第一篇：電阻爐溫自動(dòng)控制原理與特性

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電爐爐溫自動(dòng)控制原理與特性 根據(jù)爐溫對(duì)給定溫度的偏差，自動(dòng)接通或斷開供給爐子的熱源能量，或連續(xù)改變熱源能量的大小，使?fàn)t溫穩(wěn)定有給定溫度范圍，以滿足熱處理工藝的需要。溫度自動(dòng)控制常用調(diào)節(jié)規(guī)律有二位式、三位式、比例、比例積分和比例積分微分等幾種。電阻爐爐溫控制是這樣一個(gè)反饋調(diào)節(jié)過程，比較實(shí)際爐溫和需要爐溫得到偏差，通過對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)，去調(diào)節(jié)電阻爐的熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。按照偏差的比例、積分和微分產(chǎn)生控制作用（PID控制），是過程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制形式。

系統(tǒng)控制程序采用兩重中斷嵌套方式設(shè)計(jì)。首先使T0計(jì)數(shù)器產(chǎn)生定時(shí)中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周期。在中斷服務(wù)程序中啟動(dòng)A/D，讀入采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字濾波、上下限報(bào)警處理，PID計(jì)算，然后輸出控制脈沖信號(hào)。脈沖寬度由T1計(jì)數(shù)器溢出中斷決定。在等待T1中斷時(shí)，將本次采樣值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度值放入顯示緩沖區(qū)，然后調(diào)用顯示子程序。從T1中斷返回后，再從T0中斷返回主程序并且、繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次T0中斷。

1)二位式調(diào)節(jié)--它只有開、關(guān)兩種狀態(tài)，當(dāng)爐溫低于限給定值時(shí)執(zhí)行器全開；當(dāng)爐溫高于給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。（執(zhí)行器一般選用接觸器）

2）三位式調(diào)節(jié)--它有上下限兩個(gè)給定值，當(dāng)爐溫低于下限給定值時(shí)招待器全開；當(dāng)爐溫在上、下限給定值之間時(shí)執(zhí)行器部分開啟；當(dāng)爐溫超過上限給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。（如管狀加熱器為加熱元件時(shí)，可采用三位式調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)加熱與保溫功率的不同）

3）比例調(diào)節(jié)（P調(diào)節(jié)）--調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)（M）和偏差輸入（e）成比例。即：M=ke

式中：K-----比例系數(shù)

比例調(diào)節(jié)器的輸入、輸出量之間任何時(shí)刻都存在--對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系，因此爐溫變化經(jīng)比例調(diào)節(jié)達(dá)到平衡時(shí)，爐溫不能加復(fù)到給定值時(shí)的偏差--稱“靜差”

4）比例積分（PI）調(diào)節(jié)--為了“靜差”，在比例調(diào)節(jié)中添加積分（I）調(diào)節(jié)積分，調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與偏差存在隨時(shí)間的增長而增強(qiáng)，直到偏差消除才無輸出信號(hào)，故能消除“靜差”比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分調(diào)節(jié).5)比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)--比例積分調(diào)節(jié)會(huì)使調(diào)節(jié)過程增長，溫度的波動(dòng)幅值增大，為此再引入微分（D）調(diào)節(jié)。微分調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出與偏差對(duì)時(shí)間的微分成比例，微分調(diào)節(jié)器在溫度有變化“苗頭”時(shí)就有調(diào)節(jié)信號(hào)輸出，變化速度越快、輸出信號(hào)越強(qiáng)，故能加快調(diào)節(jié)速度，降低溫度波動(dòng)幅度，比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分微分調(diào)節(jié)。（一般采用晶閘管調(diào)節(jié)器為執(zhí)行器）。

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的運(yùn)行情況，這種控溫方法，精度比較高，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要。主要設(shè)備:熱電偶或熱電阻,智能PID溫控儀,可控硅觸發(fā)調(diào)功器等。爐溫自動(dòng)控制主要的技術(shù)特性：

電阻爐消耗電能轉(zhuǎn)換來的熱能．一部分由電爐構(gòu)筑材料及傳熱的各種因素而散失到空間去了，另一部分則用于對(duì)爐內(nèi)工件的加熱，前面的一部分形成了電爐損失功率，后一部分形成了電爐有效功率。

當(dāng)電爐開始升溫時(shí)，爐內(nèi)砌磚體大量地吸收熱量，以提高本身溫度，在停爐冷下來時(shí)又把這一部分熱量散失到空間去；這一部分形成爐體蓄熱損失。一臺(tái)先進(jìn)的電爐應(yīng)具有低的空爐損失及高的有效功率。較少蓄熱相失?？諣t損失的大小是衡量電爐效率好壞的重要指標(biāo)，空爐損失小的電爐，可以得到高的技術(shù)生產(chǎn)率及低的單位電能消耗比。一般工業(yè)電阻爐的效率。小型電爐較低一些．大型電爐較高一些，從10—100千瓦的箱式電爐效率約為65-85%，空爐損失約占總功率的35--15％。電爐從室溫升到工作溫度的時(shí)間對(duì)電爐的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是有明顯影響的，升溫時(shí)間短則爐子投入正常使用的時(shí)間就較長每天的生產(chǎn)率就較高，每公斤工件的電耗量就降低，所以要盡量采用熱慣性小的爐襯材料并降低爐體蓄熱量來加快電爐的升溫速度：爐體的蓄熱量對(duì)周期作業(yè)爐影響很大，尤其是每天一班或二班生產(chǎn)的電爐 對(duì)連續(xù)作業(yè)爐其影響就不明顯。加熱能力是一臺(tái)電爐的主要技術(shù)指標(biāo)，加熱能力是指電爐的有效功率，從理論計(jì)算上在一個(gè)小時(shí)內(nèi)能把指定的材料加熱到額定溫度的最大重量數(shù)，以公斤／小時(shí)計(jì)算。

(5)電阻加熱爐基本結(jié)構(gòu)及型式

電阻爐是隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的，由于各種加熱工藝及冶煉工藝上的需要，電阻爐是一個(gè)品種很多的產(chǎn)品。電阻爐爐體結(jié)構(gòu)，分周期式及連續(xù)式二個(gè)型式來分別介紹。周期式作業(yè)爐。如箱式電爐，臺(tái)車式電爐、井式電爐等箱式電爐，外殼一般是用型鋼、鋼板焊接而成的，小型電爐由于需保持工作面的一定高度，一般均做成帶支架的，在箱型殼體下邊，有支持爐體的腿或支架。中型電爐因本身重量大及加入爐內(nèi)的工件重量也大，所以一般均直接在底盤上焊接爐體及砌磚。大型電爐可以在特定的專用的地基上設(shè)計(jì)成無鋼性底盤的結(jié)構(gòu)，而就地焊接砌磚，但這種電爐在安裝后不能吊運(yùn)及移動(dòng)。中小型電爐的爐門可用配重及手動(dòng)裝置來開閉，下部一般均有砂封槽，有些爐門上邊也設(shè)有砂封槽，以保證良好的密封性，爐門關(guān)閉時(shí)，用壓緊裝置使?fàn)t門緊密的與門框接觸，減少漏氣。大型電爐可以用電動(dòng)或氣動(dòng)、液壓開閉爐門，電加熱元件一般可以在爐膛內(nèi)左右側(cè)墻上及底面上布置，為了得到良好的熱場，最好在護(hù)頂上也布置電加熱元件，因?yàn)闋t內(nèi)工件一般堆放高度不會(huì)超過寬度，所以以上下兩個(gè)方面加熱比左右兩個(gè)方面加更為有效。大型及中型電爐可以在護(hù)門上及后墻上適當(dāng)?shù)牟贾靡恍╇娂訜嵩?，以減少爐內(nèi)的溫差，為了保證爐門口的熱損失能得到更好的平衡，可以在較大的箱型電爐上靠爐門口的爐膛長度1/3處作為一個(gè)控制區(qū)。

