自动控制系统习题.
自动控制系统习题
一、 简述题
1. 简述转速、电流双闭环调速系统的启动过程。
答：转速、电流双闭环调速系统的启动有三个阶段，即：强迫建流阶段、恒流升速阶段、稳速阶段。强迫建流阶段中，电枢电流由零上升到电机允许的最大电流，速度调节器ASR 饱和，其输出限幅，电流环线性调节；恒流升速阶段中，电机在允许的最大电流下，转速由零上升到给定速度，速度开环控制，电流为恒流系统；稳速阶段中，系统经退饱和超调后，速度调节器线性状态，系统为调速系统，调节电流、速度达到稳态。
2. 简述PWM 变换器中，泵升电压是怎样形成的？如何抑制。
答：PWM 变换器的直流整流电源由整流二极管构成，不能反馈能量，能量只能单向传递。当主回路的能量反馈时，该能量储存在储能电容上，使电容上电压升高，该升高的电压为泵升电压。抑制泵升电压的措施有2：1是提高储能电容的容量，使上升的电压得到抑制；2是在主电路的母线上接电流分流器，当主电路电压过高时，通过分流器将能量释放，使主电路电压下降。
3. 简述自然环流电枢可逆转速、电流双闭环调速系统的正向制动过程分为几个阶段？各阶段的能量传递的
特点。 答：电枢可逆调速系统制动有四个过程，即本组逆变、反接制动（它组建流子阶段）、回馈制动（它组逆变
子阶段）、它组逆变减流子阶段。本组逆变阶段中，主电路中电感电能传递给电网，电动机电动状态；反接制动阶段中，电网的电能以及电动机机械能传递给主回路的电阻和电感转化为热能和磁场能量，电动机反接制动；回馈制动中，电动机的机械能传递给电网，电动机回馈制动；它组逆变减流子阶段中，主电路中电感电能传递给电网。
4. 闭环控制系统的静特性和开环机械特性的主要区别是什么？
5. 什么叫调速范围、静差率？它们之间有什么关系？怎样提高调速范围？
答：调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速与最低转速之比。静差率：系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落与理想空载转速之比。 调速范围与静差率的关系为： (1)
nom nom n s D n s =
?-。从D 与s 的关系来看，提高电动机的额定转速（最高转速）、提高静差率s ，以及降低转速降均可以提高调速范围，但是，由于提高D ，牺牲静差率s ，
以及提高电动机额定转速（最高转速）受限制，所以一般采用降低系统转速降来提高调速范围。具体降低转速降是通过采用转速负反馈控制。
6.在转速－电流双闭环系统中，ASR和ACR均采用PI调节器，输出限幅为10V，主电路最大电流整定为
100A，当负载电流由30A增大到50A时，ASR输出电压如何变化？
7.简述随动系统的定义，并比较随动系统与调速系统的异同点。
答：位置随动系统定义：输出以一定精度复现输入的自动控制系统。
位置随动系统与调速系统均是反馈控制系统，即通过对系统的输出量和给定量进行比较，组成闭环控制，因此两者的控制原理是相同的。
调速系统的给定量是恒值，系统的抗扰性能要求高。随动系统的输入量是变化的，系统要求输出响应快速性、灵活性、准确性较高，随动性能为主要指标。随动系统可以在调速系统的基础上增加一个位置环位置环是随动系统的主要特征，在结构上它比调速系统复杂一些。
8.简述随动系统中，为什么常常采用复合控制？
答：随动系统在系统设计和评价时，主要考虑系统的稳定性、系统的动态性能指标以及稳态误差和动态误差。同时，跟随性能对随动系统是很重要的。由于以上性能指标常常是相互制约的，系统在设计时若兼顾以上诸多方面是很困难的。因此，系统设计时，常常首先考虑系统的稳定性和动态性能，设计出较为满意的闭环系统，然后在闭环系统的基础上，增加针对给定和扰动的开环控制（前馈和顺馈），即采用闭环和开环的复合控制。由于采用复合控制中的开环控制不影响系统的稳定性，且顺馈和前馈可以通过完全不变性和部分不变性提高系统的稳态和动态控制精度，降低误差。因此，随动系统常常采用复合控制。
9.试简述PWM－M系统的调速原理。
10.采用哪些措施，可以提高随动系统的快速性？
11.简述反馈控制系统的反馈控制规律。
答：闭环控制系统的反馈控制规律有三个。一是闭环控制系统是依靠被调量偏差的变化实现反馈控制作用的。系统将被调量构成负反馈利用其偏差重新控制系统，从而降低输出的稳态误差；二是反馈控制系统能够抵抗扰动与服从给定。反馈控制系统具有良好的抗扰性能，它3对反馈环内的前向通道的一切扰动作用都能有效抑制，因为作用在前向通道的任何扰动作用的影响都会被反映在被调量上，而被测速发电机检测出来，通过反馈控制，减小它们对稳态转速的影响。抗扰性能是反馈控制系统最突出的特征。给
定的变化被调量会立即随之变化，不受反馈控制的抑制。三是系统精度依赖给定和反馈检测精度。反馈控制系统对给定电源和被调量检测装置的扰动无能为力，因此控制系统的精度依赖给定电源和反馈量检测元件的精度。
12. 在转速、电流双闭环调速系统中，ASR 和ACR 各起什么作用？它们的输出限幅值如何调整？
答：转速调节器ASR 的作用：①使转速n 跟随给定电压Un *变化，稳态无静差；②对负载变化起抗扰作用；
③ASR 输出限幅值决定所允许的最大电流（2分）。电流调节器ACR 的作用：①对电网电压波动起及时抗扰作用；②起动时保证获得允许的最大电流；③在转速调节过程中，使电流跟随给定电压Ui*变化；④当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到快速的安全保护作用，如果故障消失，系统能自动恢复正常。ASR 的输出限幅值Uim *＝Idm/β，根据电机允许的最大电流Idm 以及电流反馈系数β确定Uim *。ACR 的输出限幅值Uctm *大小取决于电动机电枢电压的限幅值。 13. 采用反并联线路，α＝β工作制配合控制的可逆调速系统，是否存在环流，为什么？ 14. 闭环调速系统有哪些基本性质？它能减少速度降落的实质是什么？
二、 选择题
1、 VC —M 系统中，当其他参数不变而增大主电路电感L 时，其开环机械特性上连续区与断续区的分界点将：
（ ）
A 、左移
B 、右移
C 、不变
D 、不确定 2、 VC —M 系统中，当控制角α增加时，其开环机械特性上连续段将：（ ）
A 、向上平移
B 、向下平移
C 、改变斜率
D 、无变化
3、 VC —M 系统中，对于同样的控制电压U ct 和系统参数，当电流I d 由连续变为断续时，整流输出电压U d0
将：
A 、增大
B 、减小
C 、不变
D 、不确定 4、 调速系统的调速范围定义为：（ ）
A 、D=
B 、D=
C 、D=
D 、D=
5、 带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统中，如其他参数不变，增大电流取样电阻Rs ，堵转电流I abl 将：
（ ）
A 、增大
B 、减小
C 、不变
D 、不确定 6、 有静差调速系统结构参数不变时，其静差率s 与转速的n0的关系是：（ ）
A 、n 0越高，s 越小
B 、n 0越低，越小
C 、不能确定
D 、n 0与s 无关
7、 带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统中，采用稳压二极管作为非线性元件，其稳压值应等于：（ ）
A 、给定电压n U
B 、βI abl
C 、βI dcr
D 、βI abl -βI dcr
8、 反馈控制系统又称为（ ）
A ．开环控制系统
B ．闭环控制系统
C ．扰动顺馈补偿系统
D ．输入前馈补偿系统
n omax n omin n max n min n max n omin
n omax
n min
9、转速负反馈单闭环调速系统与电压负反馈单闭环调速系统相比较，其缺点是：（）
A、对电动机励磁无能为力
B、U d的交流分量对系统有影响
C、U d的高电压对系统不安全
D、结构比较复杂
10、采用积分控制规律的转速负反馈单闭环调速系统，如给定电压Un*不变，转速反馈系数α增大，当系
统重新稳定后，反馈电压Un将：（）
A、增大
B、减小
C、不变
D、不确定
11、位置随动系统的主反馈环节通常是（）
A．电压负反馈B．电流负反馈C．转速负反馈D．位置负反馈
12、转速、电流双闭环调速系统中的电流调节器没有以下哪种作用（）
A、对电网电压波动及时抗扰作用
B、启动时保证获得允许的最大电流
C、使电流跟随给定电压Ui*
