教案-驱动力控制系统教案(朱明zhubob)
一．复习（10＇）
ABS系统具有的故障自诊断功能
二教学过程（60＇）
一、概述
牵引力控制系统(TRC)也称为驱动力控制系统(TCS)或驱动防滑转控制系统(ASR)。
系统作用：
(1)在驱动过程中防止驱动车轮发生滑转，
(2)并在起步和加速时，根据路面情况给出一个最佳的驱动力。
(3)在湿滑路面上起步、加速或转向时，能提高车辆的稳定性。
TCS和ABS系统的关系：
(1)从控制车轮和路面的滑移率来看，采用了相同的技术，
(2)但两者所控制的车轮滑移方向是相反的。
(3)TCS系统与ABS系统常合在一起使用，构成行驶安全系统。
(4)TCS和ABS共用许多电子元件，用共同的系统部件来控制车轮的运动。
1．TCS的控制作用
汽车在冰雪路面上急加速或超车时，ASR的控制效果是很明显的。
在均匀的结冰路面上、压实的雪路和深雪路面上使用TCS和不用TCS装置的驱动力的比较，
在左右轮附着系数不同的路面上，使用TCS和不使用TCS装置的汽车加速性比较的结果。
2．滑转率的控制范围
所谓的汽车打“滑”，有两种情况：
一是汽车制动时车轮的滑移，ABS是防止制动时车轮抱死而滑移；
二是汽车驱动时车轮的滑转。TCS防止驱动车轮原地不动而不停地滑转。
驱动轮滑转：当汽车起步时，驱动轮不停地转动，汽车却原地不动。
TCS与ABC起作用时，二者的制动力与驱动力正好相反，
TRC防止驱动时车轮滑转的方法：
适当地控制驱动力，是TCS的作用。
将滑转率Vd控制在10％—30％范围之内，防滑效果较为理想。
3．牵引力控制装置的控制方式
1)发动机输出扭矩控制
发动机输出转矩改变：汽油机根据燃料喷射量、点火时间、节气门开度调整。
2)驱动轮制动控制
这种方法是对发生空转的驱动轮直接加以制动，反应时间最短。为使制动过程平稳，应缓慢升高制动压力。
制动控制方式的ASR的液压系统可分为两大类。
一类是TCS与ABS的整体结构。在ABS系统中增加电磁阀和调节器，从而增加了驱动控制功能。
另一类是在ABS的液压装置和轮缸之间增加TCS的液压装置，即为可变容积式。
3)防滑差速锁(LSD~LimitedSllpDifferential)控制
LSD能对差速器锁止装置进行控制，使锁止范围从0％变化到100％，因此有利于ABS的控制。
4)控制发动机与驱动轮之间的转矩
包括控制传动比和离合器，它能够在很多情况下帮助驾驶员控制车轮滑转。
5)综合控制
目前，大部分牵引力控制系统都是采用双重控制方式，即发动机输出转矩控制与驱动轮制动控制方式或发动机输出转矩控制与防滑差速锁控制方式。
4．牵引力控制装置与制动防抱死装置的比较
都具有对汽车滑移率的控制功能，但两者存在差异。
制动防抱死装置ABS与牵引力控制装置TCS的相同点：
各个国家在各种不同的车型上装备的驱动防滑系统TCS的结构和工作过程都不尽相同，但在以下几个方面基本相同：
(1) TCS可以由驾驶员通过ASR选择开关对其是否进入工作状态进行选择，在TCS进行防滑转调节时，TCS工作指示灯会自动点亮；如果通过TCS选择开关将TCS关闭，TCS关闭指示灯会自动点亮。
(2) TCS处于关闭状态时，副节气门将自动处于全开位置；TCS制动压力调
节装置也不会影响制动系统的正常工作。
(3)如果在TCS处于防滑转调节过程中，驾驶员跺制动踏板进行制动时，TCS 将会自动退出防滑转调节过程，而不影响制动过程的进行。
(4) TCS通常只在一定的车速范围内才进行防滑转调节，而当车速达到一定值以后(如120km／h或80km／h)，ASR将会自动退出防滑转调节过程。
(5) TCS在其工作车速范围内通常具有不同的优先选择性，
TCS都具有自诊断功能，一旦发现存在影响系统正常工作的故障时，TCS 将会自动关闭，并向驾驶员发出警示信号。
基本工作原理：
ECU据各轮转速信号确定---滑转率超过限值---减小副节气门开度---驱动力矩减小---进一步控制TCS和ABS ---对驱动轮施加制动压力----驱动车轮减速---驱动防滑转控制
(在汽车驱动过程中，ABS／TCS电子控制单元ECU根据各车轮转速传感器产生的车轮转速信号，确定驱动车轮的滑转率和汽车的参考速度。
当ECU判定驱动车轮的滑转率超过设定的限值时，就使驱动副节气门的步进电动机转动，减小副节气门的开度，此时，即使主节气门的开度不变，发动机的进气量也会因副节气门开度的减小而减少，使发动机的输出转矩减小，驱动车轮上的驱动力矩就会随之减小，如果驱动车轮的滑动率仍未降低到设定的控制范围内，ECU又会控制TCS制动压力调节装置和ABS制动压力装置，对驱动车轮施加一定制动压力，使制动力矩作用于驱动车轮，从而实现驱动防滑转的控制。
三课堂小结（10’）
T C S系统的工作原理
四课后作业（15’）
TCS系统防止驱动时车轮滑转的方法：
一．复习（10＇）
TRC系统防止驱动时车轮滑转的方法
二教学过程（60＇）
二、牵引力控制系统的构造
牵引力控制系统组成：
由牵引力电子控制单元ECU、制动执行器、传感器及副节气门执行器等。
其主要装置在汽车上的布置见图8—4所示，
三、牵引力控制系统主要零件的结构
牵引力控制系统的组成：牵引力控制系统的许多零件与制动防抱死装置是共用的，如车轮速度传感器、液压调节系统、制动灯开关、电控单元等，1．TCS制动液压系统
TCS制动压力调节装置与ABS制动压力调节装置(即ABS执行器)所组成的制动液压系统如图7-6所示。
TCS制动压力调节装置包括：制动供能装置和电磁控制阀总成，其中制动供能装置主要由电动油泵和储压器(蓄能器)组成，电磁阀总成有三个二位二通电磁阀(即M／C阀、ACC阀、RSV阀)。
1．TRC制动执行系统
制动执行系统组成：
由一个能产生液压的液压泵总成和一个能将液压传送给车轮制动分泵，并能从车轮制动分泵中释放液压的制动执行器。
左右后轮制动分泵中的油压由ABS执行器根据从ABS／TRC电子控制单元ECU传送的信号来分别进行控制。
1)液压泵总成
由电动油泵和储压器两部分组成，
电动油泵：
一种由直流电动机和经向柱塞泵组合为一体的电动泵，电动机由设置在柱塞泵出液口处的压力控制开关控制。
储压器：
活塞式储压器，活塞上方充有氮气。电动泵将制动液从制动主缸贮液罐中抽出输送到储压器内活塞下方，压缩活塞上方的氮气，从而使储压器内制动液压力升高。
2)制动执行器：
由储压器切断电磁阀ACC、制动总泵切断电磁阀M／C、储液罐切
断电磁阀和压力开关或压力传感器四部分组成。
3．副节气门执行器如。
安装：在节气门壳体上，
功用：接受TCS电子控制单元发出的信号来控制副节气门的开闭角度，控制进入发动机的空气量，从而控制发动机的输出转矩。
副节气门执行器的结构：
由永磁体、电磁线圈、转予轴和驱动小齿轮等组成。它是一种由ABS／TCS 电子控制单元ECU发出信号来控制的步进电动机。在转子轴的末端安装一个小齿轮，它能带动安装在副节气门轴末端的扇齿旋转，控制副节气门的开闭。
副节气门工作情况。
TCS系统处于不运转状态，此时副节气门完全打开