通保護(hù)氣體的爐子應(yīng)設(shè)有保證安全運(yùn)行的必要裝置及良好曲密封性。井式電爐一般均為園筒形爐膛，內(nèi)徑一般最小為600毫米，大小了，安裝維修時(shí)不方便；爐殼用型鋼作為骨架再焊上鋼板，小型爐蓋可用手動(dòng)機(jī)構(gòu)開閉，大型及中型的可用電動(dòng)或液壓等機(jī)構(gòu)開閉，高度與直徑好比在1一1.5的電爐工件一般放管在爐膛底部，高度與直徑比在2以上時(shí)。工件大部用吊掛方式，吊于爐口內(nèi)或爐上外部的專用吊架上，控制區(qū)的設(shè)置一般以直徑的1—1．5倍為一個(gè)。在溫度控制要求不高時(shí)．有時(shí)一個(gè)控制區(qū)長度達(dá)到直徑的2倍。

可控氣氛箱形多用爐。一般在結(jié)構(gòu)上是分為前室及爐膛、冷卻槽，前室由型鋼及鋼板焊成的密封空間下邊與冷知槽相連，上邊為設(shè)有水冷壁的空氣冷卻室。中間有通過工件的軌道及上下升降的料架，由頂上的氣缸來操作(可電氣動(dòng)或液動(dòng))下降時(shí)工件進(jìn)入冷卻槽，進(jìn)行快速冷卻或等溫淬火、上升時(shí)工件在上邊氣氛中緩冷。

爐膛在前室后邊，中間 有一個(gè)爐門隔開，進(jìn)料出料時(shí)。爐門由上部氣缸打開。爐膛由抗?jié)B碳砌成。電加熱器兩種形式，一種是由高電阻合金板材制成；為了消除表面積炭形成短路，加熱器面涂上專用的高溫絕緣釉；另一種為輻射管式的，水平或垂直的插入爐賭中，管中用大切面園形電阻線組成金屬發(fā)熱器。爐內(nèi)具有強(qiáng)通的風(fēng)扇，爐子前面為一個(gè)推料裝置，用以向爐內(nèi)進(jìn)出料，電爐附有氣體發(fā)生器或直接向護(hù)內(nèi)滴注有機(jī)液及碳勢控制設(shè)備。原創(chuàng)文章版權(quán)歸丹陽市恒力爐業(yè)有限公司所有

第二篇：電阻爐溫自動(dòng)控制原理與特性

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電爐爐溫自動(dòng)控制原理與特性

根據(jù)爐溫對(duì)給定溫度的偏差，自動(dòng)接通或斷開供給爐子的熱源能量，或連續(xù)改變熱源能量的大小，使?fàn)t溫穩(wěn)定有給定溫度范圍，以滿足熱處理工藝的需要。溫度自動(dòng)控制常用調(diào)節(jié)規(guī)律有二位式、三位式、比例、比例積分和比例積分微分等幾種。電阻爐爐溫控制是這樣一個(gè)反饋調(diào)節(jié)過程，比較實(shí)際爐溫和需要爐溫得到偏差，通過對(duì)偏差的處理獲得控制信號(hào)，去調(diào)節(jié)電阻爐的熱功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。按照偏差的比例、積分和微分產(chǎn)生控制作用（PID控制），是過程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制形式。

系統(tǒng)控制程序采用兩重中斷嵌套方式設(shè)計(jì)。首先使T0計(jì)數(shù)器產(chǎn)生定時(shí)中斷，作為本系統(tǒng)的采樣周期。在中斷服務(wù)程序中啟動(dòng)A/D，讀入采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字濾波、上下限報(bào)警處理，PID計(jì)算，然后輸出控制脈沖信號(hào)。脈沖寬度由T1計(jì)數(shù)器溢出中斷決定。在等待T1中斷時(shí)，將本次采樣值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度值放入顯示緩沖區(qū)，然后調(diào)用顯示子程序。從T1中斷返回后，再從T0中斷返回主程序并且、繼續(xù)顯示本次采樣溫度，等待下次T0中斷。

1)二位式調(diào)節(jié)--它只有開、關(guān)兩種狀態(tài)，當(dāng)爐溫低于限給定值時(shí)執(zhí)行器全開；當(dāng)爐溫高于給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。（執(zhí)行器一般選用接觸器）

2）三位式調(diào)節(jié)--它有上下限兩個(gè)給定值，當(dāng)爐溫低于下限給定值時(shí)招待器全開；當(dāng)爐溫在上、下限給定值之間時(shí)執(zhí)行器部分開啟；當(dāng)爐溫超過上限給定值時(shí)執(zhí)行器全閉。（如管狀加熱器為加熱元件時(shí)，可采用三位式調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)加熱與保溫功率的不同）

3）比例調(diào)節(jié)（P調(diào)節(jié)）--調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)（M）和偏差輸入（e）成比例。即：M=ke

式中：K-----比例系數(shù)

比例調(diào)節(jié)器的輸入、輸出量之間任何時(shí)刻都存在--對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系，因此爐溫變化經(jīng)比例調(diào)節(jié)達(dá)到平衡時(shí)，爐溫不能加復(fù)到給定值時(shí)的偏差--稱“靜差”

4）比例積分（PI）調(diào)節(jié)--為了“靜差”，在比例調(diào)節(jié)中添加積分（I）調(diào)節(jié)積分，調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與偏差存在隨時(shí)間的增長而增強(qiáng)，直到偏差消除才無輸出信號(hào)，故能消除“靜差”比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分調(diào)節(jié).5)比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)--比例積分調(diào)節(jié)會(huì)使調(diào)節(jié)過程增長，溫度的波動(dòng)幅值增大，為此再引入微分（D）調(diào)節(jié)。微分調(diào)節(jié)是指調(diào)節(jié)器的輸出與偏差對(duì)時(shí)間的微分成比例，微分調(diào)節(jié)器在溫度有變化“苗頭”時(shí)就有調(diào)節(jié)信號(hào)輸出，變化速度越快、輸出信號(hào)越強(qiáng)，故能加快調(diào)節(jié)速度，降低溫度波動(dòng)幅度，比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)的組合稱為比例積分微分調(diào)節(jié)。（一般采用晶閘管調(diào)節(jié)器為執(zhí)行器）。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的運(yùn)行情況，這種控溫方法，精度比較高，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要。主要設(shè)備:熱電偶或熱電阻,智能PID溫控儀,可控硅觸發(fā)調(diào)功器等。

爐溫自動(dòng)控制主要的技術(shù)特性：

電阻爐消耗電能轉(zhuǎn)換來的熱能．一部分由電爐構(gòu)筑材料及傳熱的各種

因素而散失到空間去了，另一部分則用于對(duì)爐內(nèi)工件的加熱，前面的一部分形成了電爐損失功率，后一部分形成了電爐有效功率。

當(dāng)電爐開始升溫時(shí)，爐內(nèi)砌磚體大量地吸收熱量，以提高本身溫度，在停爐冷下來時(shí)又把這一部分熱量散失到空間去；這一部分形成爐體蓄熱損失。一臺(tái)先進(jìn)的電爐應(yīng)具有低的空爐損失及高的有效功率。較少蓄熱相失?？諣t損失的大小是衡量電爐效率好壞的重要指標(biāo)，空爐損失小的電爐，可以得到高的技術(shù)生產(chǎn)率及低的單位電能消耗比。一般工業(yè)電阻爐的效率。小型電爐較低一些．大型電爐較高一些，從10—100千瓦的箱式電爐效率約為65-85%，空爐損失約占總功率的35--15％。電爐從室溫升到工作溫度的時(shí)間對(duì)電爐的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是有明顯影響的，升溫時(shí)間短則爐子投入正常使用的時(shí)間就較長每天的生產(chǎn)率就較高，每公斤工件的電耗量就降低，所以要盡量采用熱慣性小的爐襯材料并降低爐體蓄熱量來加快電爐的升溫速度：爐體的蓄熱量對(duì)周期作業(yè)爐影響很大，尤其是每天一班或二班生產(chǎn)的電爐

