而变化,转矩响应慢、电机转矩利用率不高,低速时因定子电阻和逆变器死区效应的存在而性能下降,稳定性变差等。因此人们又研究出矢量控制变频调速。
2) 空间矢量(SVPWM)控制方式
它是以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的,一次生成三相调制波形,以内切多边形逼近圆的方式进行控制的。经实践使用后又有所改进,即引入频率补偿,能消除速度控制的误差;通过反馈估算磁链幅值,消除低速时定子电阻的影响;将输出电压、电流闭环,以提高动态的精度和稳定度。但控制电路环节较多,且没有引入转矩的调节,所以系统性能没有得到根本改善。
3) 矢量控制(VC)方式
矢量控制变频调速的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia、Ib、Ic、通过三相-二相变换,等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换,等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1、It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流),然后模仿直流电动机的控制方法,求得直流电动机的控制量,经过相应的坐标反变换,实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机,分别对速度,磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链,然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量,经坐标变换,实现正交或解耦控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义。然而在实际应用中,由于转子磁链难以准确观测,系统特性受电动机参数的影响较大,且在等效直流电动机控制过程中所用矢量旋转变换较复杂,使得实际的控制效果难以达到理想分析的结果。
4) 直接转矩控制(DTC)方式
1985年,德国鲁尔大学的DePenbrock教授首次提出了直接转矩控制变频技术。该技术在很大程度上解决了上述矢量控制的不足,并以新颖的控制思想、简洁明了的系统结构、优良的动静态性能得到了迅速发展。目前,该技术已成功地应用在电力机车牵引的大功率交流传动上。直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型,控制电动机的磁链和转矩。它不需要将交流电动机等效为直流电动机,因而省去了矢量旋转变换中的许多复杂计算;它不需要模仿直流电动机的控制,也不需要为解耦而简化交流电动机的数学模型。
5) 矩阵式交变交控制方式
VVVF变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频都是交变直变交变频中的一种。其共同缺点是输入功率因数低,谐波电流大,直流电路需要大的储能电容,再生能量又不能反馈回电网,即不能进行四象限运行。为此,矩阵式交变交变频应运而生。由于矩阵式交变交变频省去了中间直流环节,从而省去了体积大、价格贵的电解电容。它能实现功率因数为l,输入电流为正弦且能四象限运行,系统的功率密度大。该技术目前虽尚未成熟,但仍吸引着众多的学者深入研究。其实质不是间接的控制电流、磁链等量,而是把转矩直接作为被控制量来实现的。具体方法是: (1)控制定子磁链引入定子磁链观测器,实现无速度传感器方式; (2)自动识别(ID)依靠精确的电机数学模型,对电机参数自动识别; (3)算出实际值对应定子阻抗、互感、磁饱和因素、惯量等算出实际的转矩、定子磁链、转子速度进行实时控制; (4)实现Band变Band控制按磁链和转矩的Band变Band控制产生PWM信号,对逆变器开关状态进行控制。矩阵式交变交变频具有快速的转矩响应(
七、分析第2张、第3张、第5张原理图
(1)第二张:
按标号插上航空插头,将系统各部分连接;插上外部进线插头,给系统供电;将选择开关SA52和SA53打到ON位置;1.接通主电源:按顺序闭合QF01,QF02,QF03,QF04,QF05,QM31。 2.接通后中间继电器KA51上电,其常开接点KA51闭合,QM31闭合,中间继电器KA92未上电,其常闭接点KA92闭合。若搅拌刀片在定轴位置,则中间继电器KA136上
电,其常开接点KA136闭合,否则无法启动。 3.将搅拌机转换开关SA91打到AUTO位置。
(2)第三张:
执行机构上的旋钮SA61处于AUTO位置,开盖器处于打开位置,按下PLC控制柜上的按钮SB122,开盖器自动关闭。当检测到开盖器关到位,开盖电机停止,搅拌电机自91 动启动,进行物料搅拌。当搅拌过程中,按下PLC控制柜上的按钮SB121,搅拌电机自动降速。检测到刀片位置时,搅拌电机停止,开盖器自动打开。当检测到开盖器开到位,开盖电机停止,过程结束。
