自动控制系统知识点
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晶闸管触发电路和整流电路的放大系数和传递函数：
晶闸管触发电路和整流电路的特性是非线性的。在一定的工作范围内近似地看成线性环节，晶闸管触发和整流装置的放大系数Ks可由工作范围内的特性斜率决定的。在动态过程中可把晶闸管触发和整流装置看作是一个纯滞后环节，滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的。晶闸管一旦导通后控制电压的变化在该器件关断以前不起作用等到下一个自然换相点以后，当控制电压Uc所对应的下一相触发脉冲来到时才能使输出整流电压Udo发生变化，造成整流电压滞后于控制电压。失控时间是个随机值。最大失控时间Tsmax是两个相邻自然换相点之间的时间，滞后环节的输入为阶跃信号1(t)，输出要隔一定时间后才出现响应1(t-Ts)。输入输出关系为：传递函数为在电流连续的条件下，可以把整流装置近似看作一阶惯性环节。
脉宽调制变换器的作用是用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。PWM控制与变换器的动态模型与晶闸管触发与整流装置基本一样。当控制电压改变时，PWM变换器输出平均电压按线性规律变化，但其响应有延时，最大时延为一个开关周期，故PWM装置也可以看做是一个滞后环节，可看做是一阶惯性环节。
闭环调速系统的静特性测速反馈环节
比例调节器电压比较环节电力电子变换器直流电动机
开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系：开环机械特性为
比例控制闭环系统的静特性为
1闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多
在同样的负载扰动下，开环系统的转速降落
闭环系统的转速降落它们的关系是
2闭环系统的静差率要比开环系统小得多
闭环系统的静差率为开环系统的静差率为
当时，
3如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围
如果电动机的最高转速都是nN，最低速静差率都是s，可得开环时
闭环时得到
比例控制的直流调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而保证在一定静差率要求下，能提高调试范围，为此，需设置电压放大器和转速检测装置。
电流截止负反馈
电流反馈信号取自串入电动机电枢回路中的小阻值电阻Rs，IdRc正比于电流。独立的直流电源作为比较电压Ucom，其大小可用电位器调节，在IdRc与Ucom之间串接一个二极管VD，当IdRc> Ucom时，二极管导通，电流负反馈信号Ui即可加到放大器上去；当IdRc≤Ucom时，二极管截止， Ui消失。利用稳压管VST的击穿电压Ubr作为比较电压Ucom 。截止电流
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Idcr=Ucom/Rs。当输入信号IdRc-Ucom>0时，输出Ui=IdRc-Ucom，当IdRc-Ucom≤ 0时，输出Ui=0。
双闭环直流调速系统：转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压，当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。
1转速调节器不饱和：
两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。AB段是两个调节器都不饱和时的静特性，Id 2转速调节器饱和：ASR输出达到限幅值时，转速外环呈开环状态，转速的变化对转速环不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时 BC段是ASR调节器饱和时的静特性，Id=Idm, n 双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：1、饱和非线性控制2、转速超调 3、准时间最优控制 转速调节器的作用ASR：它是调速系统的主导调节器，它使转速很快地跟随给定电压变化, 如果采用PI调节器，则可实现无静差。对负载变化起抗扰作用。其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。 电流调节器的作用ACR：在转速外环的调节过程中，使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。 对电网电压的波动起及时抗扰的作用。在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流。当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常 带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图 转速反馈控制直流调速系统的动态结构框图 带电流截止负反馈的闭环直流调速系统稳态结构框图 双闭环直流调速系统的稳态结构图 双闭环直流调速系统的静特性 双闭环直流调速系统的动态结构图 双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形 第五章 保持 mN 不变的原因：当异步电动机在基频（额 定频率）以下运行时，如果磁通太弱，没有充分 利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁通过大， 又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严 重时还会因绕组过热而损坏电机。 最好是保持每极磁通量为额定值不变。 恒压频比的控制方式：当电动势值较高时，忽略 定子电阻和漏感压降，g s E U ≈测得常值=1 f U s ，这就是恒压频比的控制方式。 低频补偿（低频转矩提升）：低频时，定子电阻和漏感压降所占的份量比较显著，不能再忽略。人为地把定子电压抬高一些，以补偿定子阻抗压降。 负载大小不同，需要补偿的定子电压也不一样。 恒定子磁通控制 保持定子磁通恒定： 常值=1 f U s ，定子电动势不好直接控制，能够直接控制的只有定子电压，按 s s s E I R U +=1. 。补偿定子电阻压降，就能够得 到恒定子磁通。 当转差率s 相同时，采用恒定子磁通控制方式的电磁转矩大于恒压频比控制方式。 临界转差率 ： 临界转矩 ： 频率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定不变 。 比较可知 恒定子磁通控制的临界转差率大于恒压频比控制方式。 恒定子磁通控制的临界转矩也大于恒压频比控制方式。 恒气隙磁通控制 保持气隙磁通恒定： =1 ωg E 常值 定子电压：g ls s s E I L j R U ++=11)(ω 除了补偿定子电阻压降外，还应补偿定子漏抗压降。 转子电流： 电磁转矩 ： 临界转差率 ： 临界转矩 ： 与恒定子磁通控制方式相比较，恒气隙磁通控制方式的临界转差率和临界转矩更大，机械特性更 硬。 恒转子磁通控制 保持转子磁通恒定： 定子电压： 除了补偿定子电阻压降外，还应补偿定子和转子漏抗压降。 转子电流 电磁转矩 机械特性完全是一条直线，可以获得和直流电动机一样的线性机械特性，这正是高性能交流变频调速所要求的稳态性能。 a ）恒压频比控制 b ）恒定子磁通控制 c ）恒气隙 磁通控制d ）恒转子磁通控制 v1.0 可编辑可修改 异步电动机在不同控制方式下的机械特性 不同控制方式的比较 恒压频比控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。 恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。 恒定子磁通和恒气隙磁通的控制方式虽然改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。 恒转子磁通控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳。 期望电压空间矢量的合成 六边形旋转磁场带有较大的谐波分量，这将导致转矩与转速的脉动。 要获得更多边形或接近圆形的旋转磁场，就必须有更多的空间位置不同的电压空间矢量以供选择。 按空间矢量的平行四边形合成法则，用相邻的两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，这就是电压空间矢量PWM（SVPWM）的基本思想。 按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻的2个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。 