對(duì)連續(xù)作業(yè)爐其影響就不明顯。加熱能力是一臺(tái)電爐的主要技術(shù)指標(biāo)，加熱能力是指電爐的有效功率，從理論計(jì)算上在一個(gè)小時(shí)內(nèi)能把指定的材料加熱到額定溫度的最大重量數(shù)，以公斤／小時(shí)計(jì)算。

(5)電阻加熱爐基本結(jié)構(gòu)及型式

電阻爐是隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的，由于各種加熱工藝及冶煉工藝上的需要，電阻爐是一個(gè)品種很多的產(chǎn)品。電阻爐爐體結(jié)構(gòu)，分周期式及連續(xù)式二個(gè)型式來分別介紹。周期式作業(yè)爐。如箱式電爐，臺(tái)車式電爐、井式電爐等箱式電爐，外殼一般是用型鋼、鋼板

焊接而成的，小型電爐由于需保持工作面的一定高度，一般均做成帶支架的，在箱型殼體下邊，有支持爐體的腿或支架。中型電爐因本身重量大及加入爐內(nèi)的工件重量也大，所以一般均直接在底盤上焊接爐體及砌磚。大型電爐可以在特定的專用的地基上設(shè)計(jì)成無鋼性底盤的結(jié)構(gòu)，而就地焊接砌磚，但這種電爐在安裝后不能吊運(yùn)及移動(dòng)。

中小型電爐的爐門可用配重及手動(dòng)裝置來開閉，下部一般均有砂封槽，有些爐門上邊也設(shè)有砂封槽，以保證良好的密封性，爐門關(guān)閉時(shí)，用壓緊裝置使?fàn)t門緊密的與門框接觸，減少漏氣。大型電爐可以用電動(dòng)或氣動(dòng)、液壓開閉爐門，電加熱元件一般可以在爐膛內(nèi)左右側(cè)墻上及底面上布置，為了得到良好的熱場，最好在護(hù)頂上也布置電加熱元件，因?yàn)闋t內(nèi)工件一般堆放高度不會(huì)超過寬度，所以以上下兩個(gè)方面加熱比左右兩個(gè)方面加更為有效。大型及中型電爐可以在護(hù)門上及后墻上適當(dāng)?shù)牟贾靡恍╇娂訜嵩?，以減少爐內(nèi)的溫差，為了保證爐門口的熱損失能得到更好的平衡，可以在較大的箱型電爐上靠爐門口的爐膛長度1/3處作為一個(gè)控制區(qū)。

通保護(hù)氣體的爐子應(yīng)設(shè)有保證安全運(yùn)行的必要裝置及良好曲密封性。井式電爐一般均為園筒形爐膛，內(nèi)徑一般最小為600毫米，大小了，安裝維修時(shí)不方便；爐殼用型鋼作為骨架再焊上鋼板，小型爐蓋可用手動(dòng)機(jī)構(gòu)開閉，大型及中型的可用電動(dòng)或液壓等機(jī)構(gòu)開閉，高度與直徑好比在1一1.5的電爐工件一般放管在爐膛底部，高度與直徑比在2以上時(shí)。工件大部用吊掛方式，吊于爐口內(nèi)或爐上外部的專用吊架上，控制區(qū)的設(shè)置一般以直徑的1—1．5倍為一個(gè)。在溫度控制要求

不高時(shí)．有時(shí)一個(gè)控制區(qū)長度達(dá)到直徑的2倍。

可控氣氛箱形多用爐。一般在結(jié)構(gòu)上是分為前室及爐膛、冷卻槽，前室由型鋼及鋼板焊成的密封空間下邊與冷知槽相連，上邊為設(shè)有水冷壁的空氣冷卻室。中間有通過工件的軌道及上下升降的料架，由頂上的氣缸來操作(可電氣動(dòng)或液動(dòng))下降時(shí)工件進(jìn)入冷卻槽，進(jìn)行快速冷卻或等溫淬火、上升時(shí)工件在上邊氣氛中緩冷。

爐膛在前室后邊，中間 有一個(gè)爐門隔開，進(jìn)料出料時(shí)。爐門由上部氣缸打開。爐膛由抗?jié)B碳砌成。電加熱器兩種形式，一種是由高電阻合金板材制成；為了消除表面積炭形成短路，加熱器面涂上專用的高溫絕緣釉；另一種為輻射管式的，水平或垂直的插入爐賭中，管中用大切面園形電阻線組成金屬發(fā)熱器。爐內(nèi)具有強(qiáng)通的風(fēng)扇，爐子前面為一個(gè)推料裝置，用以向爐內(nèi)進(jìn)出料，電爐附有氣體發(fā)生器或直接向護(hù)內(nèi)滴注有機(jī)液及碳勢控制設(shè)備。

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性質(zhì)：采用電加熱元件(電阻體)將電能轉(zhuǎn)換為熱能的一種加熱設(shè)備?？煞譃榕P式(箱式)，立式(井式)，管式等。發(fā)熱元件——電熱絲(棒)安置在爐膛內(nèi)，可將熱量直接輻射給坯體。發(fā)熱元件：溫度較低的電阻爐(小于1000℃)為高電阻合金絲；中溫電阻爐(小于1450℃)為硅碳棒；高溫電阻爐(小于1750℃)為二硅化鉬棒；超高溫電阻爐(約2000～2200℃)為氧化鋯棒(一般低于1000℃時(shí)，采用預(yù)熱裝置)。在真空、氫及惰性氣體等保護(hù)氣氛條件下可用鉬絲、鎢絲及石墨等發(fā)熱元件，溫度可達(dá)1700～2800℃。電阻爐占地面積小，使用方便。主要用于實(shí)驗(yàn)

室及小批量生產(chǎn)。

第三篇：《自動(dòng)控制原理》復(fù)習(xí)題

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《自動(dòng)控制原理》復(fù)習(xí)題

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是閉環(huán)系統(tǒng)的所有特征根必須。、c

越大

ts。、用時(shí)域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是。、極坐標(biāo)圖上以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的單位圓和圖上的對(duì)應(yīng)。、如果根軌跡位于實(shí)軸上兩個(gè)相鄰的開環(huán)零點(diǎn)之間

（其中一個(gè)零點(diǎn)可以位于無窮遠(yuǎn)處)，則在這兩個(gè)零點(diǎn)之間必定存在。、要改善

essr

通常可采用兩種方式：）增加前向通路的增益；）。、經(jīng)典控制理論的三大問題是穩(wěn)定性、和動(dòng)態(tài)性能。、根據(jù)控制信號(hào)的不同，可以將控制系統(tǒng)分為和隨動(dòng)控制系統(tǒng)。、如果要求系統(tǒng)的快速性好，則閉環(huán)極點(diǎn)應(yīng)距離越遠(yuǎn)越好。、開環(huán)控制和是控制系統(tǒng)的兩種基本形式。、一般來說，滿足的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)，我們又常稱為線性可加性。、組成系統(tǒng)的控制裝置與被控對(duì)象之間，只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制稱之為。、用標(biāo)明傳遞函數(shù)的方塊和連接線表示系統(tǒng)功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列的所有元素均大于零，那么系統(tǒng)。、在二階系統(tǒng)中，n

