板带箔轧制的厚度自动控制系统
金属加工产品广泛应用于建筑业、容器包装业、交通运输业、电气电子工业、机械制造业、航空航天和石油化工等各工业民用部门，其生产和消费水平已成为衡量一个国家工业发达程度的重要标志之一。
作为有色金属加工行业的设计研究单位，洛阳有色金属加工设计研究院早在1989年就自行设计研制出1400mm、1200mm、1300mm、1450mm、800mm 等各型全液压不可逆铝带箔冷轧机，1300mm 可逆铝带坯热轧机，560mm、850mm 全液压可逆铜带冷轧机，以及可逆钢带冷轧机的自动厚度控制配套系统，并积极开展铝板带箔厚度自动控制系统的开发研制工作，在吸收消化国外同类产品先进技术的基础上，先后开发出AGC-Ⅲ型到AGC-Ⅶ型厚度自动控制系统，厚控精度高，系统稳定。广泛用于铝、铜加工及钢铁加工行业的各类板带箔轧机上，深得用户好评（参见厚控系统用户表）。
板带材在轧制过程中的厚度变化，既与轧件的塑性变形抗力、厚度等因素有关，也与轧制工艺规程及轧机机架的刚度有关，下面对板带材轧制厚度自动控制原理作一简述。
1．弹跳方程和P-H 图
板带轧制过程中轧件作用于轧辊辊系的反作用力使机架发生弹性变形，遵循弹跳方程的规律： K P S h 0+= 式中：
h — 轧件出口厚度，mm 0S — 原始辊缝，mm P — 轧制压力，t
K — 轧机刚性系数，t/mm
作用于轧件的轧制力，使轧件发生塑性变形，轧件的塑性曲线虽然实际上不是直线，但在板带材轧制过程中塑性曲线处在微量变化情况下，可视为直线，轧件的塑性系数M 则可表示为：
Ｍ＝ΔＰ／Δｈ 式中：
Ｍ — 轧件塑性系数 ΔＰ — 轧制力变化量 Δｈ — 轧件的厚度变化
利用弹性变形曲线和塑性变形曲线所构成的Ｐ－Ｈ图（图１-１），可以很方便地用来分析轧件厚度变化原因。
图１-１ 弹性塑性变形的Ｐ－Ｈ图
２.影响厚度变化的因素
２.1 轧件的尺寸及性能的影响
在其他条件不发生变化的情况下，轧件出口厚度的变化与其入口厚度的波动是成正比的，如图２-１所示，如果轧件入口
厚度由
0H
H→，则会产生厚度波动h
?。
入口厚度变化
1
h
?。
图２-２ 轧件性能发生变化时的影响
２.2轧机刚度的影响
轧制过程中，轧机刚度是会变化的。轧机刚度的变化（即轧机刚性系数的变化），反映为弹性曲线斜率的变化，如图２-３所示：
冷轧带卷时引起轧机刚度变化的主要原因有： （１） 轧件宽度的变化；
（２） 轧辊直径和凸度的变化；
２.3 辊缝设定原始值变化的影响
在轧制过程中，由于轧件尺寸及性能的影响、轧机刚度的变化等一系列因素，需要调整辊缝设定原始值，以实现厚度控制。如图２-４，辊缝原始值增大，使B 线向右移动，在轧制力1P 点达到轧机平衡状态，从而产生偏差h ?。
图２-４ 辊缝原始值变化的影响
空载时，辊缝变化原因如下： （１） 轧辊偏心和不圆； （２） 轧辊热膨胀或收缩； （３） 轧辊磨损； （４） 轧辊弯曲；
（５） 上下轧辊中心线交叉；
（６） 轧辊轴承油膜厚度的变化；
（７） 轧制中润滑膜的变化。
２.4轧制工艺条件的影响
前后张力、轧制速度及润滑等轧制工艺条件的变化，将影响轧制压力的大小，从而引起厚度偏差。
张力是以影响变形区的应力状态，改变轧件的塑性变形抗力而起作用的，如图２-２所示，张力增大轧出厚度减小，反之厚度增加，且后张力比前张力影响大。在生产中，稳定的前张力是卷取的必要条件，为防止断带现象后张力也只能在一定范围内波动。
轧制速度是通过影响摩擦系数、变形抗力及轴承油膜厚度，从而改变轧制压力或辊缝影响出口厚度的。在冷轧中随着速度的提高使摩擦系数减小，作用于轧件上的应力增大，出口厚度减小。反之，轧制速度减小，出口厚度增加。
当速度提高时，对于油膜轴承，油膜变厚导致上下轧辊接近，出口厚度变薄。相反，轧制速度减小，油膜变薄，出口厚度变厚。油膜厚度与轧制速度的关系，如图２-５所示：
２— ３机架连轧机最后机架Φ４００／１０００×１０００ｍｍ
图２-５ 油膜厚度与轧制速度的关系
润滑条件的影响，表现在轧制时摩擦系数的变化对出口厚度的影响。
３．厚度自动控制
３.1 液压执行机构的闭环控制（内环）
位置控制方式和轧制力控制方式是两种最常用厚度自动控制方式，如图３-１所示：
选择位置控制方式时，液压缸位置基准信号与位置传感器提供的反馈信号进行比较。偏差信号经放大等处理后，输入伺服阀，从而控制进入或流出液压缸的流量。根据传感器的安装位置不同，又可分为油缸位置控制（位置传感器安装于油缸上）和辊缝位置控制（位置传感器安装于工作辊轴承座之间），后者轧机刚度要远远大于前者。
压力控制方式，是由压力基准值与压力传感器或负荷元件提供的反馈信号比较形成压力闭环，如图３-１。
３.2刚度调节系数ＧＭＴＲ
在理想状态下轧机机架有无限大的刚度，辊缝将不随来料的厚度或硬度变化而变化，轧件的出口厚度也必然较为均一，但实际轧制时，轧机存在弹跳，。厚控系统可以通过补偿机架延伸量，达到增加刚度使其超过轧机自然刚度。下面利用弹跳方程进行分析。当轧件来料有ΔH的变化，引起轧制压力变化ΔＰ，不进行补偿时，出口厚度将有如下变化：
K P
h ?=?
进行补偿，使出口厚度没有波动Δｈ＝０
即 0K
P S =?+?
有 GMTR K
P
S ???=°?
