1、控制技術(shù)與應(yīng)用考試A卷答案一、選擇題（20分，每題2分）1、c 2、a 3 、c 4、b 5、a 6、b 7、b 8、c 9、b 10、c二、判斷題（10分，每題1分）1、 對 2、錯3、錯 4、對 5、對 6、錯 7、對 8錯 9、對10、錯三、問答題（30分，每題10分）1、畫出晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路？晶閘管的工作原理和通斷條件 ？（10分）答；晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和等效電路如下圖： 其工作原理為：晶閘管等效為兩個互補連接的三極管工作分析IGIB2IC2（IB1) IB2 晶閘管的導(dǎo)通條件：在晶閘管的陽極和陰極兩端加正向電壓，同時在它的門極和陰極兩端也加正向電壓，兩者缺一不可。晶閘管的關(guān)斷條件

2、：使流過晶閘管的陽極電流小于維持電流IH。2、步進電動機為什么必須“自動錯位”,自動錯位的條件是什么？（10分）答：步進電動機在設(shè)計時必須注意到在不同相的極下，定、轉(zhuǎn)子齒的相對位置應(yīng)依次錯開去齒距(m為相數(shù))，這樣才能在連續(xù)改變通電的狀態(tài)下，獲得連續(xù)不斷的步進運動。顯然，如果定子所有的磁極沿圓周分布是均勻的，轉(zhuǎn)子齒數(shù)不能是2mp的倍數(shù)，即式中 K1，2，3。否則，當任一相通電時，轉(zhuǎn)子齒都將處于磁路的磁導(dǎo)為最大值的位置上，各相輪流通電時，轉(zhuǎn)子將一直處于靜止狀態(tài)，電動機就不能運行，無工作能力。當轉(zhuǎn)子齒數(shù)適合下列關(guān)系：式中 K0，1，2，3 ，則能滿足自動“錯位”的要求，且相鄰的極就是相鄰的相。3、

3、試敘述串級控制系統(tǒng)的共振是怎樣產(chǎn)生及其消除，并說明消除共振的原因？ （10分）答、串級控制系統(tǒng)的共振是指在控制系統(tǒng)振蕩頻率和控制系統(tǒng)本身的固有振蕩頻率相算或相近時，控制系統(tǒng)將產(chǎn)生大振幅的振蕩觀象。對于一個串級控制系統(tǒng)，假如通過主、副控制器參數(shù)的整定，取得在階躍作用下，主、副變量都有一定衰減比(例如4：1)的過渡過程，那么主、副回路都可以近似地看成是一個二階振動系統(tǒng)：一個系統(tǒng)產(chǎn)生共振，必須是0707，同時外加信號(即外力)的頻率等于或很接近系統(tǒng)的諧振頻率。為分析問題方便，假設(shè)主、副環(huán)路工作頻率與共振頻率分別為、。由上圖可知，如果滿足下列條件：，上式說明主環(huán)工作頻率與副環(huán)共振頻率之比落于副環(huán)的增幅

4、區(qū)域之內(nèi)，而副環(huán)工作頻率與主環(huán)共振頻率之比落于主環(huán)的增幅區(qū)域之內(nèi)。這時，主環(huán)的信號進入副環(huán)會引起增幅，副環(huán)的信號進入主環(huán)也會引起增幅，相當于周期性給給蕩秋千的人施加一個力，而施加的力的頻率又正好與蕩秋千的固有頻率相同，于是秋千會越蕩越高。串級系統(tǒng)在這種情況下，主變量的變化經(jīng)過副變化時，副變量變化會增大，這個增大了的副變量經(jīng)過主環(huán)時，主變量的變化會更大，結(jié)果會使主、副變量的變化越來越大，這就是所說的“共振”現(xiàn)象。從串級控制系統(tǒng)的設(shè)計與運行角度看，為了避免共振現(xiàn)象，應(yīng)該找出對象時間常數(shù)匹配要求和消除共振的方法，應(yīng)該滿足以下條件：、當系統(tǒng)整定成4:1衰減（即）時，系統(tǒng)的工作頻率與其共振頻率非常接近。

5、因為：所以避免共振現(xiàn)象條件應(yīng)該改為以下關(guān)系：、由上述可知，耍消除系統(tǒng)的共振，應(yīng)使主、副對象的時間常數(shù)盡量錯開，即副對象的時間常數(shù)、純滯后時間都小于主對象的時間常數(shù)和純滯后時間；在系統(tǒng)整定時，使副回路單獨工作時的工作頻率遠比主回路工作頻率小，使副回路不滿足共振的條件。即滿足以下關(guān)系：、上式分別從副環(huán)和主環(huán)的角度考慮，從主環(huán)來考慮問題時，他只能保證副環(huán)來的干擾在主環(huán)中不引增幅，但并不能保證主環(huán)來的干擾在副環(huán)不會引起增幅。因此為了保證串級不至產(chǎn)生“共振”，必須滿足的條件是：可以證明，系統(tǒng)的工作頻率與時間常數(shù)成反比關(guān)系，因此當，式中、分別為主、副對象的時間常數(shù)。由此可得當時，可消除共振現(xiàn)象。四、計算題