当定子相电压为三相平衡正弦电压时，三相合成矢量幅值基波相电压最大幅值 基波线电压最大幅值 SPWM的基波线电压最大幅值为 两者之比 SVPWM方式的逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比SPWM逆变器输出电压最多提高了约15%。 泵升电压：采用不可控整流的交-直-交变频器，能量不能从直流侧回馈至电网，交流电动机工作在发电制动状态时，能量从电动机侧回馈至直流侧，导致直流电压上升，称为泵升电压。 电动机储存的动能较大、制动时间较短或电动机长时间工作在发电制动状态时，泵升电压很高，严重时将损坏变频器。 泵升电压的限制 1、在直流侧并入一个制动电阻，当泵升电压达到一定值时，开通与制动电阻相串联的功率器件，通过制动电阻释放电能，以降低泵升电压。 2、在直流侧并入一组晶闸管有源逆变器或采用PWM可控整流，当泵升电压升高时，将能量回馈至电网，以限制泵升电压。 带制动电阻的交-直-交变频器主回路 v1.0 可编辑可修改 直流侧并晶闸管有源逆变器的交-直-交变频器 主回路 PWM 可控整流的交-直-交变频器主回路 三相-两相变换（3/2变换） 三相绕组A 、B 、C 和两相绕组之间的变换，称作三相坐标系和两相正交坐标系间的变换，简称3/2变换。 ABC 和两个坐标系中的磁动势矢量，将两个坐标系原点重合，并使A 轴和轴重合。 按照磁动势相等的等效原则，三相合成磁动势与两相合成磁动势相等，故两套绕组磁动势在αβ轴上的投影应相等。 按照变换前后总功率不变，匝数比 三相坐标系变换到两相正交坐标系的变换矩阵 两相正交坐标系变换到三相坐标系（简称2/3变换）的变换矩阵 23333233cos cos 3311 ()22sin sin A B C A B C B C N i N i N i N i N i i i N i N i N i αβππππ=--=--=-????? ???????? ????? ?? ? ?-- -=??????C B A i i i N N i i 232 302121 123βα3 2 2 3= N N 3/21 112223330C ?-- ?=? ??????? ?????????--- =232 1 232 1 01 323/2C ? ??? ? ? i i 02 ??? ???????? ???? ???=??????B A i i i i 22 1023βα v1.0 可编辑可修改 电压变换阵和磁链变换阵与电流变换阵相同 从静止两相正交坐标系αβ到旋转正交坐标系dq 的变换，称作静止两相-旋转正交变换， 简称2s/2r 变换，其中s 表示静止，r 表示旋转，变换的原则同样是产生的磁动势相等 静止两相正交坐标系到旋转正交坐标系的变换阵 静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系中的磁动势矢量 按转子磁链定向矢量控制的基本思想:通过坐标 变换，在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型。仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩与磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。 直接转矩控制系统的基本思想是根据定子磁链幅值偏差的正负符号和电磁转矩偏差的正负符号，再依据当前定子磁链矢量所在的位置，直接 选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的控制。 当定子磁链矢量位于第I 扇区时，U 2的作用是使定子磁链幅值和电磁转矩都增加。 当定子磁链矢量位于第III 扇区时，U 2的作用是使定子磁链幅值和电磁转矩都减小。 ?? ????=????????????-=??????βαβα????i i C i i i i r s q d 2/2cos sin sin cos 2/2cos sin sin cos s r C ? ?????=?? -?? H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：自动控制理论课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系：电气学院电气工程系 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间：2016.6.6-2016.6.19 手机： 工业大学教务处 *注：此任务书由课程设计指导教师填写。 直线一级倒立摆控制器设计 摘要：采用牛顿—欧拉方法建立了直线一级倒立摆系统的数学模型。采用MATLAB 分析了系统开环时倒立摆的不稳定性，运用根轨迹法设计了控制器，增加了系统的零极点以保证系统稳定。采用固高科技所提供的控制器程序在MATLAB中进行仿真分析，将电脑与倒立摆连接进行实时控制。在MATLAB中分析了系统的动态响应与稳态指标，检验了自动控制理论的正确性和实用性。 0.引言 摆是进行控制理论研究的典型实验平台，可以分为倒立摆和顺摆。许多抽象的控制理论概念如系统稳定性、可控性和系统抗干扰能力等，都可以通过倒立摆系统实验直观的表现出来，通过倒立摆系统实验来验证我们所学的控制理论和算法，非常的直观、简便，在轻松的实验中对所学课程加深了理解。由于倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，许多现代控制理论的研究人员一直将它视为典型的研究对象，不断从中发掘出新的控制策略和控制方法。 本次课程设计中以一阶倒立摆为被控对象，了解了用古典控制理论设计控制器(如PID控制器)的设计方法和用现代控制理论设计控制器(极点配置)的设计方法，掌握MATLAB仿真软件的使用方法及控制系统的调试方法。 1.系统建模 一级倒立摆系统结构示意图和系统框图如下。其基本的工作过程是光电码盘1采集伺服小车的速度、位移信号并反馈给伺服和运动控制卡，光电码盘2采集摆杆的角度、角速度信号并反馈给运动控制卡，计算机从运动控制卡中读取实时数据，确定控制决策(小车运动方向、移动速度、加速度等)，并由运动控制卡来实现该控制决策，产生相应的控制量，使电机转动，通过皮带带动小车运动从而保持摆杆平衡。 控制系统使用说明 系统针对轴流风机而设计的控制系统, 系统分为上位监视及下位控制两部分 本操作为上位监控软件的使用说明: 1: 启动计算机: 按下计算机电源开关约2秒, 计算机启动指示灯点亮, 稍过大约20秒钟屏幕出现操作系统选择菜单, 通过键盘的“↑↓”键选择“windows NT 4.0”菜单，这时系统进入WINDOWS NT 4.0操作系统，进入系统的操作画面。 2：系统操作 系统共分：开机画面、停机画面、趋势画面、报警画面、主机流程画面、轴系监测画面、润滑油站画面、动力油站画面、运行工况画面、运行记录画面等十幅画面，下面就十幅画面的作用及操作进行说明 A、开机画面： 开机： 当风机开始运转前，需对各项条件进行检查，在本画面中主要对如下指标进行检查，红色为有效： 1、静叶关闭：静叶角度在14度 2、放空阀全开：放空阀指示为0% 3、润滑油压正常 4、润滑油温正常 5、动力油压正常 6、逆止阀全关 7、存储器复位：按下存储器复位按钮，即可复位，若复位不成 需查看停机画面。 8、试验开关复位：按下试验开关按钮即可，试验开关按钮在风 机启动后，将自动消失，同时试验开关也自动复位。 当以上条件达到时，按下“允许机组启动”按钮，这时机组允许启动指示变为红色，PLC机柜里的“1KA”继电器将导通。机组允许启动信号传到高压柜，等待电机启动。开始进行高压合闸操作，主电机运转，主电机运转稳定后，屏幕上主电机运行指示变红。这时静叶释放按钮变红，按下静叶释放按钮后，静叶从14度开到22度，静叶释放成功指示变红。 应继续观察风机已平稳运行后，按下自动操作按钮，启机过程结束。 B、停机画面： 停机是指极有可能对风机产生巨大危害的下列条件成立时，PLC 会让电机停止运转： 1、风机轴位移过大 自动控制系统的组成及功能实现 自动控制系统作为目前工业领域控制的核心，已经为大家所熟悉。自动控制系统是指在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段，其组建了整个系统的大脑及神经网络。自动控制系统的组成一般包括控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。 一、自动控制系统的分类 自动控制系统按控制原理主要分为开环控制系统和闭环控制系统。 （一）开环控制系统 在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。 （二）闭环控制系统 闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。闭环控制系统又称反馈控制系统。 自动控制系统按给定信号分类，可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。