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燕山大学 806 控制原理 2024 年真题思维导图

强势双非共 7 题

难度:中等偏难 6 题大题量;第 3 题是温度计测量(一阶系统+斜坡输入)的工程题,第 6 题是转速电流双闭环系统原理推导

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1无源电路网络建模#

思路
  • 用复阻抗逐级分压,既要画方框图也要给出 Uo(s) 表达式
本卷考法
  • 求无源电路网络的传递函数 Uo(s)
本卷实例
  • 关键一步:用复阻抗表示各电阻电容,按节点电压列电流方程
  • 中间结果:逐级消去中间节点电压得到输出比输入的传函
  • 卡点:电路图为原卷插图,元件连接与节点编号需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 电路用复阻抗法:电阻 R、电感 Ls、电容 1/(Cs)
  • 机械平移系统三种元件:质量 m、阻尼 f、弹簧 k
  • 先列物理定律方程,再消去中间变量
  • 列方程的依据:KCL/KVL 或牛顿第二定律
步骤
  • 画出复阻抗等效电路或受力分析图
  • 按 KVL/KCL 或牛顿第二定律列出微分方程组
  • 消去中间变量,得到只含输入输出的方程
  • 取拉氏变换并整理成 C(s)/R(s)
通用考法
  • 本卷考过求无源电路网络的传递函数 Uo(s)
  • 给定 RLC 网络求 U_o(s)/U_i(s)
  • 弹簧-质量-阻尼系统求位移对力的传递函数
  • 含运算放大器的有源网络求传递函数
常见易错
  • 本卷考过电容复阻抗误写成 Cs
  • 复阻抗法把电容阻抗误写成 Cs
  • 机械系统阻尼力与弹簧力的正负方向取反
  • 运放电路忘记使用虚短与虚断条件
公式
串联、并联与反馈等效 结构图与方框图
本卷考法
  • 把电路画成方框图并逐级化简
本卷实例
  • 关键一步:把每个复阻抗分压关系看成独立方框再按信号流向连接
  • 中间结果:方框图含多个反馈回路,用梅森公式或逐步化简求总传函
  • 卡点:电路转方框图时串并联与节点连接需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 串联环节相乘,并联环节相加(同向)或相减(反向)
  • 负反馈等效为 G/(1+GH),正反馈为 G/(1-GH)
  • 反馈等效的前提是单回路、无交叉
步骤
  • 识别环节之间的连接方式
  • 分别套用串联、并联或反馈等效公式
  • 逐层化简直到只剩一个等效环节
通用考法
  • 本卷考过把电路画成方框图并逐级化简
  • 多环节系统求闭环传递函数
  • 判断反馈极性对分母符号的影响
常见易错
  • 把负反馈的分母写成 1-GH
  • 并联环节相减时符号取反
公式