稱為。、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，使用速度反饋與微分順饋可以改善系統(tǒng)的。、開環(huán)幅相頻率特性曲線越靠近（－）點(diǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。、一個(gè)控制系統(tǒng)的控制作用能否對(duì)系統(tǒng)的所有狀態(tài)產(chǎn)生影響，從而能對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)控制，稱為。、控制系統(tǒng)的反饋分為狀態(tài)反饋和兩種。、相位裕量和是相對(duì)穩(wěn)定性的兩個(gè)重要指標(biāo)。

二、選擇題（每小題分，共分）、設(shè)線性定常系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程的根為

si，,?，則該系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為（）。

．

[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統(tǒng)的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應(yīng)曲線中，阻尼比越小，那么（）。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

．超調(diào)量越大

上升時(shí)間越?。{(diào)量越小

上升時(shí)間越大

．超調(diào)量越小

上升時(shí)間越小．超調(diào)量越大

上升時(shí)間越大、對(duì)于開環(huán)增益為的Ⅰ型系統(tǒng)，在階躍信號(hào)

()作用下的穩(wěn)態(tài)誤差為（）。

．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關(guān)于系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的描述中，錯(cuò)誤的是（）。

．開環(huán)頻率特性的低頻段決定了系統(tǒng)的無差度和開環(huán)增益。

．幅頻對(duì)數(shù)特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時(shí)，系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，并

且動(dòng)態(tài)性能比較好。

．系統(tǒng)的開環(huán)截止頻率

c

與調(diào)節(jié)時(shí)間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統(tǒng)為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應(yīng)為

vh

~

5。、開環(huán)系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如下，不穩(wěn)定的是圖（）。、設(shè)某系統(tǒng)的相位裕度是

co，開環(huán)截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開環(huán)截止頻

率為

c，適合用滯后校正的條件是（）。

．

．



co

c,co

c

．

co

c,co

c

co

c,co

c

．

co

c,co

c、二階振蕩環(huán)節(jié)，產(chǎn)生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分與微分控制規(guī)律的另一種表示方法是（）。

（）

．．．．、對(duì)于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當(dāng)無阻尼自然振蕩頻率

n

保持不變時(shí)，（）

.阻尼比

ξ越大，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間越大

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

.阻尼比

ξ越大，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間越小

.阻尼比

ξ越大，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間不變

.阻尼比

ξ越大，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間不定、在系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中增加零點(diǎn)，將使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能

（）

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.自動(dòng)控制

.線性定常系統(tǒng)

.穩(wěn)態(tài)誤差

.相對(duì)穩(wěn)定性

.根軌跡法

四、簡答題（每題分，共分）、簡述采用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的特點(diǎn)。、請(qǐng)寫出梅遜公式的表達(dá)式，并說明公式中每個(gè)參數(shù)的含意。、試述擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響，并寫出減小或消除擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差的措施。、根軌跡如果穿過虛軸，如何計(jì)算根軌跡與虛軸交點(diǎn)的坐標(biāo)。、簡述最小相位系統(tǒng)，并說明其主要特點(diǎn)。、簡述奈氏穩(wěn)定判據(jù)。

五、計(jì)算題（每題分，共分）

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、已知系統(tǒng)特征方程為

s4

3s3

6s2

3s

0，試用代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。、已知反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如右圖所示。

試

確

定

結(jié)

構(gòu)

參

數(shù)

和

τ，使

M

p

20%,t

p

1s，并計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)間

ts。

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是閉環(huán)系統(tǒng)的所有特征根必須。、c

越大

tr。、用時(shí)域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是。、極坐標(biāo)圖上以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的單位圓和圖上的對(duì)應(yīng)。、如果根軌跡位于實(shí)軸上兩個(gè)相鄰的開環(huán)極點(diǎn)之間則在這兩個(gè)極點(diǎn)之間必定存在。、要改善

essn

通常可采用兩種方式：）增加前向通路的增益；）。、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)、準(zhǔn)和。、根據(jù)時(shí)間信號(hào)的不同，可以將控制系統(tǒng)分為和離散時(shí)間系統(tǒng)。、如果要求系統(tǒng)的快速性好，則閉環(huán)極點(diǎn)應(yīng)距離越遠(yuǎn)越好。、開環(huán)控制和是控制系統(tǒng)的兩種基本形式。、一般來說，滿足的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)，我們又常稱為線性可加性。、組成系統(tǒng)的控制裝置與被控對(duì)象之間，有順向作用還有反向聯(lián)系的控制稱之為。、用標(biāo)明傳遞函數(shù)的方塊和連接線表示系統(tǒng)功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列元素的符號(hào)變化次數(shù)代表。、在二階系統(tǒng)中，d

稱為。、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為了改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性常采用與微分順饋的方法。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、開環(huán)幅相頻率特性曲線越遠(yuǎn)離（－）點(diǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。、一個(gè)控制系統(tǒng)能否通過輸出量把系統(tǒng)的初始狀態(tài)識(shí)別出來，稱為。、控制系統(tǒng)的反饋分為狀態(tài)反饋和兩種。、相位裕量和是相對(duì)穩(wěn)定性的兩個(gè)重要指標(biāo)。

二、選擇題（每小題分，共分）、設(shè)線性定常系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程的根為

si，,?，則該系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為（）。

．[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統(tǒng)的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應(yīng)曲線中，阻尼比越大，那么（）。

．超調(diào)量越

大

調(diào)整時(shí)間越?。{(diào)量越小

調(diào)整時(shí)間越大．超調(diào)量越小

調(diào)整時(shí)間越?。{(diào)量越大調(diào)整時(shí)間越大、對(duì)

于

開

環(huán)

增

益

為的Ⅰ

型

系

統(tǒng)，在階

躍

信

號(hào)

()

作

用

下的穩(wěn)

態(tài)

誤

差

為

（）。．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關(guān)于系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的描述中，錯(cuò)誤的是（）。

．開環(huán)頻率特性的低頻段決定了系統(tǒng)的無差度和開環(huán)增益。

．幅頻對(duì)數(shù)特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時(shí)，系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，并

且動(dòng)態(tài)性能比較好。

．系統(tǒng)的開環(huán)截止頻率

c

與調(diào)節(jié)時(shí)間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統(tǒng)為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應(yīng)為

vh

~

5。、開環(huán)系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如下，不穩(wěn)定的是圖（）。、設(shè)某系統(tǒng)的相位裕度是

co，開環(huán)截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開環(huán)截止頻

率為

c，適合用超前校正的條件是（）。

．

coc,coc

．

co

c,coc

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

．

co

c,co

c

．

co

c,co

c、二階振蕩環(huán)節(jié)，產(chǎn)生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分控制規(guī)律的另一種表示方法是（）。

．．．．、對(duì)于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當(dāng)無阻尼自然振蕩頻率

保持不變時(shí)，（）

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間越大

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間越小

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間不變

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間不定、在系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中增加極點(diǎn)，將使系統(tǒng)的穩(wěn)定性

（）。

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.傳遞函數(shù)

.線性定常系統(tǒng)

.穩(wěn)定性

.閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)

.穩(wěn)定裕量

四、簡答題（每題分，共分）、簡述結(jié)構(gòu)圖化簡的原則。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、簡述信號(hào)流圖中前向通路是怎么定義的。、簡述控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的三要素。、簡述根軌跡的分離點(diǎn)和會(huì)合點(diǎn)，并寫出分離點(diǎn)和會(huì)合點(diǎn)的計(jì)算方法。、簡述最小相位系統(tǒng)，并說明其主要特點(diǎn)。、簡述波德圖上的奈氏穩(wěn)定判據(jù)。

