维修电工技师、高级技师取证辅导-自动控制系统的基础知识课件.ppt

1、考试范围4自动控制系统的基础知识考试内容1自动控制系统的基本概念 自动控制是指在人不直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象自动地按照预定的规律运行或变化。自动控制系统是指能够对被控对象的工作状态进行重点控制的系统，一般由控制装置和被控对象组成的。自动控制系统的分类 1）按系统的结构特点分类（1）开环控制系统 特点是系统输出量对系统的控制作用没有直接影响。（2）闭环控制系统 特点输出量对系统的控制量经测量后反馈到输入端，故对系统的输出量形成了闭合回路。（3）复合控制系统 是开环与闭环控制的结合。自动控制系统的分类 2）按输入量的特点分类（1）恒值控制系统 系统输入量是恒值，要求系统输出量保持相

2、应恒值。（2）随动系统 系统输入量是随意变化的，要求输出量能以一定精度随输入量的变化作相应恒值变化。（3）程序控制系统 系统的控制作用按预先制定的规律变化。自动控制系统的分类 3）按系统输出量与输入量的关系分类（1）线性控制系统 输出与输入量之间为线性关系，特点是可用叠加原理分析。（2）非线性控制系统 系统中具有非线性的环节，只能用非线性微分方程来描述。试题选解 自动控制系统按输入量的特点分为恒值控制系统、随动系统和（）A线性控制系统 B非线性控制系统 C闭环控制系统 D程序控制系统 答案：D考试内容2自动控制系统的性能及基本规律 自动控制系统的基本要求有：1、稳定性 是衡量系统能否正常工作的

3、首要指标，是衡量系统在过度过程中的振荡倾向和重新平衡状态的能力。2、快速性 要求系统有一定的相应速度。3、准确性 是指系统建立平衡状态之后，被控制量偏离期望值的误差大小，它描述了系统的稳定精度，因此，又分为有差系统和无差系统。自动控制系统的性能指标 1、静态指标 反映了系统静态运行中的性能，主要有调速范围D、静差率s、调速平滑性和稳定误差。2、动态指标反映了系统动态运行中的性能，主要有最大超调量、上升时间tr、调整时间ts及振荡次数N等。3、经济指标 有投资费用、电能消耗费用和维护费用试题选解 调速系统的调速范围D、静差率s两个指标（）。A互不相关 B相互制约 C互相补充 D无法判断 答案：B

4、考试内容3有静差直流调速系统 晶闸管直流调速系统常用各种反馈，如速度负反馈、电压负反馈和电流正反馈等，以提高调速的精度和机械特性的硬度、扩大调速范围，达到自动调速的目的。有静差知道调速系统中的放大器，是一个具有比较放大作用的PI调节器，它必须依靠实际转速与给定转速的偏差才能实现转速控制作用，这种系统不能清除转速的稳定误差，所以叫有差调速。如图转速负反馈有静差直流调速系统转速负反馈的特点 1、系统根据给定量与反馈量之差来进行调节的，是有静差的调速。2、提高环节放大倍数K，可以减少静误差，扩大调速范围；但K要系统稳定性限制。电压负反馈的调速性能不如转速负反馈调速系统的结构简单、维修方便。适用于静差

5、性能要求不高的生产机械，常用于调速范围D小于等于10、静差率s=15%-30%的场合。带电流正反馈的电压负反馈直流调速系统 这种调速系统的调速范围没有转速负反馈系统那样宽，适于D20、s10%的场合。带电流截止负反馈环节的转速负反馈直流调速系统的特点 正常工作时转速负反馈起作用，具有硬的静特性，在启动、制动、堵转和过载时，电流截止负反馈起作用，自动限制电枢电流，从而保护晶体管和电动机，避免大电流冲击造成电动机换向困难。试题选解 在调速系统中，当电流截止负反馈参与系统调节作用时，说明调速系统主电路电流（）。A 增大 B减小 C不变 D过大 解：在启动、制动、堵转和过载时，电流截止负反馈起作用，自

