自動(dòng)控制系統(tǒng)題集

1、自動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)及試題選講曾毅編著山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院2008-6-10自動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化專業(yè)的結(jié)束課程之一，是“電工技術(shù)（電路）”、“電子技術(shù)（模電、數(shù)電）”、“自動(dòng)控制理論”、“電力電子技術(shù)”、“電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)”和“傳感器與信號(hào)調(diào)理”等課程的集成與知識(shí)的系統(tǒng)。說(shuō)自動(dòng)控制系統(tǒng)入門(mén)非常容易，是因?yàn)榇苏n程僅使用了上述七門(mén)課程中最基礎(chǔ)、最常見(jiàn)的知識(shí)；說(shuō)自動(dòng)控制系統(tǒng)學(xué)精、學(xué)深不易，是因?yàn)槿魏我粋€(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)都是由上述七門(mén)課程中的相關(guān)知識(shí)，按照“特定的規(guī)律”集成在一起的，要想掌握這種“特定的規(guī)律”，除了學(xué)習(xí)前人構(gòu)造系統(tǒng)的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)以外，更需要讀者去進(jìn)行工程實(shí)踐，從中體會(huì)“特定的規(guī)律”。對(duì)自動(dòng)控

2、制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的復(fù)習(xí)，有助于學(xué)習(xí)“特定的規(guī)律”； 對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行試題分析，更有助于掌握和運(yùn)用“特定的規(guī)律”。第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)造方法一、本章主要內(nèi)容本章主要講授了構(gòu)造自動(dòng)控制系統(tǒng)的常用定理與方法：1、功能添加法定義：每增加一種功能原運(yùn)動(dòng)控制線路的功能保持不變，這種設(shè)計(jì)方法稱為“功能添加法”。功能添加法是其它設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)，功能添加法能獨(dú)立的進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，而其它設(shè)計(jì)方法不能獨(dú)立的進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。因此應(yīng)該熟練掌握功能添加法的設(shè)計(jì)思想，靈活運(yùn)用功能添加法。使用功能添加法的方法是：首先從滿足工程所需求的最基本、最簡(jiǎn)單功能入手，然后保持原功能不變基礎(chǔ)上逐漸地去滿足工程所需求的其它功能。2、步進(jìn)公

3、式法步進(jìn)邏輯公式的使用方法：1）先把運(yùn)行軌跡分成若干程序步并定義轉(zhuǎn)步信號(hào)（位置檢測(cè)信號(hào)）。2）根據(jù)運(yùn)行軌跡結(jié)構(gòu)寫(xiě)出決定物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的輸出電路的邏輯代數(shù)方程組。輸出方程定義：假設(shè)能決定物體某運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或方向的變量是y，那么，輸出方程為(物體在該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或方向上的程序步)注意：如果輸出方程同時(shí)控制同一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，輸出方程之間一定要有互鎖。3）套用步進(jìn)公式寫(xiě)出控制電路的邏輯代數(shù)方程組，如果有必要可繪出其運(yùn)動(dòng)控制電路原理圖 (控制方程組是由步進(jìn)公式按照某一生產(chǎn)工藝要求所組成的邏輯代數(shù)方程組) 。3、最小程序步判定定理定理1 在一個(gè)連通圖內(nèi)，如果物體的運(yùn)動(dòng)軌跡的結(jié)點(diǎn)都是偶數(shù)結(jié)點(diǎn)，那么被控物體可以不重復(fù)地連

4、續(xù)走完每一條軌跡，并且起點(diǎn)與終點(diǎn)是同一個(gè)結(jié)點(diǎn)。定理2 在一個(gè)連通圖內(nèi)，如果物體的運(yùn)動(dòng)軌跡的結(jié)點(diǎn)有兩個(gè)奇數(shù)結(jié)點(diǎn)，那么被控物體可以不重復(fù)地連續(xù)走完每一條軌跡，并且從一個(gè)奇數(shù)結(jié)點(diǎn)開(kāi)始到另外一個(gè)奇數(shù)結(jié)點(diǎn)終止。推論 在一個(gè)連通圖內(nèi)，如果物體的運(yùn)動(dòng)軌跡的結(jié)點(diǎn)有N（N>2）個(gè)奇數(shù)結(jié)點(diǎn)，那么被控物體需要使用N/2次才能不重復(fù)的走完每一條軌跡。應(yīng)用時(shí)應(yīng)特別注意：1）在任何一個(gè)連通圖內(nèi)奇數(shù)結(jié)點(diǎn)只能是偶數(shù)個(gè)，不可能出現(xiàn)奇數(shù)個(gè)奇數(shù)結(jié)點(diǎn)。定理1與定理2合稱最少程序步判別定理或一筆畫(huà)定理。2）為了降低轉(zhuǎn)彎次數(shù)，只有當(dāng)物理路徑改變方向時(shí)，控制路徑才決定改變運(yùn)行方向。4、抑制定理、反饋定理和多環(huán)組合方法1） 抑制定理：

5、對(duì)于反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的元件參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)有抑制能力。對(duì)于給定、反饋元件和反饋環(huán)外的元件參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)無(wú)抑制能力。* 熟悉提高抑制能力的方法。* 熟練掌握抑制定理，靈活運(yùn)用抑制定理對(duì)分析控制系統(tǒng)的抗干擾能力十分有用。* 抑制定理是工程師在選購(gòu)元器件時(shí)所遵循的基本原則，抑制定理決定：哪些元器件必須選高質(zhì)量的；哪些元器件可以選非高質(zhì)量的。2）反饋定理：要想維持一個(gè)物理量不變或基本不變，就應(yīng)該引入這個(gè)物理量的負(fù)反饋與恒值給定相比較，形成閉環(huán)系統(tǒng)。* 反饋定理是自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員遵守的基本定理。* 反饋信號(hào)的具體采樣點(diǎn)和安裝的牢固、可靠性將會(huì)關(guān)系到一個(gè)工程項(xiàng)目的成與敗。3）多環(huán)組