五、計(jì)算題（每題分，共分）、已知系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為

s6

2s5

8s4

12s3

20s2

16s

0，試用代數(shù)穩(wěn)定判

據(jù)判斷該系統(tǒng)是否穩(wěn)定，如不穩(wěn)定請(qǐng)說明引起系統(tǒng)不穩(wěn)定的根的個(gè)數(shù)；如臨界穩(wěn)定，請(qǐng)求取使系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的共軛虛根。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、有擾系統(tǒng)如下圖所示，已知輸入信號(hào)

R（s)

1/

s，擾動(dòng)信號(hào)

N

(s)

1/

s，試求該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

N(s)

R(s)

K

K

C(s)

s

一、填空題（每小題分，共分）、線性定常系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是閉環(huán)系統(tǒng)的所有特征根必須。、c

越大

tr。、用時(shí)域法分析控制系統(tǒng)時(shí)，最常用的典型輸入信號(hào)是。、極坐標(biāo)圖上以坐標(biāo)原點(diǎn)為圓心的單位圓和圖上的對(duì)應(yīng)。、如果根軌跡位于實(shí)軸上兩個(gè)相鄰的開環(huán)極點(diǎn)之間則在這兩個(gè)極點(diǎn)之間必定存在。、要改善

essn

通?？刹捎脙煞N方式：）增加前向通路的增益；）。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)、準(zhǔn)和。、根據(jù)時(shí)間信號(hào)的不同，可以將控制系統(tǒng)分為和離散時(shí)間系統(tǒng)。、如果要求系統(tǒng)的快速性好，則閉環(huán)極點(diǎn)應(yīng)距離越遠(yuǎn)越好。、開環(huán)控制和是控制系統(tǒng)的兩種基本形式。、一般來說，滿足的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)，我們又常稱為線性可加性。、組成系統(tǒng)的控制裝置與被控對(duì)象之間，有順向作用還有反向聯(lián)系的控制稱之為。、用標(biāo)明傳遞函數(shù)的方塊和連接線表示系統(tǒng)功能的圖形叫。、在勞斯表中，第一列元素的符號(hào)變化次數(shù)代表。、在二階系統(tǒng)中，d

稱為。、在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，為了改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性常采用與微分順饋的方法。、開環(huán)幅相頻率特性曲線越遠(yuǎn)離（－）點(diǎn)，系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。、一個(gè)控制系統(tǒng)能否通過輸出量把系統(tǒng)的初始狀態(tài)識(shí)別出來，稱為。、控制系統(tǒng)的反饋分為狀態(tài)反饋和兩種。、相位裕量和是相對(duì)穩(wěn)定性的兩個(gè)重要指標(biāo)。

二、選擇題（每小題分，共分）、設(shè)線性定常系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程的根為

si，,?，則該系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為（）。

．[]

．[]

．

[]

．

[]、在二階系統(tǒng)的欠阻尼（＜

ξ

＜）階躍響應(yīng)曲線中，阻尼比越大，那么（）。

．超調(diào)量越

大

調(diào)整時(shí)間越?。{(diào)量越小

調(diào)整時(shí)間越大．超調(diào)量越小

調(diào)整時(shí)間越?。{(diào)量越大調(diào)整時(shí)間越大、對(duì)

于

開

環(huán)

增

益

為的Ⅰ

型

系

統(tǒng)，在階

躍

信

號(hào)

()

作

用

下的穩(wěn)

態(tài)

誤

差

為

（）。．

A

(1

K)

．．

A

K

．

AK、下面種關(guān)于系統(tǒng)開環(huán)頻率特性的描述中，錯(cuò)誤的是（）。

．開環(huán)頻率特性的低頻段決定了系統(tǒng)的無差度和開環(huán)增益。

．幅頻對(duì)數(shù)特性的中頻穿越頻率是－，并且中頻段寬度

h

時(shí)，系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，并

且動(dòng)態(tài)性能比較好。

．系統(tǒng)的開環(huán)截止頻率

c

與調(diào)節(jié)時(shí)間

ts

成正比；相位裕度

c

和阻尼比

成正比。

．高階系統(tǒng)為了保證抗干擾性能，高頻衰減率應(yīng)為

vh

~

5。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、開環(huán)系統(tǒng)的極坐標(biāo)圖如下，不穩(wěn)定的是圖（）。、設(shè)某系統(tǒng)的相位裕度是

co，開環(huán)截止頻率是

co，要求校正后相位裕度為

c，開環(huán)截止頻

率為

c，適合用超前校正的條件是（）。

．

．



co

c,co

c

co

c,co

c



．

．



co

c,co

c

co

c,co

c、二階振蕩環(huán)節(jié)，產(chǎn)生諧振峰值的條件是（）。

．

0.707

．

0

1．．

0.707、常用的比例、積分控制規(guī)律的另一種表示方法是（）。

．．．．、對(duì)于欠阻尼的二階系統(tǒng)，當(dāng)無阻尼自然振蕩頻率

保持不變時(shí)，（）

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間越大

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間越小

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間不變

.阻尼比

n

越大，系統(tǒng)的峰值時(shí)間不定、在系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中增加極點(diǎn)，將使系統(tǒng)的穩(wěn)定性

（）。

.變好

.變差

.不變

.不定

三、名詞解釋（每題分，共分）

.自動(dòng)控制

.線性定常系統(tǒng)

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

.穩(wěn)態(tài)誤差

.相對(duì)穩(wěn)定性

.根軌跡法

四、簡答題（每題分，共分）、簡述采用傳遞函數(shù)描述系統(tǒng)的特點(diǎn)。、請(qǐng)寫出梅遜公式的表達(dá)式，并說明公式中每個(gè)參數(shù)的含意。、試述擾動(dòng)信號(hào)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的影響，并寫出減小或消除擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差的措施。、根軌跡如果穿過虛軸，如何計(jì)算根軌跡與虛軸交點(diǎn)的坐標(biāo)。、簡述最小相位系統(tǒng)，并說明其主要特點(diǎn)。

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用、簡述奈氏穩(wěn)定判據(jù)。

五、計(jì)算題（每題分，共分）、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)如下圖所示，R(s)

K

C(s)

s

(s+1)(s+5)

()

求使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的的取值范圍。

（本小題分）

()

如果要求閉環(huán)特征方程的所有根的實(shí)部都小于－，求的取值范圍。

（本小題分）

/

個(gè)人整理精品文檔，僅供個(gè)人學(xué)習(xí)使用

K

g、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

Go

(s)，試?yán)L制其根軌跡。

s(s

1)(s

5)

/

第四篇：自動(dòng)控制原理總結(jié)報(bào)告

自動(dòng)控制原理總結(jié)報(bào)告

專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 09自動(dòng)化<1>班 姓 名 學(xué) 號(hào)

完成 時(shí)間

自動(dòng)控制原理總結(jié)報(bào)告

摘要: 本學(xué)期我們學(xué)習(xí)了自動(dòng)控制原理的前前8章，重點(diǎn)介紹了前6章，離散系統(tǒng)的分析與線性系統(tǒng)類似。自動(dòng)控制技術(shù)所取得的成就和起到的作用給各行各業(yè)的人們留下了深刻的印象。從最初的機(jī)械轉(zhuǎn)速、位移的控制到工業(yè)過程中對(duì)溫度、壓力、流量、物位的控制，從遠(yuǎn)洋巨輪到深水潛艇的控制，而今的數(shù)控機(jī)床，汽車工業(yè)，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用幾乎無處不在。關(guān)鍵是自動(dòng)控制理論和技術(shù)已經(jīng)介入到了電氣、機(jī)械、航空、化工、核反應(yīng)等諸多的學(xué)科和領(lǐng)域。所以越來越多的工程技術(shù)人員和科學(xué)工作者開始了解和關(guān)注自動(dòng)控制的知識(shí)。關(guān)鍵字：控制 方法 發(fā)展 正文:

一、自動(dòng)控制理論的分析方法：（1）時(shí)域分析法；（2）頻率法；（3）根軌跡法；（4）狀態(tài)空間方法；（5）離散系統(tǒng)分析方法；（6）非線性分析方法

系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型(1)解析表達(dá)：微分方程；差分方程；傳遞函數(shù)；脈沖傳遞函數(shù)；頻率特性；脈沖響應(yīng)函數(shù)；階躍響應(yīng)函數(shù)(2)圖形表達(dá)：動(dòng)態(tài)方框圖（結(jié)構(gòu)圖）；信號(hào)流圖；零極點(diǎn)分布；頻率響應(yīng)曲線；單位階躍響應(yīng)曲線

自動(dòng)控制原理基礎(chǔ)系列課程內(nèi)容體系具有系統(tǒng)性、科學(xué)性、先進(jìn)性、實(shí)用性，對(duì)課程體系進(jìn)行了改革確立了以系統(tǒng)分析、系統(tǒng)建模、系統(tǒng)綜合為自動(dòng)控制原理課程的主線構(gòu)建了由時(shí)域分析、復(fù)域分析、頻域分析、系統(tǒng)校正4個(gè)模塊構(gòu)成的知識(shí)體系。

從課程的體系出發(fā)以系統(tǒng)建?！到y(tǒng)分析→綜合設(shè)計(jì)作為課程主線。數(shù)學(xué)模型是描述系統(tǒng)內(nèi)部各物理量或變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式建立一個(gè)合理的模型是系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的前提。從不同的角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模加深對(duì)這方面內(nèi)容的理解。例如可用船舶上的電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為例通過建立它的微分方程、傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、信號(hào)流圖這些不同的數(shù)學(xué)模型來建立各模型的聯(lián)系。

系統(tǒng)分析方法是控制系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)這部分的內(nèi)容主要包括時(shí)域分析法、根軌跡法、頻域響應(yīng)法是控制理論的重點(diǎn)。在控制系統(tǒng)中穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性是對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求也是衡量系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)控制系統(tǒng)不同的分析問題方法都是緊緊圍繞這三個(gè)方面展開的。只要抓住這個(gè)特點(diǎn)就抓住了系統(tǒng)分析的關(guān)鍵有助于加深對(duì)不同方法的理解。例如以我軍某軍艦上的雷達(dá)定位系統(tǒng)為例假設(shè)給定目標(biāo)信號(hào)要求設(shè)計(jì)控制器使系統(tǒng)在給定輸入下跟蹤指定目標(biāo)最小且抗干擾性最好。這些生動(dòng)的工程實(shí)例大大激發(fā)了我的興趣使我感受到了控制理論的魅力深刻理解了

結(jié)合控制理論的發(fā)展更新教學(xué)內(nèi)容近年來控制理論得到了蓬勃發(fā)展特別在非線性控制、分布參數(shù)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制、智能控制等方向上取得了重要進(jìn)展。例如每章結(jié)束后都開設(shè)一個(gè)專題介紹本學(xué)科的發(fā)展動(dòng)態(tài)這種方法擴(kuò)大了我們的知識(shí)面培養(yǎng)了我們探索科學(xué)技術(shù)的興趣。結(jié)合船舶電氣的發(fā)展而言近幾年來隨著電力、電子、控制技術(shù)、通訊及信息技術(shù)等的不斷發(fā)展及其在船舶上的廣泛應(yīng)用船舶電氣自動(dòng)化程度大大地提高。新一代大功率半導(dǎo)體電力電子器件在材料、理論、機(jī)理、制造工藝和應(yīng)用技術(shù)等方面的研究開發(fā)取得了突破性的進(jìn)展船舶設(shè)備進(jìn)一步向高可靠、節(jié)能型方向發(fā)展對(duì)船舶電力推進(jìn)和輔機(jī)電力拖動(dòng)技術(shù)帶來重大變革可編程序控制器和單片機(jī)已逐漸發(fā)展成為船舶控制中的一種普遍控制方式。自動(dòng)控制原理課程雖然是電專業(yè)的基礎(chǔ)專業(yè)課程但是一般學(xué)時(shí)安排也不十分充裕。要想在有限的時(shí)間內(nèi)把這門理論性和工程應(yīng)用性都很強(qiáng)的課程學(xué)好必須認(rèn)真的學(xué)習(xí)。例如在課程緒論部分通過與專業(yè)相關(guān)的典型示例引出控制、開環(huán)控制、閉環(huán)控制以及反饋等基本概念使我們認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)本課程的重要性并對(duì)控制理論在專業(yè)發(fā)展的作用有了一定的了解。

二、控制未來發(fā)展

1.智能控制(Intelligent Control)智能控制是人工智能和自動(dòng)控制的結(jié)合物,是一類無需人的干預(yù)就能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器,實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制。智能控制的注意力并不放在對(duì)數(shù)學(xué)公式的表達(dá)、計(jì)算和處理上,而放在對(duì)任務(wù)和模型的描述,符號(hào)和環(huán)境的識(shí)別以及知識(shí)庫和推理機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)上。智能控制用于生產(chǎn)過程,讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模仿專家或熟練操作人員的經(jīng)驗(yàn),建立起以知識(shí)為基礎(chǔ)的廣義模型,采用符號(hào)信息處理、啟發(fā)式程序設(shè)計(jì)、知識(shí)表示和自學(xué)習(xí)、推理與決策等智能化技術(shù),對(duì)外界環(huán)境和系統(tǒng)過程進(jìn)行理解、判斷、預(yù)測和規(guī)劃,使被控對(duì)象按一定要求達(dá)到預(yù)定的目的。智能控制的理論基礎(chǔ)是人工智能,控制論,運(yùn)籌學(xué)和系統(tǒng)學(xué)等學(xué)科的交叉。2.非線性控制(Nonlinear Control)非線性控制是復(fù)雜控制理論中一個(gè)重要的基本問題,也是一個(gè)難點(diǎn)課題,它的發(fā)展幾乎與線性系統(tǒng)平行。非線性系統(tǒng)的發(fā)展,數(shù)學(xué)工具是一個(gè)相當(dāng)困難的問題,泰勒級(jí)數(shù)展開對(duì)有些情況是不能適用的。古典理論中的“相平面”法只適用于二階系統(tǒng),適用于含有一個(gè)非線性元件的高階系統(tǒng)的“描述函數(shù)”法也是一種近似方法。由于非線性系統(tǒng)的研究缺乏系統(tǒng)的、一般性的理論及方法,于是綜合方法得到較大的發(fā)展。

3.自適應(yīng)控制(Adaptive Control)自適應(yīng)控制系統(tǒng)通過不斷地測量系統(tǒng)的輸入、狀態(tài)、輸出或性能參數(shù),逐漸了解和掌握對(duì)象,然后根據(jù)所得的信息按一定的設(shè)計(jì)方法,作出決策去更新控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以適應(yīng)環(huán)境的變化,達(dá)到所要求的控制性能指標(biāo)。4.魯棒控制(Robust Control)過程控制中面臨的一個(gè)重要問題就是模型不確定性,魯棒控制主要解決模型的不確定性問題,但在處理方法上與自適應(yīng)控制有所不同。自適應(yīng)控制的基本思想是進(jìn)行模型參數(shù)的辯識(shí),進(jìn)而設(shè)計(jì)控制器。控制器參數(shù)的調(diào)整依賴于模型參數(shù)的更新,不能預(yù)先把可能出現(xiàn)的不確定性考慮進(jìn)去。而魯棒控制在設(shè)計(jì)控制器時(shí)盡量利用不確定性信息來設(shè)計(jì)一個(gè)控制器,使得不確定參數(shù)出現(xiàn)時(shí)仍能滿足性能指標(biāo)要求。

