596#自动控制系统.docx
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596#自动控制系统
自动控制系统1
一、判断下面结论或言论是否正确，如果正确在该结论或言论的后面的括号内标上（√）；反之标上（╳）。
1、抑制定理告诉我们：
对于反馈环内的元件参数发生变化时，闭环系统有抑制能力。
对于反馈环外的元件参数发生变化时，闭环系统无抑制能力（）
2、如果两个控制系统的控制方程组完全相同，那么这两个控制系统的运行轨迹和转步信号就完全相同。
（）
3、在一个至少有6个偶数结点的联通域内，如果结点总数有9个，那么机器人就能不重复的走遍该联通域内的每一条支路。
（）
4、纯电压负反馈调速系统是一个自然稳定性系统。
（）
5、在Simulink仿真模型中，无论何种组合都应该有输出显示模块。
（）
6、在Simulink仿真模型中，改变示波器的采样时间可以控制实际用时的快慢。
（）
7、使用封装技术可以将子系统“包装”成有自己的图标和参数设置对话窗口的一个单独的模块。
（）
8、无静差调速系统的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。
（）
9、如果PWM变换器的电压输出波形只有一种极性，那么该PWM直流调速系统一定是由不可逆PWM变换器构成。
（）
10、可逆调速系统一定用于生产工艺要求电动机可逆运行的场合。
（）
11、对新购调速器需要先进行参数自动优化然后才能进行调速器的软件组态。
（）
12、自动控制系统中环的个数会受到状态变量的多少、生产工艺要求的限制。
（）
13、在PWM直流调速控制系统中，大功率开关的频率越高，控制系统的失控时间也就越
短。
（）
14、反并联可逆转速、电流双闭环调速系统能解决最优时间起、制动的问题。
（）
15、带电压内环的三环调速系统性能与带电流微分负反馈的三环调速系统性能作用基本相
同。
（）
16、在双闭环不可逆调速系统中，如果实现无转速超调只能采用增加转速微分负反馈的方案来解决。
（）
17、在不可逆调速系统中不会发生本桥逆变现象。
（）
18、如何准确、迅速的显示与控制系统的状态变量是HMI研究的主要问题。
（）
19、在HMI设计中用手动操作的器件文字说明，应在器件的上方。
（）
20、模糊数学是一门用定量的、精确的方法来研究和处理模糊性事物的学科。
（）
21、PROFIBUS的通讯传输距离与传输速率成反比。
（）
二、填空题
图2-1某可逆调速系统的制动过程波形
在括号内或待画图内填写适当的词语或绘制曲线使下面的结论或波形正确。
1、某可逆调速系统的制动过程波形如图2-1所示，详细分析此图填空回答如下问题：
①t1～t2属于制动过程的（）阶段。
②t3～t4属于制动过程的（）阶段。
③t4～t6属于制动过程的（）阶段。
2、参数自动优化的一般原则是：
在保证控制系统（）的条件下，使系统的输出跟随给定的速度（）并且动态误差最小。
3、调节器的参数设计的基本原则是：
先设计（），后设计（）。
三、选择题
（每一小题由四种结论或实验结果组成，至少有一种结论或实验结果是正确的，但是不可能四种结论或实验结果都是正确的。
请选择你认为是正确的结论或实验结果并在括号内用“√”注明。
）
1、有两种PROFIBUS-DP网络连接方法如图3-1所示，假设“on”的左端是黑色时，表示内部终端电阻已经接入，否则没有接入。
你认为：
图3-1
A）A网络的连接方法是正确的；（）B）B网络的连接方法是正确的；（）
C）两个网络的连接方法都正确；（）；D）两个网络的连接方法都不正确（）
A）
图3-2（B）是修改ASR的“P”或“I”参数所出现的仿真结果。
（）
B）图3-2（B）是修改ACR的“P”或“I”参数所出现的仿真结果。