（三）恒值控制系统 给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。 （四）随动控制系统 给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。（五）程序控制系统 给定值按一定时间函数变化。如程控机床。 在我们的工业领域中，因控制的工艺流程复杂、生产数多、对产品质量控制严格，所以一般控制系统均为闭环控制系统。 二、控制系统各部分的功能 （一）控制器 目前控制系统的控制器主要包括PLC、DCS、FCS等主控制系统。在底层应用最多的就是PLC控制系统，一般大中型控制系统中要求分散控制、集中管理的场合就会采用DCS 控制系统，FCS系统主要应用在大型系统中,它也是21世纪最具发展潜力的现场总线控制系 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。 水泵自动化控制系统使用说明书 一、···················概述 乌兰木伦水泵自动化控制系统是由常州自动化研究所针对乌兰木伦矿井下排水系统的实际情况设计的自动控制系统。通过该系统可实现对水泵的开停、主排水管路的流量、水泵排水管的压力、水仓的水位等信号的实时监测，并能通过该系统实现三台主水泵的自动、手动控制并和KJ95监控系统的联网运行，实现地面监控。 基本参数： 水泵：200D43*33台（无真空泵） 扬程120米流量288米3/小时 主排水管路直径200mm 补水管路直径100mm 水仓：3个 水仓深度分别为： 总容量：1800米3 主电机：3*160KW 电压：AC660V 启动柜控制电压：AC220V 220变压器容量：1500VA 二、系统组成 本控制系统主要由水泵综合控制柜，电动阀门及传感器三大部分组成。参见“水泵控制柜内部元件布置图：。 1、水泵综合控制柜是本系统的控制中心，由研华一体化工控机、数据采集板、KJ95分站通讯接口、中间继电器、控制按钮及净化电源及直流稳压电源组成。 其中，净化电源主要是提供一个稳定的交流220V电压给研华一体化工控机，以保证研华一体化工控机的正常工作，直流稳压电源主要提供给外部传感器、中间继电器及数据采集板的工作电源。 控制按钮包括方式转换按钮、水泵选择按钮及手动自动控制按钮，分别完成工作方式的转换、水泵的选择及水泵的手动和自动控制。本控制柜共有40个按钮，从按钮本身的工作形式来说这些按钮有两种，一种为瞬间式，即按钮按下后再松开，按钮立刻弹起，按钮所控制的接点也不保持；另外一种为交替式，即按钮按下后再松开按钮，按钮并不立刻弹起，而是再按一次后才弹起，按钮所控制的接点保持（如方式转换按钮、水泵选择按钮等）。 中间继电器采用欧姆龙公司MY4型继电器，主要完成信号的转换和隔离。另外，还对外部开关量信号进行扩展，以保证这些信号在不同状态下的使用要求。 控制柜的数据采集板分为开关量输入板（两块）、开关量输出板（一块）和模拟量数据采集板（两块）。这些数据采集板主要是对传感器采集来的模拟量信号和中间继电器的开关量信号转换成工控机识别的信号，并将工控机发出的控制 1.1 自动控制系统的组成 自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的。为对自动控制有一个更加清晰的了解，下面对人工操作与自动控制作一个对比与分析。 图1-1所示是一个液体贮槽，在生产中常 用来作为一般的中间容器或成品罐。从前一个 工序出来的物料连续不断地流入槽中，而槽中 的液体又送至下一工序进行加工或包装。当流 入量Q i(或流出量Q0) 波动，严重时会溢出或抽空。解决这个问题的 最简单办法，是以贮槽液位为操作指标，以改 变出口阀门开度为控制手段，如图1-1所示。 当液位上升时，将出口阀门开度开大，液位上 则关小出口阀门，液位下降越多，阀门关得越 小。为了使液位上升和下降都有足够的余地，选择玻璃管液位计指示值中间的某一点为正常工作时的液位高度，通过改变出口阀门开度而使液位保持在这一高度上，这样就不会出贮槽中液位过高而溢出槽外，或使贮槽内液位抽空而发生事故的现象。归纳起来，操作人员所进行的工作有以下三个方面。 ①检测用眼睛观察玻璃管液位计（测量元件）中液位的高低。 ②运算、命令大脑根据眼睛所看到的液位高度，与要求的液位值进行比较，得出偏差的大小和正负，然后根据操作经验，经思考、决策后发出命令。 ③执行根据大脑发出的命令，通过手去改变阀门开度，以改变出口流量Q0，从而使液位保持在所需要高度上。 眼、脑、手三个器官，分别担负了检测、运算/决策和执行三个任务，来完成测量偏差、操纵阀门以纠正偏差的全过程。 若采用一套自动控制装置来取代上述人工操作，就称为液位自动控制。自动 下面结合图1-2的例子介绍几个常 用术语。 ①被控对象需要实现控制的 简称对象，如图1-2中的液体贮槽。 ②被控变量对象内要求保 应急柴油机消防泵组 自动控制柜安装使用说明 目录 一、安装说明 (2) 1. 电气线路的连接 (2) 2. 柴油机部分随机附件安装 (3) 二、操作说明 (3) 1. 控制系统的选择功能 (3) 2. 控制系统的指示和显示功能 (4) 3. 控制系统的报警功能 (5) 4. 控制系统的远程信号及其要求 (6) 5. 控制系统的其它功能 (7) 一、安装说明 自动控制柜的安装位置应考虑平时的维护保养空间，应尽量避免水滴的溅入及强电磁场干扰。 1. 电气线路的连接 自动控制柜电气线路的连接包括以下三个方面： 1.1与交流电源的连接 控制柜的交流电源为AC220V 50Hz的电源，用于对蓄电池组充电。在待机状态下，蓄电池电压下降时由交流电源对其充电；在柴油机启动后，蓄电池由柴油机上的直流发电机充电。 在连接电源前请确认各开关及保险处于开路状态，选择形状处于“全停”位置。连接时将交流电源的L线与控制柜的1号接线端子连接，N线与2号接线端子连接（接线端子位于控制柜最底部）。连接线用2.5mm2铜芯导线。 1.2 与蓄电池的连接 控制柜的工作电源为DC24V，在连接电源前请确认各开关及保险处于开路状态，选择开关处于“全停”位置。先将两个12V的蓄电池串联后，再将蓄电池组的正、负极分别接到柴油机起动电机的正、负极上，蓄电池与启动电机的连线要用40mm2以上的铜芯导线，连接后再将蓄电池组正极与控制柜的4号接线端子连接，负极与5号接线端子连接，蓄电池与控制柜的连接线用4mm2铜芯导线。 蓄电池装放在电池箱内，盖好箱盖，防止水溅到蓄电池上，应严格防止蓄电池接线间短路及正、负极反接。蓄电池的连接线必须紧固，不可出现松动和接触不良的现象。 自动控制系统主要有哪些环节组 成 1?自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？ a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。b 控制器：接收变送器送来的信号，与希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。 c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。 d被控对象：控制装备所控制的生产设备。 2?被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置； 被控变量：工艺上希望保持稳定的变量； 操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。 给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值； 干扰变量：造成被控变量波动的变量。 3?自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~ （控制系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不 发生影响的系统），复合~ 4?按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化） 5.自动控制系统的基本要求： 稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件 快速性：反应系统在控制过程中的性能 准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。 提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。 6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。 7?自动系统的控过渡过程及其形式 控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间 变化的过程称为~ 形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程， 等幅振荡过程，发散振荡过程 8.