控制考试的答案a解析

1、控制技术与应用考试a卷答案一、选择题（20分，每题2分）1、c2、a 3、c4、b 5、a6、b 7、b 8、c 9、b10、c二、判断题（10分，每题1分）1、对2、错3、错4、x55、对 6、错7、对8错9、对10、错三、问答题（30分，每题10分）1、画出晶闸管内部结构和等效电路？晶闸管的工作原理和通断条件？ （10分）答；晶闸管内部结构和等效电路如下图：8其工作原理为：晶闸管等效为两个互补连接的三极管工作分析ig - ib2 一 ic2 （ib1） t ib2tt j晶闸管的导通条件：在晶闸管的阳极和阴极两端加正向电压，同时在它的门极和阴极两端也加正向电压，两者缺一不可。晶闸管的关断条

2、件： 使流过晶闸管的阳极电流小于维持电 流ih。2、步进电动机为什么必须“自动错位”，自动错位的条件是什么？ （ 10分）答：步进电动机在设计时必须注意到在不同相的极下，定、转子齿的相对位置应依次，1错开去齿距 一（m为相数），这样才能在连续改变通电的状态下，获得连续不断的步进运动。m显然，如果定子所有的磁极沿圆周分布是均匀的，转子齿数不能是2mp的倍数，即zr #2mpk式中 k=1, 2, 3。否则，当任一相通电时，转子齿都将处于磁路的磁导为最大值的位置上，各相轮流通电时，转子将一直处于静止状态，电动机就不能运行，无工作能力。当转子齿数适合下列关系：zr2mp式中 k=0, 1, 2, 3

3、，则能满足自动“错位”的要求，且相邻的极就是相邻的相。3、试叙述串级控制系统的共振是怎样产生及其消除，并说明消除共振的原因？（10分）答、串级控制系统的共振是指在控制系统振荡频率和控制系统本身的固有振荡频率相 算或相近时，控制系统将产生大振幅的振荡观象。对于一个串级控制系统，假如通过主、副控制器参数的整定，取得在阶跃作用下，主、x(s)副变量都有一定衰减比（例如4: 1）的过渡过程，那么主、副回路都可以近似地看成是一个二 阶振动系统：y(s)=一个系统产生共振， 必须是zv0. 707,同时外加信号（即外力）的频率等于或很接近系统的谐振频率。为分析问题方便，假设主、副环路工作频率与共振频率分别

4、为缶1工、。1共、缶2工、编2共。由上图可知，如果满足下列条件：1_1二 叫工/e2共 2 ,二 02工/孙共，233上式说明主环工作频率 叫工与副环共振频率 82共之比落于副环的增幅区域之内，而副 环工作频率切2工与主环共振频率81共之比落于主环的增幅区域之内。这时，主环的信号进入副环会引起增幅，副环的信号进入主环也会引起增幅，相当于周期性给给荡秋千的人施加一个力，而施加的力的频率又正好与荡秋千的固有频率相同，于是秋千会越荡越高。串级系统在这种情况下，主变量的变化经过副变化时，副变量变化会增大， 这个增大了的副变量经过主环时，主变量的变化会更大，结果会使主、副变量的变化越来越大，这就是所说的

5、“共振”现象。从串级控制系统的设计与运行角度看，为了避免共振现象，应该找出对象时间常数匹 配要求和消除共振的方法，应该满足以下条件：01工/02共 亚、 02工/切1共a v233当系统整定成4:1衰减（即之= 0.216）时，系统的工作频率 编工与其共振频率共非 常接近。因为:工共,1- (2 二总共/i-0.2162 =0.9673共之共所以避免共振现象条件应该改为以下关系：11/c二01工i 02工42、二 切2工/切1工j233副对象的由上述可知，耍消除系统的共振，应使主、副对象的时间常数尽量错开，即时间常数、纯滞后时间都小于主对象的时间常数和纯滞后时间；在系统整定时，使副回路单独工作

6、时的工作频率远比主回路工作频率小，使副回路不满足共振的条件。即满足以下关系:co2工3%工、初工 2 2cc 1x上式分别从副环和主环的角度考虑，从主环来考虑问题时，他只能保证副环来的干扰 在主环中不引增幅，但并不能保证主环来的干扰在副环不会引起增幅。因此为了保证串级不至产生“共振”，必须满足的条件是：2工下3仁1工可以证明，系统的工作频率与时间常数成反比关系，因此当t主3t副，式中t主、t副分别为主、副对象的时间常数。由此可得当t主3t副时，可消除共振现象。四、计算题（共40分，每题10分）,y ，工八kokf1、如下图a所示，为一单回路控制系统，wc=kc、wo =一匚、wf =，tos