TCS系统处于半运转状态，副节气门打开50％；
TCS系统处于全运转状态，副节气门完全关闭
四、牵引力控制系统工作过程(图7-12所示)
l。正常制动过程(TCS不起作用)
正常制动时，ASR制动执行2S的所有电磁阀都断开。
2．汽车加速过程(TCS起作用)
如果汽车驱动轮在加速过程中滑转，ABS／ASR电子控制单元ECU就控制发动机输出转矩以及对驱动轮进行制动，以避免发生滑转的情况。
左右侧驱动轮制动器中的液压被分别控制为三种状态：压力升高、压力保持和压力降低。
1)压力升高状态
正常制动，各电磁阀和阀门状态当踩下加速踏板而驱动轮开始滑转时，ASR执行器中的所有电磁阀都在电子控制单元传来的信号控制下全部接通。同时，ABS 执行器的三位电磁阀的开关也被置于“压力升高”状态。在这种状态下，制动总泵切断电磁阀被接通(关状态)，储压器切断电磁阀也被接通(开状态)。
2)压力保持状态
当驱动轮制动分泵中的液压升高或降低到规定值时，系统就将进入“压力保持”状态。这种状态的变换是由ABS执行器的三位电磁阀开关来完成的。这样就防止了储压器中的压力逸出，保持了车轮制动分泵中的液压。
3)压力降低状态
当需要降低驱动轮制动分泵中的液压时，ABS／ASR电子控制单元ECU就将ABS执行器的三位电磁阀开关置于“压力降低”状态。这就使车轮制动分泵中的液压通过ABS执行器的三位电磁阀和储液罐切断电磁阀流回制动总泵的储液罐中。其结果是制动液压降低，同时ABS执行器的泵电机处在不运转状态。
3．车轮转速(轮速)控制过程
ECU不断地从四个轮速传感器接收到信号并不断地计算每个车轮的速度，同时根据两个前轮速度估算出汽车的行驶速度，然后设置目标控制速度值。
如果在湿滑的路面上突然踩下加速踏板而驱动轮开始滑转，那么驱动轮的转动速度就会超过目标控制速度，于是ECU就向副节气门执行器传送关闭副节气门的信号，同时它也向ASR制动执行罪传送信号，使之给驱动轮制动分泵提供高压的制动液。ABS执行器的三位电磁阀通过开关转换控制驱动轮制动分泵压
力，从而防止车轮滑转。
在起步或突然加速过程中，如果驱动轮滑转，那么它们的速度将与前轮的速度不一致，ARS／ASR电子控制单元检测到这种情况后就使ASR系统工作。当驾驶员踩下加速踏板，主节气门迅速打开。驱动轮迅速加速，轮速提高，当超过目标控制速度后，ABS／ASR电子控制单元关闭副节气门，这样就减少发动机进气量，从而降低发动机输出转矩。同时ABS／ASR电子控制单元接通ASR制动执行器电磁阀，井将ABS执行器开关置于“压力升高”状态，于是存储在ASR 储压器中的制动液压力就升高，加上产生于ASR泵的制动液压力，它们向制动分泵提供充足的液压来实现制动。当制动装置开始运转时，驱动轮加速度就会减小，ABS／ASR电子控制单元将ABS执行器的三位电磁阀开关置于“压力保持”状态。
如果驱动轮速度下降得太多，它就将开关置于“压力降低”状态，从而降低制动分泵中的液压，并且恢复驱动轮速度。
通过重复以上这种循环控制，ABS／ASR电子控制单元能将车轮速度保持在目标控制速度值附近。
五、牵引力控制装置的自诊断系统
I．故障码的读取
2．故障码的清除
维修工作结束前，在保持跨接线与诊断接口或故障诊断仪通信线接口的TC 和E1相连接的情况下，接通点火开关，在30s内连续踩制动踏板8次以上，即可清除电控单元中的故障码，最后关闭点火开关取下跨接线。
三课堂小结（10’）
如何进行故障码的读取与清除
四课后作业（15’）
牵引力控制装置的自诊断系统
《自动控制原理》电子教案
第一章自动控制的一般概念 第一节控制理论的发展 自动控制的萌芽：自动化技术学科萌芽于18世纪，由于工业革命的发展,如何进一步降低人的劳动强度和提高设备的可靠性被提到了议程。 特点：简单的单一对象控制。 1. 经典控制理论分类 线性控制理论，非线性控制理论，采样控制理论 2. 现代控制理论 3. 大系统理论 4. 智能控制理论 发展历程： 1. 经典控制理论时期（1940-1960） 研究单变量的系统，如：调节电压改变电机的速度；调整方向盘改变汽车的运动轨迹等。 ?1945年美国人Bode出版了《网络分析与放大器的设计》，奠定了控制理论的 基础; ?1942年哈里斯引入传递函数； ?1948年伊万恩提出了根轨迹法； ?1949年维纳关于经典控制的专著。 特点：以传递函数为数学工具，采用频率域法，研究“单输入—单输出”线性定常控制系统的分析和设计，而对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力。 2. 现代控制理论时期（20世纪50年代末-60年代初） 研究多变量的系统，如，汽车看成是一个具有两个输入（驾驶盘和加速踏板）和两个输出（方向和速度）的控制系统。空间技术的发展提出了许多复杂的控制问题，用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上，对自动控制的精密性和经济性指标提出了极严格的要求。并推动了控制理论的发展。 ?Kalman的能控性观测性和最优滤波理论; ?庞特里亚金的极大值原理； ?贝尔曼的动态规划。 特点：采用状态空间法（时域法），研究“对输入-多输出”、时变、非线性系统等高精度和高复杂度的控制问题。 3. 大系统控制时期（1970s-） 各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂。 大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结合的动态系统工程理论，研究的对象具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。它是一个多输入、多输出、多干扰、多变量的系统。 如：人体，我们就可以看作为一个大系统，其中有体温的控制、情感的控制、
电力拖动控制系统
★采用计算机控制电力传动系统的优越性在于：（1）可显著提高系统性能。采用数字给定、数字控制和数字检测，系统精度大大提高可根据控制对象的变化，方便地改变控制器参数，以提高系统抗干扰能力（2）可采用各种控制策略。可变参数PID和PI控制；自适应控制；模糊控制；滑模控制；复合控制。（3）可实现系统监控功能。状态检测；数据处理、存储与显示；越限报警；打印报表等。 ★数字测速方法：1. 旋转编码器：光电转换；增量式旋转编码器； 脉冲数字（P/D）转换方法：（1）M法—脉冲直接计数方法；（2）T 法—脉冲时间计数方法；（3）M/T法—脉冲时间混合计数方法 M法测速：工作原理：由计数器记录PLG发出的脉冲信号；定时器每隔时间T c向CPU发出中断请求INTt；CPU响应中断后，读出计数值M1，并将计数器清零重新计数；根据计数值M 计算出对应的转速值n。 ★计算公式：式中Z为PLG每转输出的脉冲个数； ★M法测速的分辨率： ★M法测速误差率：在上式中，Z 和T c均为常值，因此转速n 正比于脉冲个数。高速时Z大，量化误差较小，随着转速的降低误差增大，转速过低时将小于1，测速装置便不能正常工作。所以，M法测速只适用于高速段。 ★T法测速：工作原理：计数器记录来自CPU的高频脉冲f0；PLG每输出一个脉冲，中断电路向CPU发出一次中断请求；CPU 响应INTn中断，从计数器中读出计数值M2，并立即清零，重新计数。 ★计算公式： ★T法测速的分辨率： ★Ｔ法测速误差率：低速时，编码器相★邻脉冲间隔时间长，测得的高频时钟脉冲个数M2多，所以误差率小，测速精度高，故T法测速适用于低速段。 ★两种测速方法的比较：M法测速在高速段分辨率强；T法测速在低速段分辨率强。因此，可以将两种测速方法相结合，取长补短。既检测T c时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。 ★M/T法测速：电路结构 ★工作原理：T0定时器控制采样时间；M1计数器记录PLG脉冲；M2计数器记录时钟脉冲。 ★计算公式：