6、合方法在一個(gè)控制系統(tǒng)中，如果有多個(gè)被反饋的物理量需要構(gòu)造閉環(huán)，并且這些被反饋的物理量是同一個(gè)物理量所產(chǎn)生，那么延遲時(shí)間最短的那個(gè)物理量的反饋環(huán)建在最里面，延遲時(shí)間最長(zhǎng)的那個(gè)物理量的反饋環(huán)建在最外面。注意：在多環(huán)控制結(jié)構(gòu)中，外環(huán)是決定系統(tǒng)性能的根本因素，而內(nèi)環(huán)主要起改造對(duì)象特性以利于外環(huán)控制的作用；各種擾動(dòng)給內(nèi)環(huán)帶來(lái)的誤差可以由外環(huán)控制加以彌補(bǔ)或抑制。二、試題解析1、在一個(gè)至少有6個(gè)偶數(shù)結(jié)點(diǎn)的聯(lián)通域內(nèi)，如果結(jié)點(diǎn)總數(shù)有9個(gè)，那么機(jī)器人能否不重復(fù)的走遍該聯(lián)通域內(nèi)的每一條支路？2、某可逆調(diào)速控制系統(tǒng)如圖1-3所示，分析此控制系統(tǒng)的工作原理回答下述問(wèn)題： 圖1-31）此控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上具有哪些主要功能？

7、答：具有可逆運(yùn)行功能；具有過(guò)流（或限流）保護(hù)功能 ；具有給定緩沖功能；具有四種程序步轉(zhuǎn)速設(shè)定功能；具有能耗制動(dòng)功能。2）設(shè)1Q為正向點(diǎn)動(dòng)按鈕； 2Q為反向點(diǎn)動(dòng)按鈕；BP5為點(diǎn)動(dòng)速度設(shè)定電位器；S為自動(dòng)與點(diǎn)動(dòng)速度選擇開(kāi)關(guān)，其中S-1和S-2為分別是自動(dòng)運(yùn)行和點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行觸點(diǎn)。生產(chǎn)工藝要求點(diǎn)動(dòng)與自動(dòng)運(yùn)行(Q按鈕)互鎖。試根據(jù)圖1-3修改原控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)此功能。解：設(shè)計(jì)結(jié)果如圖1-5所示：圖1-5圖3-1 送貨機(jī)器人 (小車(chē))運(yùn)行軌跡3、設(shè)計(jì)題1）已知電動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)小車(chē)左右運(yùn)動(dòng)；電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)小車(chē)上下運(yùn)動(dòng)。生產(chǎn)工藝要求的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖5-1所示。假設(shè)：KM1得電小車(chē)向右運(yùn)行，KM2得電小車(chē)向左運(yùn)行；KM3得電

8、小車(chē)向上運(yùn)行，KM4得電小車(chē)向下運(yùn)行。生產(chǎn)工藝要求：按動(dòng)啟動(dòng)按鈕S1時(shí)小車(chē)的運(yùn)行軌跡如圖5-1 (A)所示；按動(dòng)啟動(dòng)按鈕S2時(shí)小車(chē)的運(yùn)行軌跡如圖5-1(B)所示；按動(dòng)啟動(dòng)按鈕S3時(shí)小車(chē)的運(yùn)行軌跡如圖5-1(C)所示；當(dāng)小車(chē)在運(yùn)行期間按動(dòng)按鈕S4時(shí)小車(chē)能以最短的路徑返回初始原點(diǎn)(A)。試設(shè)計(jì)滿足該運(yùn)動(dòng)軌跡的運(yùn)動(dòng)控制的輸出方程組和控制方程組。解：（1)定義程序步及轉(zhuǎn)步信號(hào)： 根據(jù)程序步的定義可知此運(yùn)行軌跡的可分為如下7步K 1、K2、K3、K4、K5、K6 、K7，如圖5-1所示。每步的轉(zhuǎn)步信號(hào)分別設(shè)為ST1、ST2、ST3、ST4、ST5，如圖5-1所示。圖5-1（2）寫(xiě)出邏輯代數(shù)方程組： 根據(jù)

9、運(yùn)動(dòng)軌跡可以直接寫(xiě)出該控制系統(tǒng)的輸出方程組： 設(shè)急停按鍵為ST，那么滿足圖5-1 a)所示運(yùn)行軌跡的控制方程組為： 那么同時(shí)滿足圖5-1 b)所示運(yùn)行軌跡的控制方程組為：那么同時(shí)滿足圖5-1 c)所示運(yùn)行軌跡的控制方程組為：當(dāng)按動(dòng)回原位按鈕S4時(shí)，如果小車(chē)在水平線上，那么同時(shí)滿足上述所示運(yùn)行軌跡的控制方程組為：當(dāng)按動(dòng)回原位按鈕S4時(shí)，如果小車(chē)在水平線的上方，那么同時(shí)滿足上述所示運(yùn)行軌跡的控制方程組為：當(dāng)按動(dòng)回原位按鈕S4時(shí)，如果小車(chē)在水平線的下方，那么同時(shí)滿足上述所示運(yùn)行軌跡的控制方程組為：2、在上述已知條件基礎(chǔ)上，假設(shè)電動(dòng)機(jī)1和2都是直流電動(dòng)機(jī)并且分別由兩個(gè)邏輯環(huán)流雙閉環(huán)可逆直流調(diào)速器驅(qū)動(dòng)，

10、如圖5-2所示，生產(chǎn)工藝要求每一步的運(yùn)行速度都相同，但是速度的大小可調(diào)。該調(diào)速器的部分控制端子的功能說(shuō)明參見(jiàn)表5-1，圖5-2已經(jīng)完成了部分原理圖繪制，試補(bǔ)充繪制完成直流調(diào)速器的控制原理圖的設(shè)計(jì)。 表5-1 590系列調(diào)速器部分控制端子功能端子號(hào)功 能A4速度給定端。當(dāng)A4=+10V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到正向最高速；當(dāng)A4=-10V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到反向最高速；當(dāng)A4=0V時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為零。A6電樞電流限幅端。當(dāng)A6=+10V時(shí)，正向電樞電流的限幅為200%；當(dāng)A6=-10V時(shí)，反向電樞電流的限幅為200%最高速。B10VB3+10V電源B4-10V電源B8急?？刂贫?。當(dāng)B8=0V(或懸空