范文四:自动控制原理
基本资料
自动控制原理
作者: 卢京潮主编
出版社:
出版年: 2009.08
页数:
定价: CNY40.00
装帧:
ISAN:
内容简介
本书比较全面、系统地介绍了自动控制理论的基本内容和控制系统的分析、校正及综合设计方法。全书分为8章。
书??目:
举报失效目录
超星
第1章 自动控制的一般概念
1.1引言
1.2自动控制理论发展概述
1.3自动控制和自动控制系统的基本概念
1.4自动控制系统的基本组成
第2章 控制系统的数学模型
2.1引言
2.2控制系统的时域数学模型
2.3控制系统的复域数学模型
第3章 线性系统的时域分析与校正
3.1概述
3.2一阶系统的时间响应及动态性能
第4章 根轨迹法
4.1根轨迹法的基本概念
4.2绘制根轨迹的基本法则
第5章 线性系统的频域分析与校正
5.1频率特性的基本概念
5.2幅相频率特性(Nyquist图)
第6章 线性离散系统的分析与校正
6.1离散系统
6.2信号采样与保持
6.3 z变换
第7章 非线性控制系统分析
7.1非线性控制系统概述
7.2相平面法
第8章 控制系统的状态空间分析与综合
8.1控制系统的状态空间描述
8.2线性系统的运动分析
附录
A拉普拉斯变换及反变换
B常见的无源及有源校正网络
C综合练习题
D习题答案
参考文献
1
范文五:自动控制原理
目 录
第一章 自动控制原理实验 ............................................................................................. 1 实验一 典型环节模拟方法及动态特性 ................................................................... 1 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八 第二章 第一节 第二节
典型二阶系统的动态特性.............................................................................. 4 典型调节规律的模拟电路设计及动态特性测试 .............................. 6 调节系统的稳态误差分析.............................................................................. 8 三阶系统模拟电路设计及动态特性和稳定性分析....................... 10 单回路系统中的PI调节器参数改变对系统稳定性影响 .......... 12 典型非线性环节的模拟方法 ...................................................................... 14 线性系统的相平面分析 ................................................................................. 16 控制理论实验箱及DS3042M(40M)示波器简介 .......................... 18 自动控制理论实验箱的简介 ...................................................................... 18 数字存储示波器简介 ...................................................................................... 19
第一章 自动控制原理实验 实验一 典型环节模拟方法及动态特性
一、实验目的
1、掌握比例、积分、实际微分及惯性环节的模拟方法。
2、 通过实验熟悉各种典型环节的传递函数和动态特性。
二、实验设备及器材配置
1、自动控制理论实验系统。 2、数字存储示波器。 3、数字万用表。 4、各种长度联接导线。
三、实验内容
分别模拟比例环节、积分环节、实际微分环节、惯性环节,输入阶跃信号,观察变化情况。 1、比例环节
实验模拟电路见图1-1所示
传递函数:
V0R
??2??K
VIR1
阶跃输入信号:2V 实验参数:
(1) R1=100K R2=100K (2) R1=100K R2=200K 2、积分环节
实验模拟电路见图1-2所示
传递函数:
VO1
,其中TI
??
VITIS
阶跃输入信号:2V
实验参数:
(1) R=100K C=1μf
(2) R=100K C=2μf
3、实际微分环节
实验模拟电路见图1-3所示
VOTS
??DK VI1?TDS
R
其中 TD=R1C K=2
R1
传递函数:
阶跃输入信号:2V 实验参数:
(1) R1=100K R2=100K (2)R1=100KR2=200K C=1μf 4、惯性环节
实验模拟电路见图1-4所示 传递函数:
R
VOK ??