过程控制与集散系统课后习题答案
r t 1 y 3 y ) (∞y s t y 图1.3 过程控制系统阶跃响应曲线 1-1过程控制系统中有哪些类型的被控量 温度、压力、流量、液位、物位、物性、成分 1-2过控系统有哪些基本单元构成，与运动控制系统有无区别 被控过程或对象、用于生产过程参数检测的检测仪表和变送仪表、控制器、执行机构、报警保护盒连锁等其他部件 过程控制，是一种大系统控制，控制对象比较多，可以想象为过程控制是对一条生1-4衰减比和衰减率 衰减比等于两个相邻同向波峰值之比。 衡量振荡过程衰减程度的指标。 衰减率是经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数。 衡量振荡过程衰减程度的另一种指标。 一般希望过程控制系统的衰减比η=4:1～10:1,相当于衰减率Ψ=0.75到0.9。 若衰减率Ψ =0.75,大约振荡两个波系统进入稳态。 1-5最大动态偏差和超调量有何异同 最大动态偏差是指在阶跃响应中，被控参数偏离其最终稳态值的最大偏差量， 表现在过渡 过程开始的第一个波峰（y1）。 最大动态偏差是衡量过程控制系统动态准确性的指标。 超调量为最大动态偏差占被控量稳态值的百分比。 余差是指过渡过程结束后，被控量新的稳态值与设定值的差值。余差是过程控制系统稳态准确性的衡量指标。 调节时间ts 是从过渡过程开始到结束的时间。 理论上应该为无限长。一般认为当被控量进入其稳态值的5%范围内所需时间 就是调节时间.调节时间是过程控制系统快速性的指标。 振荡频率β是振荡周期的倒数。 在同样的振荡频率下，衰减比越大则调节时间越短；当衰减比相同时，则振荡 频率越高，调节时间越短。振荡频率在一定程度上也可作为衡量过程控 制系统快速性的指标。 过程控制的目标 安全性 稳定性 经济性 过程工业的特点 强调实时性和整体性/全局优化的重要性/安全性要求 过程控制系统的特点 / 被控过程的多样性 / 控制方案的多样性/被控过程属慢过程、多参数控制/定值控制/过程控制多种分类方法 过程控制系统的性能指标/稳定性、准确性/快速性 2-1什么是对象的动态特性，为什么要研究它 研究对象特性通常以某种形式的扰动输入对象，引起对象输出发生相应的变化，这种变化在时域或者频域上用微分方程或者传递函数进行描述，称为对象的动态特性。 动态特性：被控参数随时间变化的特性y(t) 研究被控对象动态特性的目的是据以配合合适的控制系统，以满足生产过程的需求。 2-2描述对象动态特性的方法有哪些 参数描述法 /传递函数描述/差分方程描述/状态空间描述 非参数描述法---响应曲线/阶跃响应/脉冲响应/频率响应/噪声响应:白噪声、M 序列 2-3过控中被控对象动态特性有哪些特点 1)对象的动态特性是不振荡的 2）对象动态特性有延迟 3）被控对象本身是稳定的或中性稳定的 2-4单容对象放大系数K 和时间常数T 各与哪些因素有关，K 、T 大小对动态特性的 影响 T 反映对象响应速度的快慢 K 是系统的稳态指标/K 大，系统的灵敏度高 2-5对象的纯滞后时间产生的原因是什么 纯延迟现象产生的原因是由于扰动发生的地点与测定被控参数位置有一定距离。 具有自平衡能力的双容对象的传递函数1 )()()()(21221+++= ??= s T T s T T K s U s H s G 有纯延迟时 s e s T T s T T K s U s H s G 01 )()()()(21221τ-+++=??= 具有自平衡能力的多容对象 若还有纯延迟 4 PID 调节原理 4-1，P 、I 、D 控制规律各有何特点，那些是有差、无差调节，为了提高控制系统的稳定性，消除控制系统的误差，应该选择那些调节规律 P 调节中，调节器的输出信号u 与偏差信号e 成比例 u = Kp e P 调节对偏差信号能做出及时反应，没有丝毫的滞后 有差调节,(放大系数越小，即比例带越大，余差就越大) 比例带δ大,调节阀的动作幅度小，变化平稳，甚至无超调，但余差大，调节时间也很长 比例调节的特点： （1）比例调节的输出增量与输入增量呈一一对应的比例关系，即：u = K e （2）比例调节反应速度快，输出与输入同步，没有时间滞后，其动态特性好。 （3）比例调节的结果不能使被调参数完全回到给定值，而产生余差。 若对象较稳定,则比例带可选小些，这样可以提高系统的灵敏度，使反应速度加快 积分调节（I 调节) 调节器的输出信号的变化速度du/dt 与偏差信号e 成正比，或者说调节器的输出与偏差信号的积分成正比， 只要偏差存在，调节器的输出就会不断变化 积分调节作用能自动消除余差./无差调节 稳定作用比P 调节差 滞后特性使其难以对干扰进行及时控制 增大积分速度，调节阀的速度加快，但系统的稳定性降低 微分调节（D 调节） 调节器的输出u 与被调量或其偏差e 对于时间的导数成正比 微分调节只与偏差的变化成比例，变化越剧烈，由微分调节器给出的控制作用越大 微分调节主要用于克服调节对象有较大的传递滞后和容量滞后 012345678 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8Step Response Time (sec) A m p l i t u d e K=0.2K=1K=10K=100 调节作用用以减少偏差。 比例作用大，可以加快调节，减少误差 但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。 Time (sec) A m p l i t u d e Ti=1Ti=5Ti=10Ti=inf 积分调节作用：是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。 积分作用的强弱取决于积分时间常数Ti ，Ti 越小，积分作用就越强。反之Ti 大则积分作用弱。 加入积分调节可使系统稳定性下降，动态响应变慢。 积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI 调节器或PID 调节器。 Time (sec) A m p l i t u d e Td=0.5Td=1Td=10Td=0 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此能产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作 % 100) (1 ?∞=y y σ)()(∞-=∞y r e 31y y =η1 3 1 y y y -=ψp π β2=