（）
C）图3-2（B）是修改ASR的正向输出限幅值所出现的仿真结果。
（）
D）图3-2（B）是修改ACR的正向输出限幅值所出现的仿真结果。
（）
图3-3
3、已知某双闭环可逆调速系统的仿真实验电路的仿真结果如图3-3（A）所示，将该仿真实验电路中的一个模块参数修改后，出现的仿真结果如图3-3（B）所示。
对此有如下结论：
A）图3-3（B）是仿真电网电压波动，出现的仿真结果。
（）
B）图3-3（B）是仿真转速给定电压突然增大，出现的仿真结果。
（）
C）图3-3（B）是仿真负载电流突然增大，出现的仿真结果。
（）
D）图3-3（B）是仿真负载电流突然减少，出现的仿真结果。
（）
4、图3-4所示是四种调速控制系统的主电路，对于这些主电路有如下结论：
图3-4
A）D）图正确（）。
B）C）图正确（）。
C）B）图正确（）。
D）A）图正确（）
5、在无环流可逆调速控制系统中，主电路是由两个三相全控桥构成的正组桥和反组桥。
已知在系统制动过程中，只要在0.02/6秒内电流没有出现，逻辑控制装置就认为本桥逆变就已经结束。
如果正组桥（或反组桥）中有一个晶闸管烧断，在系统制动时，造成本桥逆变颠覆的原因是：
A）此时逻辑控制装置误认为本桥逆变已经结束，提前封锁了本桥。
（）
B）此时逻辑控制装置误认为本桥逆变已经结束，延时封锁了本桥。
（）
C）此时逻辑控制装置误认为反组桥制动已经开始，提前开放了反组桥。
（）
D）此时逻辑控制装置误认为反组桥制动已经开始，延时开放了反组桥。
（）
图3-6
6、图3-6是两种用电压负反馈近似代替转速负反馈控制的电路。
此有如下结论：
A）图3-6（A）所示控制系统的结构合理。
（）
B）图3-6（B）所示控制系统的结构合理。
（）
C）图3-6所示两种控制系统的结构都合理。
（）
D）图3-6所示两种控制系统的结构都不合理。
（）
7、某调速系统的仿真模型电路如下图3-7所示。
为避免同一桥臂上下两个开关管同时导通现象发生，应调节什么模块的参数？
图3-7
A）在图3-7中调节Switch和Switch1这两个模块中的有关参数可以控制两个开关管的死区时间。
（）
B）在图3-7中调节Relay和Relay1这两个模块中的有关参数可以控制两个开关管的死区时间。
（）
C）在图3-7中调节Relay和Switch1这两个模块中的有关参数可以控制两个开关管的死区时间。
（）
D）在图3-7中调节Relay1和Switch1这两个模块中的有关参数可以控制两个开关管的死区时间。
（）
图3-8
8、图3-8所示，是某水渠水位通过（MT500）触摸屏显示的画面，当手触摸水渠中上部时水位上升；当手触摸水渠中下部时水位下降。
能实现此功能的关键元件是：
A）1个棒图元件、1个多状态设定元件和1个数值输入元件。
（）
B）1个棒图元件、2个多状态设定元件和1个数值显示元件。
（）
C）1个棒图元件、2个多状态设定元件和1个数值输入元件。
（）
D）1个棒图元件、1个多状态设定元件和1个数值显示元件。
（）
9、当直流调速器发生故障时，有故障显示，但实际上并没有发生此故障。
一般情况下此类故障的原因可能是：
A）故障检测元件出问题或故障信息处理系统出问题。
（）
B）调速器故障自诊断系统所指示的“故障”元件的周围器件、导线和焊盘受损（）
C）接触不良或受电磁干扰等原因。
（）
D）控制电路开关电源工作不正常。
（）
10、图3-10是控制系统的三种控制柜的安装方法，根据此图，在下列结论中选出你认为是正确的结论。
图3-10
A）图3-10（A）所示控制系统的安装方法是正确的。
（）
B）图3-10（B）所示控制系统的安装方法是正确的。
（）
C）图3-10（C）所示控制系统的安装方法是正确的。
（）
