自动控制知识

自动控制知识一、自动控制原理的基本概念1、什么是自动控制。自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置控制被控对象，对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标。2、自动控制系统的分类按控制方式分：开环控制、闭环控制（反馈控制）和复合控制。3、什么是开环控制系统？有何特点？定义：在控制系统中，系统的输出量不被引回到输入端来对系统的控制部分产生影响。（即开环系统无反馈）特性：在保证系统动态特性的前提条件下，放大倍数越大越好；不能自动补偿控制过程中受到的各种扰动因素的影响（即结构简单，调试方便，但精度低、无抗扰能力。）4、什么是闭环控制系统？有何特点？定义：在控制系统中，系统的输出量通过反馈环节返回到输入端来对系统的控制部分产生影响。（即闭环系统有反馈）特性：能自动补偿控制过程中受到的各种扰动因素的影响，但系统稳定性变差。（即偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。）5、对自动控制系统的基本要求对自动控制系统的基本要求：可以归结为稳定性（长期稳定性）、准确性（精度）和快速性（相对稳定性）。（一）、稳定性：1）对恒值系统，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。2）对随动系统，被控制量始终跟踪参据量的变化。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。稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。（二）、快速性：对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。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。三）、准确性：用稳态误差来表示。在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态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。

二、直流调速系统1、调速范围与静差率调速范围：是指在额定负载（及定的静差率要求）下，调速范围：是指在额定负载（及定的静差率要求）下，动机所能达到的最高转速与最低转速之比。静差率：在理想空载变为满载时，所产生的转速降落与理想空在转速之比的百分数。两者的关系：相互制约2、开环调速系统开环直流调速系统开环直流调速系统基本工作原理：上图是最简单的晶闸管——直流电动机开环调速系统。系统的给定输入信号，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使外界交流电源整流出直流电压Udo供给直流电动机，使电动机do以一定的速度旋转。改变控制电压UC就可触发器的脉冲控制角及整流电压Ud，相应改变电动机的转速，从而达到调do速的目的。3、转速负反馈有静差直流调速系统具有转速负反馈的单闭环调速系统基本工作原理：转速负反馈有静差直流调速系统是在开环调速系统图的基础上增加了转速检测环节（测速发电机TG和反馈电位器RP2）和放大环节。测速发电机TG和电动机同轴连接，TG检测到电动机转速，并变换成与之成正比的电压，再经电位器衰减为反馈电压Ufn，引至放大器的输入端与转速给定电压U比较，得到偏差电压AU,经过放大器sn放大后得到输出电压Uk，用Uk控制晶闸管触发器的控制角,使晶闸管整流装置变换出不同的直流电压udo,用以控制电动机的转速。