控制系统仿真
5.2设222(x,y,z)4y z f x x y z =+++，求函数f 在(0.5,0.5,0.5)附近的最小值。 解： >> fun=inline('x(1)+x(2)^2/(4*x(1))+x(3)^2/x(2)+2/x(3)','x'); >> x0=[0.5,0.5,0.5]; >> [x fval]=fminsearch(fun,x0) x = 0.5000 1.0000 1.0000 fval = 4.0000 → 函数f 在(0.5,0.5,0.5)附近的最小值为：4.0000 6.8求方程组1221x y z x y z x y z ++=??-+=??--=? 的解。 解： >> A=[1 1 1;1 -1 1;2 -1 -1]; >> b=[1;2;1]; >> B=[A,b]; >> rank(A),rank(B) ans = 3 ans = 3 >> X=A\b X = 0.6667 -0.5000 0.8333 → 方程组的解为：0.6667x =，=-0.5000y ，=0.8333z 6.11求函数3()sin t f t e t -=的拉普拉斯变换。 解： >> syms t; >> ft=exp(-3*t)*sin(t); >> Fs=laplace(ft) Fs = 1/((s + 3)^2 + 1) → 函数3()sin t f t e t -=的拉普拉斯变换为：21(s 3)1 ++
7.11单位负反馈系统的开环传递函数为 1000(s)(0.1s 1)(0.001s 1) G s =++ 应用Simulink 仿真系统构建其阶跃响应曲线。 解： 模型仿真图 1 单位阶跃响应曲线图 1 7.7用S 函数创建二阶系统0.20.40.2(t)y y y u =+=，0y y ==，()u t 为单位阶跃信号，使用Simulink 创建和仿真系统的模型。 解： function [sys,x0,str,ts] = sfun1(t,x,u,flag) switch flag, case 0 [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes; case 3 sys=mdlOutputs(t,x,u); case {1,2,4,9} sys=[]; end function [sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes() sizes=simsizes;
自动控制系统仿真教案
控制系统仿真技术实验指导书 实验课程 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 年月日
实验报告须知 实验的最后一个环节是实验总结与报告，即对实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。每次实验，都要独立完成实验报告。撰写实验报告应持严肃认真、实事求是的科学态度。实验结果与理论有较大出入时，不得随意修改实验数据结果，不得用凑数据的方法来向理论靠拢，而要重新进行一次实验，找出引起较大误差的原因，同时用理论知识来解释这种现象。并作如下具体要求： 1. 认真完成实验报告，报告要用攀枝花学院标准实验报告册，作图要用坐标纸。 2. 报告中的电路图、表格必须用直尺画。绘制电路图要工整、选取合适比例，元件参数标 注要准确、完整。 3. 应在理解的基础上简单扼要的书写实验原理，不提倡大段抄书。 4. 计算要有计算步骤、解题过程，要代具体数据进行计算，不能只写得数。 5. 绘制的曲线图要和实验数据吻合，坐标系要标明单位，各种特性曲线等要经过实验教师 检查，曲线图必须经剪裁大小合适，粘附在实验报告相应位置上。 6. 应结合具体的实验现象和问题进行讨论，不提倡纯理论的讨论，更不要从其它参考资料 中大量抄录。 7. 思考题要有自己理解实验原理后较为详尽的语言表述，可以发挥，有的要画图说明， 不能过于简单，不能照抄。 8. 实验报告的分数与报告的篇幅无关。 9. 实验报告页眉上项目如实验时间、实验台号、指导教师、同组学生等不要漏填。
目录 目录 实验一：MATLAB语言的基本命令实验二：控制系统模型与转换 实验三：Simulink 仿真应用 实验四：控制系统工具箱的使用实验五：磁盘驱动系统综合分析实验六：单级倒立摆控制仿真设计
电力拖动教案
绪论 一、电力拖动 电力拖动是指用电动机拖动生产机械的工作机构，使之运转的一种方法。 电力拖动系统一般由四个子系统组成： ——————电源 ↓↓ 控制设备——→电动机——→传动机构——→工作机构 电源：电动机和控制设备的能源，分为交流电源和直流电源。 控制设备：用来控制电动机的运转，由各种控制电动机、电器、自动化元件及工业控制计算机组成。 电动机：生产机械的原动机，将电能转换成机械能，分为交流电动机和直流电动机。 传动机构：在电动机和工作机构之间传递动力的装置，如减速箱、联轴器、传动带等。 二、学习目标 1、熟悉机床电力拖动的特点及控制要求； 2、正确选择、安装、测量和使用低压电器； 3、识读电路图； 4、能设计简单的电路。 第一单元常用低压电器及其安装、检测与维修 §1-1 低压电器的分类和常用术语 学习目标：熟悉低压电器的分类方法和常用术语的含义 凡是采用电力拖动和生产机械，其电动机的运转都是由各种电器构成的控制线路来进行控制的。 电器：所谓电器就是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通或断开电路，实现对电路或非电对象地切换、控制、保护、检测和调节的元件或设备。电器的种类： 根据工作电压的高低，电器可分为： 1、高压电器 2、低压电器————交流额定电压1200V、直流额定电压1500V及以下的 电器称为低压电器。 一、低压电器的分类