D）在图3-10（A）、（B）和（C）所示控制系统的安装方法都是错误的。
（）
四、问题分析
1、如图4-1A）、B）所示两个可逆调速控制系统在控制功能上主要都有哪些异同？
图4-1
2、在有环流可逆调速系统中，为什么要增加抑制环流峰值的电抗器？
试证明其理论根据？
。
3、创建工程画面与组态工程画面有什么区别？
参考答案：
答：
1、都是典型配合控制的有环流可逆系统；主电路都是独立电源供电；环流的大小都是可控或可调；
图4-1A）所示系统环流的大小能够随着负载的增加而自动减少。
2、因为在平均电流相同的条件下，环流的峰值越高控制系统的功率消耗就越大，所以为了降低系统的功率消耗对于有环流可逆调速控制系统需要增加抑制环流峰值的电抗器。
假设可逆调速控制系统两晶闸管整流器之间的等效电阻为R，环流瞬时值是
；在同一周期内，两个平均值相同，幅值不同的直流电流如答图4-2所示。
答图4-2
∵由功率消耗定义可得：
∵
（或
）
∴幅值越高所消耗的电能也就越大。
∴在有环流可逆调速控制系统中为了减少两电源之间在等效电阻上的消耗，在非电枢回路上增加均衡电抗器达到限制脉动环流的幅值，实现降低功率损耗的目的。
3、创建工程画面主要完成确定操作单元型号（触摸屏种类、型号）及其与通讯的PLC型号。
组态工程画面主要使用静态元素和动态元素组合完成人与机器都能认识画面。
五、设计题
图5-1送货机器人（小车）运行轨迹
1、已知电动机Ｍ1带动小车左右运动；电动机Ｍ2带动小车上下运动。
生产工艺要求的运动轨迹如图5-1所示。
假设：
KM1得电小车向右运行，KM2得电小车向左运行；KM3得电小车向上运行，KM4得电小车向下运行。
生产工艺要求：
按动启动按钮S1时小车的运行轨迹如图5-1（A）所示；按动启动按钮S2时小车的运行轨迹如图5-1（B）所示；按动启动按钮S3时小车的运行轨迹如图5-1（C）所示；当小车在运行期间按动按钮S4时小车能以最短的路径返回初始原点（A）。
试设计满足该运动轨迹的运动控制的输出方程组和控制方程组。
2、在上述已知条件基础上，假设电动机Ｍ1和Ｍ2都是直流电动机并且分别由两个逻辑环流双闭环可逆直流调速器驱动，如图5-2所示，生产工艺要求每一步的运行速度都相同，但是速度的大小可调。
该调速器的部分控制端子的功能说明参见表5-1，图5-2已经完成了部分原理图绘制，试补充绘制完成直流调速器的控制原理图的设计。
表5-1590系列调速器部分控制端子功能
端子号
功能
A4
速度给定端。
当A4=+10V时，电动机的转速达到正向最高速；当A4=-10V时，电动机的转速达到反向最高速；当A4=0V时，电动机的转速为零。
A6
电枢电流限幅端。
当A6=+10V时，正向电枢电流的限幅为200%；当A6=-10V时，反向电枢电流的限幅为200%最高速。
B1
0V
B3
+10V电源
B4
-10V电源
B8
急停控制端。
当B8=0V（或悬空）时，调速器紧急停止。
当B8=24V时，急停不起作用。
C3
起动控制端。
当C3=24V时，调速器起动运行，转速稳定后等于“A4”的设定值。
当C3=0V时，调速器不能运行。
C5
控制信号允许输入。
当C5=24V时，给电动机施加励磁电压；当C5=0V（或悬空）时，电动机无励磁电压。
C9
+24V电源
参考答案：
1、解：
1）定义程序步及转步信号：
根据程序步的定义可知此运行轨迹的可分为如下7步K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7，如图5-1所示。
每步的转步信号分别设为ST1、ST2、ST3、ST4、ST5，如图5-1所示。
图5-1
2）写出逻辑代数方程组：
根据运动轨迹可以直接写出该控制系统的输出方程组：
→
←
↑
↓