魯棒控制認(rèn)為系統(tǒng)的不確定性可用模型集來描述,系統(tǒng)的模型并不唯一,可以是模型集里的任一元素,但在所設(shè)計(jì)的控制器下,都能使模型集里的元素滿足要求。魯棒控制的一個(gè)主要問題就是魯棒穩(wěn)定性。5.模糊控制(Fuzzy Control)模糊控制借助模糊數(shù)學(xué)模擬人的思維方法,將工藝操作人員的經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié),運(yùn)用語言變量和模糊邏輯理論進(jìn)行推理和決策,對(duì)復(fù)雜對(duì)象進(jìn)行控制。模糊控制既不是指被控過程是模糊的,也不意味控制器是不確定的,它是表示知識(shí)和概念上的模糊性,它完成的工作是完全確定的。

1974年英國工程師E.H.Mamdam首次把Fuzzy集合理論用于鍋爐和蒸氣機(jī)的控制以來,開辟了Fuzzy控制的新領(lǐng)域,特別是對(duì)于大時(shí)滯、非線性等難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng),通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)模糊控制往往能取得很好的結(jié)果。6.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制(Neural Network Control)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由所謂神經(jīng)元的簡單單元按并行結(jié)構(gòu)經(jīng)過可調(diào)的連接權(quán)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的種類很多,控制中常用的有多層前向BP網(wǎng)絡(luò),RBF網(wǎng)絡(luò),Hopfield網(wǎng)絡(luò)以及自適應(yīng)共振理論模型(ART)等。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制就是利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這種工具從機(jī)理上對(duì)人腦進(jìn)行簡單結(jié)構(gòu)模擬的新型控制和辨識(shí)方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在控制系統(tǒng)中可充當(dāng)對(duì)象的模型,還可充當(dāng)控制器

7.實(shí)時(shí)專家控制(Real Time Expert Control)專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量專門知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng),它應(yīng)用人工智能技術(shù),根據(jù)某個(gè)領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)人類專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷,模擬人類專家的決策過程,以解決那些需要專家決定的復(fù)雜問題。專家系統(tǒng)和傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序最本質(zhì)的區(qū)別在于:專家系統(tǒng)所要解決的問題一般沒有算法解,并且往往要在不完全、不精確或不確定的信息基礎(chǔ)上作出結(jié)論。

實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)應(yīng)用模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論,融進(jìn)專家系統(tǒng)自適應(yīng)地管理一個(gè)客體或過程的全面行為,自動(dòng)采集生產(chǎn)過程變量,解釋控制系統(tǒng)的當(dāng)前狀況,預(yù)測過程的未來行為,診斷可能發(fā)生的問題,不斷修正和執(zhí)行控制計(jì)劃。實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)具有啟發(fā)性、透明性、靈活性等特點(diǎn),目前已經(jīng)在航天試驗(yàn)指揮、工業(yè)爐窯的控制、高爐爐熱診斷中得到廣泛應(yīng)用。目前需要進(jìn)一步研究的問題是如何用簡潔語言來描述人類長期積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí),提高聯(lián)想化記憶和自學(xué)習(xí)能力。8.定性控制(Qualitative Control)定性控制是指系統(tǒng)的狀態(tài)變量為定性量時(shí)(其值不是某一精確值而只知其處于某一范圍內(nèi)),應(yīng)用定性推理對(duì)系統(tǒng)施加控制變量使系統(tǒng)在某一期望范圍。定性控制與模糊控制的區(qū)別:模糊控制不需建模,其控制律憑經(jīng)驗(yàn)或算法調(diào)整,而定性控制基于定性模型,控制規(guī)則基于對(duì)系統(tǒng)的定性分析;模糊控制是基于狀態(tài)的精確測量值,而定性控制基于狀態(tài)的定性測量值。

定性控制面臨的問題:發(fā)展定性數(shù)學(xué)理論,改進(jìn)定性推理方法,注重定性和定量知識(shí)的結(jié)合;研究定性建模方法,定性控制方法;加強(qiáng)定性控制應(yīng)用領(lǐng)域的研究。9.預(yù)測控制(Predictive Control)預(yù)測控制是在工業(yè)實(shí)踐過程中獨(dú)立發(fā)展起來的一種新型控制方法,它不僅適用于工業(yè)過程這種“慢過程”的控制,也能適用于快速跟蹤的伺服系統(tǒng)這種“快過程”控制。目前實(shí)用的預(yù)測控制方法有動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC),模型算法控制(MAC),廣義預(yù)測控制(GPC),模型預(yù)測啟發(fā)控制(MPHC)以及預(yù)測函數(shù)控制(PFC)等。這

最近有人提出一種新的基于主導(dǎo)內(nèi)模概念的預(yù)測控制方法:結(jié)構(gòu)對(duì)外來激勵(lì)的響應(yīng)主要由其本身的模態(tài)所決定,即結(jié)構(gòu)只對(duì)激勵(lì)信息中與其起主導(dǎo)作用的幾個(gè)主要自振頻率相接近的頻率成分有較大的響應(yīng)。目前利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行在線辨識(shí),然后用廣義預(yù)測控制規(guī)律進(jìn)行控制得到較多重視。

預(yù)測控制目前存在的問題是預(yù)測精度不高;反饋校正方法單調(diào);滾動(dòng)優(yōu)化策略少;對(duì)任意的一般系統(tǒng),其穩(wěn)定性和魯棒性分析較難進(jìn)行;參數(shù)調(diào)整的總體規(guī)則雖然比較明確,但對(duì)不同類型的系統(tǒng)的具體調(diào)整方法仍有待進(jìn)一步總結(jié)。10.分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System)分布式控制系統(tǒng)又稱集散控制系統(tǒng),是70年代中期發(fā)展起來的新型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),它融合了控制技術(shù)(Control),計(jì)算機(jī)技術(shù)(Computer),通信技術(shù)(Communication),圖像顯示技術(shù)(CRT)的“4C”技術(shù),形成了以微處理器為核心的系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)視、控制和管理。

既打破了常規(guī)控制儀表功能的局限,又較好地解決了早期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)于信息、管理過于集中帶來的危險(xiǎn),而且還有大規(guī)模數(shù)據(jù)采集、處理的功能以及較強(qiáng)的數(shù)據(jù)通信能力。

分布式控制系統(tǒng)既有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制算法靈活,精度高的優(yōu)點(diǎn),又有儀表控制系統(tǒng)安全可靠,維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。它的主要特點(diǎn)是:真正實(shí)現(xiàn)了分散控制;具有高度的靈活性和可擴(kuò)展性;較強(qiáng)的數(shù)據(jù)通信能力;友好而豐富的人機(jī)聯(lián)系以及極高的可靠性。

總結(jié)：通過這一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我對(duì)自動(dòng)控制原理這門課有了深刻的認(rèn)識(shí)，現(xiàn)在能夠簡單的分析一些問題了，過程實(shí)驗(yàn)給我們很大的提高。雖然現(xiàn)在還不知道未來要從事什么行業(yè)，但不管怎樣要學(xué)好當(dāng)前的每門課?；A(chǔ)一定要打好。

第五篇：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

北京交通大學(xué)

自動(dòng)控制原理研究性學(xué)習(xí)報(bào)告

——基于MATLAB軟件的系統(tǒng)建模分析與校正

譚堃15221309 田斌15221310 努爾夏提15221305 張雪程13222028

摘要

本文利用MATLAB軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)建模、分析與設(shè)計(jì)、仿真的方法。它能夠直觀、快速地分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、和穩(wěn)態(tài)性能。并且能夠靈活的改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)通過快速、直觀的仿真達(dá)到系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：MATLAB，自動(dòng)控制，系統(tǒng)仿真

1.主要任務(wù)