11、)時(shí)，調(diào)速器緊急停止。當(dāng)B8=24V時(shí)，急停不起作用。C3起動(dòng)控制端。當(dāng)C3=24V時(shí)，調(diào)速器起動(dòng)運(yùn)行，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后等于“A4”的設(shè)定值。當(dāng)C3=0V時(shí)，調(diào)速器不能運(yùn)行。C5控制信號(hào)允許輸入。當(dāng)C5=24V時(shí)，給電動(dòng)機(jī)施加勵(lì)磁電壓；當(dāng)C5=0V(或懸空)時(shí)，電動(dòng)機(jī)無(wú)勵(lì)磁電壓。C9+24V電源第二章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)仿真一、本章主要內(nèi)容1、開(kāi)環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)構(gòu)造過(guò)程及其靜特性圖2-1-1 開(kāi)環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)原理框圖： a)晶閘管可控整流電路 b)脈寬調(diào)制電路1） 開(kāi)環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)原理框圖與動(dòng)、靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖2-1-2 開(kāi)環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖： a) 動(dòng)態(tài)傳遞函數(shù) b)

12、靜態(tài)傳遞函數(shù)2）晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的特殊問(wèn)題 控制系統(tǒng)的電流比較小時(shí)出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象 晶閘管電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分?jǐn)嗬m(xù)區(qū)和連續(xù)區(qū) 電動(dòng)機(jī)所儲(chǔ)存的能量不能直接回饋給電網(wǎng)開(kāi)環(huán)晶閘管電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性比較軟，無(wú)法滿足一般靜態(tài)指標(biāo)的要求3）靜態(tài)指標(biāo)與動(dòng)態(tài)指標(biāo)的定義* 在“電機(jī)與拖動(dòng)”這門(mén)課中所講的：調(diào)速范圍D；靜差率S都屬于靜態(tài)指標(biāo)。* 在“自動(dòng)控制理論” 這門(mén)課中所講的：上升時(shí)間tr、超調(diào)量和振蕩次數(shù)N都屬于動(dòng)態(tài)指標(biāo)。* 滿足生產(chǎn)工藝要求的靜態(tài)指標(biāo)假設(shè)：控制系統(tǒng)所具有的轉(zhuǎn)速降為n系統(tǒng)，調(diào)速范圍為D和靜差率S所決定的轉(zhuǎn)速降為n要求，如果控制系統(tǒng)滿足生產(chǎn)工藝要求的靜態(tài)指標(biāo)，那么下面的等式應(yīng)該成立：2、單閉環(huán)調(diào)速控制

13、系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)分析與設(shè)計(jì)1) 生產(chǎn)工藝要求與控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降之間的關(guān)系2) 單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的抗干擾能力原理圖如下所示（P76圖220）對(duì)于如圖2-21所示單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖根據(jù)抑制定理可得如下結(jié)論：圖2-21 單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)KS、IdL 、R、Ce發(fā)生變化時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)它們的變化也有抑制能力；當(dāng)、發(fā)生變化時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)它的也變化沒(méi)有抑制能力。* 無(wú)論調(diào)速控制系統(tǒng)是否滿足生產(chǎn)工藝要求都要引轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。3) 單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法限流保護(hù)設(shè)計(jì)思想：僅當(dāng)電樞電流超過(guò)最大允許值時(shí)，電流反饋才能起作用，正常工作時(shí)不起作用。4) 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及校正動(dòng)態(tài)校正思想：

14、動(dòng)態(tài)時(shí)放大倍數(shù)自動(dòng)變小，穩(wěn)態(tài)時(shí)放大倍數(shù)自動(dòng)變大。5) 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算（靜態(tài)參數(shù)計(jì)算）熟練掌握反饋系數(shù)的確定方法：3、電壓負(fù)反饋電流補(bǔ)償控制的調(diào)速系統(tǒng) 1) 電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)* 因?yàn)橐妷贺?fù)反饋的目的是代替測(cè)速反饋，所以在實(shí)際引電壓負(fù)反饋時(shí)，應(yīng)盡可能的在靠近電動(dòng)機(jī)電樞的兩端引出電壓反饋。如圖2-3-1圖2-3-1 電壓負(fù)反饋調(diào)速控制系統(tǒng)原理圖* 電壓負(fù)反饋調(diào)速控制系統(tǒng)是一個(gè)自然穩(wěn)定性系統(tǒng)。也就是說(shuō)，KP選擇多么大的數(shù)值都不影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。* 電壓負(fù)反饋調(diào)速控制系統(tǒng)的閉環(huán)轉(zhuǎn)速降的最小值極限是2) 電流正反饋和補(bǔ)償控制規(guī)律帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的原理圖如圖2-3-2所示。圖2-

15、3-2 帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速控制系統(tǒng)原理圖* 引電流正反饋的目的是為了抵消電壓環(huán)不能抑制的那部分轉(zhuǎn)速降。 * 補(bǔ)償控制與反饋控制的根本區(qū)別在于反饋控制對(duì)于環(huán)內(nèi)的參數(shù)元件發(fā)生變化具有抑制作用；補(bǔ)償控制對(duì)于環(huán)內(nèi)的參數(shù)元件發(fā)生變化不但無(wú)有抑制作用而且具有增強(qiáng)這種干擾作用。 3) 電流補(bǔ)償控制調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和穩(wěn)定條件* 當(dāng)n0時(shí)（全補(bǔ)償情況），帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)臨界穩(wěn)定系統(tǒng)；當(dāng)n0時(shí)（欠補(bǔ)償情況），帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)；當(dāng)n0時(shí)（過(guò)補(bǔ)償情況），帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)不是一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)。* 由于電流正反饋的存在，盡管可以滿足任意小的生產(chǎn)工

16、藝要求，但是控制系統(tǒng)的抗干擾能力降低，導(dǎo)致帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)不能完全取代轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。4、Simulink建模與仿真技術(shù) * 了解仿真參數(shù)的設(shè)置重要性，學(xué)會(huì)使用解法設(shè)置(Solver)頁(yè)* 了解仿真速度的控制方法，掌握用示波器的采樣時(shí)間控制實(shí)際用時(shí)的方法。常用設(shè)置技巧：改變示波器的采樣時(shí)間控制實(shí)際用時(shí)的快慢，采樣時(shí)間越小，實(shí)際用時(shí)越長(zhǎng)；采樣時(shí)間越大，實(shí)際用時(shí)越短。但是采樣時(shí)間過(guò)大，波形容易失真。5、 PID調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律分析PID控制的最大優(yōu)點(diǎn)是：不需要了解被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，以靠在線修改PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)就能使控制系統(tǒng)性能達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求。1) 比例調(diào)節(jié)器的時(shí)域表