设急停按键为ST，那么满足图5-1所示运行轨迹的控制方程组为：
其中，KA0、KA1、KA2、KA3和KA4是辅助继电器。
2、在原理图内只要能表达出如下内容就给相应的分数如图5-2所示：
图5-2
图5-2主控制电路接线原理图
自动控制系统2
一、判断下面结论或言论是否正确，如果正确在该结论或言论的后面的括号内标上（√）；反之标上（╳）。
1、反馈定理告诉我们：
要想维持一个物理量不变或基本不变，就应该引入这个物理量的负反馈与给定相比较，形成闭环系统。
（）
2、逻辑代数等式的左端是运动控制线路的线圈符号，逻辑代数等式的右端是运动控制线路的触点符号。
（）
3、在一个连通图内，如果物体的运动轨迹的结点有N（>2）个奇数结点，那么被控物体需要使用N/2次才能不重复的走完每一条轨迹。
（）
4、带电流正反馈的电压负反馈调速系统能完全取代转速负反馈调速系统。
（）
5、控制系统计算机仿真的目的是：
缩短控制系统的设计周期。
（）
6、在Simulink仿真模型中，使用M文件S函数会增加实际用时的时间。
（）
7、封装技术可以使子系统参数在修改时变的快速、隐蔽。
（）
8、在双闭环调速系统中，如果在突加给定起动时电动机的电枢电流超过最大允许值，应增大电流反馈系数
，可以降低电动机的电枢电流。
（）
9、在双闭环调速系统中，当系统的固有参数一定时，电流调节器的输出Uct主要取决于转速给定Un*和负载IdL的大小。
（）
10、可逆PWM变换器的电压输出波形在每个周期内一定有两种极性。
（）
11、晶闸管—电动机系统需要快速回馈制动时，最佳方案是采用反并联可逆线路。
（）
12、在PWM调速控制系统中，失控时间TS的大小与电网频率的高低有关。
（）
13、在PWM直流调速控制系统中，大功率开关的频率越高，电枢电流也就越容易连续。
（）
14、在PWM直流调速控制系统中，双极式控制方法下的电枢电流不会产生电流断续现象。
（）
15、在带电流截止环节的转速负反馈调速系统中，如果截止比较电压发生变化，对该系统运行段的静特性没有影响。
（）
16、在双闭环可逆调速系统中，任何实现无转速超调的方法，都会出现速度调节器ASR超调的现象。
（）
17、在主电路中，只要没有抑制环流的电抗器，就是逻辑无环流可逆调速系统。
（）
18、人能读懂，机器也能认识的这个界面称为“人机界面”。
（）
19、在HMI设计中控制件与其相应的显示应尽可能的靠近，控制件在显示的下方或者右方。
（）
20、对于有控制规律的被控对象一般不使用模糊控制技术进行控制。
（）
21、PROFIBUS-DP是一种经过优化过的高速通讯连接，适用于对时间要求苛刻的执行器级和传感器的高速数据传输，主要应用于过程自动化。
（）
二、填空题
在括号内或待画图内填写适当的词语或绘制曲线使下面的结论或波形正确。
图2-2
1、当一组的平均整流电压不大于另一组的平均逆变电压时，所产生的环流称为（）环流。
2、某可逆调速系统的转速、电流起动与制动波形如图2-3所示，如果Idm=2Ie；Idl=Ie（反抗性恒转矩负载）；tf=2s,那么tr≈（）s。
3、如果直流调速器通电后无任何显示，此类故障一般是直流调速器（）的开关电源不工作，影响开关电源工作状态的可能原因是：
开关电源的（）条件损失；在开关电源内起开关作用的（）损坏。
4、没有链接到PLC或网络上的文本块和图形称为（）显示元素。
它们的特点是运行时这些元素与外界（）关系。
三、选择题
（每一小题由四种结论或实验结果组成，至少有一种结论或实验结果是正确的，但是不可能四种结论或实验结果都是正确的。
请选择你认为是正确的结论或实验结果并在括号内用“√”注明））
1、某PROFIBUS-DP网络如图3-1所示，此网络共有四个触摸屏，如果每次开机运行时总有一个触摸屏与网络无法通讯，可能的原因是：