1、按低压电器的用途和所控制的对象分为： 低压配电电器————包括低压开关、低压熔断器等。主要用于低压配 电系统及动力设备中。 低压控制电器————包括接触器、继电器、电磁铁等，主要用于电力 拖动及自动控制系统中。 2、按低压电器的动作方式分： 自动切换电器————依靠电器本身参数的变化或外来信号的作用，自 动完成接通或分断等动作的电器，如接触器、继电器等。 非自动切换电器————主要依靠外力直接操作来进行切换的电器，如 按钮、低压开关等。 3、按低压电器的执行机构分： 有触点电器————具有可分离的动触点和静触点，主要利用触点的接触和分离来实现电路的接通和断开控制，如接触器、继电器等。 无触点电器————没有可分离的触点，主要利用半导体元器件的开关 效应来实现电路的通断控制，如接近开关、固态继电器等。 二、低压电器的常用术语 1、通断时间——从电流开始在开关电器的一个极流过的瞬间起，到所有 极的电弧最终熄灭的瞬间为止的时间间隔。 2、燃弧时间——电器分断过程中，从触头断开（或熔体熔断）出现电弧的 瞬间开始，至电弧完全熄灭为止的时间间隔。 3、分断能力——开关电器在规定的条件下，能在给定的电压下分断的预期 分断电流值。 4、接通能力——开关电器在规定的条件下，能在给定的电压下接通的预期接 通电流值。 5、通断能力——开关电器在规定的条件下，能在给定的电压下接通和分断的 预期电流值。 6、短路接通能力——在规定的条件下，包括开关电器的出线端短路在内的接 通能力。 7、短路分断能力——在规定的条件下，包括开关电器的出线端短路在内的分 断能力。 8、操作频率——开关电器在每小时内可能实现的最高循环操作次数。 9、通电持续率——开关电器的有载时间和工作周期之比，常以百分数表示。 10、电寿命——在规定的正常工作条件下，机械开关电器不需要修理或更换 的负载操作循环次数。
《电力拖动自动控制系统》参考问题详解
《电力拖动自动控制系统》参考答案： 第一章 一、填空题： 1.答案：静止可控整流器直流斩波器 2.答案：调速围静差率. 3.答案：恒转矩、恒功率 4.答案：脉冲宽度调制 二、判断题： 答案：1.×、2. √、 三、问答题： 1.答案：生产机械的转速n与其对应的负载转矩T L的关系。1.阻转矩负载特性； 2.位转矩负载特性； 3.转矩随转速变化而改变的负载特性，通风机型、恒功率、转矩与转速成比例； 4.转矩随位置变化的负载特性。 2.答案：放大器的放大系数K p，供电电网电压，参数变化时系统有调节作用。电压负反馈系统实际上只是一个自动调压系统，只有被反馈环包围部分参数变化时有调节作用。 3.答案：U d减少，转速n不变、U d增加。 4.答案：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速围。当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落与理想空载转速之比，称作转差率。静态速降值一定，如果对静差率要求越严，值越小时，允许的调速围就越小。 5.答案：反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。系统能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用。但完全服从给定作用。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。可见，测速发电机的励磁量发生变化时，系统无能为力。 6.答案：采用比例积分调节器的闭环调速系统是无静差调速系统。积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，原因是积分调节器的输出包含了输入偏差量的全部历史。可以实现无静差调速。 四、计算题： 1.答案：开环系统的稳态速降：354.33r/min；满足调速要求所允许的稳态速降：8.33r/min；闭环系统的开环放大系数：41.54 2.答案：42.5N?M， 3.41N?M 3.答案：T=62.92N?M，n=920r/min，cosФ=0.78 4.答案：α=0。时n0=2119r/min, α=30。时n0=1824r/min，α=31.1。，cosФ=0.82，s=0.0395。 5.答案：D=4.44，s=0.048，Δn=5.3r/min。 6.答案：系统允许的稳态速降：3.06r/min，开环放大系数：31.7 7.答案：系统的开环放大系数从4.7变为17.9 8.答案：s=0.86，Δn cl=5.56r/min，K p=27.8，α=0.0067V?min/r。 9.答案：调速围D=10，允许静差率s=10%。 10.答案：允许的静态速降Δn cl=3.06r/min，闭环系统的开环放大系数K=31.7。 第二章 一、填空题： 1.跟随抗扰环ACR 外环ASR 2.典型Ⅰ型典型Ⅱ型
集散控制系统学习心得
集散控制系统课程学习报告 学院名称：电气学院 专业班级： 1 学生姓名： 学生学号： 2013年12 月
集散控制系统学习心得 通过本课程的学习，让我对集散控制系统有了初步的了解下面就本学期的学习对本课程做介绍。 一、集散控制系统(DCS)简介 DCS，即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。 首先，DCS的骨架——系统网络，它是DCS的基础和核心。由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。 其次，这是一种完全对现场I/O处理并实现直接数字控制（DOS）功能的网络节点。一般一套DCS中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能。这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统的失效，提高系统可靠性，也可以使各站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的性能。DCS的操作员站是处理一切与运行操作有关的人机界面（HMI-Human Machine Interface或operator interface）功能的网络节点。系统网络是DCS的工程师站，它是对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件（即组态软件），并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。与集中式控制系统不同，所有的DCS都要求有系统组态功能，可以说，没有系统组态功能的系统就不能称其为DCS。 DCS自1975年问世以来，已经经历了二十多年的发展历程。在这二十多年中，DCS虽然在系统的体系结构上没有发生重大改变，但是经过不断的发展和完善，其功能和性能都得到了巨大的提高。总的来说，DCS正在向着更加开放，更加标准化，更加产品化的方向发展。作为生产过程自动化领域的计算机控制系统，传统的DCS仅仅是一个狭义的概念。如果以为DCS只是生产过程的自动化系统，那就会引出错误的结论，因为现在的计算机控制系统的含义已被大大扩展了，它不仅包括过去DCS中所包含的各种内容，还向下深入到了现场的每台测量设备、执行机构，向上发展到了生产管理，企业经营的方方面面。传统意义上的DCS现在仅仅是指生产过程控制这一部分的自动化，而工业自动化系统的概念，则应定位到企业全面解决方案，即total solution 的层次。只有从这个角度上提出问题并解决问题，才能使计算机自动化真正起到其应有的作用。 进入九十年代以后，计算机技术突飞猛进，更多新的技术被应用到了DCS之中。PLC是一种针对顺序逻辑控制发展起来的电子设备，它主要用于代替不灵活而且笨重的继电器逻