式中：
ＧＭＴＲ—刚度调节系数
辊缝调节量—、°??S S
当GMTR＝１时，满足Δｈ＝０，但是在实际应用中，因轧辊存在偏心，GMTR 补偿是压力变化的ΔＰ正补偿，补偿效果使偏心加重，一般通过设置压力死区消除轧辊偏心的影响，GMTR 取小于１的值。
３.３ 反馈式自动控制
在轧机出口侧安装测厚仪，组成反馈式厚度自动控制系统，简称反馈式AGC 或监控AGC，控制原理如图３-２所示。
图３-２ 反馈式自动控制系统
在轧件出口侧由测厚仪实际测出厚度h ，并与给定厚度0h 相比较，得到厚度偏差0h h h ?=?如果不为零，AGC 系统有信
号输出，去调节压下改变辊缝，或者调节张力、轧机速度直到输出量为零，从而消除了板厚偏差，即所谓的压力AGC、位置AGC 调节、张力AGC 和速度AGC 系统。
由于测厚仪安装在离辊缝一定距离的地方，这样厚度偏差的检测与厚度调节不是在同一时间发生，所以实际轧出厚度的波动不能得到及时反映。即测量的对象不是辊缝中的板厚，而是到达测厚仪处的板厚，结果使整个调节有一定滞后时间，即
h
V L t =
式中：
Ｌ—轧辊中心线到测厚仪的距离 ?h v 轧件的出口速度
将测厚仪安装在距离轧辊尽量近的位置，以缩短滞后时间，达到较好的控制效果。
３.4 多级AGC 控制
为解决单级AGC 控制时，控制调节器负担过重或饱和的现象，须综合运用各种AGC 控制方式。一般采用两种方式构成两级控制，即一个作为初级控制器，另一个作为二级控制器，如张力—速度AGC 中，张力为初级控制器，速度为二级控制器。
图３-３ 二级AGC 控制结构框图
如图３-３所示，二级AGC控制系统工作情况如下：
初级控制器是一个厚度偏差反馈控制器，利用比例积分实现，出口厚度偏差信号作为输入信号，根据轧制速度调节增益。
二级控制器同初级控制器类似，也是一个利用比例积分实现的厚度偏差反馈控制器，不同的是以初级控制器输出的溢出部分作为偏差输入信号。
当初级控制器的输出没有超出限幅，二级控制器不被启动，该初级控制器等同于一般的单级AGC控制。而当初级控制器的输出超限，启动二级控制器，开始二级调节。两级控制器同时工作，有效地解决了单级的饱和现象，同时缩短了系统调节周期。
常用的多级AGC控制器有张力—压力AGC、压力—张力AGC、张力—速度AGC和速度—张力AGC。
３.５前馈式自动控制
反馈式自动控制存在滞后，因而限制了控制精度的进一步提高，特别是轧件来料厚度变化较大时，更会影响轧出厚度的
AGC、预控AGC。
控制原理如图３-４所示，在轧件未进入本机架前，利用测厚仪或前一机架测量出其实际入口厚度
H，并与给定入口厚
度值Ｈ相比较，当有厚度偏差H
?，?时，便估算出可能产生的轧出厚度偏差h
?，从而确定为消除h
?所需要的辊缝调节量S 然后根据该检测点进入本机架的时间和移动S
?所需时间，提前对本机架进行厚度控制，使得厚度的控制点正好就在H
?的检
测点上。
H ?、h ?和S ?之间的关系，可以用Ｐ-Ｈ图进行分析，如图３-５所示。
图３-５ 前馈控制Ｐ-Ｈ分析图
该原理实现的关键是如何使调节点和检测点是同一点，如图３-３所示，测厚装置与机架中心线的距离Ｌ不变，入口速度也可实时检测，那么轧件从测量点到机架的时间（一般用脉冲数表示）可以确定如下：
H
V
L
p = 式中：
Ｌ—测厚仪到轧辊中心线的脉冲距离
—H v 轧件的入口速度，一般根据入口侧偏导辊所加脉冲电机每秒所发出的脉冲数表示
因此，可以保证测量点和调节点的一致性。
由于前馈式厚度控制属于开环控制系统，因此其控制效果不能单独地进行检测。一般将前馈式和反馈式控制系统结合使用。
３.6 质量流控制
这一控制方式是根据轧制过程中的运动学特点提出的。单位时间内通过变形区任一轧件横断面的金属秒流量（体积）相等，即
h
h
X
X
H
H
V F V F V F == 一横断面的面积入口、出口、变形区任—、、X h H F F F
运动速度一横断面上金属的水平入口、出口、变形区任—、、X h H V V V
在实际应用中，轧件横向变形小，通常忽略不计，这样可由上面的等式得出：
h H hV HV =
Ｈ、ｈ— 入口、出口任一横断面得厚度
可推出 h V HV h h
H ?=?
Ｈ、ｈ— 入口、出口测厚仪测量的轧件厚度 H V 、h V — 入口、出口的速度
该式为零时，没有偏差输出信号，不为零时，h ?为偏差信号，参与厚度控制。质量流的原理如图３-６所示：
３.7张力厚度自动控制系统
张力的变化可显著改变轧制压力，从而改变出口厚度。用调整张力的方法控制厚度，惯性小、反应快且易稳定。
张力AGC是根据精轧机出口侧测厚仪测出的厚度偏差来调节机架间的张力，借以消除厚度偏差的自动控制系统。张力调节可由两个途径实现：一是根据厚度偏差，调节精轧机的速度：二是调节活套机构的给定转矩，其控制原理如图３-７。
由于张力变化范围小，所以调节范围有限，用于微调。在轧制过程中，常常采用调节张力和调节压下量配合使用。
３.8偏心补偿
轧辊偏心描述的是较复杂的轧机设备缺陷，包括：
（１） 工作辊不圆；
（２） 支承辊偏心；
轧辊偏心引起的轧制力变化，影响带材的纵向公差。对于轧机刚度小的
轧机偏心影响较小，而刚度大的轧机反而影响大。基本上有以下三种方法减小轧辊偏心的影响：
（１） 用轧制力方式控制辊缝；
（２） 引入一个死区，在该范围内的辊缝控制不受轧制力变化的影响；
（３） 利用傅立叶分析法补偿偏心，如图３-８所示。
图３-８傅立叶分析的轧辊偏心补偿系统
由支承辊偏心引起的轧制负荷的变化与支承辊角度的旋转同步发生，后者由安装在支承辊端部的接近开关和工作辊上的脉冲发生器检测。轧制负荷的同步分量代表轧辊的偏心，用傅立叶分析法从总轧制力信号中抽出。用产生的信号提供一个叠加的辊缝值，它可以减小由于轧辊偏心引起的轧制力变化。
因为偏心是由于设备引起的，各种补偿方法都有一定的局限，提高轧辊磨削的精度非常重要。
３.9最优控制
最优控制包括产量最优、面积最优和重量最优，是结合现场实际开发的，合理的运用可得到较好的经济效益。
产量最优，即为张力—速度最优控制，在满足产品厚度公差的前提下，自动适当降低后张力，从而提高轧制速度增加单位时间内的产量。
面积最优，在满足轧制产品厚度公差的前提下，采用负公差轧制，单位体积成品的面积尽量大。
重量最优，确保公差的前提下，采用正公差轧制，即单位长度成品的重量最大。
数字位置传感器在液压压下厚度控制系统中的应用
王宾
[摘要]本文介绍数字位置传感器的测量原理及对厚调系统影响，简述目前国内传感器的应用情况以及系统的发展。
[关键词] 液压厚调系统差动变压器同步感应器磁尺
国内液压压下厚度控制系统为适应国内铝加工行业发展的要求，不断创新求变，洛阳有色院开发的具有自主知识产权的全系列液压压下厚度控制系统。由Ⅰ型模拟硬件系统发展到Ⅶ型数字化（DDC）计算机控制系统。位置闭环的关键传感器也由最初的差动变压器（LVDT）和同步感应器发展为磁尺。
位置闭环控制是液压压下厚度控制系统中的关键环节。此系统对传感器要求较高。同步感应器的厚度控制系统应用以有近20年的历史。而磁尺应用液压压下厚度控制系统也有几套成功的系统，下面介绍其测量原理及应用方法。
一． SF14B型同步感应器的测量原理如图1所示。
图1 同步感应器的测量原理
同步感应器是一种测量直线位移量的传感元件。它是利用电磁耦合原理，把直线位移转变为电信号。然后对电信号进行检测，滤波，放大从而达到测量位移的目地。
同步感应器的工作原理是滑尺绕组的激磁电压采用20 KHz正弦交流电压。通过数模转换器中的函数变压器和匹配变压器加到滑尺上。当滑尺移动时，在定尺上产生的感应信号发生变化，此为误差信号。误差信号比较微弱且有谐波分量，因此必需加前置放大器，经滤波，放大后才能有效利用。
此表采用计数器计记录位移量并加以显示。位移量表示为Δα位用与记录位移量的计数器为显示计数器。而随其Δα位变化的内部控制函数变压器开关状态的计数器称为转换计数器。其改变量表示为Δα电。表内的脉冲发生器信号来自振荡器的另一输出端，它产生计数脉冲（MJ）和定时脉冲（MD），称为脉冲形成电路。脉冲的频率也是20 kHz。
SF14B型同步感应器数显表最小显示数字为0.001mm,要求滑尺位移0.001mm左右时，才能开启脉冲通道进行计数。所以，误差信号经过放大后，要和一个予定的门栏电平进行比较。这就需要一个门栏电路，当误差信号的幅值超过门栏电平时精门电路开通进行精计数。每一个计数脉冲代表1μm。当滑尺快速移动时为了加快计数的速度，在误差信号大于一定幅值时超过粗门栏电平时粗门电路开通进行粗计数。由于原表粗计数为精计数的100倍，在滑尺快速移动时粗门电路开通进行粗计数会对厚调反馈造成冲击。所以。我将粗门电路开通电压降为精计数的10倍。在电路上做相应的改动。