图3-1
A）四个触摸屏的网络连线都接触不良。
（）
B）四个触摸屏的地址设置有误。
（）
C）同一个触摸屏程序分别下载到了两个触摸屏内。
（）
D）在主站中设置选择触摸屏数量参数不正确。
（）
2、在HMI、PLC和调速器之间使用PROFIBUS-DP网络进行通信，有如下特点:
A）能取代24V及4～20mA并行信号线，但不能降低PLC的I/O点数。
（）
B）能取代PLC和调速器之间的并行信号线，但不能降低PLC的I/O点数。
（）
C）能取代PLC和调速器之间的并行信号线，还能降低PLC的I/O点数。
（）
D）HMI和PLC之间使用PROFIBUS-DP网络才能实现高速传输的通信任务。
（）
3、某PWM调速控制系统的主电路如图3-3所示，如果电流①的流经路径是：
US+→VT1→电机M→VT4→US-，那么电流②的流经路径是：
图3-3
A）US+→VT3→电机M→VT2→US-。
（）
B）US-→VD2→电机M→VD3→US+。
（）
C）US-→VD2→电机M→VT3→US+。
（）
D）US-→VT2→电机M→VD3→US+。
（）
4、PROFIBUS由三种互相兼容的模块构成，其特点如下：
A）PROFIBUS-FMS是用以完成高速传输速度的通信任务。
（）
B）PROFIBUS-DP是一种优化过的模块，适用于对时间要求苛刻的场合。
（）
C）PROFIBUS-PA用于对安全性要求不高的过程自动化场合。
（）
D）PROFIBUS用以取代价格昂贵的动力电源线。
（）
5、图3-5是两种全状态反馈调速系统的主电路原理框图。
对此有如下结论：
图3-5
A）图3-5（A）所示控制系统主电路的结构合理。
（）
B）图3-5（B）所示控制系统主电路的结构合理。
（）
C）图3-5所示两种控制系统的控制主电路结构都合理。
（）
D）图3-5所示两种控制系统的控制主电路结构都不合理。
（）
6、某生产工艺要求对机器人小车的运动轨迹如图3-6所示。
假设按动启动按钮1Q时小车的运行轨迹如图3-6（A）所示；按动启动按钮2Q时小车的运行轨迹如图3-6（B）所示；按动启动按钮3Q时小车的运行轨迹如图3-6（C）所示。
对于此控制系统的程序步可以分为：
图3-6
A）6步。
（）B）11步。
（）C）16步。
（）D）27步。
（）
7、控制柜外壳的基本设计原则之一是：
A）发热量最大并且最重的器件放在控制柜的下部。
（）
B）发热量较小并且最重的器件放在控制柜的下部。
（）
C）易损部件的上方不能放置控制器件。
（）
D）多个发热量较大的器件不能并排放置。
（）
图3-8
8、某可逆调速系统的逻辑切换装置的原理图如图3-8所示，对于VD2、C2和VD1、C1的作用有如下结论：
A）VD2、C2的作用是延迟开放非工作组立即封锁工作组。
（）
B）VD2、C2的作用是延迟封锁工作组延迟开放非工作组。
（）
C）VD1、C1的作用是延迟开放非工作组延迟封锁工作组。
（）
D）VD1、C1的作用是立即开放非工作组立即封锁工作组。
（）
9、某速度调速器的给定通过MT500触摸屏进行设定如图3-9所示，当手触摸速度给定表的右半部时给定增大同时指针顺时针旋转；当手触摸速度给定表的左半部时给定减少同时指针反时针旋转。
能实现此功能的关键元件是：
图3-9
A）1个表针元件和2个多状态设定元件。
（）
B）1个表针元件和2个数值输入元件。
（）
C）1个表针元件、2个多状态设定元件和1个数值显示元件。
（）
D）1个表针元件、2个数值输入元件和1个数值显示元件。
（）
图3-10
10、图3-10是控制系统的两种接地方法，根据此接地，选出你认为可能是正确的结论。
A）图3-10（A）所示控制系统的接地方法是正确的。
（）