D、对负载变化起抗扰作用
13、转速负反馈单闭环调速系统中，为了改变转速，可以改变：（）
A、放大器放大系数
B、晶闸管控制角
C、给定电压
D、转速反馈系数
E、电动机励磁电流
14、带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统中，为了改变堵转电流的大小，可以改变：（）
A、放大器放大系数K p
B、比较电压U com
C、转速反馈系数α
D、电动机励磁电流I f
E、电流反馈系数β
15、带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统中，如改变比较电压U com受影响的是：（）
A、空载转速
B、特性曲线的硬度
C、截止电流
D、堵转电流
E、特性曲线下垂段的陡度
16、转速单闭环调速系统加入电流截止负反馈后，可以：（）
A、限制启动电流
B、使系统静特性更硬
C、使启动过程更快
D、使抗干扰性能更强
E、系统稳态运行性能不变
17、带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统中，能改变其静特性曲线下垂段陡度的参数是：（）
A、给定电压U n*
B、电流反馈系数β
C、放大器放大系数K p
D、比较电压U com
E、转速反馈系数α
18、采用PI调节器的转速单闭环调速系统中，如给定电压U n*不变，负载转矩变化，当系统重新稳定后，
下述各量中发生变化的是：( )
A、转速反馈电压U n
B、转速n
C、调节器输出电压U ct
D、整流器输出电压U d0
E、调节器输入偏差信号ΔUn
19、采用PI调节器的转速单闭环调速系统中，平均整流输出电压U d0的大小取决于：( )
A、给定电压Un*
B、积分时间常数TI
C、负载电流Idl
D、整流装置放大系数Ks
E、电动机励磁电流If
20、VC—M 系统的开环静态速降决定于：（）
A、整流器输出电压
B、主回路总电阻
C、主回路总电感
D、电动机励磁电流
E、负载电流
21、在转速单闭环有静差调速系统中，如给定电压不变，仅改变转速反馈系数α，当系统稳定后，下述各
量中，将要改变的是：（）
A、转速n
B、放大器输出电压U ct
C、整流输出空载电压U d0
D、转速反馈电压U n
E、调节器输入偏差信号ΔU n
22、带电流截止负反馈的转速单闭环有静差调速系统中，如其他参数不变，仅改变电流反馈系数β，受其
影响而改变的量是：（）
A、空载转速n0
B、闭环静态速降Δn cl
C、堵转电流I abl
D、截止电流I dcr
E、静特性曲线下垂段的陡度
23、采用PI调节器的转速单闭环调速系统中，如电网电压增高，其他参数不变，当系统达到新的稳态后，
下述各量中保持不变的是：（）
A、转速n
B、转速反馈系数U n
C、整流装置输出空载电压U d0
D、调节器输出电压U ct
E、调节
器输入偏差信号ΔU n
24、采用PI调节器的带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统中，当电机发生堵转后，下面各等式中成立
的是：( )
A、n = 0
B、U d0 = I abl R
C、U ct = 0
D、I d = I abl
E、ΔU n = U n*
25、 采用PI 调节器的电压负反馈单闭环调速系统中，如给定电压不变，而负载改变，当系统重新稳定后，
保持不变的量是：（ ）
A 、 转速
B 、电压反馈信号
C 、调节器输出电压
D 、整流装置输出端电压
E 、调节器输入偏差信号 26、在下述调速系统中，能消除负载变化而产生的静差的系统是：( )
A 、采用比例—积分调节器的带电流截止负反馈的电压负反馈单闭环调速系统；
B 、采用比例调节器的转速负反馈单闭环调速系统；
C 、采用积分调节器的电压负反馈单闭环调速系统；
D 、采用比例—积分调节器的转速负反馈单闭环调速系统。
三、 综合题
1、如图1所示为转速负反馈调速系统结构图。若给定电压U n *不变，调节电位器R w2使反馈电压U n 增加一倍。问：
1． 电动机转速n 怎样变化？
2． 静态转速降如何变化？
3． 对系统的稳定性有什么影响？
4． 若系统稳定性下降，可调节哪些参数来提高系统稳定性？为什么？
5．
设α＝U n / n ，K s =U do / U ct 。画出系统的静态结构图，并写出其静特性。
解：1、调节给定电压U n *及转速反馈系数α均可改变电动机转速，调节R w2实际是调节转速反馈系数α
（1分）。根据(1)(1)
p s n
d
e e K K U RI n C K C K *=
-
++，其中p s e K K K C α=（1分）。当反馈电压Un 增加一
倍，即α增加一倍，转速下降，约为原转速的1/2（1分）。
1、 静态速降(1)
d
e RI n C K ?=
+，Rw2使Un 增加一倍，即K 增大一倍，静态速降减小，如果K ＞＞ 1时，
静态速降是调节前的
12
。 2、 K 增大，则系统的稳定性将会降低。
3、 可以调节R w3，使放大器的放大倍数减小，从而提高系统的稳定性。
4、 系统静态结构图如下：（4分）
GT U ct M TG
U n * R 1 U n R 0 R 0 R W2
～
= =
－ ＋ ＋
α R w1 R w3 单闭环调速系统结构图
I d R
n
Uct
Udo
* －
系统静特性为：(1)(1)
p s n
d
e e K K U RI n C K C K *
=
-
++
2、图1所示为单闭环调速系统的结构图。调节器为P 调节器。
1、在图1圆圈中标出相应电压的实际极性。
2、已知系统的静特性如图2所示，求系统的静差率S
。
3、若要求系统可直接启动，则图1所示的系统结构作何变动？
4、欲使系统的静特性如图3所示，则图1在结构上作何变化。 解：1、U n *——－、U ct ——+、U n ——+ ；
2、 %25200
1450
1500min
0=-=
?=
n n s
3、系统加电流截止负反馈，或加电流内环构成转速电流双闭环调速系统。
4、系统的静特性为水平线，系统为无差系统。转速调节器ASR 采用PI 调节器。
3、某一VC-M 调速系统。电动机为P nom ＝2.5kw ， U nom ＝220V ，Inom=15A ，n nom ＝1500rpm ，R a ＝2Ω，整流装置内阻R s ＝1Ω，触发整流环节的放大倍数为K s ＝30，要求调速系统调速范围D ＝20，静差率s ＝10％。
1、 计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的静态速降。
2、 采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的静态结构图。（3分）
3、 调整该系统，使当给定电压Un*＝10V ，转速n ＝1000rpm ，则转速反馈系数应为多少？
4、 计算所需的放大器放大倍数Kp 。
5、 如果改用电压负反馈，能否达到题中所给的调速要求？若放大器的放大倍数不变，最大给定电压
为15V ，在静差率s ＝30％时，采用电压负反馈最多能够得到多大的调速范围？ 解：1、首先计算电动机的电磁时间常数C e
U ct
α
U ct M TG U n * E U n
R 0 R 1
－ ＋ ＋ 图1 单闭环调速系统结构图 0 1500 1450 200 图2系统的静特性
图3 系统的静特性
n
I d
由 nom e nom d a U C n I R =+
nom d a e nom
U I R C n -=
220152
0.127()
1500
e V C rpm -?=
= 开环系统的静态速降为：
d op e
I R n C ?=
()()
1521()354.30.127
d a s op
e I R R n rpm C ++?==≈ 调速要求所允许的静态速降为： (1)nom cl n s
n D s ?=
- ()15000.18.3320(10.1)cl
n rpm ??=≈?-
1、 采用转速负反馈的静态结构图如图1所示。
2、 当U n *＝10V 时，n ＝1000rpm ，则转速反馈系数为： ()
10
0.011000
n n U U V
rpm n n α*
=≈==
3、 闭环系统的开环放大倍数K p （3分）
354.3
1141.58.33
op
cl n K n ?=
-=-≈?