衰减振荡过渡过程的性能指标 衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。（以新稳态值为标准计算） 最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值 余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值与设定值之差。 调节时间：从过渡过程开始到结束所需的时间 振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间 9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~ 动态数学模型：表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述 10.描述对象特性的参数 放大系数K :数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。意义：若有一定的输入变化量Q i通过对象就被放大了K倍变为输出变量h。K越大，输入变量有一定变化时，对输出量的影响越大。描述了静态性质 时间常数T:当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间，就是T，意义：被控变量受到阶跃作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。 T越大，表对象受干扰后，被控变量变化的越慢，到达新的稳态值所需 自动控制系统的基本组成与分类 自动控制系统的基本组成 如前所述，自动控制系统(即反馈控制系统)由被控对象和控制装置两大部分组成， 根 据其功能，后者又是由具有不同职能的基本元部件组成的。图1．12是一个典型的自 动控制 系统的基本组成示意图，图中组成系统的各基本环节及其功能如下。 1．被控对象 如前所述，被控对象是指对其莱个特定物理量进行控制的设备或过程 出即为系统的输出员，即被控量，通常以c(r)(或y(f))表示。 2．阁量元件 测量元件用于对输出量进行测量，并将其反馈至输入端。如果输出量与输入量的物 理 单位不同，有时还要进行相应的量纲转换*例如，温度测量装置(热电偶)用于团量湿度并 转换为电压(见固1．2)，测速发电机用于测量电动机轴转速井转换为电压(见田1．9)。 3．给定元件 根据控制日的，给定元件将给定量转换为与期望输出相对应的系统治入量(通常以 r(‘)表示)，作为系统的控制依据。例如，图1．9中，给定电压M2的电位器即为给 定元件。 4．比较元件 比较元件对输入量与测量元件测得的输出量进行比较，并产生偏差信号 中的电压比较电路。通常，比较元件输出的偏差信号以‘(2)表示。 5．放大元件 放大元件是特比较元件结出的(檄弱的)偏差信号进行放大(必要时还要进行物理量的转换)。例如，图1．9中的ATMEL代理放大器和晶闸管整流装置等。 6．执行元件 执行元件的功能是，根据放大元件放大后的偏差信号，推动执行元件去控制被控对 象，使其被控量按照设定的要求变化。通常，电动机、液压马达等都可作为执行元件。7．校正元件 校正元件又称补偿元件，用于改善系统的性能，通常以串联或反馈的方式连接在系 统中。 在图1．12中，作用信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称为前向通路；系 统治出量经测旦元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路；前向通路和主反馈通 路构 成的回路称为主反馈回路，简称主回路。除此之外，还有局部反馈通路以及局部反馈 回路 等*将只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统，将包含两个或两个以上反馈通路的 系统称为多回路系统。 1．4．2 自动控制系统的分类 如前所述，自动控制系统的组成千差万别，所完成的控制任务也不尽相同，但可以 按 不同的分类方法，将其分为各种不同的类别。例如，按控制方式可分为开环控制系统、闭 环控制系统和复合控制系TI代理统；按元件类型可分为机械系统、电气系统、机电系统、液压系 1系统概述 1.1 系统简介 MBR反应池自动控制系统是为了控制MBR反映原理来控制反应池的信息，来帮助用户完成基本的控制的处理和操作，处理基本的数据信息，帮助用户管理数据信息，管理控制信息，来完成反应池的自动处理控制。 1.2 操作和界面解说 主要是对软件的基本的操作的内容和信息进行介绍的操作，帮助使用者更好的使用软件系统。 1.3 登录页面介绍 在桌面上双击系统的图标就会出现以下的界面，这时候就会弹出了用户登录的界面，从这个界面中可以到有用户名和密码需要输入，输入完成之后点击登入按钮。而且必须在用户名与密码同时输入正确的情况下才能通过认证登录成功，账号和密码必须有正确才可以登录该软件进行使用操作，如果不能正确登录该软件，将无法正常使用该软件，详情如下图所示： ●登陆系统。 ●修改密码。 点击登录按钮，即可进行登录的操作了。 1.3.1登录系统 操作方法 输入用户名和密码。在“用户名”中输入用户名，“密码”中输入密码，用户名和密码是系统管理员告诉你的。 点击“登录”按钮。系统验证通过后，进入系统主页。 1.4 主页面介绍 您在进入系统后，会看到系统的主页面，如图： 该界面是软件系统的主要的操作界面，根据界面的展示，使用者可以更好的操作软件系统了。 ?功能按钮区：使用者可以在该区域进行软件的操作与使用。 2软件功能 2.1 软件结构 主要是帮助用户进行软件的一个结构的介绍。 2.1.1系统功能 系统功能就是帮助用户介绍一下系统的功能信息了，如下图所示： 2.2 处理系统 水系统是由预处理系统、反渗透纯水系统、EDI深度除盐系统、后处理系统、循环供水系统组成的多功能全自动装置。使用安全、方便，运行费用低廉，产水水质稳定的全自动成套设备，如下图所示： 以上界面就是处理系统的信息界面了。 2.2.1循环控制 工业循环冷却水系统在运行过程中，由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩，其中所含的盐类超标，阴阳离子增加、pH值明显变化，致使水质恶化，而循环水的温度，PH值和营养成分有利于微生物的繁殖，冷却塔上充足的日光照射更是藻类生长的理想地方，如下图所示： 《自动控制原理》综合复习资料 、简答题 1常见的建立数学模型的方法有哪几种？各有什么特点？ 2、 自动控制原理中，对线性控制系统进行分析的方法有哪些？ 3、 给出梅逊公式，及其中各参数意义。 4、 举例说明什么是闭环系统？它具有什么特点？ 5、 系统的性能指标有哪些？ 6、 幅值裕度，相位裕度各是如何定义的？ 7、 画出自动控制系统基本组成方框结构图？ &减小稳态误差的措施主要有？ 9、 闭环控制系统由哪几个基本单元组成？ 10、 增加开环零、极点对根轨迹有什么影响？ 二、计算题 1已知系统输入为U i ，输出为U o ，求出传递函数 G(s) U °(s)/U i (s)。 o ------- ------------------- ------ o R L U i c 丄 U o 2、试简化下图所示系统方框图求其传递函数: 3、已知某二阶系统的单位阶跃响应为 ct 1 0.2e 60t 1.2e 10t ， (2)确定系统阻尼比 、无阻尼振荡频率 试求：(1)系统传递函数 c -s R s （5 分） 7、已知系统的结构图如所示: 当K f 0、K a 10时，试确定系统的阻尼比 、固有频率 n 和单位斜坡输 入时系统的稳态误差； 8、已知系统如下图所示，求系统的单位阶跃响应，并判断系统的稳定性。 9、RC 无源网络电路图如下图所示，试列写该系统的微分方程，并求传递函数Uc(s)/Uc(s) 4、设某系统的特征方程式为 s 6 2s 5 8s 4 12s 3 20 s 2 16s 16 判断闭环系统的稳定性，若不稳定求其不稳定特征根个数。 (利用劳斯判据) 5、RC 无源网络电路图如下图所示 ，试列写该系统的微分方程 ，并求传递函数Uc(s)/Ui(s) O U i o R i o U c 6、试简化下图所示系统方框图求其传递函数 : X r 目录 一、产品概述 2 二、工作流程图 3 三、设备的系统说明 5 四、设备的安装和运行 6 五、设备安装示意图7 六、流量型控制器调试步骤8 七、时间型控制器调试步骤9 八、故障排除11 产品概述 FLECK全自动控制器以闻名于世的FLECK公司软化水技术为基础，它是将软水器的运行及再生的每一个步骤实现全自动控制，并采用时间、流量或感应器等方式来启动再生。 调整FLECK系列全自动软水器采用时间同步电机控制全部的工作程序，在7天或12天范围内根据需要设定还原周期，二十四小时内任意选择还原时间，并可以对还原过程进行调整。 富来流量型全自动软水器采用流量控制全部工作程序，设备可连续（或间断）供水。