自动控制原理MATLAB仿真实验报告
自动控制原理实验报告 学 院 电子信息与电气工程学院 实验一 MATLAB 及仿真实验（控制系统的时域分析） 一、实验目的 学习利用MATLAB 进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、预习要点 1、 系统的典型响应有哪些？ 2、 如何判断系统稳定性？ 3、 系统的动态性能指标有哪些？ 三、实验方法 （一） 四种典型响应 1、 阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、)(sys step ；其中sys 可以为连续系统，也可为离散系统。 2、),(Tn sys step ；表示时间范围0---Tn 。 3、),(T sys step ；表示时间范围向量T 指定。 4、),(T sys step Y =；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、 脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义：0 ,0)(1)(0 ?==?∞ t x f dx x f 其拉氏变换为：) ()()()(1)(s G s f s G s Y s f === 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式： ① )(sys impulse ； ② ); ,();,(T sys impulse Tn sys impulse ③ ),(T sys impulse Y = （二） 分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、 利用pzmap 绘制连续系统的零极点图； 2、 利用tf2zp 求出系统零极点； 3、 利用roots 求分母多项式的根来确定系统的极点 （三） 系统的动态特性分析 Matlab 提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step 、单位脉冲响应函数impulse 、零输入响应函数initial 以及任意输入下的仿真函数lsim.
DCS集散控制系统课程总结
集散控制系统课程总结 本文将从课程学习框架（附件）、各章节内容、学习心得体会三个方面阐述自己对集散控制系统这门学科的了解，并作出以下总结：（其中学习框架参考书中目录及其自己所看章节而定位；各章节内容由看书过程中认为的重要及疑难问题内容设置而成） 一、DCS概述与PLC的关系 1.1 DCS的概述 1、计算机如何进行处理信息？ 控制计算机处理的信息只能是数字量，在实际生产过程中，被控量（如温度、压力、流量等）都是模拟量，执行机构接受的大多数是模拟量。所以，系统需有将模拟信号转换为数字信号的模/数（A/D）转换器和将数字信号转换为模拟信号的数/模（A/D）转换器。 2、计算机控制系统的组成？ 主机、输入/输出设备、通信设备、现场设备、操作台、系统软件、应用软件 3、计算机控制系统的分类有哪些？ 数据采集系统（DAS）、直接数字控制系统（DDC）、计算机监督控制系统（SCC）、分散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）、综合自动化系统（CIPS） 4、DCS的概念？ 集散型控制系统(Total Distributed Control Systems以下称作DCS) 也称为分散控制系统(Distributed Computer Control Systems)，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，分析了计算机、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。它是以微处理器为核心，采用数据通讯技术和图形显示技术的新型计算机控制系统。该系统能够完成直接数字控制、顺序控制、批量控制、数据采集与处理、多变量解耦控制以及最优控制等功能，在先进的集散型控制系统中，还包含有生产的指挥、调度和管理功能。 5、DCS集散控制系统的特点？ 1).采用分散技术、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调发展的设计原则，大大提 高系统的可靠性。 2).采用4C技术，即Control控制技术；Computer计算机技术；Communication 通信技术； Cathode Ray Tube CRT显示技术。
自动控制原理电子教案(经典控制部分)
自动控制原理电子教案 经典控制部分 第一章控制理论一般概念3学时 (2) 第二章控制系统的数学模型9学时 (6) 第三章控制系统的时域分析io学时 (15) 第五章频率特性12学时 (26) 第六章控制系统的校正与设计8学时 (36) 第七章非线性系统8学时 (40) 第八章离散控制系统8学时 (45)
第一章控制理论一般概念3 学时 1．本章的教学要求 1）使学生了解控制工程研究的主要内容、控制理论的发展、控制理论在工程中的应用及控制理论的学习方法等内容，认识本学科在国民经济建设中的重要作用，从而明确学习本课程的目的。 2）使学生深入理解控制系统的基本工作原理、开环闭环和复合控制系统、闭环控制系统的基本组成等内容，学会利用所学控制原理分析控制系统。 3）使学生学会控制系统的基本分类方法， 4）掌握对控制系统的基本要求。 2．本章讲授的重点 本章讲授的重点是控制系统的基本概念、反馈控制原理、控制系统的的基本分类方法及对控制系统的基本要求。 3．本章的教学安排 本课程讲授3 个学时，复习学时3 个。 演示《自动控制技术与人类进步》及《自动化的应用举例》幻灯片，加深同学对本课程研究对象和内容的了解，加深对反馈控制原理及系统参数对系统性能影响的理解。