2由阶跃响应曲线求传函与校正#

思路
  • 由曲线读稳态值、超调量与峰值时间反求 K、ξ、ωn;第 2 问要求 ωn 不变而改变 ξ,需串联一个能改变阻尼的环节
本卷考法
  • 由二阶单位负反馈阶跃响应曲线求开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:从阶跃响应曲线读稳态值、超调量与峰值时间
  • 中间结果:由超调量反解阻尼比,由峰值时间求自然频率
  • 卡点:响应曲线为原卷插图,峰值与稳态读数需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 稳态值决定增益 K
  • 超调量只由阻尼比 ξ 决定
  • 峰值时间与振荡频率共同确定 ωn
  • 时间常数由响应达到稳态值 63.2% 的时刻给出
步骤
  • 从曲线上读出稳态值、超调量、峰值时间或时间常数
  • 判断系统是一阶还是二阶(看有无振荡)
  • 由超调量反求 ξ,再由峰值时间反求 ωn
  • 写出标准形式并补上增益
通用考法
  • 本卷考过由二阶单位负反馈阶跃响应曲线求开环传递函数
  • 由实验阶跃响应曲线求传递函数
  • 由给出的性能指标反求参数
常见易错
  • 本卷考过把稳态值当成了增益而漏掉输入幅值
  • 未判断系统阶数就直接套用二阶公式
  • 把稳态值当成了增益而漏掉输入幅值
公式
二阶系统标准形式与阻尼比 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 求使 ωn 不变、ξ 改变所需的串联校正装置传递函数
本卷实例
  • 关键一步:保持自然频率不变,在回路中加入只改变阻尼项的环节
  • 中间结果:附加环节应引入与 s 一次项相关但不改变常数项的结构
  • 卡点:校正装置接入点影响闭环分母,需按原卷结构图核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 标准形式由自然频率 ωn 与阻尼比 ξ 两个参数确定
  • ξ>1 过阻尼、ξ=1 临界阻尼、0<ξ<1 欠阻尼、ξ=0 无阻尼
  • 闭环极点位置只由 ξωn 与 ωn√(1-ξ²) 决定
  • β=arccos ξ 是极点与负实轴的夹角
步骤
  • 把闭环传递函数化成标准二阶形式
  • 比对系数求出 ωn 与 ξ
  • 写出闭环极点表达式
  • 按 ξ 的取值判断响应类型
通用考法
  • 本卷考过求使 ωn 不变、ξ 改变所需的串联校正装置传递函数
  • 由闭环传递函数求 ωn 与 ξ
  • 判断响应是过阻尼还是欠阻尼
  • 在 s 平面上标出闭环极点的位置
常见易错
  • 本卷考过化为标准形式时忘记把 s² 项系数归一化
  • 化为标准形式时忘记把 s² 项系数归一化
  • 把开环增益误当成闭环传递函数的系数
公式
超前校正 系统校正
本卷考法
  • 用超前环节提高阻尼比
本卷实例
  • 关键一步:超前环节在剪切频率附近提供正相角,等效增大系统阻尼
  • 中间结果:超前网络零点在极点左侧,零极点频率比决定最大超前角
  • 卡点:超前校正抬高阻尼的同时可能放大高频噪声
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 超前校正利用相位超前特性提高相角裕度
  • 会使截止频率提高,响应加快
  • 最大超前角出现在两个转折频率的几何中点
  • 最大超前角不超过 60°,否则噪声放大明显
步骤
  • 由未校正系统的相角裕度差额确定所需最大超前角
  • 由最大超前角公式求 α
  • 由 α 与目标截止频率求两个转折频率
  • 写出校正装置传递函数并校验
通用考法
  • 本卷考过用超前环节提高阻尼比
  • 设计串联超前校正装置
  • 计算校正后的相角裕度与截止频率
  • 分析超前校正的局限性
常见易错
  • 本卷考过α 的取值与超前角公式方向取反
  • 计算补偿角时忽略截止频率变化带来的附加相角损失
  • α 的取值与超前角公式方向取反
公式