因为只有转速反馈环，所以称为单闭环转速负反馈调速系统。系统的自动调节过程：当电动机的转速n由于某种原因（例如机械负载转矩Tl增加）而下降时，转速负反馈环节将进行自动调节，其调节过程如下:5=阵益〜叩〜脉冲前移fUJfnto由此可见，转速负反馈环节是通过转速负反馈电压Uf的下降，使偏差电压AU增加，经过放大fn后，提高晶闸管的输出电压Ud，使转速n回升，从而减小d稳态速降。转速负反馈的主要特性：见教材P38。4、电压负反馈直流调速系统对转速负反馈调速系统，由于采用被控量直接反馈的方法，其闭环调节作用的效果固然是较好的。但这需要增设一台测速发电机，不仅增加了投资，增添了维护量，而且测速发电机的安装要求严格，甚至有些场合本身不便于安装测速发电机。在精度要求不高的场合，可以采用电压负反馈调速系统。它相对于转速负反馈而言，比较经济，维护方便。电压负反馈调速系统图如图所示。RJLMGT电压负反馈调速系统原理图Og厂―电压负反馈调速系统图如图所示。RJLMGT电压负反馈调速系统原理图Og厂―aX基本工作原理：在电动机电枢两端并联一电位器，通过电位器分压的负反馈电压Ufv反馈直调节器输入端与给定电压相比较，以调节调节器输出电压大小，从而控制晶闸管整流电压以达到自动调节电动机电枢电压的目的。由于电枢电阻R的压降（扰动量）不包围在电压负反馈环内，因此其造成a的转速降不能被抑制，同理对电动机磁场的扰动也无能为力，因此电压负反馈系统的调速效果不及转速负反馈。电压负反馈的主要特性：见教材P39。5、电压负反馈加电流正反馈调速系统电压负反馈加电流正反馈调速系统图如图所示。为了取得电流正反馈信号，人为地在电动机电枢回路中串入一个采样电阻R，取出的电流反馈信号既能反映电枢电流大小，而且其c极性又与给定信号极性一致，所以称为电流正反馈。RRPJLM氏V5R———C-RRPJLM氏V5R———C-%/?样A5图6-19电压负反馈加电流正反馈调速系统原理图基本工作原理：与电压负反馈直流调速系统相比引入电流正反馈，可抵消或减弱电枢电阻Ra的压降（扰动量）造成的转速降，提高机a械特性硬度。但正反馈环节容易引起振荡，一般很少单独采用，通常与电压负反馈配合使用，起辅助的补偿作用。电压负反馈加电流正反馈调速系统主要特性：见教材P39。6、直流调速系统电流截止负反馈的基本原理工作原理由于直流电动机在起动、堵转或过载时会产生很大的电流，这样大的电流会烧坏晶闸管元件和电机，因而要加以限制。根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入哪个物理量的负反馈，即在电动机电枢回路中串入一个阻值很小的取样电阻R（零点几欧）。系统中若引入电流负C反馈，将会使静特性变软，影响调速精度，而这又是我们希望避免的。如果能做到电流负反馈在正常运行时不起作用，而在过电流情况下起电流负反馈作用。为此，可以通过一个电压比较环节，使电流负反馈环节只有在电流超过某个允许值时才起作用，这就是电流截止负反馈环节。++++h7%C□-图++++h7%C□-图1.2电流截止负反馈装置原理接线5）用直流电源作比较电压+（b）用穗压管的击穿由压柞比较电压主要特性：见教材P39。7、速度和电流双闭环直流调速系统速度和电流双闭环直流调速系统组成及基本工作原理©尺05R5'+心T—Qta©尺05R5'+心T—Qta[>sACR+ASR转速、电流双闭环直流调速系统原理图如图所示，该系统有两个反馈回路，构成双闭环。其中一个是由电流调节器ACR和电流检测反馈环节构成的电流环，另一个是由速度调节器ASR和转速检测反馈环节构成的速度环。由于速度环包围电流环，因此称电流环为内环，称速度环为外环。在电路中，ASR和ACR实行串级连接，即以ASR的输出作为ACR的输入，实现两种作用的配合控制。