6、动限制电枢电流，从而保护晶体管和电动机。答案：D考试内容4无静差直流调速系统 系统的被调量在静止时完全等于系统的给定量，系统的被调量在静止时完全等于系统的给定量，其输入偏差为其输入偏差为0.常引入积分作用的常引入积分作用的PI调节器作为调节器作为转速调节器。常用的有以下两种。转速调节器。常用的有以下两种。1、转速单闭环无静差直流调速系统、转速单闭环无静差直流调速系统 该系统理论该系统理论上说，可以达到无静差调速，但实际上，由于运上说，可以达到无静差调速，但实际上，由于运算放大器存在零漂、测速发电机有误差、电容器算放大器存在零漂、测速发电机有误差、电容器漏电等原因，吃系统仍然存在一定的静差，但比

7、漏电等原因，吃系统仍然存在一定的静差，但比有静差调速系统小的多。有静差调速系统小的多。2、转速、电流双环直流调速系统、转速、电流双环直流调速系统 有调节转速的有调节转速的转速调节器和调节电流的电流调节器两个。转速调节器和调节电流的电流调节器两个。转速负反馈组成的闭环称转速环，作为外环（主环），以保证电动机的转速准确的跟随给定值，并抵抗外来干扰。电流负反馈组成的闭环称电流环，作为内环（副环）以保证动态电流为最大值并保持不变，是电动机快速起动和制动，同时起限流作用，并对电网电压波动起抗干扰作用。双闭环的特点：系统性能好；有较理想的“挖掘机特性”；有较好的动态特性；过度过程短；起动时间短；稳定性好；

8、抗干扰能力强；两个调节器可以分别设计和整定、调试。试题选解 转速、电流双环直流调速系统，在负载变化时出现偏差，消除此偏差主要靠（）。A 电流调节器 B 电压调节器 C转速调节器 D转速、电流调节器 答案：C考试内容5 可逆直流调速系统 什么是可逆直流调速系统？许多生产机械需要正、反两个方向旋转，这一直流调速系统称为可逆直流调速系统。分为电枢可逆调速和磁场可逆调速。励磁反接可逆调速系统对调速装置的容量要求小，只适用于快速性要求不高、正反转不太频繁的大容量机械设备；电枢反接可逆调速系统对调速装置容量要求大，由于电枢回路电感量小，因而反向快速性好，适用于频繁启动、制动，要求正反转过度时间短的生产机械

9、。典型的是两级晶闸管装置反并联的可逆线路如图 VF是正组变流器，供电时电动机正转；VR为反组变流器供电时电动机反转；两组变流器反并联联接，分别由两套触发装置控制，灵活控制电动机可逆运行，为防止电源短路，两组整流器不能同时整流。环流 是指不流过电动机而直接在两组变流器之间流通的短路电流。环流可分为稳态环流和动态环流两大类。环流会增加损耗、降低效率，过大的环流还可以损坏晶闸管，因此必须抑制。但是少量的环流也有利于电流的连续，保证电流的无间断反向，加速反向时的过度过程。因此可利用环流来提高系统的高度过程。试题选解 为防止电源短路，在有环流可逆调速系统中，两组变流器不能同时处于（）。A待逆变状态 B逆

10、变状态 C整流状态 D无法判断 答案：C考试内容6异步电动机串级调速系统 何谓串级调速？由于绕线式电动机转子可以通过集电环与外部电气设备连接，而对转子引入控制变量以实现调速，主要是调节转子电动势调速。由于这种调速方法可以将串入附加电动势而增加的转差功率，回馈到电网或者电动机轴上，因此它属于转差功率回馈型调速方法。串级调速 在转子回路中不串入电阻，而是串入附加电动势来改变转差功率，同样可以改变转差率，实现调速，这种调速方法称为串级调速。1)当 Ef 与E2 两者的频率相同、相位相反时转子串入 后将引起如下的变化过程：转子串入 后将引起如下的变化过程：2)当 Ef 与E2 两者的频率相同、相位相同