3一阶系统与斜坡输入工程计算#

思路
  • 温度计是一阶惯性环节,T 由「120s 达到 95%」定出(3T=120 → T=40s);再用一阶系统对斜坡输入的响应求第 6min 读数
一阶系统的单位阶跃响应 时域响应与动态性能
本卷考法
  • 由「达到稳态 95% 所需时间」求时间常数 T
本卷实例
  • 关键一步:一阶系统响应达到稳态值百分之九十五对应三倍时间常数
  • 中间结果:由给定时间除以三得到时间常数
  • 卡点:百分之九十五对应三倍时间常数,勿与百分之九十八的对应值混淆
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 一阶系统只有一个时间常数 T,响应单调无振荡
  • 经过一个 T 达到稳态值的 63.2%,3T 达到 95%,4T 达到 98%
  • 调节时间按误差带取 3T(5%)或 4T(2%)
步骤
  • 把传递函数化为标准形式 1/(Ts+1)
  • 读出时间常数 T
  • 按误差带要求给出调节时间
通用考法
  • 本卷考过由「达到稳态 95% 所需时间」求时间常数 T
  • 求一阶系统的调节时间与上升时间
  • 由响应曲线求时间常数
  • 比较不同时间常数下响应快慢
常见易错
  • 本卷考过把 95% 对应的时间记成 4T
  • 把 63.2% 对应的时刻记成 50% 对应的时刻
  • 增益 K 不为 1 时仍直接读稳态值
公式
本卷考法
  • 识别温度计为一阶惯性环节并写 G(s)=1/(Ts+1)
本卷实例
  • 关键一步:温度计动态用一阶惯性环节描述,其静态增益为一
  • 中间结果:时间常数由阶跃响应达到百分之九十五的时间确定
  • 卡点:静态增益为一的前提是稳态读数等于实际水温
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 六种典型环节:比例、积分、微分、惯性、振荡、延迟
  • 惯性环节由时间常数 T 描述,T 越小响应越快
  • 振荡环节由自然频率 ωn 与阻尼比 ξ 共同描述
  • 延迟环节只改变相位,不改变幅值
步骤
  • 把传递函数分解为若干典型环节的乘积
  • 逐环节写出幅频与相频表达式
  • 按环节类型判断对系统性能的影响
通用考法
  • 本卷考过识别温度计为一阶惯性环节并写 G(s)=1/(Ts+1)
  • 指出给定传递函数由哪些典型环节串联组成
  • 由阶跃响应曲线或 Bode 图识别环节类型
  • 比较两个系统的时间常数大小
常见易错
  • 本卷考过把一阶微分环节与纯微分环节混为一谈
  • 把一阶微分环节 (τs+1) 与纯微分环节 s 混为一谈
  • 把延迟环节的相位滞后误当作幅值衰减
公式
本卷考法
  • 求线性升温(斜坡)输入下经过一段时间后的读数
本卷实例
  • 关键一步:把线性升温看作斜坡输入,代入一阶系统响应公式求输出
  • 中间结果:输出落后输入一个时间常数,稳态时读数趋于输入减速度误差
  • 卡点:加热五分钟后温度仍在上升,第 6 分钟要先算该时刻水温
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 稳态误差由系统型别与输入类型共同决定
  • 0 型对阶跃有差、Ⅰ型对斜坡有差、Ⅱ型对加速度有差
  • 低型别系统对高阶输入的误差为无穷大
步骤
  • 判断系统型别并联立稳定性检查
  • 写出输入信号的拉氏变换
  • 用终值定理求 e_ss,或直接查表
  • 必要时按叠加原理分别计算各分量
通用考法
  • 本卷考过求线性升温(斜坡)输入下经过一段时间后的读数
  • 求给定输入下的稳态误差
  • 由稳态误差要求反求开环增益
  • 比较不同型别系统的跟踪能力
常见易错
  • 本卷考过忽略一阶系统对斜坡输入存在稳态滞后
  • 未判稳就使用终值定理
  • 输入为组合信号时漏掉某一分量
  • Ⅰ型系统求阶跃误差时误代入速度误差公式
公式