再生—由流量控制器自动启动再生装置，可根据需要自行设定再生程序。由于FLECK系列全自动软水设备控制系统技术成熟、操作简便、采用了无铅黄铜阀体完全符合食品卫生要求，配以聚四氟乙烯（Teflon）涂层活塞减小了阻力，延长了使用寿命，运行可靠。 FLECK系列全自动阀门应用于工业锅炉、热交换器、大型中央空调、宾馆饭店、食品工业、洗衣印染、医疗卫生等行业，该产品具有自动化程度高、交换容量大、结构紧凑、能耗低、省人工、无需日常保养等特点。 进口压力：0.2Mpa—0.6Mpa 工作温度：2℃--50℃ 出水硬度：≤0.03 mmoI/L 使用电源：220V/50Hz AC 布置形式：单罐或多罐并联 再生方式：顺流再生或逆流再生 操作程序：自动程序控制 使用树脂：001×7强酸性阳离子交换树脂 我公司将为用户提供完善的技术服务。 MODEL2510、2750、2850、3150、2900、3900工 作流程图 1、工作状态 2、反洗状态 3、再生状态 4、慢速清洗状态 硬水经过控制阀进入树脂罐，经树脂层处理的水通过底步的布水器，进入沿着中心升降管向上，再通过控制阀流出。 硬水进入控制阀后经过：控制阀 中心升降管向下 通过底部的布水器 经过树脂层向上 最后通过控制阀排水口排出 硬水进入控制阀后，向上进入注水器，然后通过射流过程将盐罐中的还原剂吸入，带还原剂的水流向下经过树脂层进入布水器和升降管，再通过控制阀排水口排出。 硬水经控制阀进入树脂罐，经树脂层处理过的水通过底部的布水器，然后沿着中心的升降管向上，再通过控制阀流出。 全自动控制系统——脱机手柄操作说明1．手柄与控制卡用网线连接好，上电启动，进入启动界面 2．弹出机械回零对话框，按确定或停止取消键进行相应的是否机械回零操作 3．进入主界面： 1. 按回零键：XY轴回零；Z+键：X轴回零；Z-键：Y轴回零 2. X-,X+键：X轴手动运行；Y-，Y+键：Y轴手动运行 3. XY-0键：设置工件原点 4. 高速低速键：手动运行高速低速选择 5. 手动模式键：手动运行连续，点动，距离模式选择 6. 回原点键：回工件原点 7. 菜单键：进入主菜单界面，Y+，Y-菜单选择(其中指令设置 菜单另加说明)，选择相应菜单后可以进行相应参数设置，进 入参数设置界面后，按修改键就可以对参数修改 8. 运行键：进入工件界面 4．指令设置与运行： 1. 主界面按运行键进入工件界面，如果是上电后首次进入工件 界面会弹出是否清除上次工件指令，按确定和停止取消键进 行相应的是否操作，之后进入工件界面后不再弹出该对话框 2. 在主菜单界面选择指令设置也可以进入工件界面，如果是上 电首次进入与1相同 3. 进入工件界面后按运行键运行工件指令，按重刻键清除工件 所有指令，按对刀键增加工件指令进入指令增加界面，进行 指令选择后，按确定键进入指令参数设置界面 设置好之后按确定键指令添加到工件指令中，按暂停键和取消停 止键该指令没添加工件指令中，且按暂停键之后返回指令增加界 面，按停止取消键返回主界面，按确定键进入工件指令浏览界 面，按Y-，Y+工件指令选择，按对刀键进入工件指令增加界面， 按重刻键可以删除最后一条指令，进入工件浏览界面后也可以按 运行键运行指令 4. 运行指令：在运行过程中按暂停键暂停加工，按停止取消键 放弃工件加工，弹出是否会工件原点对话框，加工完之后也 会弹出该对话框。 5. 指令设置： 有四种指令：X轴设置，Y轴设置，IO设置，延时设置 轴设置，Y轴设置有两个参数：距离和速度。距离：X轴和Y轴行走的距 1.自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？ a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。b控制器：接收变送器送来的信号，和希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。 c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。 d被控对象：控制装备所控制的生产设备。 2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置； 被控变量：工艺上希望保持稳定的变量； 操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值； 干扰变量：造成被控变量波动的变量。 3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端和输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~ 4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化） 5.自动控制系统的基本要求： 稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件 快速性：反应系统在控制过程中的性能 准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。 6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。 7.自动系统的控过渡过程及其形式 控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~ 形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程， 等幅振荡过程，发散振荡过程 8.衰减振荡过渡过程的性能指标 衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。（以新稳态值为标准计算） 最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值 余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值和设定值之差。 调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间 振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间 9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量和输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~ 动态数学模型：表示输出变量和输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述 10.描述对象特性的参数 放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量和输入变化量之比。意义:若有一定的输入变化量Q1通过对象就被放大了K倍变为输出变量h。K越大，输入变量有一定变化时，对输出量的影响越大。描述了静态性质 时间常数T：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间，就是T，意义：被控变量受到阶跃作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。 T越大，表对象受干扰后，被控变量变化的越慢，到达新的稳态值所需的时间越长。动态特性 滞后时间：对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速的变化，要经过一段纯滞后时间以后，才开始等量地反应原无滞后时的输出量的变化~ 动态特性 11.测量范围：指仪表按规定的精度进行测量的被测量值得范围。 绝对误差=X-X0=测量-标准 引用误差=（绝对误差/量程）*100% 最大引用误差=（最大绝对误差/量程）*100%=+-A% 允许误差（允许最大引用误差） 灵敏度S：表示仪表对被测变量变化的灵敏程度=输出的变化量/输入 自动控制系统示例 计算机硬盘锤渭数据系统 硬盘是计算机中的主要存储设备之一，主要由盘片、磁头及其驱动机构、主轴电路板以及接口等几部分组成，图1．13是其简化示意图。所有盘片装在盘片主轴上盘片之间平行，由主轴电机带动盘片高速旋转。每张盘片的存储面上有一个磁头，高精度的磁头驱动机构驱动磁头在高速旋转的磁盘表面上沿盘片径向移动。读／写磁头、传动手臂和传动轴三部分构成磁头组件，而磁头驱动机构则由磁头驱动电机(也称为音圈电机)、磁头驱动小车、防振动装置构成，它能够对磁头进行精确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位在系统指令指定的数据磁道，由磁头进行读／写数据的操作。计算机硬盘既可以读取存储在其中的数据，也可以将数据存储在其中。下面以读数据为例介绍硬盘读／写系统的工作过程。