VITS?1R2
其中 T=R2C K= R1阶跃输入:2V 实验参数:
(1) R1=100K R2=100K C=1μf (2) R=100K R2=100K C=2μf
四、实验步骤
1、熟悉实验设备并在实验设备上分别联接各种典型环节。
2、利用实验设备完成各种典型环节的阶跃特性测试,并研究参数改变对典
型环节阶跃特性的影响。绘出响应曲线。
3、分析实验结果,完成实验报告。
实验二 典型二阶系统的动态特性
一、实验目的
1、学习和掌握二阶系统动态性能指标的测试方法 2、了解二阶系统动态指标和阻尼比的关系。
3、研究二阶系统参数改变对系统动态性能和稳定性的影响
二、实验设备及器材配置
1、自动控制理论实验系统。 2、数字存储示波器。 3、数字万用表。 4、各种长度联接导线。
三、实验内容
观测二阶系统的阶跃响应曲线,测出其超调量和调节时间,并研究其参数变化对动态性能和稳定性的影响。
1、典型二阶系统的模拟电路图:
2、典型二阶系统的方块图:
Vo
方块图中的具体参数请同学自己算出并填进去 3、实验参数:
4、输入信号信号:2V
四、实验步骤:
1、按典型二阶系统的模拟电路图在实验设备上接好线,分别观察各组参数的阶跃响应曲线,并记录响应曲线。
2、计算各组参数的阻尼比、超调量、调整时间和衰减率的值,并填写下表。 3、总结二阶系统动态指标和阻尼比的关系。 4、分析实验结果、完成实验报告。
实验三 典型调节规律的模拟电路设计及动态特性测试 一、实验目的
1、学习和掌握实现P、PI、PD、PID调节规律。
2、了解P、PI、PD、PID调节规律的动态特性及参数变化对动态特性的
影响。
3、学习用模拟电路来实现PID的实现方法。
二、实验设备及器材配置
1、自动控制理论实验系统。 2、数字存储示波器。 3、数字万用表。 4、各种长度联接导线。
三、实验内容
1、P调节器
实验模拟电路见图3-1所示 实验参数 :
(1) R2 = 100K R1 = 100K (2) R2 = 200K R1 = 100K 2、PI调节器
实验模拟电路见图3-2所示 实验参数:
(1) R2 = 200K R1 = 200K
C = 2μF
(2) R2 = 200K R1 = 100K
R
C = 2μF
3、PD调节器
实验模拟电路见图3-3所示 实验参数 : (1) R1 = 100K R
2
R
= 200K
R3 = 200K C = 1μF (2) R1= 100K R
2
= 100K
R3= 200K C = 1μF 4、PID调节器
实验模拟电路见图3-4所示 实验参数 : (1)R1 = 33K R
2
R
C
R
= 200K
VI R3= 200K
C1= 1μF C2 = 2μF (2)R1= 33K R
2
3C1= 1μF C2= 2μF
5、设计一个由理想微分组成的PID调节器,绘出模拟电路图,选取设计参数,求出传递函数。
四、实验步骤
1、分别连接各种调节规律实验模拟电路,输入信号2V。 2、完成各种调节规律的阶跃特性测试,绘出响应曲线。 3、写出各种调节规律的传递函数。 4、分析实验结果,完成实验报告。
实验四 调节系统的稳态误差分析
一、实验目的
1、了解系统的稳定误差和输入信号的形式(如阶跃信号、斜坡信号)的关
系。
2、熟悉系统类型(0型、1型)和开环放大倍数K之间的联系。
二、实验设备及器材配置
1、自动控制理论实验系统。 2、数字存储示波器。 3、数字万用表。 4、各种长度联接导线。
三、实验内容
1、0型系统
0型系统的模拟电路见图4-1所示
0型系统的开环传递函数:
K
3
(TS?1)
其中 K=
R
T=100K?×C 注意 :电阻、电容的单位
100K?
实验参数:
(1) R=100K C=1μf或10μf (2) R=510K C=1μf或10μf 2、1型系统
1型系统的模拟电路图,是把4-1所示的0型系统模拟电路中的3个惯性环节当中的任意一变成积分环节即可。
1型系统的开环传递函数:其中 K=
K
2
TIS(TS?1)
R
TI=100K?×C T=100K?×C
100K?
注意 :电阻、电容的单位
实验参数:
(1) R=50K C=1μf或10μf (2) R=100K C=1μf或10μf 3、输入信号分两类: (1)阶跃信号。 (2)斜坡信号。
四、实验步骤:
1、分别连接0型系统和1型系统实验模拟电路。
2、分析从V01和V02输出的区别。 3、记录实验结果并绘出实验曲线。
4、把稳态误差的计算值和实际值的结果进行比较。 5、分析实验结果,完成实验报告。
实验五 三阶系统模拟电路设计及动态特性和稳定性分析 一、实验目的
1、学习和掌握三阶系统动态性能指标的测试方法
2、研究三阶系统参数改变对系统动态性能和稳定性的影响。 3、根据系统的开环传递函数设计其模拟电路。
二、实验设备及器材配置
1、自动控制理论实验系统。 2、数字存储示波器。 3、数字万用表。 4、各种长度联接导线。
三、实验内容
观察三阶系统的阶跃响应,测出其超调量和调节时间,并研究参数变化对其动态性能和稳定性的影响。
1、三阶系统的模拟电路图:
2、三阶系统的开环传函数:
K
S(0.1S?1)(0.51S?1)
其中K=
510K?