/p s e K K K C α=
41.50.12717.6300.01e p s KC K K α?===?
K p
K s
1/C e
α
I dL R n
U ct
U do
U n
U n *
＋ －
－
图1 转速负反馈静态结构图
4、 改用电压负反馈后，由于电动机电枢电阻R a 造成的静态速降已经是： ()1522368.330.127
a
d a R
e
I R n rpm rpm C ??==≈>
因此，达不到题中所给的调速要求。
电压负反馈调速系统的静特性方程为：
()
()11p s n
s d a d e e e
K K U R I R I
n C K C K C *
=
-
-++
其中，p s K K K γ=，而电压反馈系数是
(
)15
0.068220
n n d d U U V
rpm U U γ
*
=
≈=≈
17.6300.06835.9K =??≈
电压负反馈调速系统的静态速降是 ()(1)s a d e e
R R
n I C K C ?=++
()12
()15239.40.127(135.9)0.127n rpm ?=+?≈?+
()
15000.3
2.7(1)239.410.3nom n s D n s ?==≈?-?-
即电压负反馈调速系统最多能够得到的调速范围是D ＝2.7
4、如图1所示为自动调速系统结构图。调节器为P 调节器。
图1 单闭环调速系统结构图
1、 在图1上○内标出电压极性。
2、 调节哪些量可以改变电动机转速？
3、 设α＝Un / n,β=Udo / Uct 。画出系统的静态结构图。
4、 当给定电压不变时，如果调整转速反馈电位计R W2，使分压减少，试问转速n 是升高还是降低？系统
静特性硬度会不会改变。
5、 当放大器反馈电阻R 1中串入电容后，这时测速发电机非线性会使转速产生偏差吗？
5、图1所示为单闭环调速系统的结构图。调节器为P 调节器。
O Uct
α
Uct M TG Un * R 1
Un
R 0 R 2 R W2 ～ = = － ＋ α
U ct M
U n * E R 0 R 1 －
＋
1、在图1圆圈中标出相应电压的实际极性。（3分）
2、已知系统闭环速降△n cl =2rpm ，在调速范围内，最大的理想空载转速n 0max ＝1500rpm ，最小的理想空载转速n 0min ＝50rpm 。求系统的转差率。
3、要求系统可直接启动，则图1所示的结构作何变动？
4、欲使系统在电网波动下，其扰动几乎不反映到转速上，图1 在结构上又应如何变化？（3分）
5、欲使系统的静特性如图2所示，则图1在结构上作何变化。 解：1、U n *——－、U ct ——+、U n ——+ （3分）；
2、 %450
2
min 0==?=
n n s cl (3分) 3、系统加电流截至负反馈，或加电流内环构成转速电流双闭环调速系统。 4、系统加电流负反馈，构成转速电流双闭环调速系统。 5、系统的静特性为水平线，系统为无差系统。转速调节器ASR 采用PI 调节器。
6、某一VC-M 调速系统。电动机为P nom ＝2.5kw ， U nom ＝220V ，Inom=15A ，n nom ＝1500rpm ，R a ＝2
Ω，整流装置内阻R s ＝1Ω，触发整流环节的放大倍数为K s ＝30，要求调速系统调速范围D ＝20，静差率s ＝10％。
1、 计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的静态速降。
2、 采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的静态结构图。
3、 调整该系统，使当给定电压U n *＝10V ，转速n ＝1000rpm ，则转速反馈系数应为多少？
4、计算所需的放大器放大倍数Kp 。（4分） 解：1、先计算电动机的Ce )min/(127.01500
2
15220r V n R I U C nom a nom nom e ?=?-=-=
开环系统静态速降为
min)/(33.345127
.0)
12(15)(r C R R I C R I n e s a nom e
d op =+?=+=
=
?，
满足调速要求所允许的静态速降为 min)/(33.8)
1.01(201.01500)1(r s D s n n nom cl =-??=-=
?