4由根轨迹反设计控制器#

思路
  • 由根轨迹图(s=-3 为重根)反推开环传函;再设计串联控制器使新根轨迹分支通过 -2±j4,同时保持闭环极点个数不变
本卷考法
  • 由给定的根轨迹图反推系统开环传递函数
本卷实例
  • 关键一步:从根轨迹起点读开环极点,从终点读有限零点
  • 中间结果:由重根位置与渐近线确定极点重数和增益形式
  • 卡点:根轨迹图为原卷插图,极点读数与重根位置需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 起于开环极点、终于开环零点(无穷远零点),分支数等于极点数 n
  • 实轴上某段右侧的零极点总数为奇数时,该段属于根轨迹
  • 渐近线条数为 n-m,交点在实轴上,与实轴夹角等分 360°
  • 根轨迹关于实轴对称
步骤
  • 标出全部开环零极点并判断实轴上的根轨迹段
  • 计算渐近线交点与夹角
  • 求出分离点、出射角、与虚轴交点
  • 按对称性连接各段并标出对应 K 值
通用考法
  • 本卷考过由给定的根轨迹图反推系统开环传递函数
  • 按法则绘制根轨迹草图
  • 指出渐近线条数与夹角
  • 判断某段实轴是否属于根轨迹
常见易错
  • 本卷考过渐近线交点算错
  • 实轴段判据中的零极点个数算错
  • 渐近线夹角公式中的 2k+1 写成 2k
公式
本卷考法
  • 设计串联控制器使根轨迹通过指定闭环极点
本卷实例
  • 关键一步:写出加控制器后的幅值条件与相角条件并代入目标极点
  • 中间结果:由相角条件定控制器零点极点,再校验幅值条件
  • 卡点:目标极点是复数,模与相角要按复数代数计算
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 期望特性法直接按指标画出希望的开环对数幅频特性
  • 用期望特性减去未校正特性得到校正装置特性
  • 关键是确定低频段高度、中频段宽度与高频段斜率
  • 中频段斜率一般取 -20 dB/dec 并保持足够宽度
步骤
  • 按稳态要求确定低频段斜率与高度
  • 按相角裕度要求确定中频段宽度与截止频率
  • 按抗噪要求确定高频段斜率
  • 相减求得校正装置并检验可实现性
通用考法
  • 本卷考过设计串联控制器使根轨迹通过指定闭环极点
  • 用期望特性法设计校正装置
  • 说明中频段宽度与相角裕度的关系
  • 由校正装置特性反写传递函数
常见易错
  • 本卷考过期望特性的中频段取窄导致裕度不足
  • 期望特性的中频段取窄导致裕度不足
  • 相减后得到的特性不可物理实现却未检查
公式
本卷考法
  • 说明为保证闭环极点个数不变,控制器只能是零阶或一阶
本卷实例
  • 关键一步:闭环极点个数等于原开环极点数加控制器新增极点数
  • 中间结果:要保持极点个数不变,控制器极点数要与所加零点数相等
  • 卡点:控制器阶数与系统阶数的关系要按原题图核对
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 增加开环零点使根轨迹左移,改善稳定性
  • 增加开环极点使根轨迹右移,恶化稳定性
  • 附加零点会改变分离点位置与渐近线走向
  • 增加极点还可能是系统结构不稳定
步骤
  • 对比增加前后零极点分布
  • 重新判断实轴段与渐近线
  • 分析根轨迹整体移动方向
  • 据此说明对稳定性和动态性能的影响
通用考法
  • 本卷考过说明为保证闭环极点个数不变,控制器只能是零阶或一阶
  • 说明附加零点对根轨迹形状的影响
  • 判断增加极点后系统是否仍稳定
  • 分析为何某系统需要引入零点
常见易错
  • 本卷考过加入高阶环节却不检查阶数是否改变
  • 只讨论渐近线是否左移右移,忽略分离点变化
  • 把附加零点的影响与附加极点的影响搞反