7、1tfs 1(1)图a所示的控制系统，在阶跃信号作用下，分析控制系统的静态特性。(被控量ys)与扰动f(s)之间的闭环传递函数：y一(4+1)耳由于系统是稳定的，在阶跃扰动作用下，系统余差(稳态值)可应用终值定理求得：y(8)m 】汕 y(t)= lin s八 -8 八5fo 即(t0n)(t漳+d+kckt + i)由上式可见对象静态特性对控制质量右很大影响，是选择控制参数的一个重要依据。扰动通道放大系数 kf愈大，则系统的余差也愈大，表示在相同阶跃扰动作用下，将使被控参数偏离结定值愈大。控制通道的静态放大系数ko愈大，表示控制作用愈灵敏，执克服扰动的能力愈强，效果愈显著。因此，在确定控制参

8、数时，要使控制通道放大系数ko大于扰动通道放大系数kf。在工程ko放大系数可以通过调整调节器的放大系数 ,1八kc( kc =1)来补偿。(2)在阶跃信号作用下，若干扰通道的特性为wf(s)et分析控制系统的动态特性，并画出在阶跃信号和正弦信号作用下，输出的响应曲线。扰动万对被控参数y的影响为:yq) = f(s)一叫l + lv(s)vv0(s)(3)如下图所示，扰动进入系统的位置不同，试求出对被控参数影响的大小(图中 w(s)=kc11为倜节器传递函数，wv(s)wv =kv为调节阀传递函数 wo1 =、w02(s)=tois 1t02s 11 ，一一，wo3( s)=为对象传递函数. w

9、 m(s)=1为测量变送器的传送函数)t03s 1fi(s)y($)1%(丁好$+ 1)(皿 + 1)(t(hs+ i)千 kk/府y一(小+1)f式s)(t01s + j_)(?i$+ l)(t#(s+ 1) kckvkny($) _(小 + d玛 (t01s + 1) (%*+ 1)(与通不 1) + kck/km将上面三式进行比较， 可见它们具有相同的特征方程，即具有相同的分母， 所以具有相同特征的过渡过程。 但是，上述三式的分子不同，因而最大偏差和超调晨是不一样的，由扰动f3起的最大偏差和超调量最九 f2次之，而f1最小。扰动f1靠近调节阀 wv,距离被 控参数y最远，从上述分析可知，

10、f1对y影响最小。所以，扰动愈靠近凋节阀，愈远离被控参数，控制方案愈佳。2、有一台比例积分调节器.它的比例度为50% .积分时间为l min。开始时，测量、给定和输出都在50%,当测量变化到55%时，输出变化到多少？1mm后义变化到多少？（10分）解：比例积分调节器的输出和输入的关系为：如果输入为一阶跃信号，则相应的输出为：产出士看2人+景3p人f当测量由50%跃变到55%的一瞬间.时间t=0。已知调节器的比例度 仃=50%.积 分时间ti=1min,屈入=55% -50%，代入上式可得： = x5% + 5ofex5%xo=1o%即输出变化为10%.加上原有的50%.所以输出跃变到 60%,

11、 1min后，输出变 化为：1 1 人3 有+用5%s%加上原有的50%.所1min后输出变到50%+20%=70%3、下图 中(a)是一个串级控制系统，(b)是个单环控制系统，试根据计算分析说明串级控制系统比单回路控制系统更能够很好的抑制住干扰信号d2(s)(10分)解：进入副回路的二次干扰d2至主控量y1的传递函数gd2(s)goi(s)yi1 gc2(s)gv(s)go2(s)gm2(s)1 gci(s)gmi(s)goi(s)gc2(s)gv(s)go2(s)i gc2(s)gv(s)go2(s)gm2(s)y gd2(s)goi(s)席 i gci(s)gv(s)gm(s)goi(s

12、)go2(s)则在二次干扰作用下的串级控制系统主控量与单回路系统主控量大小之比值为:d2 i gc(s)gv(s)gm(s)goi(s)go2(s)y 一1 gc2(s)gv(s)gm2(s)go2(s) gc2(s)gmi(s)gv(s)gci(s)goi(s)go2(s)d2单先假定gc(s)= gci(s), gm(s)= gmi(s),可见上式分母比分子多一项，而这一项的乘积的数值 一般比较大，因此上式的值远小于 1的，与单回路控制系统相比，被控量受到到二次干扰后 的影响往往可以小到单回路的10100倍。4、前馈调节系统适用于什么场合？有某前馈一反馈调节系统，其对象干扰通道的传递函数2

13、4为gf =,调节通道的传递函数为gd =,反馈调节器用 pid规律，试设计10s 1p 20s 1前馈调节器，并画出前馈一反馈调节系统的方框图，画出于扰在单位阶跃作用下前俏调节器的输出。(10分)解：前馈调节系统的特点是按照干扰作用的大小进行调节的，当某一干扰出现后， 调节器就对调节参数进行调整，来补偿干扰对被调参数的影响。它调节及时，并且不受系统滞后大小的限制。前馈调节器是开环的调节系统，前馈调节规律不能用pid,它是一种特殊的调节规律，适用于以下四种场合：1 .滞后比较大的调节对象；2.时间常数很小的对象；3.非线性的调节对象；4.按计算指标进行调节的对象。gf由理想的前馈调节规律可知：gff = gp则gff20s 12(10s 1)方块图:tr前馈输出为p(s)p(s) 20s 1二-p(s)f(s)