当滑尺位移0.001mm时，误差信号WXJ的幅值超过门栏电平，精门开。显示计数器计一个数。同时转换计数器控制数模转换的电子开关，送出另一对激磁电压，使误差信号幅值小于门栏电平，则计数器停止计数。由误差信号驱动，跟踪滑尺的位移不断校正S1N和COS激磁信号，使α位=α电，同时显示校正次数的数字，以达到检测位移量的目的。这就是鉴幅型同步感应器数显表系统的基本工作原理。由图（1）可以看到同步感应器数显表的输出为数字输出1个脉冲代表1 μM。由位移脉冲(MJ)、方向脉冲（FX）、精门控制电路（JMK）组成的一组组合脉冲信号送到（PFI）同步感应器接口板，当轧机油缸运动时数显表将位移信号送入（PFI）板进行加减计数后锁存。（PFI）板插在工业控制的计算机ISA插槽上。计算机程序定期读取（PFI）接口板内锁存器内部的位置信号送入调节器，从而实现位置闭环。
二． 磁尺测量原理如图2所示
图2磁尺位置检测装置的构成
由图2可见磁尺位置测量装置是由磁性标尺，读取磁头，信号处理电路，和脉冲输出电路等部分组成。
1．磁性基准尺（简称磁尺）：它是在无磁的柱型基体材料上镀一层0。02毫米厚的均匀的NI-CO-P磁性薄膜，再用以激光波长为基准的录磁机上录上相等节距（0。2mm）的磁化信号做为磁性刻度。磁性标尺用作测量长度的基准器件。同一节距内磁场强度呈正弦变化。
2．读取磁头：用来读取磁尺上的磁化信号，把位移信号转化成电信号。为了能在静止和低速时读取信号，采用磁通响应磁头的这种磁头多加一组激磁绕组在磁头铁芯的可饱和部分上。在激磁绕组中通上5千周的正弦激磁电流，使铁芯的可饱和部份在每周内两次被电流产生的磁场饱和，正向一次，反向一次。此时铁芯的磁阻变为无穷大，磁尺上的漏磁通就不能由铁芯流过读取绕组产生电动势，只有在激磁电流每周两次过零时可饱和铁芯不能饱和。磁尺上的漏磁通才能流过读取绕组的铁芯产生电动势。这时产生的电动势的频率是激磁电流频率的二倍。输出幅值的大小与磁尺进入铁芯漏磁通的大小成比例。如磁尺漏磁通在空间的分布为
φX =φO COS
λ
πx
2则磁头读取线圈输出的电动势为
e = E O sin
λ
πx
2cosωt
式中：E O ：为常数
λ：磁尺的节距（0。2mm） x: 磁头在磁尺上的位移量
ω：激磁频率的二倍频率（10 kHZ ）
e I = E
OⅠ sin
λ
πx
2cosωt （1）
e II = E
OⅡ
sin
λ
πx
2cosωt （2）
调节E OⅠ= E OⅡ= E O
然后将两路输出在检测电路内相加，则 e = E O sin 〔
λ
πx
2+ωt〕 （3）
由（3）式可以看出输出是随X 改变，相位变化而幅值不变的等幅调相正弦波信号。相位每变化3600
相当X=λ，位移量X=0。001毫米时，则相位
变化ΔΦ=
200
.0001
.0× 3600=1.8O 如果用鉴相内插细分电路，使相位每变化1.80就发出一个脉冲计数信号。就可以实现最小显示值为0。001毫米。方
向的判别则由相位变化是超前或滞后来决定。并由检测电路完成 3． 检测电路
1）方框图2所示振荡器，分频器，45O 移相和两路功放电路产生5千周的正弦波激磁电流激绕组。 2）滤波求和，限幅整形电路是将两路磁头输出信号相加滤去5千周
基波与高次谐波，仅保留工作用的二次谐波(10千周)，经过限幅放大及整形后变为过零触发的位置方波。 3）鉴相内插及方向判别电路
采用相位跟踪，模-数转换电路，在跟踪的过程中将相位变化为能判别相位变化方向的“加” 或“减”计数脉冲。然后经过方向判别电路送给可逆
计数器计数。再由译码器译码后送到数码管显示数据。译码器采用8-4-2-1（BCD）十进制代码。数码管显示数据十进制数据。一个脉冲代表1μm(0.001mm)。此脉冲也同时送给位置环作为反馈信号。
以上两种传感器及二次仪表均为数字量位移传感器。它们的共同特点是输出为计数脉冲。这就给计算机与这两种仪表的接口提供了方便。图3是数字传感器与厚控系统接口框图。
图3 数字传感器与厚控系统接口框图
我院采用自主开发的两种高速计数板(PFI)。直接插在工控机的ISA插上。由计算机控制软件直接读取高速计数板的数据。经过处理后作为位置反馈值用于位置闭环。此两种数字位置传感器的应用，特别是磁尺的使用使我国厚调系统与国外的差距缩小。提高了系统的快速性和稳定性。由于我院厚度控制系统属间接测量控制系统。所以，设定厚度与轧制实际厚度往往有差别，在应用中经常需要人工修正，给操作带来不便。为此我院又开发磁尺直接测量辊缝仪，将位置传感器安装在工作辊轴承座间。直接测量辊缝值。减少了轧机弹跳对板材厚度公差的影响。提高了系统精度。提高了设定厚度的精度。而且提高了系统的刚度。
一、 板形测量
图1.1 板形控制系统总体框图
AFC系统的关健部件是板形测量辊，只有精确的测量出板形好坏，才能有效的控制板形，板形测量一般是通过测量带材断面应力分布来体现带材的板形。常用的板形辊有压磁式测量辊和空气轴承式测量辊，以下分别介绍：
1.1 压磁式测量辊
采用压磁式敏感元件，每个测量环上可以装四个压磁式敏感元件，多个测量环上的信号并行输出，测量环的宽度为52mm或26mm, 结构简图如图1.2所示。压磁式测量辊有电机拖动保持与主机的速度同步，防止铝箔在测量辊上打滑和划伤铝箔表面。测量辊由坚固的钢体制成，在测量辊的圆周方向上分布有力测量传感器，外面镶套有钢环。测量辊被分割成测量区，沿测量辊分布。每个测量区上有四个传感器，每隔90度设置一个。
图1.2. 压磁式板形辊结构图
这样，测量辊每转一圈就可测量四次带材的应力分布。 测量信号随着带材速度被综合起来。 由于所有测量区上的传感器相对轧制方向成行排列，测量将横穿带材同时进行测量。 在测量其间，由于测量辊的旋转，一个信号传输单元 (STU) 被用来给辊子提供电源并从辊子上将力测量信号传输出来。 另外有一个脉冲编码器安装在 STU 的旋转轴上。它被用来为电气系统提供一个传感器位置，并给出速度基准到测量辊。 测量信号由控制柜内的电气系统进行处理。 作为测量结果的板形或应力分布图形显示在工程师工作站(HOST)上，并作为控制功能的输入值。 HOST 也作为服务维修用。
自动控制原理选择题（48学时） 1．开环控制方式是按 进行控制的，反馈控制方式是按 进行控制的。 （A ）偏差；给定量 （B ）给定量；偏差 （C ）给定量；扰动 （D ）扰动；给定量 （ B ） 2．自动控制系统的 是系统正常工作的先决条件。 （A ）稳定性 （B ）动态特性 （C ）稳态特性 （D ）精确度 （ A ） 3．系统的微分方程为 222 )()(5)(dt t r d t t r t c ++=,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ D ） 4．系统的微分方程为)()(8)(6)(3)(2233t r t c dt t dc dt t c d dt t c d =+++,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ B ） 5．系统的微分方程为()()()()3dc t dr t t c t r t dt dt +=+,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ C ） 6．系统的微分方程为()()cos 5c t r t t ω=+,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ D ） 7．系统的微分方程为 ττd r dt t dr t r t c t ?∞-++=)(5)(6 )(3)(,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ B ） 8．系统的微分方程为 )()(2t r t c =,则系统属于 。 （A ）离散系统 （B ）线性定常系统 （C ）线性时变系统 （D ）非线性系统 （ ） 9. 设某系统的传递函数为：,1 2186)()()(2+++==s s s s R s C s G 则单位阶跃响应的模态有： （A ）t t e e 2,-- （B ）t t te e --, （C ）t e t sin - （D ）t t te e 2,-- （ ） 10. 设某系统的传递函数为：,2 2186)()()(2+++==s s s s R s C s G 则单位阶跃响应的模态有：