速度调节器ASR和电流调节器ACR均为比例积分调节器，其输入和输出均设有限幅电路（图中未画出）。ASR的限幅值为U.,它主要限制最大电流Id,ACR的输出限幅值为sim dmUk，它主要限制晶闸管整流装置的最大输出电压Ud。k do转速、电流双闭环直流调速系统组成框图主要特性：见教材P40。三、位置移动数字显示系统基本知识1、透射直线式光栅光栅：在玻璃或金属基体上均匀的刻划很多等节距地线纹而制成的位移检测装置。光栅的测量原理：莫尔条纹原理。即两块光栅作微小的相对运动，由此而产生的莫尔条纹却有很大的移动，通过检测较易测量的莫尔条纹的位移，就能知道实际光栅不易直接检测的微小位移。两者比例愈大，光栅放大倍数愈大，数控机床的精度也就愈高。莫尔条纹是光栅的特点，也是光栅工作的基础。对于粗光栅，莫尔条纹产生的主要原因是挡光积分效应；对于细光栅，则是由于光线衍射并产生干涉的结果。2、 磁栅磁栅：一种录有等节距磁化信号的测量装置。结构：磁尺、静态响应磁头。磁尺—录有磁化信号；静态响应磁头—将磁化信号读出，转变为脉冲信号（静态响应磁头上间隔1/4节距分别布置两个磁头，由于两个磁头所产生的信号存在900相位差，所以通过测相位即可实现辩向。）特点：安装方便、磁化信号的节距可根据需要选择、成本低、耐油污。工作原理：录有磁化信号的磁尺装于床身，当机床移动时，静态响应磁头将磁化信号读出，转变为脉冲信号，通过辩向与记数，实现位移测量，并送到数控装置。3、 感应同步器结构：直线式感应同步器的结构如图所示。感应同步器由定子和滑尺两部分组成。定尺和滑尺通常以优质碳素钢作为基体，一般选用导磁材料，其膨胀系数尽量与所安装的主基体相近。定尺与滑尺平行安装，且保持一定间隙。定尺表面制有连续平面绕组（在基体上用绝缘的粘合剂贴上铜箔，用光刻或化学腐蚀方法制成方形开口平面绕组）；在滑尺的绕组周围常贴一层铝箔，防止静电干扰，滑尺上制有两组分段绕组，分别称为正弦绕组和余弦绕组，这两段绕组相对于定尺绕组在空间错开1/4的节距，节距用2t表示，安装时定尺组件与滑尺组件安装在机床的不动和移动部件上，例如工作台和床身，滑尺安装在机床上，并自然接地。图斗-10直线式感应同步器的结构原理工作原理：工作时，当在滑尺两个绕组中的任一绕组加上激励电压时，由于电磁感应，在定尺绕组中会感应出相同频率的感应电压，其幅值大小随着滑尺移动作余弦规律变化。滑尺移动一个节距，感应电压变化一个周期。通过对感应电压

的测量，可以精确的测量出位移量。感应同步器就是利用感应电压的变化进行位置检测的。应用：见教材P41。四、数控机床相关知识1、数控机床的组成加输数工加输数工入控程装■装序置置伺服系统辅助控制装机床本体 1反馈系统卜 数控机床的基本组成2、 分类：按控制系统功能分类：点位控制数控机床、点位直线控制数控机床、轮廓控制数控机床按伺服控制方式分类：开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床按加工方式不同分类：数控车、数控铣、加工中心、数控线切割、数控电火花、其它3、 数控机床加工的原理：首先要将被加工零件的图样及工艺信息数字化，用规定的代码和程序格式编写加工程序；然后将所编程序指令输入到机床的数控装置中；再后数控装置将程序（代码）进行译码、运算后，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，驱动机床各运动部件，控制所需要的辅助运动，最后加工出合格零件。4、数控机床加工的过程：边加工边插补。插补的基本概念：数控机床在加工时，刀具的运动轨迹是折线，而不是光滑的曲线，不能严格地沿着要求的曲线运动，只能沿折线轨迹逼近所要加工的曲线运动。一般情况下，机床数控系统是根据已知的运动轨迹的起点坐标、终点坐标和轨迹的曲线方程，由数控系统实时的计算出各中间点坐标，这就是插补。