17、達(dá)式和控制規(guī)律當(dāng)輸入偏差U發(fā)生變化時(shí)，輸出會(huì)立即產(chǎn)生響應(yīng)，無(wú)滯后現(xiàn)象。但是，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)偏差U不能為零(如果為零輸出也為零)，造成控制系統(tǒng)不能消除被反饋的物理量的穩(wěn)態(tài)誤差。2) 積分調(diào)節(jié)器的時(shí)域表達(dá)式和控制規(guī)律積分調(diào)節(jié)器的“I”越大，輸出的斜坡度越大；比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史，當(dāng)輸入U(xiǎn)n瞬時(shí)為“0”時(shí)，輸出Uct不一定為“”；當(dāng)輸入U(xiǎn)n發(fā)生階躍時(shí)，輸出不會(huì)立即產(chǎn)生響應(yīng)，只能隨著時(shí)間的增長(zhǎng)逐漸增大。有滯后現(xiàn)象，沒(méi)有早期的修正能力，能消除被反饋的物理量的穩(wěn)態(tài)誤差。3) 比例積分調(diào)節(jié)器的時(shí)域表達(dá)式和控制規(guī)律比例部分能迅速產(chǎn)生輸出響應(yīng)，積分

18、部分則最終能消除被反饋的物理量的穩(wěn)態(tài)誤差。但是沒(méi)有早期的修正能力。二、試題解析1、在Simulink仿真模型中，為什么無(wú)論何種組合都應(yīng)該有輸出顯示模塊？2、在Simulink仿真模型中，改變示波器的采樣時(shí)間能控制實(shí)際用時(shí)的快慢嗎？圖2-13、試分析圖2-1所示是兩種用電壓負(fù)反饋近似代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制的電路。哪一種是正確的？4、已知某雙閉環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)電路的仿真結(jié)果如圖4-1(A)所示，將該仿真實(shí)驗(yàn)電路中的一個(gè)模塊參數(shù)修改后，出現(xiàn)的仿真結(jié)果如圖4-1(B)所示。試分析可能修改的什么參數(shù)？圖4-1答：圖4-1(B) 是修改ASR的正向輸出限幅值所出現(xiàn)的仿真結(jié)果。圖5-1 5、已知某雙閉環(huán)

19、可逆調(diào)速系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)電路的仿真結(jié)果如圖5-1(A)所示，將該仿真實(shí)驗(yàn)電路中的一個(gè)模塊參數(shù)修改后，出現(xiàn)的仿真結(jié)果如圖5-1(B)所示。對(duì)此有如下結(jié)論：A) 圖5-1(B) 是仿真電網(wǎng)電壓波動(dòng)，出現(xiàn)的仿真結(jié)果。 ( )B) 圖5-1(B) 是仿真轉(zhuǎn)速給定電壓突然增大，出現(xiàn)的仿真結(jié)果。( )C) 圖5-1(B) 是仿真負(fù)載電流突然增大，出現(xiàn)的仿真結(jié)果。 ( )D) 圖5-1(B) 是仿真負(fù)載電流突然減少，出現(xiàn)的仿真結(jié)果。( )試選擇正確的結(jié)論。第三章多閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)造及Profibus網(wǎng)絡(luò)組態(tài)一、本章主要內(nèi)容1、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)及其靜特性1）原理圖2） 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖3-1-1 雙閉環(huán)

20、調(diào)速控制系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖3）動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖3-2-1 雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖4）靜特性及穩(wěn)態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系（1）靜特性（2）穩(wěn)態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系的大小決定了電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的大??；的大小決定了轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR穩(wěn)態(tài)輸出的大小。由下式可知：和的大小決定了電流調(diào)節(jié)器ACR穩(wěn)態(tài)輸出的大小。（3）、的確定公式： 2、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能及其仿真1）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程電流上升階段為“”階段。轉(zhuǎn)速上升階段為“”階段。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段為“”階段當(dāng)電樞電流接近最大允許電流Idm時(shí)即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的飽和值時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)失去了作用，表現(xiàn)出了僅有一個(gè)電流環(huán)的特點(diǎn)。當(dāng)電樞電流小于最大允

21、許電流Idm時(shí)，電流環(huán)失去了單獨(dú)調(diào)節(jié)的作用，變成了轉(zhuǎn)速環(huán)的前向通道上一個(gè)環(huán)節(jié)，表現(xiàn)出了雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)特點(diǎn)。注意： 轉(zhuǎn)速與電流隨時(shí)間的變化規(guī)律都遵循著下面公式所表達(dá)的函數(shù)關(guān)系。在恒流升速(“”)階段，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸入偏差等于不為零的常數(shù)轉(zhuǎn)速必須出現(xiàn)超調(diào)()才能使速度調(diào)節(jié)器ASR退出飽和狀態(tài)由于“”和“”階段存在，不能實(shí)現(xiàn)理想的時(shí)間最優(yōu)控制2）動(dòng)態(tài)性能和兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用動(dòng)態(tài)跟隨性能：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速由低變高時(shí)能實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的準(zhǔn)最優(yōu)控制。當(dāng)轉(zhuǎn)速由高變低時(shí)，系統(tǒng)處于自由停車(chē)狀態(tài)，造成制動(dòng)時(shí)失控。動(dòng)態(tài)抗擾性能：當(dāng)負(fù)載擾動(dòng)(IdL變化)時(shí)，由于存在電流環(huán)，從而加快了轉(zhuǎn)速環(huán)的調(diào)節(jié)過(guò)程。當(dāng)電網(wǎng)電壓

22、波動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)電流反饋環(huán)得到及時(shí)的調(diào)節(jié)控制作用，不必等到影響到轉(zhuǎn)速環(huán)才起作用。因此在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)速降比轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的速降小得多。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器(ASR)的作用* 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。* 對(duì)負(fù)載變化起主要抗擾作用。* 其輸出限幅值決定電機(jī)最大允許的起動(dòng)電流。電流調(diào)節(jié)器(ACR)的作用* 作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(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。* 對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。* 在突加給定起動(dòng)過(guò)程中，能使電機(jī)以最大允許的

23、電流起動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)時(shí)間最優(yōu)控制的執(zhí)行環(huán)節(jié)。 當(dāng)電機(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。3) 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與存在的問(wèn)題調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計(jì)的基本原則是：先設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)，后設(shè)計(jì)外環(huán)。轉(zhuǎn)速?gòu)母咚僮兊退贂r(shí)控制系統(tǒng)失控；第和第段的電流上升和下降的變化率不能控制；起動(dòng)結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)速必須出現(xiàn)超調(diào)才能使速度調(diào)節(jié)器ASR退出飽和狀態(tài)進(jìn)入線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。3、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)構(gòu)造小結(jié)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)，依靠在突加給定起動(dòng)時(shí)速度調(diào)節(jié)器輸出的飽和限幅特性，使得系統(tǒng)表現(xiàn)出只有一個(gè)電流環(huán)的效果，從而實(shí)現(xiàn)了恒流起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)