文献综述 前言 从20世纪40年代起，特别是第二次世界大战以来，自动化随着工业发展和军事技术需要而得到了迅速的发展和广泛的应用。如今，自动控制技术不仅广泛应 用于工业控制中，在军事、农业、航空、航海、核能利用等领域也发挥着重要的 作用。例如，电厂中锅炉的温度或压力能够自动恒定的不变，机械加工中数控 机床按预定程序自动地切削工件，军事上导弹能准确地击中目标，空间技术中人 造卫星能按预定轨道运行并能准确地回收等，都是应用了自动控制技术的结果。 自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置对机器设备或生产过程进行控制，使之达到预期的状态或性能要求。 双容水箱液位控制系统就是自动控制技术在液位控制方面的应用。其在化工，能源（电厂）等工业工程控制中得到了广泛应用。 过程控制的发展历程 随着过程控制技术应用范围的扩大和应用层次的深入，以及控制理论与技术的进步和自动化仪表技术的发展，过程控制技术经历了一个由简单到复杂，从低 级到高级并日趋完善的过程。 1过程控制装置的发展 1.1基地式控制阶段（初级阶段） 20世纪50年代，生产过程自动化主要是凭借生产实践经验，局限于一般的控制元件及机电式控制仪表，采用比较笨重的基地式仪表（如自力式温度 控制器、就地式液位控制器等），实现生产设备就地分散的局部自动控制。在设 备与设备之间或同一设备中的不同控制系统之间，没有或很少有联系，其功能往 往限于单回路控制。其过程控制的主要目的是几种热工参数（温度、压力、流量 及液位）的定值控制，以保证产品质量和产量的稳定。 1.2单元组合仪表自动化阶段 20世纪60年代出现了单元组合仪表组成的控制系统，单元组合仪表有电动和气动两大类。所谓单元组合，就是把自动控制系统仪表按功能分成若干 单元，依据实际控制系统结构的需要进行适当的组合。单元组合仪表之间用标准 统一的信号联系，气动仪表（QDZ系列）信号为0.02～0.1MPa气压信号，电动 仪表信号为0～10mA直流电流信号（DDZ-II系列）和4～20mA直流电流信号 （DDZ-III系列）因此单元组合仪表使用方便、灵活。由于电流信号便于远距离 传送，因而实现了集中监控和集中操纵的控制系统，对于提高设备效率和强化生 产过程有所促进，适应了工业生产设备日益大型化于连续化发展的需要。
室内装饰装修工程施工工程概况 1.1工程基本概况 1、建设单位：某某经济开发区管理委员会 2、工程名称：某经济开发区某书房公租房室内装饰工程 3、建设地点：某某经济开发区境内 4、工程项目规模：3500m2 5、承包方式：本工程采取包工、包料、包质量、包工期、包安全、总价承包的方式。 6、质量标准：工程质量符合合格标准。 7、施工工期：30日历天。 1.2现场条件 1、施工用水、用电按甲方的要求自行接至施工现场 2、现场已具备施工条件 1.3本工程的施工特点 1、本工程在施工时间内须严格遵守国家、省、市对文明施工管理要求，项目经理要精心组织、科学安排施工流程，并根据现场施工进度的要求，合理计划材料、机具的进场时间、顺序，对施工现场进行合理的安排、使用。
2、本工程的工期要求紧，质量要求较高，加之施工期间正处于多雨季节，因此如何合理安排好施工进度，完善多雨季节的施工措施、确保本工程的质量，按照合同工期完成，就成了本工程的重点和难点问题。 3、由于工期要求紧，各个专业间要相互交叉作业，必须在施工前互相交底配合，通风空调工程、消防喷淋工程以及弱电等专业之间加强联系，合理协调配合，以确保整个工程的装饰效果。 1.4本工程主要施工内容 某某城房地产开发有限公司室内装修工程施工内容（招标范围）：5-7层装修工程，包括装修顶面、墙面、地面、门窗、灯具、卫生洁具、给排水管道及配件安装、卫生间隔断、器具等。 1.5成立精干高效的管理机构 为确保本项目的顺利实施完成各项预计的目标，现场成立项目部，由公司工程部副经理担任项目主要负责人，主要负责在本工程总体部署和组织。 1.6安全文明施工目标 1、开创良好的文明安全施工环境，达到省、市安全文明施工现场标准，由于本工程工作量较大，组织好文明施工，
目录 1引言 (3) 1.1编写目的 (3) 1.2背景 (3) 1.3技术简介 (4) https://www.doczj.com/doc/4411132778.html,简介 (4) 1.3.2SQL Server2008简介 (5) 1.3.3Visual Studio2010简介 (5) 1.4参考资料 (6) 2总体设计 (8) 2.1需求规定 (8) 2.2运行环境 (8) 2.3数据库设计 (8) 2.3.1数据库的需求分析 (9) 2.3.2数据流图的设计 (9) 2.3.3数据库连接机制 (10) 2.4结构 (11) 2.5功能需求与程序的关系 (11) 3接口设计 (12) 3.1用户接口 (12) 3.2外部接口............................................................................................错误！未定义书签。 3.3内部接口............................................................................................错误！未定义书签。4运行设计.....................................错误！未定义书签。 4.1运行模块组合....................................................................................错误！未定义书签。 4.2运行控制............................................................................................错误！未定义书签。 4.3运行时间............................................................................................错误！未定义书签。5测试 (13)
人体工程学尺寸参考图 室内设计常用尺寸 家具设计的基本尺寸 （单位：厘米） 衣橱：深度：一般60~65；推拉门：70，衣橱门宽度：40~65 推拉门：75~150，高度：190~240 矮柜：深度：35~45，柜门宽度：30-60 电视柜：深度：45-60，高度：60-70 单人床：宽度：90，105，120；长度：180，186，200，210 双人床：宽度：135，150，180；长度180，186，200，210 圆床：直径：186，212.5，242.4（常用） 室内门：宽度：80-95，医院120；高度：190，200，210，220，240
厕所、厨房门：宽度：80，90；高度：190，200，210 窗帘盒：高度：12-18；深度：单层布12；双层布16-18（实际尺寸） 沙发：单人式：长度：80-95，深度：85-90；坐垫高：35-42；背高：70-90 双人式：长度：126-150；深度：80-90 三人式：长度：175-196；深度：80-90 四人式：长度：232-252；深度80-90 茶几：小型，长方形：长度60-75，宽度45-60，高度38-50（38最佳） 中型，长方形：长度120-135；宽度38-50或者60-75 正方形：长度75-90，高度43-50 大型，长方形：长度150-180，宽度60-80，高度33-42（33最佳） 圆形：直径75，90，105，120；高度：33-42 方形：宽度90，105，120，135，150；高度33-42 书桌：固定式：深度45-70（60最佳），高度75 活动式：深度65-80，高度75-78 书桌下缘离地至少58；长度：最少90（150-180最佳） 餐桌：高度75-78（一般），西式高度68-72，一般方桌宽度120，90，75； 长方桌宽度80，90，105，120；长度150，165，180，210，240 圆桌：直径90，120，135，150，180 书架：深度25-40（每一格），长度：60-120；下大上小型下方深度35-45，高度80-90 活动未及顶高柜：深度45，高度180-200 木隔间墙厚：6-10；内角材排距：长度（45-60）*90 室内常用尺寸： 1、墙面尺寸 (1)踢脚板高；80—200mm。 (2)墙裙高：800—1500mm。 (3)挂镜线高：1600—1800(画中心距地面高度)mm。 2．餐厅 (1) 餐桌高：750—790mm。 (2) 餐椅高；450—500mm。 (3) 圆桌直径：二人500mm．二人800mm，四人900mm，五人1100mm，六人1100-1250mm，八人1300mm，十人l500mm，十二人1800mm。 (4) 方餐桌尺寸：二人700×850(mm)，四人1350×850(mm)，八人2250×850(mm)， (5) 餐桌转盘直径；700—800mm。 餐桌间距：(其中座椅占500mm)应大于500mm。 (7) 主通道宽：1200—1300mm。 内部工作道宽：600—900mm。 (9) 酒吧台高：900—l050mm，宽500mm。 (10) 酒吧凳高；600一750mm。 3．商场营业厅 (1)单边双人走道宽：1600mm。 (2)双边双人走道宽：2000mm。 (3)双边三人走道宽：2300mm。 (4)双边四人走道宽；3000mm。 (5)营业员柜台走道宽：800mm。 营业员货柜台：厚600mm，高：800—l 000mm。