硬盘驱动器加电正常工作以 后，主轴电机启动并带动盘片高速旋转，磁头驱动机构设过钽电容转动手臂将浮动磁头置于盘片表面的oo道，处于等待指令的启动状态。接收到系统传来的指令信号后，经过放大，磁头驱动电机通过转动手臂来控制磁头对盘片数据信息进行正确定位，并通过探测磁颗粒极性的变化来谈取数据，然后将数据放大并传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作，该系统通过读取一条预先记录的索引磁道的误差获得误差信号。图1．14是硬盘读取数据的方块图，图中的传感器指盘片中的话磁头及索引磁道。 水加热自动控制系统 图为水加热自动控制系统(即热水电加热器)示意图。显见，系统由控温开关、电加热器、温度测量装置、水箱及保温层等组成。控制目的是维持水箱内水温在给定的温度上。 该系统的工作原理分析如下：电加热器的通断电由控温开关控制，以保持期 望的水温。温度测量装置将热TAJD477K004RNJ能转化为电能，给定温度为一电信号。需要热水时，打开阀门，水箱中流出热水并补充冷水。若水箱中的水温低于给定水温，温度测量装置(即反馈元件)将实际水温测量出来，回送到输入端，与给定温度相比较，产生一个伯差信号。在这个偏差信号的作用下，控温开关控制电加热器工作，使实际 水温趋于，直至等于给定温度。在水加热自动控制系统中，被控对象为水箱，输 入量为给定水温，输出量(被控量)为水箱实际水温，主要扰动为放出热水并注入冷水 而产生的降温作用，次要扰动为环境温度的变化，保温层、温度测量装置及电加热器 等元件结构参数的变化等。由此，可绘制系统的方块团如图1．16所示。 防空导弹制导系统 题目：自动洗车机电气控制系统设计 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 1 系统概述 (3) 1.1 应用背景及意义 (3) 1.2系统描述及设计要求 (3) 2 方案论证 (4) 3 硬件设计 (6) 3.1系统原理方框图 (6) 3.2 系统主电路原理图 (6) 3.3 I/O分配 (7) 3.4 PLC选择 (8) 3.5 PLC控制原理图 (9) 3.6 PLC控制接线图 (10) 3.7 元器件选型 (12) 4 软件设计 (13) 4.1 主流程图 (13) 4.2 梯形图 (13) 5 系统调试 (18) 设计心得 (20) 参考文献 (20) 1 系统概述 1.1 应用背景及意义 汽车行业随着科学技术的发展有了质的飞跃。随着时代发展，人们生活水平提高，人们对汽车的需求逐渐增加，随之而来的便是汽车的保养。其中汽车清洗便是不可或缺的一项内容。当今社会，高科技的发展实现了各行业的自动化控制，但是在汽车清洗行业，大部分仍是人工完成。传统洗车业利用人力，对汽车涂抹泡沫，然后利用水泵对汽车进行冲洗，再在自然光及风等条件下，使清洗后的汽车进行自然风干。虽然实现汽车清洗，但过分依赖人力，操作时间长，浪费大量水资源，经济性差，不利于洗车业的发展。目前比较大型的汽车美容公司，虽然实现了汽车的清洗、打蜡、喷漆等的自动化，但成本高，其自动控制系统不适合小型的、专门的汽车清洗行业。因此，对于中小型城市，汽车清洗业有着巨大的发展潜力。如何实现高效、高质量并且适用于小型汽车的自动清洗，就成了汽车清洗行业发展的必然要求。本次设计采用PLC控制，通过线路的通断来实现汽车自动清洗。它可以节省人力、物力资源，高效、准确的完成洗车任务，为客户提供便利，而且极大的节约水资源，符合建设节约型社会的时代需要。这套汽车自动清洗系统结构简单，成本低，适合不同场合的需求，尤其是中小型公司。 1.2系统描述及设计要求 自动洗车机由门式框架组成，门式框架有一台三相异步电机拖动，4KW 380V 50HZ，在车头和车尾处分别设置有一个行程开关，门式框架上安装有3个刷子（上、左、右各1个），分别有1台单相电机拖动，1.5KW 220V 50HZ，同时门式框架上安装有3组喷水喷头（上、左、右各1个），由一台水泵电机拖动1KW 220V 50HZ，喷头由电磁阀控制DC24V 5W。洗车机外部框架结构示意图如图1.2.1所示。 自动控制系统 操作手冊 亚司艾国际贸易有限公司 ！Honeywell XL20操作說明 (一) XL20控制器面板基本按鍵功能 1. 跳出本項目與回到上一頁。 2. 進入控制器時間系統。 3. 進入控制器主要設定目錄。 4. 列出警報點。 5. 、、、改變游標位置。 6. 、改變設定值。 7. 確認與輸入。 (二) XL20控制器於送電後必須設定控制器時間，其方法如下： 1. 連續按使面板螢幕顯示如下： SCH1 mon/Data/Year HR/mm 下頁 2. 按鍵使面板螢幕顯示如下： 系統時間 - - - - - - - - - - - - 下頁 3. 將游標移動至「系統時間」後按，面板螢幕即顯示如 下： - - - - - - 日期時間 - - - - - - 下頁 4. 將游標移動至「日期時間」後按，面板螢幕即顯示如 下： 日期：mon/Day/Year 時間：HR/mm 下頁 5. 將游標移動至日期的月、日、年或時間的小時、分鐘，後 按加以、移動游標，即可由或改變 新的數值，更改結束後按即可。 (三) XL20控制器主要功能設定： 1. 連續按使面板螢幕退出首頁： sch1 mon/Day/Year HR/mm/ 下頁 2. 按 使面板螢幕顯示如下： 3. 若需更動內設之參數，須將游標移至 password 處，再連續按 兩次，其面板螢幕顯示如下： 4. 將游標置於 後，按 ，面板螢幕即顯示如下： 类比输入：模拟量输入信号。 AHU***室内温度——室内温度传感器感测温度数值 AHU***室内湿度——室内温度传感器感测湿度数值 类比输出：模拟量输出信号。 AHU***加湿器——该台空调加湿器开度指令 AHU***冷水阀——该台空调冰水阀开度指令 AHU***热水阀——该台空调热水阀开度指令 数位输入：开关量输入信号。 password ＊＊＊＊ 下頁 ＊＊＊＊ password ＊＊＊＊ 更改 下頁 下頁 类比输入 类比输出 数位输入 下頁 宁波海港76米打桩船电气控制系统 安装、运行、维护、使用说明书 1、概述 宁波海港76米打桩船电气控制系统用于控制全船的8个移船、2个主吊、1个副吊、起落架、吊锤液压绞车、桩架变幅油缸及抱桩油缸液压系统。本电气系统由主控制台、左/右舷副控制台、8只移船绞车机旁控制箱、液压站状态箱、应急油泵控制箱、便携式变幅盒、2只杂用绞车控制盒、前甲板设备控制箱及抱桩机便携式控制箱组成。主控制台主要控制2台主吊桩绞车、1台副吊桩绞车、1台吊锤绞车、1台起落架绞车及1台变幅油缸；左/右舷副控制台主要是对8个移船绞车进行集中控制1～8＃移船绞车，移船绞车机旁控制箱分别对8台绞车进行机旁控制；液压站状态箱主要显示液压站的控制信号与装置信号；应急油泵控制箱在设备维修、调试及特殊情况下控制应急油泵；便携式变幅箱可对变幅油缸进行倒架与微动控制；1～2＃杂用绞车现地控制盒；前甲板设备控制箱和便携控制盒对抱桩机油缸进行控制。 2、组成 本电气控制系统所有设备的控制台、箱体均采用美国威图公司的产品，防护等为IP65。系统采用德国西门子公司S7－300系列的PLC作为控制中心，I/O 点具有光电隔离，本控制器控制可靠，故障率低，各子站通过Profibus-DP总线进行通讯。系统配备了日本天任公司ST400触摸屏对设备的压力值进行显示。操作手柄与比例放大装置采用力士乐（德国）公司的产品，来对应控制不同的阀组。开关电源采用德国西门子公司产品，空气开关、信号灯、按钮等元器件采用美国ABB等公司产品。 3、产品用途 本电气控制系统主要通过“集控”、“现地”两种操作方式，对全船的各类液压绞车、桩架变幅及抱桩油缸液压系统进行控制，主要完成的功能有： 1）起重类绞车的升降控制、过卷/过出/过载/过高保护； 2）吊锤绞车锤升降和打桩功能，过卷/过出/过高保护，及打桩工况时下落速 1.自动控制系统主要有哪些环节组成各环节的作用是什么 a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。b控制器：接收变送器送来的信号，与希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。 c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。 d被控对象：控制装备所控制的生产设备。 2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置； 被控变量：工艺上希望保持稳定的变量； 操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值； 干扰变量：造成被控变量波动的变量。 3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~ 4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化） 5.