5由图给校正特性求传函与裕度#

思路
  • 题目分别给出未校正 L0(ω) 与校正 Lc(ω) 两条渐近线,逐段读斜率与转折频率即可写出两个传函;再叠加求 γ
本卷考法
  • 由 L0(ω) 求原系统传函
  • 由 Lc(ω) 求串联校正装置传函
本卷实例
  • 关键一步:从低频斜率定积分环节个数,从转折频率定时间常数
  • 中间结果:按转折处斜率变化量判断对应零极点个数
  • 卡点:两条渐近线均来自原卷插图,转折频率需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 低频段斜率给出积分环节个数即系统型别
  • 低频段高度或延长线与 0 dB 交点给出开环增益
  • 每个转折频率对应一个一阶或二阶环节
  • 斜率变化 -20 对应惯性环节,+20 对应一阶微分,-40 可能是振荡环节
步骤
  • 读低频段斜率确定型别 v
  • 由低频段高度或延长线确定增益 K
  • 逐个读出转折频率并判断对应环节类型
  • 结合相频曲线与谐振峰判定二阶环节参数
  • 写出并验证传递函数
通用考法
  • 本卷考过由 L0(ω) 求原系统传函
  • 本卷考过由 Lc(ω) 求串联校正装置传函
  • 由给定 Bode 图写出传递函数
  • 由实验频率特性辨识系统模型
  • 检验候选传递函数与曲线是否吻合
常见易错
  • 本卷考过延长线交点没折算型别就当增益
  • 把延长线交点误当作增益值而未折算型别
  • 斜率变化为 -40 时直接写成一阶环节
公式
本卷考法
  • 绘制校正后的开环对数幅频特性曲线
本卷实例
  • 关键一步:把两段渐近线的斜率在各频段按代数方式相加
  • 中间结果:校正后低频段斜率与原系统一致,中高频按校正装置改变
  • 卡点:叠加前先统一渐近线坐标,不能把幅值简单相加
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 熟记 lg2≈0.3、lg5≈0.7、20lg2≈6dB
  • 从低频段开始逐段按各环节转折频率改变斜率
  • 低频段斜率由系统型别决定,高度由开环增益决定
  • 每经过一个转折频率斜率就叠加该环节的斜率变化
步骤
  • 把开环传递函数写成典型环节的标准乘积
  • 确定系统型别与开环增益,画出最低频段渐近线
  • 按转折频率从小到大逐段改斜率
  • 逐点叠加得到幅频与相频曲线
通用考法
  • 本卷考过绘制校正后的开环对数幅频特性曲线
  • 绘制开环对数渐近幅频特性
  • 计算指定频率处的幅值与相角
  • 由低频段斜率与高度判断型别与增益
常见易错
  • 本卷考过逐段改斜率时忘记累加而非替换
  • 逐段改斜率时忘记累加而非替换
  • 低频段起始高度没有乘上型别的 -20v dB/dec
公式
稳定裕度 频域分析
本卷考法
  • 求校正后系统的相角裕度
本卷实例
  • 关键一步:先在校正后幅频曲线上读剪切频率,再求该频率处相角
  • 中间结果:相角裕度等于一百八十度加剪切频率处的相角
  • 卡点:剪切频率可能移到新转折频率附近,读数需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 相角裕度 γ 在幅值穿越频率 ωc 处定义,γ=180°+∠G(jωc)
  • 幅值裕度 Kg 在相位穿越频率 ωg 处定义,单位可为分贝
  • γ>0 且 Kg>1 时闭环稳定(最小相位系统)
  • γ 主要影响超调,ωc 主要影响响应速度
步骤
  • 由幅频特性求 |G|=1 对应的穿越频率 ωc
  • 由相频特性求 ∠G=-180° 对应的频率 ωg
  • 分别代入公式求相角裕度与幅值裕度
  • 由裕度符号判断稳定性
通用考法
  • 本卷考过求校正后系统的相角裕度
  • 求系统的相角裕度与幅值裕度
  • 由裕度要求反求开环增益
  • 分析增益变化对裕度的影响
常见易错
  • 本卷考过ωc 与 ωg 两个频率用反
  • 把 ωc 与 ωg 两个频率用反
  • 幅值裕度取倒数未取,导致结论反了
  • 非最小相位系统仍用同一判据
公式
本卷考法
  • 说明该校正装置的特点(超前/滞后/滞后-超前)
本卷实例
  • 关键一步:比较校正前后低频与高频段的增益和相角变化来判断类型
  • 中间结果:低频增益不变、高频增益下降是滞后校正的典型特征
  • 卡点:校正装置特性由原卷图给出,各段斜率需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 校正是在系统中引入附加装置以改善性能
  • 串联校正、反馈校正与复合校正是三种基本形式
  • 时域指标与频域指标存在对应关系
  • 校正通常以相角裕度、开环增益与穿越频率为目标
步骤
  • 由指标要求确定目标相角裕度与穿越频率
  • 画出未校正系统的 Bode 图
  • 比较未校正特性与目标要求的差距
  • 选择校正方式并计算校正装置参数
通用考法
  • 本卷考过说明该校正装置的特点(超前/滞后/滞后-超前)
  • 说明串联校正与反馈校正的适用场合
  • 把时域指标折算为频域指标
  • 分析未校正系统的主要缺陷
常见易错
  • 本卷考过把截止频率与相位穿越频率混用
  • 把截止频率与相位穿越频率混用
  • 只盯相角裕度而忽略带宽要求
公式