第1章控制系统概述 【课后自测】 1-1 试列举几个日常生活中的开环控制和闭环控制系统，说明它们的工作原理并比较开环控制和闭环控制的优缺点。 解：开环控制——半自动、全自动洗衣机的洗衣过程。 工作原理：被控制量为衣服的干净度。洗衣人先观察衣服的脏污程度，根据自己的经验，设定洗涤、漂洗时间，洗衣机按照设定程序完成洗涤漂洗任务。系统输出量（即衣服的干净度）的信息没有通过任何装置反馈到输入端，对系统的控制不起作用，因此为开环控制。 闭环控制——卫生间蓄水箱的蓄水量控制系统和空调、冰箱的温度控制系统。 工作原理：以卫生间蓄水箱蓄水量控制为例，系统的被控制量（输出量）为蓄水箱水位（反应蓄水量）。水位由浮子测量，并通过杠杆作用于供水阀门（即反馈至输入端），控制供水量，形成闭环控制。当水位达到蓄水量上限高度时，阀门全关（按要求事先设计好杠杆比例），系统处于平衡状态。一旦用水，水位降低，浮子随之下沉，通过杠杆打开供水阀门，下沉越深，阀门开度越大，供水量越大，直到水位升至蓄水量上限高度，阀门全关，系统再次处于平衡状态。 开环控制和闭环控制的优缺点如下表 1-2 自动控制系统通常有哪些环节组成？各个环节分别的作用是什么？ 解：自动控制系统包括被控对象、给定元件、检测反馈元件、比较元件、放大元件和执行元件。各个基本单元的功能如下： （1）被控对象—又称受控对象或对象，指在控制过程中受到操纵控制的机器设备或过程。 （2）给定元件—可以设置系统控制指令的装置，可用于给出与期望输出量相对应的系统输入量。 （3）检测反馈元件—测量被控量的实际值并将其转换为与输入信号同类的物理量，再反馈到系统输入端作比较，一般为各类传感器。 （4）比较元件—把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的给定值进行比较，分析计算并产生反应两者差值的偏差信号。常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置和电桥等。 （5）放大元件—当比较元件产生的偏差信号比较微弱不足以驱动执行元件动作时，可通过放大元件将微弱信号作线性放大。如电压偏差信号，可用电子管、晶体管、集成电路、晶闸管等组成的电压放大器和功率放大级加以放大。 （6）执行元件—用于驱动被控对象，达到改变被控量的目的。用来作为执行元件的有阀、电动机、液压马达等。 （7）校正元件：又称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善控制系统的动态性能和稳态性能。
1-3自动控制系统的分类 本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统。为了更好的了解自动控制系统的特点，介绍一下自动控制系统的分类。分类方法很多，这里主要介绍其中比较重要的几种： 一、按描述系统的微分方程分类 在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性。按描述系统运动的微分方程可将系统分成两类： 1．线性自动控制系统描述系统运动的微分方程是线性微分方程。如方程的系数为常数，则称为定常线性自动控制系统；相反，如系数不是常数而是时间t的函数，则称为变系数线性自动控制系统。线性系统的特点是可以应用叠加原理，因此数学上较容易处理。 2．非线性自动控制系统描述系统的微分方程是非线性微分方程。非线性系统一般不能应用叠加原理，因此数学上处理比较困难，至今尚没有通用的处理方法。 严格地说，在实践中，理想的线性系统是不存在的，但是如果对于所研究的问题，非线性的影响不很严重时，则可近似地看成线性系统。同样，实际上理想的定常系统也是不存在的，但如果系数变化比较缓慢，也可以近似地看成线性定常系统。 二、按系统中传递信号的性质分类 1．连续系统系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。 2．采样系统系统中至少有一处，传递的信号是时间的离散信号，则称为采样系统，或离散系统。 三、按控制信号r(t)的变化规律分类 1．镇定系统() r t为恒值的系统称为镇定系统(图1-2所示系统就是一例)。 2．程序控制系统() r t为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统(图1-11所示系统就是一例)。 3．随动系统() r t为事先未知的时间函数的系统称为随动系统，或跟踪系统，如图1-7所示的位置随动系统及函数记录仪系统。
城市轨道交通列车自动控制系统简介 、前言 随着城市现代化的发展，城市规模的不断扩大，城市轨道交通的发展已成为解决现代城市交通拥挤的有效手段，其最大特点是运营密度大、列车行车间隔时间短、安全正点。城市轨道交通列车自动控制系统是保证列车运行安全，实现行车指挥和列车运行现代化，提高运输效率的关键系统设备。 二、列车自动控制系统的组成 列车自动控制（ATC系统由列车自动防护系统（ATP、列车自动驾驶系统（ATO和列车自动监控系统（ATS三个子系统组成。 一列车自动防护( ATP-Automatic Train Protection 系统 列车自动控制系统中的ATP的子系统通过列车检测、列车间 隔控制和联锁（联锁设备可以是独立的，有的生产厂商的系统也可以包含在ATP系统中）控制等实现对列车相撞、超速和其他危险行为的防护。 二列车自动驾驶系统 ( AT0?CAutomatic Train Operation 列车自动驾驶子系统（ATO与ATP系统相互配合，负责车 站之间的列车自动运行和自动停车，实现列车的自动牵引、制动 等功能。ATP轨旁设备负责列车间隔控制和报文生成；通过轨道
电路或者无线通信向列车传输速度控制信息。ATP与ATO车载系 统负责列车的安全运营、列车自动驾驶，且给信号系统和司机提供接口。 三）自动监控（ATS-Automatic Train Super -vision ）系统 列车自动监控子系统负责监督列车、自动调整列车运行以保证时刻表的准确，提供调整服务的数据以尽可能减小列车未正点运行造成的不便。自动或由人工控制进路，进行行车调度指挥， 并向行车调度员和外部系统提供信息。ATS功能主要由位于OCC 控制中心）内的设备实现。 三、列车自动控制系统原理 一）列车自动防护（ATP） ATP是整个ATC系统的基础。列车自动防护系统（ATP亦 称列车超速防护系统，其功能为列车超过规定的运行速度时即自动制动，当车载设备接收地面限速信息，经信息处理后与实际速度比较，当列车实际速度超过限速后，由制动装置控制列车制动系统制动。 ATP通过轨道电路或者无线GPS系统检测列车实际运行位 置，自动确定列车最大安全运行速度，连续不间断地实行速度监督，实现超速防护，自动监测列车运行间隔，以保证实现规定地行车间隔。防止列车超速和越过禁止信号机等功能。 按工作原理不同，ATP子系统可分为“车上实时计算允许速
@~@ 自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制？（填空） 自动控制：是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。 2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么？（填空） 开环控制和闭环控制 3.开环控制和闭环控制的概念？ 开环控制：控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点：开环控制实施起来简单，但抗扰动能力较差，控制精度也不高。 闭环控制：控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，既有被控量对被控过程的影响。 主要特点：抗扰动能力强，控制精度高，但存在能否正常工作，即稳定与否的问题。 掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点？ （分析题：对一个实际的控制系统，能够参照下图画出其闭环控制方框图。） 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面？各自的定义？（填空或判断） （1）、稳定性：系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力 （2）、快速性：通过动态过程时间长短来表征的 e来表征的 （3）、准确性：有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 ss 第二章 1.控制系统的数学模型有什么？（填空） 微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性 2.了解微分方程的建立？ （1）、确定系统的输入变量和输入变量 （2）、建立初始微分方程组。即根据各环节所遵循的基本物理规律，分别列写出相应的微分方程，并建立微分方程组 （3）、消除中间变量，将式子标准化。将与输入量有关的项写在方程式等号的右边，与输出量有关的项写在等号的左边 3.传递函数定义和性质？认真理解。（填空或选择）