图2 系统的静特性
n
I d
5、 转速负反馈提速系统静态结构图如下：（3分）
6、 当给定电压Un*＝10V ，转速n ＝1000rpm ，则转速反馈系数为
)min/(01.01000
10
r V n U n U n n ?==≈=*
α 7、 闭环系统的放大倍数为 54.41133
.833
.3541=-=
-??=
cl
op n n K 四、 设计题
1、下图所示为转速电流双闭环直流调速系统结构图。采用三相全控桥晶闸管装置供电。
其基本数据如下：
直流电动机：U nom =220V ，I nom =15A ，n nom =1500rpm ，T m =0.185s ，Ra=1Ω；晶闸管装置：放大倍数K s =60，内阻R s =0.5Ω；电动机过载系数λ＝1.2；滤波时间：T oi =0.002s ，T on =0.005s ； 速度调节器ASR 输出电压的限幅值U i =6V ,额定转速所对应的给定电压 U n =8V ，放大器的输入电阻R 0=40K Ω。
1、 如电流环已校正成典型Ⅰ型系统，其阻尼系数ξ=0.707，要求速度环 校正后的系统静特性如右图所示，试问速度环应校正为什么典型系统， 速度调节器ASR 应为什么型式，计算速度环的参数。
2、 若电流环校正成典Ⅰ系统，速度环校正成典Ⅱ系统，计算当负载为12A 时，
n
I d
ASR
*
ACR M TG
U n
GT β * U i U ct 双闭环直流调速系统结构图
K p
K s 1/C e
α
I d R n
U ct U do
U n U n
* －
－
稳态速度为n s=1500rpm时的退饱和超调。
3、ASR、ACR均采用带限幅输出的PI调节器，在额定负载下稳定运行，
如电动机励磁突然断开，系统是否重新稳定？如稳定，这时电动机的速度、电流是多少？
解：1、依题意电流环为典Ⅰ系统，其阻尼系数ξ=0.707，电流环为二阶工程最佳参数，Wi=K/2T∑i(T∑i S+1)，在转速环中，电流环等效为一阶惯性环节，电机中有一个积分环节，根据系统的静特性，速度是有静差的，因此，速度调节器ASR为比例调节器，没有积分调节，速度环校正为典Ⅰ系统。
三相全控桥晶闸管整流电路的失控时间T S=0.0017s，又Toi=0.002s。
R=Ra+R s=1+0.5=1.5 (Ω)，
Ce＝(U nom-I nom Ra)/ n nom
＝(220-15×1)/1500
＝0.137(V/rpm)
T∑i=T S+Toi=0.0037s，
T n= T∑n= 2T∑i +T on=0.0124s，
α＝Un /n nom＝8/1500＝0.0053（V/rpm），
β＝U i×/ λI nom＝6/1.2×15＝0.333（V/A），
K N=Kn·α·R/β·Ce·Tm＝1/2T n
所以 Kn＝β·Ce·Tm/2 T n·α·R
＝0.333×0.137×0.185/2×0.0124×0.0053×1.5
＝42.8
故 Rn＝Kn·R0＝42.8×40＝1712(kΩ)
2、△n＝I nom R/ Ce=15×1.5/0.137=164.2(rpm)
σ％＝81.2％×2 （λ-12/15）·T∑n·△n / （Tm·n s）
＝0.812×2×（1.2-12/15）×0.0124×164.2/(0.185×1500)
＝0.0047
＝0.47％
3、电动机突然失磁时，根据电动机的调速特性，()
K C IR U n e d +-=10，电动机的转速有上升的趋势。但由于电动
机有剩磁，电动机的电磁转矩d m e I C T Φ=突减，根据电动机的转矩方程，电动机的转速将下降，转速偏差增加，速度调节器的输出U i *增大，电枢电压U d0增大，抑制转速的下降，但是负载转矩始终大于电磁转矩，转速下降，转速偏差的较长时间的存在，使ASR 限幅，电流也将到达增大电流I dm ，最终转速下降到零，即n ＝0，且电枢电压R I U dm d =0。
2、双闭环直流调速系统采用三相桥式整流电路。其基本数据如下：直流电动机：P nom ＝13kw ，
U nom ＝220V ，I dnom ＝70A ，n nom ＝1000rpm ，电枢内阻R a ＝0.22Ω,允许过载倍数λ＝1.5；主回路：电枢回路总电阻R=0.47Ω；
整流装置：整流装置放大倍数K s =35，晶闸管滞后时间Ts=0.0017s ；电流滤波时间T oi =0.002s ，转速滤波时间常数T on =0.01s ；电磁时间常数T l =0.0294s ，机电时间常数T m =0.103s ；转速调节器ASR 的输出限幅电压U im *＝8V ，最大转速给定U nm *＝8V ；调节器输入电阻R 0＝40k Ω。系统调速范围D ＝10。
要求系统无静差，电流超调量σi %≤5%；空载启动到额定转速的速度超调σn %≤10%。
1、 试设计电流调节器，画出其电路图，并计算Ri 、Ci 参数。
2、 设计转速调节器，并计算其参数。
3、 计算空载启动到最低速时的转速超调量。
解：1、
取电枢电流的最大值为：I dm ＝λI dnom ＝1.5×70=105A 。
ACR 为PI 调节器，
()
A V
I U dm i 076.0105
8*===β 将电流环的小惯性环节近似处理为一个惯性环节，使
T Σi ＝Ts ＋Toi ＝0.0017＋0.002＝0.0037（s ） 电流环传递函数：
Wobj （s ）＝
()()
11++∑s T T R K l i s
β
调节器ACR 的传递函数：
ACR
βKs 1+T Σi S
1/R 1+TlS
*
Ui/β
U ct
Ui * R 0 R i －
＋
＋ Ui C i
自动控制系统试题库(改)
一、填空题 1、直流调速的种类有：改变电枢电压、电枢串电阻、弱磁调速。 2、实现无静差调速，则需要在控制电路中包含有积分环节。 3、比例调节器的输出量完全取决输入量。 4、多环控制系统的校正步骤为：先校正环。校正好后，并通过适当的等效变换、简化处理，再校正环。 5、典型Ⅰ型系统中，若以快速性为主，则宜取ζ= ，若以稳定性为主，则宜取ζ= 。 6、α=β配合控制的有环流可逆调速系统中存在的是环流。 7、两组晶闸管装置组成的可逆线路有两种接线方式为和。 8、直流电动机有两个独立的电路：电枢回路与励磁回路。 9、积分环节的输出量取决于积分环节的大小。 10、比例—积分调节器兼顾了系统的快速性和实现无静差的两个方面的要求，因此在自动控制系统中获得广泛的应用。 11、根据转速方向和它与电磁转矩间的关系，可分成四种工作状态：正向运行、正向制动、反向运行、反向制动。 12、双闭环调速系统的两个调节器一般采用调节器，实行联接。 13、采用比例调节器的调速系统，依靠系统的与的偏差进行工作，是一种有静差的调速系统。 14、自动调速指的是：由转速负反馈自动调节转速。 15、最大超调量是输出量与稳态值的最大偏差与稳态值之比。 17、有静差调速系统，其自动调节作用只能尽量减少系统的静差，而不能完全消除静差。 18、积分环节的输出量，取决于输入量对时间的累积过程。 19、反向运行的情况与正向运行相类似，只是由反组取代了正组。电压、电流、转矩与正向运行相反。 20、反馈控制的一般规律是：要想维持某一被控量不变或少受内部和外部干扰的影响，
只要引入该量的__反馈量__与__给定量__进行比较，用它们的___偏差__进行控制，组成__________即可。 21．直流电动机调压可获得调速，直流电动机调励磁可获得调速。 22．双闭环调速系统在稳定时，控制电压Ｕct的大小取决于。23．在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态，此时晶闸管整流装置的输出电压U d较之负载变化前是(增加、减少、不变)。 24．在单极式可逆ＰＷＭ变换器中，随着负载的减小，电流将（连续还是 断续），方向将（来回改变还是不变）。 25、若要实现无静差调速，应采用___________________或_____________________等。 26、非独立控制励磁的调速系统的调磁调速部分是_______________的闭环结构。 27、非独立控制励磁的调速系统调磁调速双闭环结构中，电动势环为，励磁电流环为。 28集成运算放大器的最大输出功率是有限的，一般不能直接驱动较大负载电流必须外加 29要满足系统的稳态精度的要求又要保证系统的稳定性，而且还要自有一定的裕量，必须设计合适的，使其达到期的性能指标． 30 在典型Ⅰ型系统中，当ζ=，此时系统对阶跃响应的超调量为。 二、判断题 1、在晶闸管调压调速电路的控制方法中，相位控制由于导通波形是工频正弦波一周期的一部分，低速时转速脉动较大。（） 2、在晶闸管调压调速电路的控制方法中，通断控制由于采用了“零”触发的控制方法，几乎不产生谐波污染。( ) 3、静止可控整流器在控制作用的快速性方面是微秒级的，而变流机组是秒级的。（） 4、电流转速双闭环调速系统在正常运行时，转速调节器是不会达到饱和状态的。（）
《电力拖动自动控制系统--运动控制系统(第4版)》阮毅、陈伯时(习题解答)
习题解答（供参考） 习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.02(100.98) 2.04(1) n n s n rpm D s ?= =??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。 2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= m a x m i n 148513511D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？ 解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= 378(0.0230.022)0.1478115N n I R C e r p m ?==?+= [(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1 N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-= 2.5 某龙门刨床工作台采用 V-M 调 速 系统 。 已知直 流 电动机 60,220,305,1000m i n N N N N P k W U V I A n r ==== ，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V ?min/r,求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？ （3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??=
自动控制原理试卷有参考答案
一、填空题（每空1分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为 ()G s ，则G(s)为G 1(s)+G 2(s)（用G 1(s)与G 2(s)表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω 1.414， 阻尼比=ξ0.707， 该系统的特征方程为2220s s ++=， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s + ++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 (1) (1) K s s Ts τ++。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。 2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在 零初始条件下、线性定常控制系统的 输出拉氏变换与 输入拉氏变换之比。 5、设系统的开环传递函数为2(1)(1)K s s Ts τ++，则其开环幅频特性为222221 1 K T τωωω++； 相频特性为arctan 180arctan T τωω--(或：2 180arctan 1T T τωω τω---+)。 6、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值穿越频率c ω对应时域性能指标调整时间s t ，它们反映了系统动态过程的快速性 .