5、数控机床配置和调整基本知识：略五、电梯控制基本知识1、电梯的交流调速原理1）、交流双速电梯调速原理：交流双速电梯已基本淘汰，只有个别货运电梯仍在使用。交流双速电梯的换速是通过接触器切换启动电抗来实现的，具体如下：启动时带大阻值电抗的启动接触器吸合电这时流小曳引电动机转起来，等3秒后加速转换接触器吸合这时带的电抗较小电流变大曳引电动机转动加快启动接触器释放，在等1两秒满速（快车）接触器吸合换速接触器释放电梯全速运行，停车接触器动做相反。2）、交流变频电梯调速原理：变频调速是改变异步电动机定子电源频率f，从而改变同步转速n，实现异步电动机调速的一种方法。异步电机从基频f1N向下调速时，为保持主磁通m基本不变，一般降低频率f的同时降低电源匕。2、电梯的直流调速原理：1）、发电机组供电的直流电梯（F-D拖动方式）：采用发电机--电动机调速系统（简称“G--M系统”），由单独的直流发电机1给直流他激电动机2供电，直流发电机由异步电动机3带动，电动机2和发电机1的励磁一般由另外一台直流并激发电机4（激磁机）供电，如图所示。工作原理：电机2的磁通先不变，改变激磁回路的附加电阻阳—发电机4的激磁电流改变—发电机1的电势珀改变—电机2的电枢电压改变—电机2的理想空载转速改变。这种调速系统属于调压调速图5.12发电机--电动机组系统

2）、可控硅整流器供电的直流电梯（SCR-D拖动方式）:PLC控制：见教材P43。自动控制部分题库、判断题87（.）开环系统对于负载变化引起的转速变化不能自我调节，但对其它外界扰动是能自我调节的。答案：X（）转速负反馈调速系统的动态特点取决于系统的闭环放大倍数。答案：X（）电压负反馈调速系统，在低速运行时容易发生停转现象，主要原因是电压负反馈太强。答案：V（）电流正反馈是一种对系统扰动量进行补偿控制的调节方法。答案：V（）电流截止负反馈是一种只在调速系统主电路过电流下起负反馈调节作用的环节，用来限制主回路过电流。答案：V（）有静差调速系统是依靠偏差进行调节；无静差调速系统是依靠偏差的积累进行调节的。答案：X93（.）双闭环调速系统包括电流环和速度环。电流环为外环，速度环为内环，两环是串联的，又称双环串级调速。答案：X()磁栅输出信号的大小与磁头和磁性标尺的相对速度无关。答案：V()光栅主要技术参数有动态范围、精度及分辨率，其中动态范围应为50m〜100m。答案：X()感应同步器在安装时必须保持两尺平行，两平面间的间隙约为0.25mm，倾斜度小于10。，装配面波纹度在0.01mm〜25mm以内。答案：X()数控机床在进行曲线加工时，ALi直线斜率不断变化，而且两个速度分量比AVy/AVX.也不断变化。YiXi答案：V()按机床数控运动轨迹划分，加工中心属于轮廓控制型数控机床。答案：V()全自动生产线系指在加工生产全过程中没有人直接参与，就能按流水线从进料、加工、出成品全过程自动进行。答案：V()顺序控制器是根据顺序和条件对各控制阶段逐次进行控制。答案：X()交流调压调速电梯，目前普遍采用饱和电抗调压电路进行电梯调速。答案：X102.()发电机--直流电动机(F-D)拖动方式直流电梯比晶闸答案：X()在交流电梯进行关门过程中，有人触及安全板时，电梯仍然继续关门。答案：X()轿厢在额定速度下运行时，人为限速器动作，可以进行限速器安全钳联动试验。答案：V()PLC交流电梯程序控制方式主要采用逻辑运算方式及算术运算方式。答案：V()PLC交流电梯在任何层停梯后，司机可以改变电梯的运行方向。答案：V()数控装置是数控系统的执行部分。答案：X()在数控机床的伺服驱动机构中，常用的伺服驱动元件有步进电动机、液压马达和大惯量直流电动机、交流伺服电动机等。