污水处理厂自控系统工艺介绍 污水处理厂位于市区或市郊，出水排入河流，水质达到国家一级排放标准。 工程采用水解－AICS处理工艺。其具体流程为：污水首先分别经过粗格栅去除粗大杂物，接着污水进入泵房及集水井，经泵提升后流经细格栅和沉砂池，然后进入水解池，。水解池出水自流入AICS进行好氧处理，出水达标提升排入河流。AICS反应器为改进SBR的一种。其工艺流程如下图1所示：矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 污水处理厂自控系统设计的原则 从污水处理厂的工艺流程可以看出，主要工艺AICS反应器是改进SBR的一种，需要周期运行，AICS反应器的进水方向调整、厌氧好氧状态交替、沉淀反应状态轮换都有电动设备支持，大量的电动设备的开关都需要自控系统来完成，因此自控系统对整个周期的正确运行操作至关重要。而且好氧系统作为整个污水处理工艺能量消耗的大户，它的自控系统优化程度越高，整个污水处理工艺的运行费用也会越低，这也说明了自控系统在整个处理工艺中的重要性。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 为了保证污水厂生产的稳定和高效，减轻劳动强度，改善操作环境，同时提高污水厂的现代化生产管理水平，在充分考虑本污水处理工艺特性的基础上，将建设现代化污水处理厂的理念融入到自控系统设计当中，本自控系统设计遵循以下原则：先进合理、安全可靠、经济实惠、开放灵活。残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。
自控系统的构建 污水处理厂的自控系统是由现场仪表和执行机构、信号采集控制和人机界面（监控）设备三部分组成。自控系统的构建主要是指三部分系统形式和设备的选择。本执行机构主要是根据工艺的要求由工艺专业确定，预留自控系统的接口，仪表的选择将在后面的部分进行描述。信号采集控制部分主要包括基本控制系统的选择以及系统确定后控制设备和必须通讯网络的选择。人机界面主要是指中控室和现场值班室监视设备的选择。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 1、基本系统的选择 目前用于污水处理厂自控系统的基本形式主要有三种DCS系统、现场总线系统和基于PC控制的系统。从规模来看三种系统所适用的规模是不同。DCS系统和现场总线系统一般适用于控制点比较多而且厂区规模比较大的系统，基于PC的控制则用于小型而且控制点比较集中的控制系统。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 基于PC的控制系统属于高度集成的控制系统，其人机界面和信号采集控制可能都处于同一个机器内，受机器性能和容量的限制，本工程厂区比较大，控制点较多，因此采用基于PC的控制系统是不太合适的。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。
作业本 姓名： 班级： 10电本 科目：自动控制系统 黑龙江煤炭职业技术学院成人教育系
作业1 一、简答题 1、过程控制系统按其基本结构形式可分为几类?其中闭环系统中按设定值的不同形式又可分为几种? 答： 2、试述热电阻测温原理，常用热电阻的种类有哪些？ R各为多少？ 答： 3、试述过程控制系统中常用的控制规律及其特点。 答： 4、下图为异步电动机矢量变换与电流解耦数学模型，A，B分别为坐标变换模块，请指出它们分别表示什么变换？（8分）这些变换的等效原则是什么（2分）？
二、分析与计算题 1如下图，转速、电流双闭环调速系统中，ASR 、ACR 均采用PI 调节器。已知参数：电动机：KW P N 7.3=， V U N 220=，A I N 20=，min /1000r n N =，电枢回路总电阻Ω=5.1R ，设V U U im nm 10* * ==，电枢回路最大电流 为 A I dm 30=，电力电子变换器的放大系数40=s K 。 试求： （1） 电流反馈系数β和转速反馈系数α；（5分） （2） 突增负载后又进入稳定运行状态，则ACR 的输出 电压c U 、变流装置输 出电压d U ，电动机转速n ，较之负载变化前是增加、减 少，还是不变？为什么？（5分） （3） 如果速度给定* n U 不变时，要改变系统的转速， 可调节什么参数？（5分） （4） 若要改变系统起动电流应调节什 么参数？此时，设 *n U 为正电压信号，在右图ASR 中应调节中 哪个电位器？（5分） （5） 当电动机在最高转速发生堵转时 的c i i d U U U U ,,,* 值；（10分）
自动控制系统简介 一、自动控制系统的组成 1、看以下框图 2、被控对象：需要实现控制的设备、机械或生产过程成为对象，如下塔、主冷、空冷塔、粗氩冷凝器。 3、被控变量：对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量称为被控变量。如下塔液空液位、空冷塔液位、粗氩冷凝器液位。 4、控制变量（操作变量）：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变量。如由下塔进入上塔经过液空节流阀（LV1）的液空。 5、干扰：除控制变量外作用于对象并能引起被控变量变化的一切因素。比如进下塔空气量改变，影响液空产量，对下塔液空液位有影响。 6、给定值：工艺规定被控变量要保持的数值。 7、偏差：设定值与测量值之差。 8、控制器：对来自变送器的测量信号与给定值相比较所产生的偏差，并根据一定的规律进行运算（PID运算），并输出控制信号给执行器。 9、检测与变送装置：它测量被控变量，并将被控变量转换为特定的信号送给控制器的比较环节。 10、执行器：它根据控制器送来的信号相应地改变控制变量，以达到控制被控变量的目的。如LV1根据控制器送来的信号，可以改变进入上塔的液空量（操作变
量），从而控制了被控变量下塔液空液位。 11、正作用环节：输出信号随输入信号增加而增加的环节称为正作用，输出信号随输入信号的增加而减小的环节称为反作用环节。 12、执行器、变送器、被控对象三个环节组成广义对象，当广义对象为正作用时，控制器为反作用特性。 13、选择控制器的正反作用： 13.1判断被控对象的正反作用方向。当控制变量增加时，被控对象的输出（被控变量）也增加，控制变量减小时，被控对象的输出（被控变量）也减小，则被控对象为正作用方向。如果被控变量与控制变量的变化方向相反，则被控对象为反作用方向。 13.2确定执行器的正、反作用方向。气开阀为正作用，气闭阀为反作用。执行器气开、气闭是根据工艺安全角度考虑。 13.3确定广义对象的正、反作用，一般变送器为正作用，只需根据被控对象和执行器的作用方向判断广义对象的作用方向，这两个环节同向，则广义对象为正作用，反之为反作用。 13.4确定控制器的正反作用。若广义对象为正作用方向，则控制器为反作用方向，若广义对象为反作用方向，则控制器为正作用方向。 14、自动控制系统运行的基本要求：要实现自动控制，系统必须闭环。闭环控制系统的稳定运行最基本的必要条件是负反馈。系统要构成负反馈，则广义对象为正作用特性时，控制器为反作用特性；当广义对象为反作用特性时，则控制器为正作用特性。被控对象与执行器的特性由实际的现场工艺条件确定，所以应通过控制器的正反作用特性来满足系统的负反馈要求。 二、过程参数的检测 1、一个检测系统主要由被测对象、传感器、变送器和显示装置等部分组成。对某一个具体的检测系统而言，被测对象、检测元件和显示装置部分总是必需的。 2、传感器又称为检测元件或敏感元件，它直接响应被测变量，经能量转换并转化成一个与被测变量成对应关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、频率等。 3、变送器是把传感器的输出转换为4～20mA的标准统一的模拟量信号或者满足特定标准的数字信号的检测仪表。