B）图3-10（B）所示控制系统的接地方法是正确的。
（）
C）图3-10中，两种接地方法都是正确的。
（）
D）图3-10中，两种接地方法都是错误的。
（）
五、设计题
图5-1氧化-染色自动化流水线工艺流程
某氧化-染色自动化流水线有一套挂具，当挂具装上料之后，按起动按钮S1或S2时，该挂具自动上升进入流水线，运行轨迹如图5-1A）或图5-1B）所示上；当下料时，该挂具压动行程开关ST5而停止下降。
当按急停按钮“S4”时，挂具就地停止。
已知条件：
1）该挂具的三个运动方向用一个电动机M1驱动，接触器线圈KM1得电，电动机M1正转，挂具上升、左行和向后运动；线圈KM2得电，电动机M1反转，挂具下降、右行和向前运动。
其运动方向由换向器控制，控制换向器分向的三个接触器是：
KC1得电，挂具作垂直运动；KC2得电，挂具作水平运动；KC3得电，挂具作前后运动。
2）ST1、ST2、ST3、ST4为挂具到达各槽口的行程开关，ST5、ST6、ST7、ST8为挂具到达各槽底时的行程开关，ST9、ST10为挂具在各槽内作涮水运动时的上限位行程开关，ST11、ST12为挂具水平左行的起点与终点的行程开关，挂具在氧化槽内的氧化时间为t（t≠0）。
1、试设计满足此生产工艺要求的控制线路的输出方程组和控制方程组。
2、在上述已知条件基础上，假设电动机Ｍ1是交流异步电动机并且由带能耗制动单元的变频调速器驱动，如图5-2所示，生产工艺要求垂直运动速度可调，水平运动速度固定为30Hz，前后运动速度固定为40Hz。
该调速器的部分控制端子的功能说明参见表5-1，图5-2已经完成了部分原理图的绘制，试补充绘制完成变频调速器的控制原理图的设计。
（10分）
表5-1富士系列变频器部分控制端子功能
端子号
功能
FWD
正转控制端。
当FWD与COM接通时，电动机正转；当FWD悬空时，电动机停止正向运行。
REV
反转控制端。
当REV与COM接通时，电动机反转；当REV悬空时，电动机停止反向运行。
X1
固定频率控制端，默认频率为30Hz。
当X1与COM接通时，电动机以给定30Hz的频率转动，旋转方向取决于FWD和REV，其它给定频率失效。
X2
固定频率控制端。
默认频率为40Hz。
当X2与COM接通时，电动机以给定40Hz的频率转动，旋转方向取决于FWD和REV，其它给定频率失效。
图5-2变频器的控制电路接线原理图
参考答案：
解：
1、1）定义程序步及转步信号：
根据程序步的定义可知此运行轨迹的可分为如下18步如图5-1所示。
2）写出逻辑代数方程组：
根据运动轨迹可以直接写出该控制系统的输出方程组：
那么满足图5-1所示运行轨迹的控制方程组为：
图5-1
其中，KMU1、KMU2是辅助继电器。
2、如图5-2所示
图5-2
自动控制系统3
一、判断题（请判断下述论述的正误，在正确论述后的括号内划“√”，在错误论述后的括号内划“×”。
）
1.在两个控制系统中，如果执行机构的动作状态和驱动目标没有发生变化，那么这两个控制系统的控制方程组就完全相同。
（）
2.在一个连通图内，如果物体的运动轨迹的结点有N（>2）个奇数结点，那么被控物体需要使用N/2次才能不重复的走完每一条轨迹。
（）
3.智能控制系统的三要素是：
智能信息、智能反馈和智能控制决策。
（）
4.带电流正反馈的电压负反馈调速系统能完全取代转速负反馈调速系统。
（）
5.封装技术可以使子系统参数在修改时变的快速、隐蔽。
（）
6.在双闭环调速系统中，当系统的固有参数一定时，电流调节器的输出Uct主要取决于转速给定Un*和负载IdL的大小。
（）
7.在转速电流双闭环调速系统中，当电动机过载甚至堵转时，由于电流
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