24、了時(shí)間最優(yōu)控制；起動(dòng)結(jié)束后，速度調(diào)節(jié)器輸出自動(dòng)退出飽和限幅的狀態(tài)，使得系統(tǒng)表現(xiàn)出只有一個(gè)轉(zhuǎn)速環(huán)的效果，達(dá)到了穩(wěn)速抗干擾的目的。4、無(wú)轉(zhuǎn)速超調(diào)的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)1）瞬間降低轉(zhuǎn)速給定電壓U*n2）自動(dòng)提高轉(zhuǎn)速反饋電壓Un* 改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；采用轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋。5、多閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的構(gòu)造過(guò)程及性能分析1）帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為了盡可能的縮小第階段的比例或根據(jù)實(shí)際工程的需求能夠隨意設(shè)置階段寬度，必須解決對(duì)電流變化率進(jìn)行控制的問(wèn)題。2）全狀態(tài)反饋調(diào)速控制系統(tǒng)(準(zhǔn)全狀態(tài)反饋) 電壓反饋引出位置選擇原因此時(shí)的電壓反饋引出點(diǎn)應(yīng)該盡可能的在靠近可控整流輸出端位置引出，因?yàn)?，這樣做能盡可能的接

25、近理想的，用代替還能提高系統(tǒng)的抗干擾能力。圖3-5-1 帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖電壓反饋與電流微分反饋的作用基本一樣因?yàn)閺奈锢砹烤V上分析，電流的微分就是電壓，所以電壓反饋與電流微分反饋的作用基本相同。注意：一個(gè)儲(chǔ)能元件決定一個(gè)狀態(tài)變量。3）帶能耗制動(dòng)單元的全狀態(tài)反饋調(diào)速控制系統(tǒng)解決控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速由高變低時(shí)失控問(wèn)題的最簡(jiǎn)方案是采用能耗制動(dòng)。4）閉環(huán)數(shù)目的限制與帶預(yù)控制調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)數(shù)目的限制* 被控對(duì)象狀態(tài)變量多少的限制；控制系統(tǒng)自然穩(wěn)定條件的限制；生產(chǎn)工藝性能要求及控制效果的限制帶預(yù)控制調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)(了解內(nèi)容)6、弱磁控制的直流調(diào)速控制系統(tǒng)對(duì)于獨(dú)立控制勵(lì)磁式調(diào)速系統(tǒng)存在單獨(dú)弱磁

26、不能升速的問(wèn)題，因此出現(xiàn)了非獨(dú)立控制勵(lì)磁式調(diào)速系統(tǒng)，如圖3-6-1所示。圖3-6-1 非獨(dú)立控制勵(lì)磁式調(diào)速系統(tǒng)注意：弱磁調(diào)速的條件：在改變勵(lì)磁時(shí)應(yīng)保證反電勢(shì)E不變。7、PROFIBUS通信和網(wǎng)絡(luò)組態(tài)使用PROFIBUS后，可使分散式數(shù)字化控制器或控制系統(tǒng)，從現(xiàn)場(chǎng)到車(chē)間級(jí)網(wǎng)絡(luò)化； 使用PROFIBUS后，由于減少了硬件成份(I/O，終端塊、隔離柵)，因此節(jié)省了工程設(shè)計(jì)調(diào)試費(fèi)用、硬件和安裝費(fèi)用；使用PROFIBUS后，將會(huì)提高控制系統(tǒng)的可靠性、安全性和靈活性。1）PROFIBUS-DP的主要特點(diǎn)* 它用在自動(dòng)控制系統(tǒng)和外圍設(shè)備之間進(jìn)行通信，可以取代價(jià)格昂貴的24V及420mA并行信號(hào)線。* 總線循

27、環(huán)時(shí)間必須小于中央控制器(主站)的程序循環(huán)時(shí)間，一般情況下主站程序循環(huán)時(shí)間不會(huì)高于10ms。* 在同一條總線上最多可連接126個(gè)站點(diǎn)(主站或從站)。* 一級(jí)DP主站是中央控制器，它在預(yù)定的信息周期內(nèi)與分散的從站交換信息。典型的主設(shè)備包括可編程序控制器(PLC)、個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)、數(shù)控設(shè)備(CNC)和機(jī)器人控制器。* 二級(jí)DP主站是觸摸屏、操作面板或編程器、組態(tài)設(shè)備等。它們?cè)贒P系統(tǒng)控制操作和組態(tài)時(shí)使用，以達(dá)到系統(tǒng)操作和監(jiān)視的目的。* DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備，這些外圍設(shè)備可以成為DP從站、數(shù)字或模擬輸入輸出設(shè)備、直流調(diào)速器、變頻器、閥門(mén)等，也有一些只提供輸入或輸出信息

28、的設(shè)備。輸入和輸出信息量的多少取決于具體設(shè)備類型，但最多不會(huì)超過(guò)246字節(jié)。2）PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)組態(tài)過(guò)程及數(shù)據(jù)傳輸命令 調(diào)速控制系統(tǒng)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)步驟如下第一步：設(shè)置直流調(diào)速器(6RA70) 的從站地址第二步：在主站PLC上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)* 進(jìn)入新建項(xiàng)目向?qū)?duì)話窗口* 選擇主站CPU的型號(hào)和編程口地址* 選擇PLC的組織塊“OB” 和編程語(yǔ)言* 上傳“UPLODA”網(wǎng)絡(luò)組態(tài)第三步：設(shè)置觸摸屏地址功能塊SFCl4讀從站的參數(shù)，其命令為“DPRD_DAT”；功能塊SFCl5設(shè)置從站的參數(shù)，其命令為“DPWR_DAT”3）PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)常見(jiàn)通信故障的處理如果PR