自动控制原理常用名 词解释
词汇 第一章 自动控制 ( Automatic Control) ：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象的某些物理量（或状态）自动地按照预定的规律去运行。 开环控制 ( open loop control )：开环控制是最简单的一种控制方式。它的特点是，按照控制信息传递的路径，控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反馈通路。也就是说，控制作用的传递路径不是闭合的，故称为开环。 闭环控制 ( closed loop control) ：凡是将系统的输出量反送至输入端，对系统的控制作用产生直接的影响，都称为闭环控制系统或反馈控制 Feedback Control 系统。这种自成循环的控制作用，使信息的传递路径形成了一个闭合的环路，故称为闭环。 复合控制 ( compound control ）：是开、闭环控制相结合的一种控制方式。 被控对象：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。控制装置则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换部件、放大部件和执行装置。 被控量 (controlled variable ) ：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量。被控量又称输出量、输出信号。 给定值 (set value ) ：是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。 干扰 (disturbance) ：除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰。干扰又称扰动。 第二章 数学模型 (mathematical model) ：是描述系统内部物理量（或变量）之间动态关系的数学表达式。 传递函数 ( transfer function) ：线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比，称为传递函数。 零点极点 (z ero and pole) ：分子多项式的零点（分子多项式的根）称为传递函数的零点；分母多项式的零点（分母多项式的根）称为传递函数的极点。 状态空间表达式 (state space model) ：由状态方程与输出方程组成，状态方程是各状态变量的一阶导数与状态、输入之间的一阶微分方程组。输出方程是系统输出与状态、输入之间的关系方程。 结构图 (block diagram) ：将传递函数与第一章介绍的定性描述系统的方框图结合起来，就产生了一种描述系统动态性能及数学结构的方框图，称之为系统的动态结构图。 信号流图 (signal flow diagram) ：是表示复杂控制系统中变量间相互关系的另一种图解法，由节点和支路组成。 梅逊公式 (Mason's gain formula) ：利用梅逊增益公式，可以直接得到系统输出量与输入变量之间的传递函数。 第三章 时域 (time domain) ：一种数学域，与频域相区别，用时间 t 和时间响应来描述系统。 一阶系统 ( first order system) ：控制系统的运动方程为一阶微分方程，称为一阶系统。 二阶系统 ( s econd order system) ：控制系统的运动方程为二阶微分方程，称为二阶系统。 单位阶跃响应 ( unit step response) ：系统在零状态条件下，在单位阶跃信号作用下的响应称单位阶跃响应。 阻尼比ζ (damping ratio) ：与二阶系统的特征根在 S 平面上的位置密切相关，不同阻尼比对应系统不同的运动规律。 性能指标 (performance index) ：系统性能的定量度量。 上升时间 (rise time)t r ：响应从终值 10% 上升到终值 90% 所需时间；对有振荡系统亦可定义为响应从零第一次上升到终值所需时间。上升时间是响应速度的度量。 峰值时间 (peak time)t p ：响应超过其终值到达第一个峰值所需时间。 调节时间 (response time) t s ：响应到达并保持在终值内所需时间
1.自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？ a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。b控制器：接收变送器送来的信号，和希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。 c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。 d被控对象：控制装备所控制的生产设备。 2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置； 被控变量：工艺上希望保持稳定的变量； 操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值； 干扰变量：造成被控变量波动的变量。 3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端和输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~ 4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化） 5.自动控制系统的基本要求： 稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件 快速性：反应系统在控制过程中的性能 准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。 6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。 7.自动系统的控过渡过程及其形式 控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~ 形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程， 等幅振荡过程，发散振荡过程 8.衰减振荡过渡过程的性能指标
衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。（以新稳态值为标准计算） 最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值 余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值和设定值之差。 调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间 振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间 9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量和输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~ 动态数学模型：表示输出变量和输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述 10.描述对象特性的参数 放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量和输入变化量之比。意义:若有一定的输入变化量Q1通过对象就被放大了K倍变为输出变量h。K越大，输入变量有一定变化时，对输出量的影响越大。描述了静态性质 时间常数T：当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63.2%所需的时间，就是T，意义：被控变量受到阶跃作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。 T越大，表对象受干扰后，被控变量变化的越慢，到达新的稳态值所需的时间越长。动态特性 滞后时间：对象在受到输入作用后，被控变量不能立即而迅速的变化，要经过一段纯滞后时间以后，才开始等量地反应原无滞后时的输出量的变化~ 动态特性 11.测量范围：指仪表按规定的精度进行测量的被测量值得范围。 绝对误差=X-X0=测量-标准 引用误差=（绝对误差/量程）*100% 最大引用误差=（最大绝对误差/量程）*100%=+-A% 允许误差（允许最大引用误差） 灵敏度S：表示仪表对被测变量变化的灵敏程度=输出的变化量/输入
