自动控制元件及线路

04年自动控制元件本科期末试题,,哈工大4系,自动控制元件及线路

哈工大2004/2005学年春季学期

自动控制元件及线路 考 试 题

注

意

行

为

规

范

，

遵

守

考

试

纪

律

！ 一、控制系统由哪几部分组成？各有什么作用？（画出系统组成框图）（8分） 二、什么是电枢反应? 对机械特性有什么影响？（画出相应的机械特性曲线）（5分） 三、直流电机有几种工作状态？电压与反电势，电流，电磁转矩，转速，能量关系，在各状态下如何？（6分） 四、（1）变压器空载时主磁通是φm，当加上负载后主磁

通是多少？（2）一台变比为k=2的变压器，原边额定电压为110 V，额定频率为50Hz，问能否接到以下电源上，并说明原因？(6分)

a．直流110V；

b．交流220V，f=50Hz；

c．交流220V，f=100Hz；

04年自动控制元件本科期末试题,,哈工大4系,自动控制元件及线路

五、什么是自转现象？如何消除两相伺服电机自转现象？画出相应的机械特性曲线分析。（8分）

六、交流电机有几种调速方法？都是什么？变频调速时为什么要变频变压？画出变频调速时的机械特性曲线？（T—n）（8分）

七、用磁场的方法分析三相交流电机发生一相断相时，机械特性和电流如何变化？（5分

电机控制元件的选型

*断路器*交流接触器*热继电器*

黄天伟

首先很关键的一点！三相电机的额定电流估算为其功率的2倍！！！

（一般选用电机额定电流的1.5-2.5倍）

*电机的额定电流的2.5倍，整定电流是电机的额定电流的1.5倍就可以了,这样保证频繁启动,也保证短路动作灵敏。

（一般选用电机额定电流的1.5-2.5倍）

*电机的额定电流的2.5倍，这样可以保证长期频繁工作。

（其整定电流都是可以调整的，一般调至电机额定电流的1-1.2倍。） *热继电器的整定值是电机的额定电流的1.1倍。

做几点同样重要的补充：

1、 根据经验1平方毫米铜线可以通过4~6A的电流，通常我们取其中

间值5A。

2、 各种电压等级的电机的额定电流的估算口诀：

三相二百二电机，千瓦三点五安培。

常用三百八电机，一个千瓦两安培。

低压六百六电机，千瓦一点二安培。

高压三千伏电机，四个千瓦一安培。

高压六千伏电机，八个千瓦一安培。

3、 电机如何配线？

（1）多台电机配导线：把电机的总功率相加乘以2是它们的总电流；

（2）在线路50米以内导线截面是：总电流除4；（再适当放一点余量）

（3）线路长越过50米外导线截面：总电流除3；（再适当放一点途量）

（4）120平方以上的大电缆的电流密度要更低一些。

4、 电

《常用的电气图形符号》1、控制线路开关的图形符号 2、双联按制电路 3、控制线路点动及自锁

新文字符号QA

四极 三极 两极 单极

三极开关的多线表示

空气开关

新文字符号QL

新文字符号QS

隔离开关 隔离开关

具有自动释放 的负荷开关 负荷开关

新文字符号QF

断路器

1.1 控制按钮1.常开(动合)按钮SB

3.复合按钮： 常开按钮和常闭按钮 做在一起。

电路符号2.常闭(动断)按钮SB

SB

电路符号

电路符号

新文字 符号SB

新文字 符号SA

按钮、按钮开关

旋转开关

新文字 符号KT带电延时吸 合常开接点 带电延时断 开常闭接点 断电延时闭 合常闭接点 KT 断电延时断 开常开接点

时间继电器

1.2 熔断器

作用：用于短路保护。

FU

电路符号 熔断体

熔断管

新文字符号FU

新文字符号KA

中间继电器 熔断器新文字符号KM

、接触器

KA

KA

KM

KM

中间继电器 常开接点

中间继电器 常闭接点

接触器 常开接点

接触器 常闭接点

接触器有关符号：接触器线圈KM

接触器主触头--用于主电路 (流过的电流大，需加灭弧装置) 接触器辅助触头--用于控制电路 (流过的电流小，无需加灭弧装置)常开

常闭

接触器控制对象：电动机及其它电力负载

接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。

KA

KA

KM

KM

中间继电器

第五章液压控制元件及应用

第一节液压控制阀概述

液压控制阀是液压系统中的控制元件，用来控制系统中油液的流动方向、油液的压力和流量，简称液压阀。根据液压设备要完成的任务，我们对液压阀作相应的调节，就可以使液压系统执行元件的运动状态发生变化，从而使液压设备完成各种预定的动作。