6、(共40分，每題10分)1、 如下圖a所示，為一單回路控制系統(tǒng)，、，WC(s)WO(s)Wf(s)F(s)Y(s)_+a（1） 圖a所示的控制系統(tǒng)，在階躍信號作用下，分析控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性。（被控量Ys)與擾動F(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù): 由于系統(tǒng)是穩(wěn)定的，在階躍擾動作用下，系統(tǒng)余差(穩(wěn)態(tài)值)可應(yīng)用終值定理求得： 由上式可見對象靜態(tài)特性對控制質(zhì)量右很大影響，是選擇控制參數(shù)的一個重要依據(jù)。擾動通道放大系數(shù)Kf愈大，則系統(tǒng)的余差也愈大，表示在相同階躍擾動作用下，將使被控參數(shù)偏離結(jié)定值愈大。控制通道的靜態(tài)放大系數(shù)Ko愈大，表示控制作用愈靈敏，執(zhí)克服擾動的能力愈強，效果愈顯著。因此，在確定控制參數(shù)時，

7、要使控制通道放大系數(shù)Ko大于擾動通道放大系數(shù)Kf。在工程Ko放大系數(shù)可以通過調(diào)整調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)Kc()來補償。（2）在階躍信號作用下，若干擾通道的特性為分析控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，并畫出在階躍信號和正弦信號作用下，輸出的響應(yīng)曲線。擾動萬對被控參數(shù)y的影響為：(3) 如下圖所示，擾動進入系統(tǒng)的位置不同，試求出對被控參數(shù)影響的大小（圖中W(s)=Kc為調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)，Wv(s)為調(diào)節(jié)閥傳遞函數(shù)、為對象傳遞函數(shù)W m(s)=1為測量變送器的傳送函數(shù)）。Wm(s)WO2(s)W (s)Y(s)+WO3(s)W01(s)F1(s)F2(s)F3(s)Wv(s)X(s)+解：系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：將上面三式

8、進行比較，可見它們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過渡過程。但是，上述三式的分子不同，因而最大偏差和超調(diào)晨是不一樣的，由擾動F3起的最大偏差和超調(diào)量最九F2次之，而F1最小。擾動F1靠近調(diào)節(jié)閥Wv(s)，距離被控參數(shù)Y最遠，從上述分析可知，F(xiàn)1對Y影響最小。所以，擾動愈靠近凋節(jié)閥，愈遠離被控參數(shù)，控制方案愈佳。2、 有一臺比例積分調(diào)節(jié)器它的比例度為50積分時間為l min。開始時，測量、給定和輸出都在50，當測量變化到55時，輸出變化到多少?1mm后義變化到多少? （10分）解：比例積分調(diào)節(jié)器的輸出和輸入的關(guān)系為：如果輸入為一階躍信號，則相應(yīng)的輸出為：當測量由50躍變到

9、55的一瞬間時間t0。已知調(diào)節(jié)器的比例度積分時間Ti1min,代入上式可得：即輸出變化為10加上原有的50所以輸出躍變到60，1min后，輸出變化為:加上原有的50所1min后輸出變到50%+20%=70% 3、下圖 中（a）是一個串級控制系統(tǒng)，（b）是個單環(huán)控制系統(tǒng)，試根據(jù)計算分析說明串級控制系統(tǒng)比單回路控制系統(tǒng)更能夠很好的抑制住干擾信號D2(s)（10分）解：進入副回路的二次干擾D2至主控量y1的傳遞函數(shù)則在二次干擾作用下的串級控制系統(tǒng)主控量與單回路系統(tǒng)主控量大小之比值為：先假定Gc(s)= Gc1(s), Gm(s)= Gm1(s),可見上式分母比分子多一項，而這一項的乘積的數(shù)值一般比較大，因此上式的值遠小于1的，與單回路控制系統(tǒng)相比，被控量受到到二次干擾后的影響往往可以小到單回路的10100倍。4、 前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)適用于什么場合?有某前饋反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其對象干擾通道的傳遞函數(shù)為，調(diào)節(jié)通道的傳遞函數(shù)為，反饋調(diào)節(jié)器用PID規(guī)律，試設(shè)計前饋調(diào)節(jié)器，并畫出前饋反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的方框圖，畫出于擾在單位階躍作用下前俏調(diào)節(jié)器的輸出。（10分）解：前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點是按照干擾作用的大小進行調(diào)節(jié)的，當某一干擾出現(xiàn)后，調(diào)節(jié)器就對調(diào)節(jié)參數(shù)進行調(diào)整，來補償干擾對被調(diào)參數(shù)的影響。它調(diào)節(jié)及時，并且不受系統(tǒng)滯后大小的限制。前饋調(diào)節(jié)器是開環(huán)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，前