电力拖动自动控制系统--运动控制系统第4版-习题答案
> 习题解答（供参考） 习题二 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少 解：10000.02(100.98) 2.04(1) n n s n rpm D s ?= =??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大系统允许的静差率是多少 … 解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=Ω。相控整流器内阻Rrec=
Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少 解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= ； 378(0.0230.022)0.1478115N n I R rpm ?==?+= (1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-= 某龙门刨床工作台采用 V-M 调速系统。已知直流电动机 60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=Ω,Ce=?min/r, 求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少 （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少 （3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少 \ 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压* 8.8u U V =、比例调节器放 大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=。求：（1）输出电压d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值开环时的输出电压是闭环是的多少倍（3）若把反馈系数减至 γ=，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少 解：（1）* (1)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??= (2) 8.8215264d U V =??=,开环输出电压是闭环的22倍 &
自动控制原理试题库(含答案)
一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为G1(s)+G2(s)（用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω2， 阻尼比=ξ，20.7072 = 该系统的特征方程为2220s s ++= ， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为1050.20.5s s s s +++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为(1) (1)K s s Ts τ++。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1()[()()]p u t K e t e t dt T =+?， 其相应的传递函数为1[1]p K Ts +，由于积分环节的引入，可以改善系统的稳态性 能。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。 2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉
自动控制系统试题
一、选择题 1. 带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为（ A ） A、零； B、大于零的定值 C、小于零的定值； D、保持原先的值不变 1、无静差单闭环调速系统，稳态时，转速的给定值与反馈值相同，此时调节器的输出（ D ）。 A、为0 B、正向逐渐增大 C、负向逐渐增大 D、保持恒定终值不变 1、下列关于转速反馈闭环调速系统反馈控制基本规律的叙述中，错误的是 A、只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的 B、反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动 C、反馈控制系统的作用是：抵抗扰动、服从给定 D、系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度 3. 无静差调速系统的PI调节器中P部份的作用是（ D ） A、消除稳态误差； B、不能消除稳态误差也不能加快动态响应 C、既消除稳态误差又加快动态响应； D、加快动态响应 4．转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是 ( B ) A．PID B．PI C．P D．PD 4、双闭环调速系统在稳定运行时，控制电压Uct的大小取决于（ C ）。 A、Idl B、n C、n和Idl D、α和β 4．双闭环调速系统中，在恒流升速阶段时，两个调节器的状态是( A ) A. ASR饱和、ACR不饱和 B. ACR饱和、ASR不饱和 C. ASR和ACR都饱和 D. ACR和ASR都不饱和 4、双闭环直流调速系统的起动过程中不包括 A、转速调节阶段 B、电流上升阶段 C、恒流升速阶段 D、电流下降阶段 4、下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是 A、饱和非线性控制 B、转速超调 C、准时间最优控制 D、饱和线性控制 4、转速、电流双闭环调速系统起动时，转速调节器处于 B 。 A、调节状态 B、饱和状态 C、截止状态
自动控制系统分类
1-3自动控制系统的分类 本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统。为了更好的了解自动控制系统的特点，介绍一下自动控制系统的分类。分类方法很多，这里主要介绍其中比较重要的几种： 一、按描述系统的微分方程分类 在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性。按描述系统运动的微分方程可将系统分成两类： 1．线性自动控制系统描述系统运动的微分方程是线性微分方程。如方程的系数为常数，则称为定常线性自动控制系统；相反，如系数不是常数而是时间t的函数，则称为变系数线性自动控制系统。线性系统的特点是可以应用叠加原理，因此数学上较容易处理。 2．非线性自动控制系统描述系统的微分方程是非线性微分方程。非线性系统一般不能应用叠加原理，因此数学上处理比较困难，至今尚没有通用的处理方法。 严格地说，在实践中，理想的线性系统是不存在的，但是如果对于所研究的问题，非线性的影响不很严重时，则可近似地看成线性系统。同样，实际上理想的定常系统也是不存在的，但如果系数变化比较缓慢，也可以近似地看成线性定常系统。 二、按系统中传递信号的性质分类 1．连续系统系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。 2．采样系统系统中至少有一处，传递的信号是时间的离散信号，则称为采样系统，或离散系统。 三、按控制信号r(t)的变化规律分类 1．镇定系统() r t为恒值的系统称为镇定系统(图1-2所示系统就是一例)。 2．程序控制系统() r t为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统(图1-11所示系统就是一例)。 3．随动系统() r t为事先未知的时间函数的系统称为随动系统，或跟踪系统，如图1-7所示的位置随动系统及函数记录仪系统。