注意电阻单位用千欧 RX
3、已知一系统的开环传递函数为:
G(S)H(S)=
K
2
S(0.1S?1)
由给出的系统开环传递函数设计出该闭环系统的模拟电路,求出该系统稳定情况下K的取值范围。
三、实验步骤
1、写出系统的特征方程。 2、根据劳斯判据求出:
(1)系统稳定情况下的RX取值范围。 (2)系统临界稳定情况下的RX取值范围。 (3)系统不稳定情况下的RX取值范围。 3、按照三阶系统的模拟电路及RX的值排好题。 4、分别绘出实验曲线。
5、分析实验结果,完成实验报告。
实验六 单回路系统中的PI调节器参数改变对系统稳定性影响 一、实验目的
1、以四阶惯性对象为例,由边界稳定条件整定PI调节器的参数,了解整
定过程。
2、在单回路调节系统中,观察δ和Ti变化对调节系统的影响。
二、实验设备及器材配置
1、自动控制理论实验系统。 2、数字存储示波器。 3、数字万用表。 4、各种长度联接导线。
三、实验内容
实验模拟电路图;
VI
图中F为所加输入(扰动)信号,VI=0为给定值,Vo为被调量。
四、实验步骤
1、先把调节器设为纯比例调节器,其比例带δ1=-
R11
=-(即比例调节器KR2
放大倍的倒数)。
2、将该闭环系统投入运行,通过调节δ的大小使此系统处于临界稳定状态,求出此时的比例带(称临界比例带δ
K
)和临界振荡周TK。
K
3、由经验公式确定,衰减率为Φ=0.75时,PI调节器参数为δ=2.2δ
,TI=
TK/1.2,由此确定PI调节器中C、R1、R2的数值(将C取一定值),根据所确定的参数值,将该闭环系统投入运行,测取扰动F=2V时的响应曲线。
3、在上述已整定的基础上,观察δ,TI改变对系统稳定性的影响。 (1)将δ减小或增大,TI不变,测取响应曲线。
(2)δ不变,将TI减小或增大,测取响应曲线。 4、分析实验结果,完成实验报告。
实验七 典型非线性环节的模拟方法
一、实验目的
1、了解并掌握典型非线性环节的静态特性。 2、了解并掌握典型非线性环节的模拟方法。
二、实验设备及器材配置
1、自动控制理论实验系统。 2、数字存储示波器。 3、数字万用表。 4、各种长度联接导线。
三、实验内容
1、具有继电特性的非线性环节
继电特性的参数由双向稳压管的稳压值与后一级运放放大倍数之积决定。 2、饱和特性的非线性环节
饱和特性的饱和值等于双向稳压管的稳压值与后一级运放放大倍数之积,斜率等于两级放大倍数之积。 4、有死区特性的非线性环节
Vo
斜率为K=
RF
死区 Δ=R0
R2
×15 30
式中R2的单位为KΩ,且R2=R(实际死区还要考虑二极管的压降值)。 1
四、实验步骤:
1、将数字存储示波器工作在X~Y方式。
2、将数字存储示波器的通道1和通道2分别接在VI和VO上。 3、输入信号为正负斜坡信号。
4、利用实验设备,联接继电特性的非线性环节的模拟电路,完成该环节的
特性测试。
5、利用实验设备,联接饱和特性的非线性环节的模拟电路,完成该环节的
特性测试。
6、利用实验设备,联接死区特性的非线性环节的模拟电路,完成该环节的
特性测试。
7、分别绘出其特性曲线。分析实验结果,完成实验报告。
实验八 线性系统的相平面分析
一、实验目的
1、观察线性系统不同参数的相轨迹曲线。 2、加深相平面的基本概念的认识。
二、实验设备及器材配置
1、自动控制理论实验系统。 2、数字存储示波器。 3、数字万用表。 4、各种长度联接导线。
三、实验内容
1、线性系统实验模拟电路图:
VI
2、线性系统方块图:
Vo
3、实验参数:
(1)欠阻尼系统 R=500K C=1μf或10μf (2)过阻尼系统 R=50K C=1μf或10μF
4、输入信号:2V。
四、实验步骤:
1、将数字存储示波器工作在X~Y方式。 2、按照实验模拟电路图接好线。
3、将X和Y分别接在数字存储示波器的1通道和2通道,测取相平面图。 4、改变参数,再次测取相平面图。
5、分析实验结果,完成实验报告。
第二章 控制理论实验箱及DS3042M(40M)示波器简介 第一节 自动控制理论实验箱的简介
一、 系统的功能特点
1、支持《自动控制原理》的教学实验。