29、OFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)時(shí)通時(shí)斷現(xiàn)象，除接觸不良等原因外，主要原因是網(wǎng)絡(luò)通信受到了某種干擾，解決的主要方法是檢查接終端電阻是否連接或是否有效。如果新購(gòu)置的許多網(wǎng)絡(luò)通信模塊同時(shí)出現(xiàn)通信故障問(wèn)題，除地址設(shè)置有誤等原因外，主要原因是網(wǎng)絡(luò)集成操作人員帶電插接網(wǎng)絡(luò)端子所致。如果PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)總有一個(gè)從站或二級(jí)主站不能正常通信，說(shuō)明主站在設(shè)置該類型的從站或二級(jí)主站的連接數(shù)量少于實(shí)際數(shù)量，解決的主要方法是檢查該主站的通信設(shè)置數(shù)量是否正確。二、試題解析1、在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，如果在突加給定起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的電樞電流超過(guò)最大允許值，應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)才能降低電動(dòng)機(jī)的電樞電流？答：應(yīng)降低速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅

30、值2、有兩種PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)連接方法如圖3-1所示，假設(shè)“on”的左端是黑色時(shí)，表示內(nèi)部終端電阻已經(jīng)接入，否則沒(méi)有接入。你認(rèn)為哪一種是正確的？圖3-1答：A網(wǎng)絡(luò)的連接方法是正確的。圖3-2 3、某PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)如圖3-2所示，此網(wǎng)絡(luò)共有四個(gè)觸摸屏，如果每次開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)總有一個(gè)觸摸屏與網(wǎng)絡(luò)無(wú)法通訊，可能的原因是什么呢？答：在主站中設(shè)置選擇觸摸屏數(shù)量參數(shù)不正確。4、某控制的直流調(diào)速系統(tǒng)如圖4-1所示，如果該系統(tǒng)需要在基速以上運(yùn)行，單獨(dú)降低給定電位器RPe能否實(shí)現(xiàn)弱磁升速？圖4-1答：不能實(shí)現(xiàn)弱磁升速。 因?yàn)樵谵D(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)的前向通道上，所以根據(jù)抑制定理可得，變化不會(huì)引起轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。

31、5、某調(diào)速控制系統(tǒng)如圖4-2所示，已知轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，電樞回路總電阻，。如果雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，那么速度調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓等于多少？如果此時(shí)，那么和各是多少？ 圖4-2解：0第四章 可逆調(diào)速控制系統(tǒng)及全數(shù)字調(diào)速控制器一、本章內(nèi)容概述本章的核心問(wèn)題：正反兩組如何正確配合問(wèn)題。1、晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆線路及回饋制動(dòng) 1）晶閘管-電機(jī)系統(tǒng)的四個(gè)象限運(yùn)行方法* 采用兩組反并聯(lián)控制系統(tǒng)的方法，不但能解決電樞電流迅速改變極性的問(wèn)題同時(shí)也解決了轉(zhuǎn)速由高變低時(shí)的轉(zhuǎn)速失控問(wèn)題和振蕩次數(shù)的控制問(wèn)題。* 對(duì)于反并聯(lián)可逆調(diào)速系統(tǒng)如果正反兩組配合不好，就會(huì)出現(xiàn)兩套可控整流橋短路的現(xiàn)象發(fā)生。因此研究可逆調(diào)速系統(tǒng)

32、的核心問(wèn)題就是：正反兩組如何正確配合問(wèn)題。2）晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的回饋制動(dòng)條件晶閘管可控整流裝置實(shí)現(xiàn)有源逆變的兩個(gè)條件：內(nèi)部條件：控制角>90°，使晶閘管可控整流裝置側(cè)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的平均電壓-Ud0。外部條件：外電路必須要有一個(gè)直流電源，并且極性必須與閘管可控整流裝置的整流極性Ud0相同，其數(shù)值應(yīng)稍大于-Ud0，以產(chǎn)生和維持逆變電流。2、可逆線路中的環(huán)流及其抑制措施1) 環(huán)流及其種類* 環(huán)流的分類：直流環(huán)流、瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流和動(dòng)態(tài)環(huán)流三種* 環(huán)流的二重性：環(huán)流的存在會(huì)顯著地加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗無(wú)用的功率，環(huán)流太大時(shí)甚至?xí)?dǎo)致晶閘管損壞，因此必須予以抑制。但是利用環(huán)流作為流過(guò)

33、晶閘管的基本負(fù)載電流，即使在電動(dòng)機(jī)空載或輕載時(shí)也可使晶閘管裝置工作在電流連續(xù)區(qū)，避免了電流斷續(xù)引起的非線性現(xiàn)象對(duì)系統(tǒng)靜、動(dòng)態(tài)性能的影響。而且在可逆系統(tǒng)中存在少量環(huán)流，可以保證電流的無(wú)間斷反向，加快反向時(shí)的過(guò)渡過(guò)程。2) 瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流及其抑制措施* 抑制方法的理論根據(jù)：在平均脈動(dòng)電流相同的情況下，脈動(dòng)環(huán)流的幅值越高所消耗的電網(wǎng)功率也就越大。* 抑制脈動(dòng)環(huán)流的方法是：在環(huán)流流經(jīng)的線路上增加限制環(huán)流峰值的電抗器。* 三相橋式非獨(dú)立電源電路必須用四個(gè)環(huán)流電抗器；三相橋式獨(dú)立電源電路必須用二個(gè)環(huán)流電抗器。3、有環(huán)流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)及控制系統(tǒng)仿真有一定的環(huán)流可以使系統(tǒng)當(dāng)負(fù)載比較小時(shí)能越過(guò)電流不連續(xù)區(qū)，這樣

34、會(huì)給控制系統(tǒng)帶來(lái)兩個(gè)好處：提高系統(tǒng)的快速反向和快速制動(dòng)能力，還可以降低控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度（避免建立三環(huán)系統(tǒng)來(lái)抑制電流斷續(xù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)的影響）。1) 典型配合控制系統(tǒng)的制動(dòng)過(guò)程分析圖4-3-1 典型配合控制有環(huán)流可逆系統(tǒng)正向制動(dòng)過(guò)程波形* 由于電感上的電流不能發(fā)生突變,所以盡管反組橋觸發(fā)角在整流區(qū)但外部條件還沒(méi)有滿足，故此時(shí)屬于待整流狀態(tài)。雖然電流在減小，但是電流方向沒(méi)有發(fā)生變化，由于正組橋此時(shí)的觸發(fā)角在逆變區(qū)，所以在至的區(qū)間內(nèi)稱為本橋逆變狀態(tài)。* 從電流反向到電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出退出飽和這段區(qū)間內(nèi)（至的區(qū)間內(nèi)），反組橋的輸出電壓與電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)的電壓極性一致，形成反接制動(dòng)，所以此時(shí)的反向