11、时1.低同步晶闸管串级调速系统的主电路组成：主要由绕线转子异步电动机M，三相桥式二极管整流器UR、三相桥式晶闸管有源逆变器UI、逆变变压器TI、平波电抗器Ld等部分组成。晶闸管串级调速系统2.工作原理 在不计电动机转子绕组和逆变变压器漏抗等影响时，转子直流回路的电压平衡方程为 在电动机拖动恒转矩负载情况下，当T=TL时，电动机稳态运行，其转子电流 I2 和直流电流 Id 均保持定值。当使触发超前角增大时，电动机的升速过程为3.闭环串级调速系统优点：保证系统既具有较硬的机械特性，又具有响应速度快、抗干扰能力强、易于过电流保护等。转速、电流双闭环串级调速系统试题选解 晶闸管低同步串级调速系统工作时

12、，晶闸管有源逆变器的触发超前角一般为（）度。A30-60 B30-90 C60-90 D90-120 答案：B鉴定点7有环流可逆调速系统1.=工作制配合控制 在=配合控制的条件下，没有直流平均环流，但由于整流组的输出电压和逆变组的逆变电压的瞬时值并不相同，故还存在瞬时脉动环流。因此，把这种可逆调速系统称为=配合控制的有环流可逆调速系统。定义 这种保持正、反组变流器的=，即一组变流器工作而另一组变流器处于等待工作的状态的控制方式，称为=工作制配合控制。2.系统的组成和原理 LL为环流电抗器 Ld为平波电抗器 ASR和ACR都采用PI调节器，分别 为转速、电流调节器 GTF、GTR分别为正、反组晶

13、闸管 的触发装置 AR为反号器 KF和KR用于切换可逆系统的正、反向运行时所需的给定电压Ug 的极性=配合控制的有环流可逆调速系统的原理框图3.系统的工作过程 以正转制动为例，整个制动过程可按电流方向的不同，分为本组逆变和它组制动两个阶段。优点：响应迅速突出。缺点：需要添置环流电抗器，且损耗较大。适用：只适用于中小容量的调速系统。试题选解 有环流可逆调速系统消除直流环流的条件是（）A FR B F=R C fR D FR 答案：D考试内容8无环流可逆调速系统 逻辑无环流可逆调速系统目前应用很广泛。它采用无环流逻辑控制装置来鉴别系统各种运行状态，严格控制两组触发脉冲的发出和封锁，能准确无误地控制

14、两组晶闸管变流器交替工作，从根本上切断了环流通路，使系统既没有直流平均环流，也没有瞬时脉动环流。1、无环流可逆调速系统的组成和工作原理 系统采用转速、电流双闭环系统，并采用了两套电流调节器ACR1和ACR2，分别控制正反两组触发装置GTF和GTR。省去了环流电抗器。增设了无环流逻辑控制装置DLC，其功能是：当VF工作时，封锁VR使之完全阻断；当VR工作时，封锁VF，确保在任何情况下，两组变流器不能同时工作，切断环流的通路。因此，DLC是逻辑无环流可逆系统中的关键部件。如图2.可逆系统对无环流逻辑控制装置的要求1)必须由电流给定信号(即转速调节器ASR的输出Us)的极性和零电流检测信号Ui共同发出逻辑切换指令。2)发出切换指令后，必须经过封锁延时时间t(对三相全控桥来说约为23ms)才能封锁原导通组脉冲，以确保主电路电流为零；再经过开放延时时间t2(对三相全控桥而言约为57ms)才能开放另一组脉冲，以确保原导通组的关断。3)任何情况下，两组晶闸管绝对不允许同时加触发脉冲，一组工作时，必须严格封锁另一组的触发脉冲。3、无环流逻辑控制装置 由电平检测、逻辑判断、延时电路和连锁保护4个环节组成。试题选解 逻辑无环流可逆系统，在无环流逻辑控制装置DLC中，设有多“1”连锁保护电路的目的是使正反组晶闸管（）。A同时工作 B不同时工作 C具有相同的触发延时角 D具有相同的触发角 答案：B