2、系统含有高阶电路模拟单元,可以根据教学实验需要进行灵活组合,构成各种典型环节与系统。
3、增加选件后,可以构成综合性很强的研究型高级实验系统。 二、系统的构成
自动控制理论实验主要由电源部分U1单元,信号源部分U2单元,与PC机进行通讯的数据采集部分U3单元,元器件部分U4单元,非线性部分U5~U7单元,模拟电路部分U8~U16单元组成。
1、电源部分U1单元,包括电源开关、保险丝、±5V、±15V、1.3V~15V可调电源。
2、信号源部分U2单元,可以产生周期方波信号、周期斜坡信号、抛物线信号和正弦信号,频率值可调。
3、U3单元为数据采集与处理模块,通过并行口可以与上位机PC进行通讯。 4、U4单元提供了实验所需的电容、电阻、电位器,另外提供了插接电路供放置自己选定大小的元器件。
5、U5~U7单元分别为典型的非线性环节模拟电路。
6、U8~U16为由运算放大器与电阻、电容等器件组成的模拟电路单元,由场效应管组成的电路用于锁零。 三、实验注意事项
1、实验前运算放大器需要调整零点。
2、运算放大器边上的锁零点G接线正确。不需要锁零点(即需要运算放大器
工作)时,请把G与-15V相连,锁零主要用于对电容充电后需要放电的场合,一般不需要锁零。
3、在设计和联接被控对象或系统的模拟电路时,要特别注意,实验箱上的运算放大器都是反相输入的,因此对于整个系统以及反馈的正负引出点是否正确都需要仔细考虑,必要时接入反相器。 4、把实际运算放大器看成是理想运算放大器。
第二节 数字存储示波器简介
一、
DS3042M(40M)数字存储示波器的简介
DS3042M(40M)数字存储示波器向用户提供简单而功能明晰的前面板,以进行所有的基本操作。各通道的表的标度和位置旋钮提供了直观的操作,完全符合传统仪器的使用习惯,使用者不必花大量的时间去学习和熟悉示波器的操作,即可熟练使用。为加速调整,便于测量,使用者可直接按【AUTO】键,立即获得适合的波形显现和档位设置。强大的触发和分析能力使其易于捕获和分析波形。单色液晶显示、和数学运算功能,便于使用者更快更清晰地观察和分析信号问题。
1、双通道,每通道带宽40M。
2、每通道16K的深度存储器。赋予更大的数据吞吐能力。 3、高清晰单色液晶显示系统,320×240分辨率。 4、单次采样100MSa/s,等效水平分辨率100ps。 5、自动波形、状态设置【AUTO】。 6、波形、设置存储和再现。
7、精细的UltraZoom功能,轻易兼顾波形细节与概貌。 8、自动测量多种波形参数。 9、自动光标跟踪测量功能。 10、自动校准。
11、多重波形数学运算功能。 12、边沿、视频触发功能。 13、中/英文菜单显示。
二、 DS3042M(40M)数字存储示波器常用功能的简要说明
DS3042M(40M)数字存储示波器前面板示意图
1、打开电源开关。仪器执行所有自检项目,并确认通过自检。
2、【AUTO】键为自动设置键,自动设定仪器各项控制值,以产生适宜观察的 输入信号显示。按此键示波器自动设定下列功能项目。 功能 设定 显示方式 Y—T 采样方式 等效采样 获取方式 普通
垂直耦合 根据信号调整到交流或直流
垂直“V/div” 调节至适当档位 垂直档位调节 粗调
带宽限制 关闭(即满带宽) 信号反相 关闭 水平位置 居中
水平“S/div” 调节到适当档位 触发类型 边沿
触发信源 自动检测到有信号输入的通道 触发耦合 直流 触发电平 中点设定 触发方式 自动
3、【RUN/STOP】键为运行/停止键,它是运行和停止波形采样。当处于运行状态时按此键即可进入停止状态,再按此键又进入运行状态。注意:在停止的状态下,对于波形垂直档位和水平时基可以在一定的范围内调整,相当于对信号进行水平或垂直方向上的扩展。
4、按【MENU1】键可以选择示波器的工作方式:根据操作菜单,按菜单操作键【2】可以选择示波器的工作方式为Y~T方式或X~Y方式。工作在Y~T方式下,Y轴(即垂直轴)显示电压量,X轴(水平轴)显示时间量;工作X~Y方式下,X轴(即水平轴)显示输入通道1电压量,Y轴(即垂直)显示输入通道2电压量。