35、電流迅速增大。* 由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩的極性相反，導(dǎo)致制動(dòng)加速度將是起動(dòng)加速度的3倍。如果起動(dòng)時(shí)間是3秒，那么制動(dòng)時(shí)間只有是1秒。* 在恒流期間（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器還沒(méi)有退出飽和狀態(tài)期間）電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差()是一個(gè)不為零的常數(shù)。*當(dāng)轉(zhuǎn)速降的比較小時(shí)，為了保持最大允許制動(dòng)電流不變，反組橋由逆變狀態(tài)進(jìn)入整流狀態(tài)來(lái)維持基本不變。* 當(dāng)轉(zhuǎn)速在時(shí)刻開(kāi)始過(guò)零超調(diào)之后。一方面，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸出退出飽和狀態(tài)；另一方面，由于電動(dòng)機(jī)帶的負(fù)載是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，所以制動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)在時(shí)刻突然變小，使得可逆調(diào)速控制系統(tǒng)的超調(diào)非常小或者幾乎可以忽略不計(jì)。 2) 環(huán)流自控可逆調(diào)速控制系統(tǒng)讓處于非整流狀態(tài)的電流調(diào)節(jié)器所組成的電

36、流環(huán)的反饋信號(hào)不但有環(huán)流反饋信號(hào)的成分，還有隨著負(fù)載電流IdL的增大而增大的信號(hào)成分，如果系統(tǒng)是一個(gè)穩(wěn)定性系統(tǒng)，那么必然會(huì)造成環(huán)流反饋信號(hào)的自動(dòng)減小。4、無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)及控制系統(tǒng)仿真(1) 問(wèn)題的提出 對(duì)于大功率系統(tǒng)即使很小的環(huán)流都會(huì)造成電能的巨大浪費(fèi)。所以需要無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)。 環(huán)流的存在不僅增大控制系統(tǒng)的初次投資(增加抑制環(huán)流的電抗器)，還會(huì)增大控制系統(tǒng)的體積。(2) 邏輯控制裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程所謂邏輯控制的無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)是指：在反并聯(lián)可逆線路中，當(dāng)一組功率器件(例如：晶閘管)工作時(shí)，用邏輯電路封鎖另一組功率器件的觸發(fā)脈沖或信號(hào)，使它完全處于阻斷狀態(tài)，確保在任何情況下最多只有一組

37、處于工作狀態(tài)?？刂七壿嬢敵鰻顟B(tài)的最少輸入信號(hào)是：速度調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)和電流反饋信號(hào)的過(guò)零時(shí)刻。 邏輯代數(shù)關(guān)系式存在的問(wèn)題* 系統(tǒng)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)兩正反兩組同時(shí)開(kāi)放現(xiàn)象* 制動(dòng)初期本橋逆變還沒(méi)有結(jié)束，電流瞬時(shí)過(guò)零問(wèn)題* 晶閘管阻斷時(shí)不會(huì)立即關(guān)斷會(huì)出現(xiàn)“暫留視”現(xiàn)象* C1的充電時(shí)間不能小于單管最大可能沒(méi)有電流的時(shí)間；C2的充電時(shí)間是單管最大阻斷時(shí)間與C1的充電時(shí)間之和。邏輯裝置的應(yīng)用問(wèn)題如圖4-4-1所示* 輸出必須加邏輯保護(hù)環(huán)節(jié)和開(kāi)關(guān)管故障保護(hù)環(huán)節(jié)* 輸出加功率放大環(huán)節(jié)，輸入電平檢測(cè)環(huán)節(jié)* 根據(jù)用戶和工藝要求增加其它保護(hù)環(huán)節(jié)圖4-4-1邏輯切換裝置原理圖5、直流脈寬調(diào)速控制系統(tǒng)及控制電路仿真1

38、) PWM主電路的形成過(guò)程* 每個(gè)周期內(nèi)的波頭數(shù)目越高，在平均電流相同的情況下，電流也就越容易連續(xù)。負(fù)載輕時(shí)電流連續(xù)，既能省去主電路的平波電抗器，又能提高電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍。* 每個(gè)周期內(nèi)的波頭數(shù)目越高，失控時(shí)間就越短，快速響應(yīng)性能也就越好，動(dòng)態(tài)抗擾能力也就越強(qiáng)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)也就越簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性也就越好。4-5-1不可逆PWM變換器原理圖2) 脈寬調(diào)制變換器的工作原理及構(gòu)造過(guò)程不可逆PWM變換器如圖4-5-1所示* 電機(jī)兩端得到的平均電壓為式中可逆PWM變換器如圖4-5-2所示圖4-5-2 可逆PWM變換器原理圖如果在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)施加給電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓有正負(fù)兩個(gè)極性，那么此可逆PW

39、M變換器稱為雙極控制方式可逆PWM變換器，簡(jiǎn)稱雙極式；如果只有一個(gè)正或負(fù)極性電壓，那么此可逆PWM變換器稱為單極控制方式可逆PWM變換器，簡(jiǎn)稱單極式。* 雙極控制方式如圖4-5-3所示不同負(fù)載下的電流波形及流向如圖4-5-4所示圖4-5-3 雙極式可逆PWM變換器的開(kāi)關(guān)脈沖施加方式a)柵極控制電壓 b)電流流經(jīng)路徑圖4-5-4 雙極式可逆PWM變換器正向運(yùn)行時(shí)的電壓、電流波形a) 負(fù)載充分大時(shí)的電流波形 b) 負(fù)載充分小時(shí)的電流波形圖4-5-6 三角波PWM器仿真模型圖3)脈寬調(diào)制器的仿真電路如圖4-5-6所示。時(shí)間模塊(Clock)、自定義重復(fù)函數(shù)模塊(rem)和查表模塊(Look-UpTa