最新自动控制系统试卷资料教学文案
一、填空题（本题30分，每空1.5分） 1.在直流电机调压调速系统中，电动机的最高转速为n N，调速范围、静差率和额定转速降之间应满足的关系是：。 2.闭环系统可以获得比开环系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定的要求下，能够提高调速范围，为此所付出的代价是，须增设装置和电压放大器。 3. 综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，比例部分能迅速响应 ，积分部分在最终消除。 4.转速、电流双闭环调速系统的静特性在时表现为转速无静差，这时，起主要调节作用。 5.工程设计方法的基本思路是，把调节器的设计方法分作两步：第一步，先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的；第二步，再选择调节器的参数，以满足。 6. 有环流可逆直流调速系统的典型控制方式是，即 工作制。 7.当一组晶闸管整流工作时，让另一组晶闸管处在，但两组触发脉冲的错开得比较远，彻底杜绝了瞬时的产生，这就是错位控制的无环流可逆系统。 8.脉宽调制器是一个装置，由电流调节器ACR输出的控制电压进行控制。
9. 串级调速系统可以实现异步电机的调速，而且具有高效率的调速性能，但所付出的代价是，增设。 10.在s值很小的范围内，只要能够保持不变，异步电动机的转矩就近似与成正比，这就是转差频率控制系统的基本概念。 二、判断题（本题10分，每小题1分） 1. 自动控制的直流调速系统，往往以调节电枢供电电压为主。（） 2.在V-M系统中，设置平波电抗器可以抑制电流脉动。（） 3. 在电流断续时，V-M系统机械特性很软，理想空载转速翘得很高。（） 4.与晶闸管-电动机调速系统相比，直流脉宽调速系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都小。（） 5.转速、电流双闭环直流调速系统中，当电动机过载甚至堵转时，转速调节器可以限制电枢电流最大值，其快速自动保护作用。（） 6. 按照典型II型系统设计转速调节器时，中频宽h可以任意选择。（） 7.按照典型II型系统设计转速调节器时，由典型II型系统的开环传递函数可知，K、T、τ都是待定符号。（） 8. 转速、电流双闭环直流调速系统中，对负载变化起抗扰作用的是转速调节器。（） 9.积分控制可以使直流调速系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。（） 10. 闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流或转矩间的稳定关系。（） 三、简答题（本题24分，每小题8分） 1. 试述转速反馈闭环调速系统的三个基本特征。 2. 试述双闭环直流调速系统起动过程的三个阶段和三个特点，以及动态性能。 3. 试回答三相异步电机应如何通过坐标变换等效成直流电机？ 试题参考答案 一、填空题（本题30分，每空1.5分） 1. 2. 静差率检测与反馈3. 比例积分控制控制作用稳态偏差 4.负载 电流小于I d 转速负反馈 5. 稳态精度动态性能指标 6.配he控制α=β7. 待逆变状态零位脉动环流8. 电压-脉冲变换9. 平滑无级串级调速装置 10. 气隙磁通转差角频率 二、判断题（本题10分，每小题1分） 1. √ 2. √ 3. √ 4. √ 5. ╳ 6. ╳ 7. ╳ 8. √ 9. √ 10√ 三、简答题（本题24分，每小题8分） 1. 试述转速反馈闭环调速系统的三个基本特征。 （1）具有比例放大器的反馈中系统其被调量总是有静差的； （2）抵抗扰动与服从给定； （3）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。 2. 试述双闭环直流调速系统起动过程的三个阶段和三个特点，以及动态性能。 （1）三个阶段：第1阶段为电流上升阶段，第2阶段为恒流升速阶段，第3阶段为转速调节阶段。 （2）三个特点：饱和非线性控制，准时间最优控制，转速超调。 （3）动态性能：动态跟随性能；动态抗扰性能。 3. 试回答三相异步电机应如何通过坐标变换等效成直流电机？ 三相电机的电流i A,i B,i C,通过三相-二相变换，可以等效成两相静止坐标系下的交流iα1，iβ1；
自动控制系统练习题
1.我们通常按照控制系统是否设有反馈环节来进行分类：设有反馈环节的，称为闭环控制系统；不设有反馈环节的，称为开环控制系统。 2.反馈控制可以自动进行补偿，这是闭环控制的一个突出的优点。 3.自动控制系统按输入量变化的规律分为：恒值控制系统、随动系统、过程控制系统。 4.恒值控制系统、随动系统各有什么特点？ 5.恒值控制系统是最常见的一类自动控制系统，如自动调速系统、恒温控制系统、恒张力控制系统等。 6.自动控制系统的性能通常是指系统的稳定性、稳态性能和动态性能。 7.对任何自动控制系统，首要的条件便是系统能稳定正常运行。 8.系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统的准确程度。若稳态误差等于0，则系统称为无静差系统；若稳态误差不等于0，则称为有静差系统。 9.我们通常把系统的输出量进入并一直保持在某个允许的足够小的误差范围（称为误差带）内，即认为系统已进入稳定运行状态。 10.动态性能指标通常用最大超调量、调整时间、振荡次数来衡量。 11.最大超调量和振荡次数反映了系统的稳定性能，调整时间反映了系统的快速性，稳态误差反映了系统的准确度。一般说来，我们总是希望最大超调量小一点，振荡次数少一点，调整时间短一些，稳态误差小一点。总之，希望系统能达到稳、快、准。 12.书15页1-5判断下列系统属于哪一类系统？电饭煲、空调机、燃气热水器、仿形加工机床、母子钟系统、自动跟踪雷达、家用交流稳压器、数控加工中心、啤酒生产自动线。 13.常用的转速检测元件有直流测速发电机、交流测速发电机、光电传感器、增量编码盘等。 14.转子是电动机的转动部分，通常称它为电枢。 15.直流电动机结构的主要特征是具有换向器和电刷。 16.直流电动机的转速n的大小，主要取决于电枢电压Ua. 17.直流电动机的起动转矩很大，这也是直流电动机的一大优点（起动时还要注意起动电流不可过大）。 18.直流电动机不允许直接起动。通常采取的办法是降低加在电枢两端的电压，或在电枢回路中串接附加起动电阻。 19.直流调速系统中调速采用的主要方法是：改变电枢电压Ua来改变转速。 20.对笼型三相异步电动机，变频调速是高性能调速的主要方式。 21.晶闸管电路有许多保护环节，其中主要是过电压保护和过电流保护。 22．单相晶闸管交流调压电路，可以采用两只反并联的普通晶闸管（也可采用一只双向晶闸管）与负载电阻串联构成主电路。 23.双极晶体管（BJT）有空穴和电子两种载流子参与导电，是全控型器件。 24.绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的特性兼有MOSFET和BJT的优点。 25.以下（）是半控型器件。晶闸管二极管双极晶体管绝缘栅双极型晶体管 26.在经典控制理论中，通常采用的方法为时域分析法、频率特性法、根轨迹法。 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34.