注意:示波器在Y~T方式下可以应用任意采样速率获得波形。示波器在X~Y方式下只适用于通道1和通道2,一般情况下将采样率适当降低,可以得到较好显示效果的李沙育图形。
5、选择和关闭信号输入通道:按【CH1】或【CH2】键可以分别选择信号输入通道1(即CH1通道)或通道2(即CH2通道),系统显示CH1通道或CH2通道的操作菜单。其功能见下面说明:
功能菜单 设定 说明
耦合 交流 阻挡输入信号的直流成分。 直流 通过输入信号的交流和直流成分。
接地 断开输入信号。
带宽限制 打开 限制带宽至20MHZ,以减少显示噪音。 关闭 满带宽。
档位调节 粗调 粗调按1-2-5进制设定垂直灵敏度。
微调 在粗调设置范围内进一步细分,以改善分辨率。
探头 1X 根据探头衰减因数选取其中一个值,以保持垂
10X 尺读数准确。
100X 1000X
反相 打开 打开波形反向功能。 关闭 波形正常显示。
根据操作菜单,按菜单操作键【1】可以选择其耦合方式(交流、直流、接地),从自动控制原理课实验的内容来说一定要选择直流;按菜单操作键【2】可以选择其带宽限制(关闭、打开);按菜单操作键【3】可以选择其档位调节的设置(粗调、微调),一般情况下设置为粗调;按菜单操作键【4】可以选择其输入探头的率减系数(1X、10X、100、1000X),一般情况下设置为10X;按菜单操作键【5】可以选择其波形相位,反相(关闭、打开)。按【CH2】键可以选择信号输入通道2。其它设置选择同上。若希望关闭一个通道,首先,此通道必须在当前处于选中状态,然后按【OFF】键即可将其关闭。
6、【SCALE1】为垂直(即Y轴)档位调节旋钮,它是调节电压量程的,注意只有在示波器处于运行状态时,该选钮才能在全量程范围内进行调整。从
自动控制原理课实验的内容来说一般选取范围是在每格500mV~2V之间。
7、【SCALE2】为水平(即X轴)档位调节旋钮,它是调节时间量程的,注意只有在示波器处于运行状态时,该选钮才能在全量程范围内进行调整。从自动控制原理课实验的内容来说一般选取范围是在每格500ms~5s之间。 8、【STORAGE】为存储设置键,按下此键可以弹出存储设置操作菜单,根据操作菜单,按菜单操作键【1】可以选择波形存储或设置存储,要想存储波形一定要选择波形存储;按菜单操作键【3】可以选择波形位置(NO.1、NO.2、NO.3、NO.3、NO.4、NO.5),本示波器支持5组波形的存储;按菜单操作键【4】可以从指定的波形存储位置调出先前保存的波形;按菜单操作键【5】可以保存当前的波形到指定的存储位置。
9、【ACQUIRE】为采样设置键,按下此键可以弹出采样设置操作菜单,根据操作菜单,按菜单操作键【1】可以选择采样方式(实时采样、等效采样);按菜单操作键【2】可以选择采样触发方式(关闭、打开);按菜单操作键【3】可以选择余辉时间(10ms、25ms、50ms、? 、500ms),通过设置余辉时间可以调整波形显示持续的时间,以获得好的显示效果;按菜单操作键【4】就可以选择获取方式(普通、平均、峰值检测);按菜单操作键【5】就可以设置平均采样次数(2、4、8、? 、128),只有在打开平均采样方式的前提下,才能显示此项菜单。
10、【DISPLAY】为显示设置键,按下此键可以弹出显示设置操作菜单或屏幕设置操作菜单,按菜单操作键【1】就可以选择显示设置或屏幕设置操作菜单。(1)当选择显示设置时。按菜单操作键【3】可以选择显示类型(点、矢量),点就是直接显示采样点,矢量就是采样点之间通过连线的方式显示;按菜单操作键【4】就可以选择波形保持(关闭、无限),关闭就是关闭波形保持功能,无限就是记录点一直保持,直到波形保持功能被关闭;按菜单操作键【5】就可以选择网格(打开、关闭)。(2)当选择屏幕设置
时。按菜单操作键【3】可以选择屏幕风格(传统、现代),传统就是设置屏幕背景为黑色,现代就是屏幕背景为白色;按菜单操作键【4】可以增加屏幕显示对比度;按菜单操作键【5】可以减少屏幕显示对比度。
自动控制原理实验指导书 自控实验室
ξ1>0,则开环传递函数为g0(s)的原系统不是稳定的;而校正后系统h>