液压阀按连接方式，可分为

1.管式连接

2.法兰式连接

3.板式连接

根据用途，液压阀可分为

方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。

第二节方向控制阀及应用

在液压系统中，用来控制油液流动方向的阀统称方向控制阀，简称方向阀。

一、换向阀

换向阀利用阀芯和阀体间相对位置的改变，来控制油液的流动方向，接通或关闭油路，从而使液压执行元件启动、停止或变换运动方向。

1.工作原理

当阀芯在阀体内作往复滑动时，便可改变各油口之间的连通关系，从而改变油液的流动方向。

2.图形符号及含义

（1）“位”数和“通”数

“位”数：指换向阀的工作位置数，即阀芯的可变位置数。用方（或长方）框表示，有几个方框就表示有几“位”。

“通”数：指换向阀与系统油路相连通的油口数目。方框中的箭头表示两油口连通，但不一定为油液的实际流向；“┴”“丅”表示该油口被阀芯封闭，此路不通。箭头或“┴”、“丅”与方框的交点数有几个即为几“通”。

图5-2为常用换

第四章

液压控制元件

第四章液压控制元件

?第一节概述

?第二节方向控制阀

?第三节压力控制阀

?第四节流量控制阀

?第五节插装阀与叠加阀

学习要点：

1、掌握各种控制阀的工作原理

2、了解各种控制阀的特性

3、了解各种控制阀在系统中的作用

4、熟悉各种控制阀的职能符号

第一节液压阀概述

液压阀的基本结构与原理

?液压控制阀在液压系统中被用来控制液流的压力、流量和方向，保证执行元件按照要求进行工作。属控制元件。

?液压阀基本结构：包括阀芯、阀体和驱动阀芯在阀体内作相对运动的装置。驱动装置可以是手调机构，也可以是弹簧或电磁铁，有时还作用有液压力。

?液压阀基本工作原理：利用阀芯在阀体内作相对运动来控制阀口的通断及阀口的大小，实现压力、流量和方向的控制。流经阀口的流量q与阀口前后压力差Δp 和阀口面积A有关，始终满足压力流量方程；作用在阀芯上的力是否平衡则需要具体分析。

液压阀的分类

?根据结构形式分类

–滑阀: 滑阀为间隙密封，阀芯与阀口存在一定

的密封长度，因此滑阀运动存在一个死区。

–锥阀: 锥阀阀芯半锥角一般为12°~20 °，阀口关闭时为线密封，密封性能好且动作灵敏。

–球阀: 性能与锥阀基本相同。

液压阀的分类

按用途来分：

1、方向控制阀：如单向阀、换向阀等。

用来控制液流的流动方

第三讲 电液系统的控制调节元件(方向压力流量阀) 3.1 概述 控制元件主要指各类液压阀。 它们的功用是控制和调节液流的方向，压力和 流量，以满足执行元件所需的运动方向，力 (或力矩)和速度的要求，从而使系统按要求 进行工作。

3.1.1电液控制元件分类

1. 按用途分类根据控制元件在系统中的作用，可分为以下几类：(1) 方向控制阀 (2) 压力控制阀 (3) 流量控制阀

2. 按控制方式分类 (1) 开关或定值控制阀：借助手轮，手柄，凸轮，电磁铁，压力液体等来 控制流体通路，定值控制流体的压力，流量的阀类，统称开关阀，多用于普通液 气动系统。 (2) 比例控制阀：用与阀的输入输出成比例的电信号控制该阀，使其实现按一定规律 比例地控制系统中流体的压力，流量，多用于开环程序控制系统。 (3) 伺服控制阀：将徽小的电气信号转换成大功率的流量和压力输出，以控制系统中 流体的压力和流量。多用于高精度，快速响应的闭环控制系统 。 (4) 数字阀：用数字信息直接控制阀，以控制系统中流体的压力和流量。

3. 按结构形式分类(1) (2) (3) (4) (5) 滑阀 锥阀 球阀 喷嘴挡板阀 射流管阀

4. 按连接方式分类(1) (2) (

自动控制原理课程设计

本课程设计的目的着重于自动控制基本原理与设计方法的综合实际应用。主要内容包括：古典自动控制理论（PID）设计、现代控制理论状态观测器的设计、自动控制MATLAB仿真。通过本课程设计的实践，掌握自动控制理论工程设计的基本方法和工具。