答案：J（）在开环系统控制中，伺服执行元件对每个指令脉冲的控制进给误差，传动机构中齿距、螺距的误差及传动链中的间隙等，都直接影响控制精度，也得不到完全的补偿。答案：J（）在经济型数控系统中较广泛使用的是采用伺服电动机作力驱动执行元件的开环控制系统。答案：X（）半闭环控制系统由于检测元件检测的不包含从旋转轴到工作台之间传动链的误差，因此，这种控制系统称为半闭环控制系统。答案：J155.（）经济型数控系统的自诊断功能往往比较强。答案：X160.（）电压负反馈加电流正反馈自动调速系统是为了进一步增加静态速降，提高静特性硬度。答案：X161.（）电压负反馈自动调速系统在一定程度上起到了自动稳速作用。答案：J179.（）数控系统参数有一部分可以由用户根据情况进行适当的修改。答案：J180.()JWK型经济型数控机床严禁在风机停转时运行。答案：J二、单选题169・()开环自动控制系统在出现偏差时，系统将 。A・不能消除偏差B•完全能消除偏差C•能消除偏差的三分之一D・能消除偏差的二分之一答案：A170・()在转速负反馈系统中，闭环系统的转速降减为开环系统转速降的 倍。A・1+KB・1+2KC・1/(1+2K)D・1/(1+K)答案：D171・()转速负反馈调速系统对检测反馈元件和给定电压造成的转速降 补偿能力。A・没有B・有C・对前者有补偿能力，对后者无D•对前者无补偿能力，对后者有答案：A172・()电压负反馈调速系统是通过稳定直流电动机电枢电压来达到稳定转速的目的，其原理是电枢电压的变化与 。A•转速的变化成正比B•转速的变化成反比C・转速的变化平方成正比D•转速的变化平方成反比答案：A173.()电压负反馈自动调速系统，一般调速范围D应A.DV10B・D>10C.10VDV20D.2OVDV30答案：A174.()电压负反馈加电流正反馈的直流调速系统中，电流正反馈环节 反馈环节。A・是补偿环节，而不是B・不是补偿而是C・是补偿环节,也是D・不是补偿也不是答案：A175・()在负载增加时，电流正反馈引起的转速补偿其实是转速上升，而非转速量应为A・上升B・下降C・上升一段时间然后下降D・下降一段时间然后上升答案：B176・()带有电流截止负反馈环节的调速系统，为了使电流截止负反馈参与调节后机械特性曲线下垂段更陡一些，应把反馈取样电阻阻值选得 。A・大一些B・小一些C・接近无穷大D・零答案：A177・()电流截止负反馈的截止方法不仅可以用电压比较方法，而且也可以在反馈回路中对接一个 来实现。A・晶闸管B・三极管C・单晶管D・稳压管答案：D178・()无静差调速系统，比例调节器的输出电压与A•输入电压成正比B.输入电压成反比C・输入电压平方成正比D・输入电压平方成反比答案：A179・()带有速度、电流双闭环调速系统，在起动时速度调节器处于 状态。A・调节B.零C・截止D・饱和答案：D180・()双闭环调速系统中，电流环的输入信号有两个，即信号和速度环的输出信号。A•主电路反馈电流B・主电路反馈转速C・主电路反馈的积分电压D•主电路反馈的微分电压答案：A181・()在标尺光栅移动过程中(透射直线式)，光电元件接收到的光通量忽强忽弱，于是产生了近似 的电流。A•方波B・正弦波C・锯齿波D・梯形波答案：B182・()光栅透射直线式是一种用光电元件把两块光栅移动时产生的明暗变化转变为 变化进行测量方式。A・电压B・电流C・功率D・温度答案：A183・()感应同步器主要技术参数有动态范围、精度、分辨率，其中动态范围为A・0・2〜40m B.0.2〜20m C.0.3〜40m D.0.3〜20m答案：A184・()磁尺主要参数有动态范围、精度、分辨率，其中动态范围应为A・1〜40mB・1〜10mC・1〜20mD・1〜50m答案：C185・()感应同步器在安装时，必须保持两尺平行，两平面间的间隙约为 mm。