第1章自动控制系统的基本概念
第1章自动控制系统的基本概念 内容提要： 本章通过开环与闭环控制具体实例，讲述自动控制系统的基本概念（如被控制对象、输入量、输出量、扰动量、开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念）、反馈控制任务、控制系统的组成及原理框图的绘制、控制系统的基本分类、对控制系统的基本要求。 1.1 概述 在科学技术飞速发展的今天，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（机器设备或生产过程）的某个参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。例如，数控车床按照预定程序自动地切削工件，化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定，人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收，宇宙飞船能够准确地在月球着陆并返回地面等，都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。 自动控制理论是控制工程的理论基础，是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理论按其发展过程分成经典控制理论和现代控制理论两大部分。 经典控制理论在20世纪50年代末已形成比较完整的体系，它主要以传递函数为基础，研究单输入、单输出反馈控制系统的分析和设计问题，其基本内容有时域法、频域法、根轨迹法等。 现代控制理论是20世纪60年代在经典控制理论的基础上，随着科学技术的发展和工程实践的需要而迅速发展起来的，它以状态空间法为基础，研究多变量、变参数、非线性、高精度等各种复杂控制系统的分析和综合问题，其基本内容有线性系统基本理论、系统辨识、最优控制等。近年来，由于计算机和现代应用数学研究的迅速发展，使控制理论继续向纵深方向发展。目前，自动控制理论正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。 1.2 自动控制的基本方式 在工业生产过程中，为了提高产品质量和劳动生产率，对生产设备、机器和生产过程需要进行控制，使之按预定的要求运行。例如，为了使发电机能正常供电，就必须使输出电压保持不变，尽量使输出电压不受负荷的变化和原动机转速波动的影响；为了使数控机床能加工出合格的零件，就必须保证数控机床的工作台或者刀架的位移量准确地跟随进给指令进给；为了使加热炉能保证生产出合格的产品，就必须对炉温进行严格的控制。其中，发电机、机床、加热炉是工作的机器装备；电压、刀架位移量、炉温是表征这些机器装备工作状态的物理参量；额定电压、进给的指令、规定的炉温是在运行过程中对工作状态物理参量的要求。 被控制对象或对象：将这些需要控制的工作机器装备称为被控制对象或对象，如发电机、机床。
自动控制原理模拟试卷四及答案
《自动控制原理》模拟试卷四 一、填空题（每空 1 分，共20分） 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： 、快速性和 。 2、控制系统的 称为传递函数。一阶系统传函标准形式是 ，二阶系统传函标准形式是 。 3、在经典控制理论中，可采用 、根轨迹法或 等方法判断线性控制系统稳定性。 4、控制系统的数学模型，取决于系统 和 , 与外作用及初始条件无关。 5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为 ，横坐标为 。 6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P 是指 ，Z 是指 ，R 指 。 7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为 。%σ是 。 8、PI 控制规律的时域表达式是 。P I D 控制规律的传递函数表达 式是 。 9、设系统的开环传递函数为 12(1)(1) K s T s T s ++，则其开环幅频特性为 ，相频特 性为 。 二、判断选择题(每题2分，共 16分) 1、关于线性系统稳态误差，正确的说法是：( ) A 、 一型系统在跟踪斜坡输入信号时无误差 ； B 、 稳态误差计算的通用公式是20() lim 1()() ss s s R s e G s H s →=+； C 、 增大系统开环增益K 可以减小稳态误差； D 、 增加积分环节可以消除稳态误差，而且不会影响系统稳定性。 2、适合应用传递函数描述的系统是 ( )。 A 、单输入，单输出的线性定常系统； B 、单输入，单输出的线性时变系统； C 、单输入，单输出的定常系统； D 、非线性系统。 3、若某负反馈控制系统的开环传递函数为 5 (1) s s +，则该系统的闭环特征方程为 ( )。 A 、(1)0s s += B 、 (1)50s s ++= C 、(1)10s s ++= D 、与是否为单位反馈系统有关
自动控制原理试题库(含答案)
课程名称: 自动控制理论 （A/B 卷 闭卷） 一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 的前馈复合控制和按 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为 （用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω ， 阻尼比=ξ ， 该系统的特征方程为 ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 。 6、根轨迹起始于 ，终止于 。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ， 其相应的传递函数为 ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。
自动控制原理习题4(含答案)
第四章习题及答案 4-1 系统的开环传递函数为 ) 4)(2)(1()()(* +++=s s s K s H s G 试证明点311j s +-=在根轨迹上，并求出相应的根轨迹增益* K 和开环增益K 。 解 若点1s 在根轨迹上，则点1s 应满足相角条件π)12()()(+±=∠k s H s G ，如图解4-1所示。 对于1s = -1+j 3，由相角条件 =∠)()(11s H s G =++-∠-++-∠-++-∠-)431()231()131(0j j j ππ π π -=- - - 6 3 2 满足相角条件，因此1s = -1+j 3在根轨迹上。将1s 代入幅值条件： 14 31231131)(* 11=++-?++-?++-= j j j K s H s G ）（ 解出 ： * K =12 ，K=2 3 8*=K 4-2 已知开环零、极点如图4-2 所示，试绘制相应的根轨迹。 （ａ） （ｂ） （ｃ） （ｄ）
解根轨如图解4-2所示： 4-3 单位反馈系统的开环传递函数如下，试概略绘出系统根轨迹。 ⑴ )1 5.0 )(1 2.0( ) ( + + = s s s K s G ⑵ )3 )( 2 ( )5 ( ) ( * + + + = s s s s K s G ⑶ )1 2( )1 ( ) ( + + = s s s K s G （ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ） 题4-2图开环零、极点分布图 图解4-2 根轨迹图
解 ⑴ )15.0)(12.0()(++= s s s K s G = ) 2)(5(10++s s s K 系统有三个开环极点：01=p ,2p = -2,3p = -5 ① 实轴上的根轨迹： (]5,-∞-, []0,2- ② 渐近线： ??? ????±=+=-=--=πππ?σ,33)12(3 73520k a a ③ 分离点： 02 1511=++++d d d 解之得：88.01-=d ，7863.32-d (舍去)。 ④ 与虚轴的交点：特征方程为 D(s)=0101072 3 =+++K s s s 令 ???=+-==+-=0 10)](Im[0 107)](Re[3 2ωωωωωj D K j D 解得???==7 10 K ω 与虚轴的交点（0，j 10±）。 根轨迹如图解4-3(a)所示。 ⑵ 根轨迹绘制如下： ① 实轴上的根轨迹： []3,5--, []0,2- ② 渐近线： ??? ???? ±=+==----=22)12(02 )5(320ππ?σk a a ③ 分离点： 5 131211+=++++d d d d 用试探法可得 886.0-=d 。根轨迹如图解4-3(b)所示。
《自动控制完整系统》
自动控制系统 一、判断下面结论或言论是否正确，如果正确在该结论或言论的后面的括号内标上(√)；反之标上(╳)。 1、抑制定理告诉我们：对于反馈环内的元件参数发生变化时，闭环系统有抑制能力。对于反馈环外的元件参数发生变化时，闭环系统无抑制能力( ) 2、如果两个控制系统的控制方程组完全相同，那么这两个控制系统的运行轨迹和转步信号就完全相同。( ) 3、在一个至少有6个偶数结点的联通域内，如果结点总数有9个，那么机器人就能不重复的走遍该联通域内的每一条支路。( ) 4、纯电压负反馈调速系统是一个自然稳定性系统。( ) 5、在Simulink仿真模型中，无论何种组合都应该有输出显示模块。( ) 6、在Simulink仿真模型中，改变示波器的采样时间可以控制实际用时的快慢。( ) 7、使用封装技术可以将子系统“包装”成有自己的图标和参数设置对话窗口的一个单独的模块。( ) 8、无静差调速系统的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。( ) 9、如果PWM变换器的电压输出波形只有一种极性，那么该PWM直流调速系统一定是由不可逆PWM变换器构成。( ) 10、可逆调速系统一定用于生产工艺要求电动机可逆运行的场合。 ( ) 11、对新购调速器需要先进行参数自动优化然后才能进行调速器的软件组态。 ( ) 12、自动控制系统中环的个数会受到状态变量的多少、生产工艺要求的限制。( ) 13、在PWM直流调速控制系统中，大功率开关的频率越高，控制系统的失控时间也就越短。( ) 14、反并联可逆转速、电流双闭环调速系统能解决最优时间起、制动的问题。 ( ) 15、带电压内环的三环调速系统性能与带电流微分负反馈的三环调速系统性能作用基本相同。( ) 16、在双闭环不可逆调速系统中，如果实现无转速超调只能采用增加转速微分负反馈的方案来解决。( ) 17、在不可逆调速系统中不会发生本桥逆变现象。( ) 18、如何准确、迅速的显示与控制系统的状态变量是HMI研究的主要问题。( )