1．教学主要内容 ： 本讲主要介绍控制工程研究的主要内容、 中的应用及控制理论的学习方法等内容。 2．讲授方法及讲授重点： 本讲首先介绍控制工程研究的主要内容， 离心调速器为例， 说明需要用控制理论解决控制系 统的稳定、 准确、快速等问题。 其次，在讲授控制理论的发展时， 主要介绍控制理论的发展的三个主要阶段， 重点说明经典控制理论、 现代控制理论研究的范围、 研究的手段， 强调本课程重 点介绍经典控制理论。 另外，在介绍控制理论在工程中的应用时， 应举出控制理论在军事、 数控机 床、加工中心、机器人、机电一体化系统、动态测试、机械动力系统性能分析、 液压系统的动态特性分析、 生产过程控制等方面的应用及与后续课的关系， 激发 同学的学习兴趣。 最后，在介绍控制理论的学习方法时，先说明本门课的特点，起点高、比较 抽象、系统性强， 然后强调学习本门课程应以新的视角分析和考虑问题， 以系统 的而不是孤立的、 动态的而不是静态的观点和方法来思考和解决问题； 掌握控制 理论的基本概念、 基本理论和基本方法并注意结合实际， 为解决工程中的控制问 题打下基础。 3．注意事项： 介绍本门课的参考书及课程总体安排。 4．课时安排： 1 学时。 5．教学手段： Powerpoint 课件。 6．作业及思考题： 借参考书，查阅与本门课有关的文献资料，了解控制理论的 应用及最新发展动态。 [教案 1-2] 第二节 控制系统的基本概念 1．主要内容： 本讲主要介绍控制系统的基本工作原理、 开环闭环和复合控制系统、 闭环控 制系统的基本组成等内容。 [教案 1-1] 第一节 概述 控制理论的发展、 控制理论在工程 给出定义，并以瓦特发明的蒸汽机
对汽车控制系统建模与仿真
对汽车控制系统建模与仿真 摘要：PID 控制是生产过程中广泛使用的一种最基本的控制方法，本文分别采用用简单的比例控制法和用PID控制来控制车速，并用MATLAB对系统进行了动态仿真，具有一定的通用性和实用性。 关键词：MATLAB 仿真；比例控制；PID 控制 1 MATLAB和PID概述 MATLAB是matrix和laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 2车辆行驶过程车速的数学模型 对行驶在斜坡上的汽车的车速进行动态研究，可以分析车辆的性能，指导车辆的设计。MATLAB软件下的SIMULILNK模块是功能强大的系统建模和动态仿真的软件，为车辆行驶过程车速控制分析提供了一种有效的手段。 汽车行驶如图7.4.1所示的斜坡上，通过受力分析可知在平行于斜面的方向上有三个力作用于汽车上：发动机的力、空气阻力和重力沿斜面的分量下滑力。
自动控制原理及系统仿真课程设计
自动控制原理及系统仿 真课程设计 学号：1030620227 姓名：李斌 指导老师：胡开明 学院：机械与电子工程学院
2013年11月
目录 一、设计要求 (1) 二、设计报告的要求 (1) 三、题目及要求 (1) （一）自动控制仿真训练 (1) （二）控制方法训练 (19) （三）控制系统的设计 (23) 四、心得体会 (27) 五、参考文献 (28)
自动控制原理及系统仿真课程设计 一：设计要求： 1、 完成给定题目中，要求完成题目的仿真调试，给出仿真程序和图形。 2、 自觉按规定时间进入实验室，做到不迟到，不早退，因事要请假。严格遵守实验室各项规章制度，实验期间保持实验室安静，不得大声喧哗，不得围坐在一起谈与课程设计无关的空话，若违规，则酌情扣分。 3、 课程设计是考查动手能力的基本平台，要求独立设计操作，指导老师只检查运行结果，原则上不对中途故障进行排查。 4、 加大考查力度，每个时间段均进行考勤，计入考勤分数，按照运行的要求给出操作分数。每个人均要全程参与设计，若有1/3时间不到或没有任何运行结果，视为不合格。 二：设计报告的要求： 1.理论分析与设计 2.题目的仿真调试，包括源程序和仿真图形。 3.设计中的心得体会及建议。 三：题目及要求 一）自动控制仿真训练 1.已知两个传递函数分别为：s s x G s x G +=+= 22132)(,131)(
①在MATLAB中分别用传递函数、零极点、和状态空间法表示； MATLAB代码： num=[1] den=[3 1] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) num=[2] den=[3 1 0] G=tf(num,den) [E F]=zero(G) [A B C D]=tf2ss(num,den) 仿真结果： num =2 den =3 1 0 Transfer function: 2 --------- 3 s^2 + s
电力拖动控制系统
成都理工大学电力拖动实验报告 指导老师：刘伟 学院：核技术与自动化工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号： 日期：2014/6/18
实验一晶闸管直流调速系统开环机械特性的测试 一．实验目的 1．了解双闭环不可逆直流调速系统的原理，组成及各主要单元部件的原理。 2．熟悉电力电子及教学实验台主控制屏的结构及调试方法。 3．熟悉MCL-18, MCL-33的结构及调试方法 4．掌握双闭环不可逆直流调速系统的调试步骤，方法及参数的整定。 二．实验内容 1．各控制单元调试 2．测定电流反馈系数。 3．测定开环机械特性及闭环静特性。 4．闭环控制特性的测定。 5．观察，记录系统动态波形。 三．实验系统组成及工作原理 双闭环晶闸管不可逆直流调速系统由电流和转速两个调节器综合调节，由于调速系统调节的主要量为转速，故转速环作为主环放在外面，电流环作为付环放在里面，这样可抑制电网电压波动对转速的影响，实验系统的组成如图6-8所示。 系统工作时，先给电动机加励磁，改变给定电压的大小即可方便地改变电机的转速。ASR,ACR 均有限幅环节，ASR的输出作为ACR的给定，利用ASR的输出限幅可达到限制起动电流的目的, ACR的输出作为移相触发电路的控制电压，利用ACR的输出限幅可达到限制αmin和βmin的目的。 当加入给定U g后，ASR即饱和输出，使电动机以限定的最大起动电流加速起动，直到电机转速达到给定转速（即Ug=U fn），并出现超调后，ASR退出饱和，最后稳定运行在略低于给定转速的数值上。 四．实验设备及仪器 1．MCL系列教学实验台主控制屏。 2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。 3．MCL—33组件或MCL—53组件。 4．MEL-11挂箱 5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。 6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13组件。 7．直流电动机M03。 8．双踪示波器。 五．注意事项
电力拖动自动控制系统-运动控制系统-课后题答案