自动控制系统的基本要求： 稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件 快速性：反应系统在控制过程中的性能 准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。 6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。 7.自动系统的控过渡过程及其形式 控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~ 形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程， 等幅振荡过程，发散振荡过程 8.衰减振荡过渡过程的性能指标 衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。（以新稳态值为标准计算） 最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值 余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值与设定值之差。 调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间 振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间 9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~ 动态数学模型：表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述 10.描述对象特性的参数 放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。意义:若有一定的输入变化量Q1通过对象就被放大了K倍变为输出变量h。K越大，输入变量有一定变化时，对输出量的影响越大。描述了静态性质 时间常数T：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的%所需的时间，就是T，意义：被控变量受到阶跃作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。 T越大，表对象受干扰后，被控变量变化的越慢，到达新的稳态值所需的时间越长。动态特性 滞后时间：对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速的变化，要经过一段纯滞后时间以后，才开始等量地反应原无滞后时的输出量的变化~ 动态特性 11.测量范围：指仪表按规定的精度进行测量的被测量值得范围。 绝对误差=X-X0=测量-标准 引用误差=（绝对误差/量程）*100% 最大引用误差=（最大绝对误差/量程）*100%=+-A% 允许误差（允许最大引用误差） 灵敏度S：表示仪表对被测变量变化的灵敏程度=输出的变化量/输入 1 第一章 1 请解释下列名字术语：自动控制系统、受控对象、扰动、给定值、参考输入、反馈。 解：自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制装置与被控对象组成； 受控对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程 扰动：扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。 给定值：受控对象的物理量在控制系统中应保持的期望值 参考输入即为给定值。 反馈：将系统的输出量馈送到参考输入端，并与参考输入进行比较的过程。 2 请说明自动控制系统的基本组成部分。 解： 作为一个完整的控制系统，应该由如下几个部分组成： ① 被控对象： 所谓被控对象就是整个控制系统的控制对象； ② 执行部件： 根据所接收到的相关信号，使得被控对象产生 相应的动作；常用的执行元件有阀、电动机、液压马达等。 ③ 给定元件： 给定元件的职能就是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参考量）； ④ 比较元件： 把测量元件检测到的被控量的实际值与给定元 件给出的参考值进行比较，求出它们之间的偏差。常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置和电桥等。 ⑤ 测量反馈元件：该元部件的职能就是测量被控制的物理量， 如果这个物理量是非电量，一般需要将其转换成为电量。常用的测量元部件有测速发电机、热电偶、各种传感器等； ⑥ 放大元件： 将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执 行元件去控制被控对象。如电压偏差信号，可用电子管、晶体管、集成电路、晶闸管等组成的电压放大器和功率放大级加以放大。 ⑦ 校正元件： 亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元 件，用串联或反馈的方式连接在系统中，用以改善系统的性能。常用的校正元件有电阻、电容组成的无源或有源网络，它们与原系统串联或与原系统构成一个内反馈系统。 4 请说明自动控制系统的基本性能要求。 解：（1）稳定性：对恒值系统而言，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。而对随动系统而言，被控制量始终跟踪参考量的变化。稳定性通常由系统的结构决定的，与外界因素无关，系统的稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。 （2）准确性：控制系统的准确性一般用稳态误差来表示。即系统在参考输入信号作用下，系统的输出达到稳态后的输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。 （3）快速性：对过渡过程的形式和快慢的要求，一般称为控制系统的动态性能。系统的快速性主要反映系统对输入信号的变化而作出相应的快慢程度，如稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标。 第二章 2-1 设质量-弹簧-摩擦系统如图2-1所示，途中f 为黏性摩擦系数，k 为弹簧系数，系统的输入量为力() p t ，系统的 输出量为质量 m 的位移()x t 。试列出系统的输入输出微分 方程。 解：显然，系统的摩擦力为 dt t dx f )(，弹簧力为 )(t kx ，根据 牛顿第二运动定律有 2 2)()()()(dt t x d m t kx dt t dx f t p =-- 移项整理，得系统的微分方程为 )()() ()(2 2t p t kx dt t dx f dt t x d m =++ 2-3 求下列函数的拉氏变换。 （1）)sin 1(3)(t t f -= （2）at te t f =)( （3） ) 4 3cos()(π- =t t f 解：（1）[()][3(1sin )]L f t L t =- 2223([1][sin ])113() 13(1)(1) L L t s s s s s s =-=-+-+= + （2）at te t f =)( 2 1[]L t s = 2 1 [()][]()at L f t L te s a == - （3 ） ()cos(3))cos(3)] 4f t t t t π =-+ [()][sin(3)cos(3)] L f t t t + 2222 [sin(3)][cos(3)]) 3() 99 39 L t L t s s s s s ++++++ 2-5 试分别列写图2-3中各无源网络的微分方程（设电容C 上的电压为)(t u c ，电容1C 上的电压为)(1t u c ，以此类 推）。 (a) (b) (c) + －u R1(t)图2-3 习题 2-5 无源网络示意图 解：（a ）设电容C 上电压为)(t u c ，由基尔霍夫定律可写 出回路方程为 2 1) ()()()()()(R t u R t u dt t du C t u t u t u o c c o i c =+-= 整理得输入输出关系的微分方程为 1 21)()()()1 1()(R t u dt t du C t u R R dt t du C i i o o +=++（b ）设电容1C 、2C 上电压为)(),(21t u t u c c ，由基 尔 霍 夫 定 律 可 写 出 回 路 方 程 dt t du RC t u t u dt t du C R t u t u R t u t u t u t u t u c c o c c o c i o i c ) ()()() ()()()()() ()()(1 122 2221=-=-+--= 整理得输入输出关系的微分方程为 R t u dt t du C dt t u d C RC R t u dt t du C C dt t u d C RC i i i o o o ) ()(2)()()()2()(12 22121222 1+ +=+++ 2-6 求图2-4中各无源网络的传递函数。 (a)(b) (c) 图2-4 习题 2-6示意图 解：（a ）由图得 2 1) ()()(R s U R s U s CsU o C C =+ （1） ) ()()(s U s U s U o i C -= （2） （2）代入（1），整理得传递函数为 2 1212 212 11 111 )(R Cs R R R R Cs R Cs s U i o += + ++ = （b ）由图得 )()()(1s U s U s U o i C -= （1） ) () ()()()(2222s sU C R s U s U R s U s U C C o C i =-+- （2） )()()(211s U s U s sU RC C o C -= 整理得传递函数为 1 )2(122 2 1 )()(212112212221 21+++++= ++++ =C C Rs s C C R s RC s C C R s RC s RC s RC s RC s U s U i o 2-7 求图2-5中无源网络的传递函数。 解：由图得 12212()()1 ()() U s U s Cs U s R R Ls -=++整理得 21 22111212 121 ()11()()U s R R Ls U s R CLs R R C L s R R Cs R R Ls +==+++++++ 2-11 根据图2-7给出的系统结构图，画出该系统的信号流图， 并用梅森公式求系统传递函数)(/)(s R s C 。 解：根据结构图与信号流图的对应关系，用节点代替结构图中信号线上传递的信号，用标有传递函数的之路代替结构图中的方框，可以绘出系统对应的信号流图。如图2-11a 所示 由信号流图2-11a 可见，从源节点s R 到阱节点)(s C 之间， 有一条前向通路，其增益为 4 3 2 1 1 G G G G p = 有三个相互接触的单独回路，其回路增益分别为 1 321H G G L -=，2432H G G L -=，3 43213H G G G G L -= 没有互不接触回路。因此，流图特征式 3 43212431323211)(1H G G G G H G G H G G L L L +++=++-=?由于前向通路与所有单独回路都接触，所以余因子式 11=?根据梅森增益公式，得系统闭环传递函数为 3 43212431324 321111)()(H G G G G H G G H G G G G G G p s R s C +++=??= 3-3 已知二阶系统的单位阶跃响应为 1.2()101 2.5sin(1.65 3.1)t h t e t -=-+ ，试求系 统的超调量%σ，峰值时间和调节时间s t 。 解： 1.2()101 2.5sin(1.65 3.1)t h t e t -=-+ ＝ 1.210[1 1.25sin(1.653.1)] t e t --+ 由上式可知，此二阶系统的放大系数是10，但放大系数并不影 响系统的动态性能指标。 由于标准的二阶系统单位阶跃响应表达式 为 ()1sin() n t h t ζωβ-= 所以有 1.2 1.6 n ζω=? 0.62 n ζω=?? =? 所以，此系统为欠阻尼二阶系统，其动态性能指标如下 超调 量 0.6 1.25 %100%100%9.5%e e πσ--?==?≈ 峰值时间 1.9620.8 p t s π ≈? 调节时间 3.5 3.5 2.92 20.6 s n t = = =? 3-5 已知控制系统的单位阶跃响应为 6010()10.2 1.2t t h t e e --=+-，试确定系统的 阻尼比ζ 和自然频率n ω。 解： 系统的 单位 脉冲 响应 为60101060()()121212() t t t t k t h t e e e e ? ----==-+=-系统的 闭 环 传 递函数 为 211600 ()[()]12( ) 106010600 s L k t s s s Φ==-= ++++自然 频率 24.5 n ω 阻尼比 1.429 ζ 3-6 已知系统特征方程为2310520s s s s ++++=， 试用劳斯稳定判据和赫尔维茨稳定判据确定系统的稳定性。 解： 先用劳斯稳定判据来判定系统的稳定性，列出劳斯表 如下 4321 0 3 5 2 10 147 2 10153 47 2 s s s s s - 显然，由于表中第一列元素得符号有两次改变，所以 该系统在s 右半平面有两个闭环极点。因此，该系统不稳定。再用赫尔维茨稳定判据来判定系统的稳定性。显然，特征方程的各项系数均为正，则 2120310531470 a a a a ?=-=?-?=> 221423102 2001 a a a ?==>? 显然，此系统不稳定。 3-8 已知单位负反馈系统的开环传递函数为 (0.51) ()(1)(0.51) K s G s s s s s += +++，试确定系统稳定时的 K 值范围。 解：由题可知系统的特征方程为 432()34(2)20 D s s s s K s K =+++++=列劳斯表如下 4 3210 1 4 3 2+K 10-K 2K 3 (10-K)(2+K) 63 10-K 3 2K s s s K s s - 由劳斯稳定判据可得 1003[(10)(2)/3]60(10)/320K K K K K K -?>?? -+-?>? -? ?>?? 解上述方程组可得 0 1.705K << 3-9系统结构如图3-1所示， ) 1()(+= Ts s K s G ，定义误差 )()()(t c t r t e -=， (1) 若希望图a 中，系统所有的特征根位于 s 平面 上2-=s 的左侧，且阻尼比为0.5，求满足条件 的T K ,的取值范围。 (2) 求图a 系统的单位斜坡输入下的稳态误差。 (3) 为了使稳态误差为零，让斜坡输入先通过一个比例微分环节，如图b 所示，试求出合适的0 K 值。 解 ：（1） 闭环传 递函 数为 T K s T s T K K s Ts K s + += ++= 1/)(22φ 即 K T T T K n n n ,1 5.0,12,==?=== ωζζωω 2',)(2+=++=s s K s Ts s D 令，代入上式得， / 14')14('2')2'()('22++--=+-+-=T s T Ts K s s T s D 列出劳斯表， 210 T 4T+12 1-4T 4T+12 s T s s T -- 002/14,041,0< ?>-+>->T T T T 无解 或?<-+<-<02/14,041,0T T T T ∞<<<<∴K T 4,4/10 (2) t t R =)(，系统为I 型系统 ∴K e ss /1= (3) K s Ts K s KK K Ts s K s K s G +++= +++=200)1() 1()('1(1)]('1)[()()()(222s Ts KK Ts s s G s R s C s R s E + +-+= -=-=∴K KK K s Ts KK Ts s sE e s s ss 11lim )(lim 0 200 -= ++-+==→→令0K 并没有改变系统的稳定性。 3-10 已知单位反馈系统的开环传递函数： （1）100()(0.11)(5) G s s s = ++； （2） 50 ()(0.11)(5) G s s s s = ++ 试求输入分别为()2r t t =和2()22r t t t =++时， 系统的稳态误差。 解： （1） 10020 ()(0.11)(5)(0.11)(0.21) G s s s s s = = ++++ 由上式可知，该系统是 0型系统，且20K =。 0型系统在2 11(),,2 t t t 信号作用下的稳态误差分别为： 1 ,,1K ∞∞+。根据线性叠加原理有该系统在输入为 ()2r t t =时的稳态误差为22ss e =?∞=∞，该系统在 输入为 2 ()22r t t t =++时的稳态误差为 21221ss e K =? +?∞+∞=∞+ （ 2 ） 5010 ()(0.11)(5)(0.11)(0.21)G s s s s s s s == ++++ 由上式可知，该系统是I 型系统，且10K =。 I 型系统在 2 11(),,2 t t t 信号作用下的稳态误差分别为：1 0, ,K ∞。根据线性叠加原理有该系统在输入为 ()2r t t =时的稳态误差为 2 1 20.2ss e K =? = ，该系统在输入为 2 () 2 2r t t t =++时的稳态误差为 21 202 ss e K =+=∞+∞ 图2-1 习题2-1 质量 －弹簧－摩擦系统示意图 图图2-5 习题2-7 无源 图 3-2 习题 3-16 示意图自动控制系统课程设计说明书
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