《电力拖动自动控制系统》(第四版)习题
n 《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》习题 2-2 调速系统的调速范围是 1000~100r/min ，要求静差率 s=2%，那么系统允许的稳态速降是 多少？ 解：系统允许的稳态速降 ?n N = sn min (1 ? s ) = 0.02 ×100 (1 ? 0.02) = 2.04(r min ) 2-5 某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。已知直流电动机 P N = 60kW ， U N = 220V ， I N = 305 A ， n N = 1000 r min ， 主 电 路 总 电 阻 R = 0.18? ， C e = 0.2V ? min r ，求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落 ?n N 为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 s N 多少？ （3）额定负载下的转速降落 ?n N 为多少，才能满足 D = 20, s ≤ 5% 的要求。 解：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落 ?n N = I N R = 305 × 0.18 = 274.5(r min ) C e 0.2 （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 s N = N ?n N + ?n N = 274.5 ≈ 0.215 = 21.5% 1000 + 274.5 （3）额定负载下满足 D = 20, s ≤ 5% 要求的转速降落 ?n N = n N s D (1 ? s ) = 1000 × 0.05 20 × (1 ? 0.05) ≈ 2.63(r min )
U N 解：（1）C e =?I d R a n N = 220 ?12.5 ×1.5 = 0.1341V ?min/ r 1500 ?n op =RI N C e =12.5 ×(1.5 +1.0 +0.8) 0.1341 = 307.6r / min （2）?n =n N s ≤ 1500×0.1 =8.33r / min cl D(1 ?s) 20 × (1 ?0.1)
1 自动控制系统
习题1自动控制系统 1.自动控制系统按其基本结构有可分为几类？其闭环控制系统中按其设定值的不同又可 分为几类？简述每种形式的基本含义。 2.自动控制系统主要有哪些环节组成？ 3.何为简单控制系统？试画出简单控制系统的方块图。 4.衰减振荡过程的品质指标有哪些？各自的含义是什么？ 5.图2-36所示，是某温度控制系统的记录以上画出的曲线图，试写出最大偏差衰减比余差 振荡周期，如果工艺上要求控制温度为（40±2）℃，那么该控制系统能否满足工艺要求? 解答： 1.自动控制系按其基本结构可分为开环控制系统和闭环控制系统。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。 闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制系统。 闭环控制系统中按其设定值的不同又可分为： 1)定值控制系统 定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统。其作用是克服扰动对被控变量的影响；使被控变量回到设定值附近。 2)随动控制系统 随动控制系统的设定值是不断不变的，其作用是使被控变量能够尽快地、准确到跟踪设定值的变化。 3)程序控制系统 程序控制系统的设定值也是不断不变的，但它是由一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。 2. 自动控制系统主要有被控对象、检测变送器、比较机构、控制器、执行器等组成。 3. 所谓简单控制系统是指只有一个被控对象，一个检测变送器，一个控制器，一个执行器
所构成的单闭环控制系统，它的典型方块图如下所示： 4. 衰减振荡过程的品质指标有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期等其各自的含义是： 最大偏差：指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大数值。 衰减比：指过渡过程曲线上同方向第一个和第二个峰值之比。 余差：过渡过程终了时，稳态值与设定值之差。 过渡时间：是指控制系统受到扰动作用后，被控变量从原稳态回到新稳态所经历的最短时间。 振荡周期：过渡过程同向两波峰或波谷间的间隔时间。 5.从过渡曲线可以看出最大偏差A=45-40=5； 衰减比n=(45-41)/(42-41)=4 ：1； 余差C=41-40=1； 过渡时间：由题意被控变量进入新稳态值的±2%，就可以认为过渡过程结束，那么限制范围应是41*±2%=±0.82℃，由图可以看出过渡时间为23min. 振荡周期T=18-5=13min 该控制系统能满足控制温度为（40±2）℃的工艺要求。
自动控制原理试卷及答案
自动控制原理试题及答案 一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 的前馈复合控制和按 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为 （用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω ， 阻尼比=ξ ， 该系统的特征方程为 ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 。 6、根轨迹起始于 ，终止于 。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函 数为 。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ， 其相应的传递函数为 ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( ) A 、 型别2 《自动控制原理》题库 一、解释下面基本概念 1、控制系统的基本控制方式有哪些？ 2、什么是开环控制系统？ 答：在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。 3、什么是自动控制？ 答：自动控制就是采用控制装置使被控对象自动地按照给定的规律运行，使被控对象的一个或数个物理量能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。 4、控制系统的基本任务是什么？ 5、什么是反馈控制原理？ 6、什么是线性定常控制系统？ 7、什么是线性时变控制系统？ 8、什么是离散控制系统？ 9、什么是闭环控制系统？ 10、将组成系统的元件按职能分类，反馈控制系统由哪些基本元件组成？ 11、组成控制系统的元件按职能分类有哪几种？ 12、典型控制环节有哪几个？ 13、典型控制信号有哪几种？ 14、控制系统的动态性能指标通常是指？ 15、对控制系统的基本要求是哪几项？ 16、在典型信号作用下，控制系统的时间响应由哪两部分组成? 17、什么是控制系统时间响应的动态过程？ 18、什么是控制系统时间响应的稳态过程？ 19、控制系统的动态性能指标有哪几个？ 20、控制系统的稳态性能指标是什么？ 21、什么是控制系统的数学模型？ 22、控制系统的数学模型有： 23、什么是控制系统的传递函数？ 24、建立数学模型的方法有? 25、经典控制理论中，控制系统的数学模型有? 26、系统的物理构成不同，其传递函数可能相同吗?为什么? 27、控制系统的分析法有哪些？ 28、系统信号流图是由哪二个元素构成？ 29、系统结构图是由哪四个元素组成？ 30、系统结构图基本连接方式有几种？ 31、二个结构图串联连接，其总的传递函数等于？ 32、二个结构图并联连接，其总的传递函数等于？ 33、对一个稳定的控制系统，其动态过程特性曲线是什么形状？ 34、二阶系统的阻尼比10<<ξ，其单位阶跃响应是什么状态？ 35、二阶系统阻尼比ξ减小时，其阶跃响应的超调量是增大还是减小？ 36、二阶系统的特征根是一对负实部的共轭复根时，二阶系统的动态响应波形是什么特点？ 37、设系统有二个闭环极点，其实部分别为：δ＝－2；δ＝－30，问哪一个极点对系统动态过程的影响大？ 38、二阶系统开环增益K 增大，则系统的阻尼比ξ减小还是增大？ 39、一阶系统可以跟踪单位阶跃信号，但存在稳态误差？不存在稳态误差。 40、一阶系统可以跟踪单位加速度信号。一阶系统只能跟踪单位阶跃信号（无稳态误差）可以跟踪单位斜坡 信号（有稳态误差） 41、控制系统闭环传递函数的零点对应系统微分方程的特征根。应是极点 42、改善二阶系统性能的控制方式有哪些？ 43、什么是二阶系统？什么是Ⅱ型系统？ 44、恒值控制系统 45、谐振频率 46、随动控制系统 47、稳态速度误差系数K V 48、谐振峰值 49、采用比例－微分控制或测速反馈控制改善二阶系统性能，其实质是改变了二阶系统的什么参数？。 50、什么是控制系统的根轨迹？ 51、什么是常规根轨迹？什么是参数根轨迹？ 52、根轨迹图是开环系统的极点在s 平面上运动轨迹还是闭环系统的极点在s 平面上运动轨迹？ 53、根轨迹的起点在什么地方？根轨迹的终点在什么地方？ 54、常规根轨迹与零度根轨迹有什么相同点和不同点？ 55、试述采样定理。自动控制原理题库(经典部分)解读