第2章 三、思考题 2-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？ 答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速。特点略。 2-2 简述直流PWM 变换器电路的基本结构。 答：直流PWM 变换器基本结构如图，包括IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送往直流PWM 变换器，通过改变直流PWM 变换器中IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。 2-3 直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？ 答：脉动直流电压。 2=4 为什么直流PWM 变换器-电动机系统比V-M 系统能够获得更好的动态性能？ 答：直流PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流PWM 变换器的时间常数Ts 等于其IGBT 控制脉冲周期（1/fc），而晶闸管整流装置的时间常数Ts 通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。因fc 通常为kHz 级，而 f 通常为工频（50 或60Hz）为一周内），m 整流电压的脉波数，通常也不会超过20，故直流PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。 2=5 在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电流？为什么？ 答：电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流PWM 变换器的输出。电枢回路中还有电流，因为电枢电压和电枢电阻的存在。 2-6 直流PWM 变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会产生什么后果？ 答：为电动机提供续流通道。若二极管断路则会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电压。 2-7 直流PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？ 答：不是。因为若开关频率非常高，当给直流电动机供电时，有可能导致电枢电流还未上升至负载电流时，就已经开始下降了，从而导致平均电流总小于负载电流，电机无法运转。2=8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？ 答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电性，使得电动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只能向滤波电容充电，造成电容两端电压升高。泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。应合理选择滤波电容的容量，或采用泵升电压限制电路。 2-9 在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低？ 答：负载增加意味着负载转矩变大，电机减速，并且在减速过程中，反电动势减小，于是电枢电流增大，从而使电磁转矩增加，达到与负载转矩平衡，电机不再减速，保持稳定。故负载增加，稳态时，电机转速会较增加之前降低。 2-10 静差率和调速范围有何关系？静差率和机械特性硬度是一回事吗？举个例子。 答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的，）而机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落的。 2-11 调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系？为什么必须同时提才有意义？ 答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。因为若只考虑减小最小静差率，则在一定静态速降下，允许） 允许的最小转差率又大得不能满足要求。因此必须同时提才有意义。 2=12 转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如
自动控制原理第一章教案
第一章绪论 一、自动控制技术 自动控制技术被大量应用于工农业生产、医疗卫生、环境监测、交通管理、科研开发、军事领域、特别是空间技术和核技术。自动控制技术的广泛应用不仅使各种生产设备、生产过程实现了自动化，提高了生产效率和产品质量，尤其在人类不能直接参与工作的场合，就更离不开自动控制技术了。自动控制技术还为人类探索大自然、利用大自然提供了可能和帮助。 二、自动控制理论的发展过程 1.1945年之前，属于控制理论的萌芽期。1945年，美国人伯德（Bode）的“网络分析与放大器的设计”奠定了控制理论的基础，至此进入经典控制理论时期，此时已形成完整的自动控制理论体系。 2.二十世纪六十年代初。用于导弹、卫星和宇宙飞船上的“控制系统的一般理论”（卡尔曼Kalman）奠定了现代控制理论的基础。现代控制理论主要研究多输入-多输出、多参数系统，高精度复杂系统的控制问题，主要采用的方法是以状态空间模型为基础的状态空间法，提出了最优控制等问题。
3.七十年代以后，各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂，自动控制理论继续发展，进入了大系统和智能控制时期。例如智能机器人的出现，就是以人工智能、神经网络、信息论、仿生学等为基础的自动控制取得的很大进展。 三、自动控制技术与人类历史发展 1.自动计时漏壶：古代利用滴水、沙多少来计量时间的一种仪器。水漏是以壶盛水，利用水均衡滴漏原理，观测壶中刻箭上显示的数据来计算时间。历史可追溯到夏、商时期。沙漏是为了避免水因气温变化而影响计时精度而设计的。其原理是通过流沙推动齿轮组，使指针在时刻盘上指示时刻。最早记载见于元代。 2.记里鼓车：记里鼓车是中国古代用于计算道路里程的车，行一里路打一下鼓的装置，故名“记里鼓车”。记里鼓车这是一种会自动记载行程的车辆，是中国的科学家、发明家研制出的自动机械物体，被机器人专家称为是一种中国。记里鼓车的记程功能是由完成的。车中有一套减速齿轮系，始终与车轮同时转动，其最末一只在车行一里时正好回转一周，车子上层的木人受牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓一次，以示里程。 3.指南车：指南车又称司南车，是中国古代用来指示方向的一种装置。它与指南针利用地磁效应不同，它不用磁性。它是利用机械传动系统来指明方向的一种机械装置。其原理是，靠人力来带动两轮的指南车行走，依靠车内的机械传动系统来传递转向时两车轮的差动来带动车上的指向木人与车转向的方向相反角度相同，使车上的木人指示方向，不论车子转向何方，木人的手始终指向指南车出发时设置木人指示的方向，“车虽回运而手常指南”。 4.伺服机构(servomechanism)系指经由闭和回路控制方式达到一个机械系统位置、速度、或加速度控制的系统，其中被控量为机械位置或机械位置对时间的。一个伺服系统的构成通常包含受控体(plant)、致动器(actuator)、(sensor)、(controller)等几个部分。 1.1.1 自动控制和自动控制系统