1 自动控制系统习题 一、 简述题 1. 简述转速、电流双闭环调速系统的启动过程。 答：转速、电流双闭环调速系统的启动有三个阶段，即：强迫建流阶段、恒流升速阶段、稳速阶段。强迫建流阶段中，电枢电流由零上升到电机允许的最大电流，速度调节器ASR 饱和，其输出限幅，电流环线性调节；恒流升速阶段中，电机在允许的最大电流下，转速由零上升到给定速度，速度开环控制，电流为恒流系统；稳速阶段中，系统经退饱和超调后，速度调节器线性状态，系统为调速系统，调节电流、速度达到稳态。 2. 简述PWM 变换器中，泵升电压是怎样形成的？如何抑制。 答：PWM 变换器的直流整流电源由整流二极管构成，不能反馈能量，能量只能单向传递。当主回路的能量反馈时，该能量储存在储能电容上，使电容上电压升高，该升高的电压为泵升电压。抑制泵升电压的措施有2：1是提高储能电容的容量，使上升的电压得到抑制；2是在主电路的母线上接电流分流器，当主电路电压过高时，通过分流器将能量释放，使主电路电压下降。 3. 简述自然环流电枢可逆转速、电流双闭环调速系统的正向制动过程分为几个阶段？各阶段的能量传递的特点。 答：电枢可逆调速系统制动有四个过程，即本组逆变、反接制动（它组建流子阶段）、回馈制动（它组逆变子阶段）、它组逆变减流子阶段。本组逆变阶段中，主电路中电感电能传递给电网，电动机电动状态；反接制动阶段中，电网的电能以及电动机机械能传递给主回路的电阻和电感转化为热能和磁场能量，电动机反接制动；回馈制动中，电动机的机械能传递给电网，电动机回馈制动；它组逆变减流子阶段中，主电路中电感电能传递给电网。 4. 闭环控制系统的静特性和开环机械特性的主要区别是什么？ 5. 什么叫调速范围、静差率？它们之间有什么关系？怎样提高调速范围？ 答：调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速与最低转速之比。静差率：系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落与理想空载转速之比。 调速范围与静差率的关系为： (1) nom nom n s D n s =?-。从D 与s 的关系来看，提高电动机的额定转速（最高转速）、提高静差率s ，以及降低转速降均可以提高调速范围，但是，由于提高D ，牺牲静差率s ，以及提高电动机额定转速（最高转速）受限制，所以一般采用降低系统转速降来提高调速范围。具体降低转速降是通过采用转速负反馈控制。 6. 在转速－电流双闭环系统中，ASR 和ACR 均采用PI 调节器，输出限幅为10V ，主电路最大电流整定为100A ，当负载电流由30A 增大到50A 时，ASR 输出电压如何变化？ 7. 简述随动系统的定义，并比较随动系统与调速系统的异同点。 答：位置随动系统定义：输出以一定精度复现输入的自动控制系统。 位置随动系统与调速系统均是反馈控制系统，即通过对系统的输出量和给定量进行比较，组成闭环控制，因此两者的控制原理是相同的。 调速系统的给定量是恒值，系统的抗扰性能要求高。随动系统的输入量是变化的，系统要求输出响应快速性、灵活性、准确性较高，随动性能为主要指标。随动系统可以在调速系统的基础上增加一个位置环位置环是随动系统的主要特征，在结构上它比调速系统复杂一些。 8. 简述随动系统中，为什么常常采用复合控制？ 答：随动系统在系统设计和评价时，主要考虑系统的稳定性、系统的动态性能指标以及稳态误差和 动态误差。同时，跟随性能对随动系统是很重要的。由于以上性能指标常常是相互制约的，系统在设计时若兼顾以上诸多方面是很困难的。因此，系统设计时，常常首先考虑系统的稳定性和动态性能，设计出较为满意的闭环系统，然后在闭环系统的基础上，增加针对给定和扰动的开环控制（前馈和顺馈），即采用闭环和开环的复合控制。由于采用复合控制中的开环控制不影响系统的稳定性，且顺馈和前馈可以通过
1.在零初始条件下,线性定常系统输出量得拉普拉斯变换与输入量得拉普拉斯 变换值比,定义为线性定常系统得传递函数。传递函数表达了系统内在特性，只与系统得结构、参数有关,而与输入量或输入函数得形式无关。 2.一个一般控制系统由若干个典型环节构成,常用得典型环节有比例环节、惯性 环节、积分环节、微分环节、振荡环节与延迟环节等。 3.构成方框图得基本符号有四种,即信号线、比较点、方框与引出点。 4.环节串联后总得传递函数等于各个环节传递函数得乘积。环节并联后总得传 递函数就是所有并联环节传递函数得代数与。 5.在使用梅森增益公式时，注意增益公式只能用在输入节点与输出节点之间. 6.上升时间tr、峰值时间tｐ与调整时间ｔs反应系统得快速性；而最大超调量 Mp与振荡次数则反应系统得平稳性。 7.稳定性就是控制系统得重要性能,使系统正常工作得首要条件。控制理论用于 判别一个线性定常系统就是否稳定提供了多种稳定判据有:代数判据(Routh 与Hurwitｚ判据)与Ｎyquｉｓt稳定判据。 8.系统稳定得充分必要条件就是系统特征根得实部均小于零,或系统得特征根 均在跟平面得左半平面。 9.稳态误差与系统输入信号ｒ(t）得形式有关,与系统得结构及参数有关。 10.系统只有在稳定得条件下计算稳态误差才有意义,所以应先判别系统得稳定 性. 11.Kp得大小反映了系统在阶跃输入下消除误差得能力,Kp越大,稳态误差越 小； Kv得大小反映了系统跟踪斜坡输入信号得能力，Kv越大，系统稳态误差越小; Kａ得大小反映了系统跟踪加速度输入信号得能力,Ka越大，系统跟踪精度越高 12.扰动信号作用下产生得稳态误差essｎ除了与扰动信号得形式有关外，还与扰 动作用点之前(扰动点与误差点之间）得传递函数得结构及参数有关，但与扰动作用点之后得传递函数无关. 13.超调量仅与阻尼比ξ有关,ξ越大,Mp则越小，相应得平稳性越好。反之，阻
目录 摘要……………简要介绍电气自动化技术的概念及其包括的专业知识关键字………………………………控制、系统、检测、网络化 第一章自动控制系统 (1) 1.1自动控制与自动控制系统 (2) 1.2 自动控制系统的基本构成及控制方式 (3) 1.3 自动控制系统的分类 (4) 1.4 对控制系统性能的要求 (5) 1.5 自动控制理论发展简述 (6) 第二章自动检测系统 (7) 2.1 检测技术的基本概念 (8) 2.2 传感器与传感器的分类 (9) 2.3 测量方法 (10) 2.4 传感器的基本特性 (11) 2.5 温度检测 (12) 1、研究目的
自动化广泛应用于现代工业生产中，在很大程度上减轻了人的劳动强度改善了工作环境，同时也提高了产品质量。随着钢铁工业工艺的不断成熟、国际、国内市场的不断发展，对产品质量的要求越来越高。因此，追求高质量的产品、低成本的消耗成为企业能否在激烈的市场竞争中立于不败之地的最首要保证，自动控制系统实现了这一发展。 2，研究意义 本专业主特点是强电弱电结合、电工技术与电子技术相结合、软件与硬件结合、元件与系统结合，在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术得到了广泛的应用。所谓自动控制，是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，使被控量等于给定值或给定信号变化规律去变化的过程。 2、研究内容 控制装置和受控对象为物理装置，而给定值和被控量均为一定形式的物理量。自动控制系统由控制装置和受控对象构成。对自动控制系统的性能进行分析和设计则是自动控制原理的主要任务。 2.1自动控制系统的基本构成及控制方式 1.开环控制控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制。 开环控制的特点是系统结构和控制过程很简单，但抗扰能力差、控制精度不高，故一般只能用于对控制性能要求较低的场合。 2.闭环控制 控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，既有被控量对控制过程的影响，这种控制称为闭环控制，相应的控制系统称为闭环控制系统。闭环控制系统又被称为反馈控制或按偏差控制。 闭环控制系统是通过给定值与反馈量的偏差来实现控制作用的，故这种控制常称为按偏差控制，或称反馈控制。此类系统包括了两种传输信号的通道：由给定值至被控量的通道称为前向通道；由被控量至系统输入端的通