1 内容

某生产过程设备如图1所示，由液容为C1和C2的两个液箱组成，图中Q为稳态液体流量(m3/s)，?Qi为液箱A输入水流量对稳态值的微小变化(m3/s)，

?Q1为液箱A到液箱B流量对稳态值的微小变化(m3/s)，?Q2为液箱B输出水流量对稳态值的微小变化(m3/s)，h1为液箱A的液位稳态值(m)，?h1为液箱A液面高度对其稳态值的微小变化(m)，h2为液箱B的液位稳态值(m)，?h2为液箱B液面高度对其稳态值的微小变化(m)，R1,R2分别为A，B两液槽的出水管液阻

(m/(m3/s))。设u为调节阀开度(m2)。

已知液箱A液位不可直接测量但可观，液箱B液位可直接测量。

Qi+△Qih10+△h1AQ10+△Q1h20+△h2BQ20+△Q2

图1 某生产过程示意图

要求

1. 建立上述系统的数学模型；

2. 对模型特性进行分析，时域指标计算，绘出bode,乃示图，阶跃反应曲线 3

1《自动控制原理》试卷（A卷）

一、 用运算放大器组成的有源电网络如图所示，试采用复数阻抗法写出它的传递函数。 （10分）

（1图 ）

（3图）

?60t

二、假设某系统对于单位阶跃输入信号的响应为y(t)?1?0.2e(a) 求该系统的闭环传递函数。 (b) 确定该系统的阻尼系数。（10分）

?1.2e?10t 。

三、试用梅逊增益公式求图中系统的闭环传递函数。（写出步骤）（10分）

四、控制系统的结构如图所示，设 r(t) = t ? 1(t) ，p(t) = 1(t)定义e(t) = r(t)?y(t)，试求系统的稳态误差。（10分）

r(t)s?1??1s(s?1)（4图）

p(t)?y(t) ?五、试确定题图所示系统参数K和?的稳定域。（写步骤）（10分）

（5图）

六、设单位反馈控制系统的开环传递函数为

（1） 绘制根轨迹，并加以简要说明。

（2） 当系统的阻尼振荡频率?d?1rad/s时试确定闭环主导极点的值与相应的增益值。

（15分）

七、最小相位系统的开环对数幅频特性的渐近线如图所示，确定系统的开环传递函数。 （10分）

八、已知最小相位系统校正前后系统的折线对数幅频特性如图所示，其中Lo(?)为校正前特性，L开(?)

教案 2006~07第一学期

课程名称 学分 总学时 课程属性 先修课程 教材 自动控制原理 3.5 72（授课66，实验6） 必修 高等数学；积分变换；复变函数；模拟电路；电路分析。 自动控制原理（第二版） 华北电力大学 于希宁、刘红军主编 电力出版社 参考教材 1、自动控制理论复习指导与习题详解 于希宁、刘红军主编 电力出版社 2、自动控制原理 金慰刚主编 天津科学技术出版社 3、自动控制原理 胡寿松主编 科学出版社 4、自动控制原理习题集 胡寿松主编 国防工业出版社 授课教师 于希宁 授课专业和授1、自动化04-1、2、3、4、5； 课班级 2、仪器仪表04-1、2； 3、科技学院自动化04-1、2。

1

第一次课 本次课所属章节 《自动控制原理》课程的重要性；本课程最终所要达到的目教学目的及基本要求 的；课程的主要内容及各内容之间的相互连带关系；该课程需要掌握的前期基础知识；该课程对后续课程及工程应用有哪些支撑作用；自动控制系统的一般概念。 激发学生产生强烈的求知欲望，调动学生学习本课程的积极重点 性以及如何学好本课程的方法。负反馈控制系统的一般组成及调节机理。

第一章第二章

一、单项选择题

1、适合应用传递函数描述的系统是 ( ) 。 （分数：1分） A. 单输入，单输出的线性定常系统 B. 单输入，单输出的线性时变系统 C. 单输入，单输出的定常系统 D. 非线性系统

正确答案：A

2、

采用负反馈形式连接后，则 ( )。

（分数：1分）

A. 一定能使闭环系统稳定 B. 系统动态性能一定会提高

C. 一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除 D. 需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能

正确答案：D

3、若某负反馈控制系统的开环传递函数为，则该系统的闭环特征方

程为 ( ) 。 （分数：1分）

A. s(s+1)=0 B. s(s+1)+5=0 C. s(s+1)+1=0

D. 与是否为单位反馈系统有关

正确答案：B

4、关于传递函数，错误的说法是 ( ) 。 （分数：1分） A. 传递函数只适用于线性定常系统；

B. 传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C. 传递函数一般是为复变量s的真分式； D. 闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性

正确答案：B

5、

非单位负反馈系统，