單位負(fù)反饋隨動(dòng)系統(tǒng)固有部分的傳遞函數(shù)為

G(s)=4K/s(s+2)

1、畫出未校正系統(tǒng)的Bode圖，分析系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

2、畫出未校正系統(tǒng)的根軌跡圖，分析閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

3、設(shè)計(jì)系統(tǒng)的串聯(lián)校正裝置，使系統(tǒng)達(dá)到下列指標(biāo)：（1）靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv＝20s-1；（2）相位裕量γ≥50°（3）幅值裕量Kg≥10dB。

4、給出校正裝置的傳遞函數(shù)。

5、分別畫出校正前，校正后和校正裝置的幅頻特性圖。計(jì)算校正后系統(tǒng)的穿越頻率ωc、相位裕量γ。

6、分別畫出系統(tǒng)校正前、后的開環(huán)系統(tǒng)的奈奎斯特圖，并進(jìn)行分析。

2.理論分析

（1）確定K值

Kv=limsWk =2k=20 所以K = 10（2）校正前系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性如圖實(shí)線所示。

由A(wc)=20/[wc√(1+(wc/2)^2]=1;

得wc≈6.32；

γ(wc)=180?+?(wc)=90?-72.4?=17.6?

可見相位裕量并不滿足要求，為不影響低頻段特性和改善暫態(tài)響應(yīng)性能，采用引前矯正。

（3）設(shè)計(jì)串聯(lián)微分校正裝置：

微分校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為

Wc(s)=(Tds+1)/[(Tds/γd)+1);最大相位移為

?max=arcsin[(rd-1)/(rd+1)] 根據(jù)系統(tǒng)相位裕量γ(wc)≥50?的要求，微分矯正環(huán)節(jié)最大相位移為

?max≥50?-17.6?=32.4?

考慮Wc’≥Wc,原系統(tǒng)相角位移將更負(fù)些，故?max將更大些，取?max=40?，即有

Sin40?=(γd-1)/(γd+1)=0.64解得γd=4.6 設(shè)校正后的系統(tǒng)穿越頻率Wc’為矯正裝置兩交接頻率w1與w2的幾何中點(diǎn)。即

Wc’=√w1w2=w1√rd 若認(rèn)為Wc’/w1>>1,Wc’/w2<<1,則得

A(wc’)=1≈20wc’/(wc^2/2)解得w1≈4.32;w2≈19.87;wc’≈9.26。所以校正裝置的傳遞函數(shù)為

Wc(s)=(s/4.32+1)/[(s/19.87)+1);（4）驗(yàn)算校正后系統(tǒng)指標(biāo)

Wk’(s)=20(s/4.32+1)/[s(s/2+1)(s/19.87+1)] 同理，代入數(shù)值得校正裝置的相位裕量為γ(wc’)=52.4? 另?(wj)=-180?,可得出系統(tǒng)穿越頻率wj→∞;所以一定滿足

GM=20lg[1/（wk’(jwj)]≥10dB(三)MATLAB仿真

(1)時(shí)域分析

1.校正前系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)曲線如圖：

-圖1 系統(tǒng)單位階躍相應(yīng)

計(jì)算結(jié)果：

pos(超調(diào)量)=60.46%、、tp(峰值時(shí)間)= 0.5s、tr(上升時(shí)間)=1.8s，ts(調(diào)節(jié)時(shí)間)=3.7s 由圖可知：校正前系統(tǒng)的的調(diào)節(jié)時(shí)間較長，超調(diào)量過大。

3.校正后系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)曲線如圖

圖2系統(tǒng)單位階躍相應(yīng)

計(jì)算結(jié)果：

pos(超調(diào)量)=15.88%、、tp(峰值時(shí)間)= 0.3s、tr(上升時(shí)間)=0.2s，ts(調(diào)節(jié)時(shí)間)=0.6s

系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)與校正前相比有較大改善。該系統(tǒng)依然穩(wěn)定，而且反應(yīng)更加快速，應(yīng)采用。

(2)根軌跡

校正前系統(tǒng)的根軌跡如圖

校正后系統(tǒng)的根軌跡如圖：

校正前后根軌跡對(duì)比

(3)對(duì)數(shù)頻率特性

校正前系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性如圖實(shí)線所示：

圖1 系統(tǒng)對(duì)數(shù)頻率特性曲線

相位裕量γ=17.6

穿越頻率=6.32rad/s微分校正環(huán)節(jié)的對(duì)數(shù)頻率特性如圖所示：

校正后系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性如圖所示：

相位裕量γ=52.4穿越頻率=9.26rad/s

對(duì)比圖

(4)幅相頻率特性

校正前系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性如圖所示：

圖7 系統(tǒng)幅相頻率特性曲線

校正后系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性如圖所示：

對(duì)比圖

四、程序附錄（1）時(shí)域分析

clear

t=0:0.1:5;s=[184 794.8];d=[1 21.87 233.7 794.8];sys=tf(s,d);y1=step(sys,t);plot(t,y1)maxy1=max(y1);yss1=y1(length(t));pos1=100*(maxy1-yss1)/yss1;for i=1:1:51 if(y1(i)==maxy1)n=i;break;end end

tp1=(n-1)*0.1;for i=1:1:51 if(y1(i)<1.02&&y1(i)>0.98)m=i;break;end end

tr1=(m-1)*0.1;for i=51:-1:1 if(y1(i)>1.02||y1(i)<0.98)a=i;break;end end

ts1=a*0.1;pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]

clear t=0:0.1:10;s=[40];d=[1 2 40];sys=tf(s,d);y1=step(sys,t);plot(t,y1)maxy1=max(y1);yss1=y1(length(t));pos1=100*(maxy1-yss1)/yss1;for i=1:1:101 if(y1(i)==maxy1)n=i;break;

end end

tp1=(n-1)*0.1;for i=1:1:101 if(y1(i)<1.02&&y1(i)>0.98)m=i;break;end end

tr1=(m-1)*0.1;for i=101:-1:1 if(y1(i)>1.02||y1(i)<0.98)a=i;break;end end

ts1=a*0.1;pos=[pos1] tp=[tp1] tr=[tr1] ts=[ts1]

（2）對(duì)數(shù)頻率特性 clear s1=[0.23 1];d1=[0.05 1];s2=[40];d2=[1 2 40];s3=[184 794.8];d3=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);sys3=tf(s3,d3);figure(1)bode(sys1,sys2,sys3)

（3）根軌跡 clear s1=[40];d1=[1 2 40];s2=[184 794.8];d2=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);figure(1)rlocus(sys1,sys2)

（4）幅相頻率特性 clear s1=[40];d1=[1 2 40];s2=[184 794.8];d2=[1 21.87 233.7 794.8];sys1=tf(s1,d1);sys2=tf(s2,d2);figure(1)nyquist(sys1,sys2)

總結(jié)

本次研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容主要是建立自動(dòng)控制系統(tǒng)并運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其中涉及了關(guān)于自動(dòng)控制方面的很多知識(shí)，也有關(guān)于數(shù)學(xué)建模方面的知識(shí)以及MATLAB軟件的應(yīng)用，此次研究性學(xué)習(xí)建立了衛(wèi)星姿態(tài)的自動(dòng)控制。

在此次設(shè)計(jì)過程中遇到了很多問題，也接觸到了很多以前不知道的知識(shí)，特別是之前很少接觸過MATLAB軟件，這讓本次設(shè)計(jì)一度陷入停滯階段。后來在圖書館和網(wǎng)絡(luò)上查閱了大量的相關(guān)書籍，并在同學(xué)的細(xì)心指導(dǎo)下安裝了MATLAB軟件并學(xué)習(xí)其使用方法，從而使問題一步步得到了解決，最終成功的完成了此次研究性學(xué)習(xí)。