A・1B・0・75C・0・5D・0・25答案：D186・()感应同步器在安装时必须保持两尺平行，两平面间的间隙约为0・25mm,倾斜度小于 。A・20°B・30°C・40°D・10°答案：D187・()CNC装置内的位置控制器，得到控制指令后，去控制机床。A•进给B・主轴变速C・油泵升起D・刀库换刀答案：ATOC\o"1-5"\h\z188.()CNC数控机床中的可编程控制器得到控制指令后，可以去控制机床 。A・工作台的进给B•刀具的进俭给C・主轴变速与工作台进给D•刀具库换刀，油泵升起答案：D189・()现代数控机床的数控系统是由机床控制程序、数控装置、可编程控制器、主轴控制系统及进给控制系统等组成，其核心部分是 。A・进给控制系统B•可编程控制器C•数控装置D・主轴控制系统答案：C190・()下列属于轮廓控制型数控机床是 。A・数控车床B・数控钻床C・加工中心D・数控镗床答案：C191・()在自动化综合控制系统中包括 两方面。A・顺序控制和数字控制B.顺序控制和反馈控制C•模拟控制和数字控制D・反馈控制和数字控制答案：B192.()自动生产线按自动化程度分 大类。A・4 ・3C・2D・1答案：C193・()计算机在电力传动的自动控制，一般分为 。A•生产管理级和过程控制级B.单机控制和多机控制C•直控级和监控级D•管理级和监控级答案：A194・()自动生产线系统，输入信号一般采用 信号。A・开关量B•数字量C・模拟量D•除开关量外的所有答案：A195・()自动生产流水线电气部分，由顺序控制器装置、执行器、被控对象和检测元件组成，其中核心部分是 。A・执行器B•被控对象C•顺序控制器D・检测元件答案：C196・()交流双速电梯每次到达平层区域，电梯由快速变为速时，曳引电机处于 制动状态。A・再生发电B・能耗C・反接D・电容答案：A197・()交流双速电梯停车前的运动速度大约是额定速度左右。A・1/2B・1/3C・1/4D・1/8答案：C198・()直流电梯制动控制系统主要采用 制动。A•反接B・能耗C・再生D・电磁抱闸答案：D()电枢电路由两组反向并联的三相全波可控整流器供电的(SCR-C)直流电梯系统。当正组整流桥(ZCAZ)控制角a=90°,反组整流控制角aV90°时，则电机处于 状态。A・正反馈B・正向电机C•反向电机D・反向回馈答案：C()电枢电路由两组反向并联的三相全波可控整流器供电的(SCR-C)直流电梯，当正组整流桥(ZCAZ)控制角a=90°，反组整流控制角a>90。时，则电机处于 。A・正反馈状态B.正向电机状态C・反向电机状态D.反向回馈状态答案：B()电梯轿厢额定载重量为800kg,—般情况下轿厢可乘人应为满载。A.10B.5C.8D.15答案：C()电梯轿厢额定载重量为1000kg,—般情况下轿厢可乘人应为满载。A.10B.5C.20D.15答案：A()直流电梯系统,轿厢门关闭之后,对于乘客电梯门扇之间间隙不得大于 mm。A.9B.8C.6D.10答案：C()直流电梯系统，电梯轿厢的平层调整确准度应满足mm。A.±15B.±20C.±30D.±25答案：A205・()PLC交流双速电梯，目前层楼指示器普遍采用 。A•七段数码管B.信号灯C・指针D•发光二极管答案：A206・()为了保证PLC交流电梯安全运行， 电器元件必须采用常闭触点，输入到PLC的输入接口。A•停止按钮B•厅外呼梯按钮C・轿厢指令按钮D・终端限位行程开关答案：D207・()PLC交流集选电梯，当电梯(司机状态)3层向上运行时，2层有人按向上呼梯按钮，4层有人按向下呼梯按钮，同时轿厢内司机接下5层指令按钮与直达按钮，则电梯应停于层。A・4B・2C・5D・1答案：C208・()在轿厢以 额定速度下行时，人为使限速器动作来进行限速器安全钳联动作试验。A・115％B・100％C・125％D・1