40、ble1)組成三角波發(fā)生器，產(chǎn)生Ust信號(hào)。兩個(gè)求和模塊(Sum)和兩個(gè)繼電器模塊(Relay)構(gòu)成了運(yùn)算放大器、開(kāi)放延時(shí)和封鎖不延時(shí)環(huán)節(jié)。4）可逆脈寬調(diào)速控制系統(tǒng)仿真電路如圖4-5-7所示。圖4-5-7 可逆脈寬調(diào)速調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)仿真模型圖5) 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的特殊問(wèn)題 * 泵升電壓?jiǎn)栴}*電壓變化率過(guò)大問(wèn)題6、全數(shù)字直流調(diào)速器的結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)軟件組態(tài) 1) 通用全數(shù)字直流調(diào)速器參數(shù)設(shè)置過(guò)程及優(yōu)化方法參數(shù)自動(dòng)優(yōu)化的一般原則是：在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下，使系統(tǒng)的輸出跟隨給定的速度最快并且動(dòng)態(tài)誤差最小。2) 直流調(diào)速器常見(jiàn)故障的維修方法及實(shí)例 調(diào)速器有故障顯示，但實(shí)際上并沒(méi)有發(fā)生此故障 調(diào)速器通電

41、后無(wú)任何顯示 調(diào)速器正常運(yùn)行數(shù)年后出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn) 調(diào)速器正常運(yùn)行數(shù)年后出現(xiàn)過(guò)流報(bào)警 電動(dòng)機(jī)負(fù)載增大后轉(zhuǎn)速下降 調(diào)速器的給定增大電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大或調(diào)不上去二、試題解析1、可逆調(diào)速系統(tǒng)一定用于生產(chǎn)工藝要求電動(dòng)機(jī)可逆運(yùn)行的場(chǎng)合嗎？答：不一定。因?yàn)閷?duì)于動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)要求較高的不可逆運(yùn)行場(chǎng)合，也需要可逆調(diào)速系統(tǒng)。2、在不可逆調(diào)速系統(tǒng)中也會(huì)發(fā)生本橋逆變現(xiàn)象嗎？答：在不可逆調(diào)速系統(tǒng)中也會(huì)發(fā)生本橋逆變現(xiàn)象。因?yàn)殡姼猩系碾娏鞑荒馨l(fā)生突變。圖3-4 3、某調(diào)速控制系統(tǒng)的主電路如圖3-4所示，對(duì)于此主電路有如下結(jié)論，請(qǐng)選擇正確的結(jié)論。A) 電抗器、和的作用是：提高環(huán)流波形的連續(xù)性。 ( )B) 電抗器、和的作用是：避

42、免晶閘管出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象。 ( )C) 電抗器、和的作用是：使正反兩組晶閘管整流電路切換時(shí)無(wú)電流斷續(xù)區(qū)。 ( )D) 電抗器、和的作用是：降低環(huán)流的功率損耗。 ( )4、在無(wú)環(huán)流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)中，主電路是由兩個(gè)三相全控橋構(gòu)成的正組橋和反組橋。已知在系統(tǒng)制動(dòng)過(guò)程中，只要在0.02/6秒內(nèi)電流沒(méi)有出現(xiàn)，邏輯控制裝置就認(rèn)為本橋逆變就已經(jīng)結(jié)束。如果正組橋(或反組橋)中有一個(gè)晶閘管燒斷，在系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)，造成本橋逆變顛覆的原因是：A) 此時(shí)邏輯控制裝置誤認(rèn)為本橋逆變已經(jīng)結(jié)束，提前封鎖了本橋。 ( )B) 此時(shí)邏輯控制裝置誤認(rèn)為本橋逆變已經(jīng)結(jié)束，延時(shí)封鎖了本橋。 ( )C) 此時(shí)邏輯控制裝置誤認(rèn)為反組橋制動(dòng)

43、已經(jīng)開(kāi)始，提前開(kāi)放了反組橋。 ( )D) 此時(shí)邏輯控制裝置誤認(rèn)為反組橋制動(dòng)已經(jīng)開(kāi)始，延時(shí)開(kāi)放了反組橋。 ( )圖3-7 5、某調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型電路如下圖3-7所示。為避免同一橋臂上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)調(diào)節(jié)什么模塊的參數(shù)？答：在圖3-7中應(yīng)調(diào)節(jié)Relay和Relay1這兩個(gè)模塊中的有關(guān)參數(shù)可以控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的死區(qū)時(shí)間。6、某可逆調(diào)速系統(tǒng)的邏輯切換裝置的原理圖如圖4-1所示，試分析VD2、C2和VD2、C2的作用。圖4-1 答：VD2、C2的作用是原工作組真正阻斷之后才能開(kāi)放非工作組立即封鎖工作組即：延遲開(kāi)放非工作組立即封鎖工作組；VD1、C1的作用是判斷電樞電流真正過(guò)零后才進(jìn)入封鎖

44、工作組開(kāi)放非工作組的延遲狀態(tài)。7、某PWM調(diào)速控制系統(tǒng)的主電路如圖4-2所示，如果電流的流經(jīng)路徑是：US+VT1電機(jī)MVT4US-，試分析電流的流經(jīng)路徑。圖4-2答：電流的流經(jīng)路徑是：US- VD2電機(jī)MVD3US+。第五章 系統(tǒng)的人機(jī)界面設(shè)計(jì)及觸摸屏的使用方法一、本章主要內(nèi)容1、人機(jī)界面研究的內(nèi)容及常用認(rèn)知心理學(xué)知識(shí)1) 人機(jī)界面的定義及研究的主要內(nèi)容* 人能讀懂，機(jī)器也能認(rèn)識(shí)的這個(gè)界面稱為“人機(jī)界面”* 人機(jī)界面研究的主要內(nèi)容是：如何準(zhǔn)確、迅速的顯示與控制自動(dòng)控制系的狀態(tài)變量和信息的問(wèn)題。2) 研究人機(jī)界面所需要的基礎(chǔ)知識(shí)研究人機(jī)界面所需要三個(gè)方面的基礎(chǔ)知識(shí)：自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)造的知識(shí)；常用認(rèn)知心理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和圖形構(gòu)造藝術(shù)。2、顯示與控制界面的設(shè)計(jì)原則1) 顯示與控制界面的布局設(shè)計(jì)原則* 重要性原則* 操作頻率原則* 功能分組原則* 操作次序原則* 控制件與顯示窗口和文字說(shuō)明的位置關(guān)系用手動(dòng)操作的器件文字說(shuō)明在器件的上方；不用手動(dòng)操作的器件，文字說(shuō)明在器件的下方。2) 控制柜殼體內(nèi)部設(shè)計(jì)原則 發(fā)熱量最大的器件放在控制柜的上部 易損部件下方不能放置控制器件 發(fā)熱量較小并且重量最重的器件放在控制柜的下部3、MT500系列觸摸屏畫(huà)面組態(tài)與數(shù)據(jù)通信能