6转速电流双闭环系统#

思路
  • 双闭环是「转速外环 + 电流内环」,内环用电流调节器限制电流、外环用速度调节器控制转速;要写推导过程、各变量变化和结构框图
转速电流双闭环调速系统 电力拖动与运动控制
本卷考法
  • 说明双闭环系统如何分别实现电流调节与转速调节
  • 写出公式推导与各变量的变化情况,并画出结构框图
本卷实例
  • 关键一步:外环转速调节器的输出作为内环电流调节器的给定
  • 中间结果:电流内环用电流反馈闭环,转速外环用转速反馈闭环
  • 卡点:双闭环结构框图为原卷图,反馈极性与限幅需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 转速调节器 ASR 为外环,电流调节器 ACR 为内环
  • ASR 的输出是 ACR 的给定,ACR 的输出控制触发与整流装置
  • 两个调节器通常都用 PI 形式,实现稳态无静差
  • 内环的作用是限制电流、提高抗扰能力;外环的作用是控制转速、实现无静差
步骤
  • 按信号流向画出双闭环结构框图
  • 写出电流环被控对象与调节器的传递函数
  • 说明内环与外环各自的输入、输出与作用
  • 说明两环之间的给定-反馈关系
通用考法
  • 本卷考过说明双闭环系统如何分别实现电流调节与转速调节
  • 本卷考过写出公式推导与各变量的变化情况,并画出结构框图
  • 说明双闭环系统如何分别实现电流调节与转速调节
  • 写出结构框图并说明各环节作用
  • 指出 ASR 与 ACR 之间的信号关系
常见易错
  • 把 ASR 与 ACR 的输入输出关系接反
  • 把电流环说成外环、转速环说成内环
  • 忽略 PI 调节器在稳态时积分作用使偏差为零
公式
调节器的工程设计方法 电力拖动与运动控制
本卷考法
  • 按工程设计方法说明 ACR 的整定思路
本卷实例
  • 关键一步:把电流环按典型一型系统整定,取阻尼比为零点七零七
  • 中间结果:由电磁时间常数与放大倍数确定 PI 调节器参数
  • 卡点:整定前先合并小时间常数,并核对近似处理条件
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 电流环按 1 型系统设计,取 K_T=0.5 时电流超调量可控制在 5% 以内
  • 转速环按 2 型系统设计,保证转速无静差
  • PI 参数由被控对象的时间常数与放大倍数推算
  • 设计过程先内环后外环
步骤
  • 由电动机参数求电枢回路电磁时间常数与机电时间常数
  • 写出电流环被控对象传递函数,按 1 型系统整定 ACR
  • 把电流环等效为一个小惯性环节,作为转速环的被控对象
  • 按 2 型系统整定 ASR
  • 校验超调量指标
通用考法
  • 本卷考过按工程设计方法说明 ACR 的整定思路
  • 按工程设计方法设计 ACR 或 ASR 并给出 PI 参数
  • 说明为什么电流环按 1 型、转速环按 2 型设计
  • 校验超调量是否达标
常见易错
  • 过载倍数与电流反馈系数混用
  • 把电流环与转速环的设计顺序搞反
  • 时间常数按开关频率算错
公式

7双闭环调速系统工程设计#

思路
  • 题目给了完整电机参数(Ce、Ra、KN、Tl、Tm、Toi、Ton、Un*),标准做法先内环后外环,按典Ⅰ/典Ⅱ型整定 ACR 与 ASR
转速电流双闭环调速系统 电力拖动与运动控制
本卷考法
  • 说明双闭环系统的调节器结构与作用
本卷实例
  • 关键一步:ASR(转速外环)输出作为 ACR(电流内环)的给定,ACR 输出去控制触发与整流装置
  • 中间结果:转速反馈系数 α 由额定转速下的 10V 给定定,电流反馈系数 β 由 339A 限流定
  • 中间结果:ASR 输出限幅 8V、ACR 输出限幅 6.5V,分别对应最大电流给定与触发控制
  • 中间结果:按先内环后外环的顺序:电流环校成典Ⅰ型,转速环校成典Ⅱ型
  • 卡点:两环的输入输出关系接反,后面全错
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 转速调节器 ASR 为外环,电流调节器 ACR 为内环
  • ASR 的输出是 ACR 的给定,ACR 的输出控制触发与整流装置
  • 两个调节器通常都用 PI 形式,实现稳态无静差
  • 内环的作用是限制电流、提高抗扰能力;外环的作用是控制转速、实现无静差
步骤
  • 按信号流向画出双闭环结构框图
  • 写出电流环被控对象与调节器的传递函数
  • 说明内环与外环各自的输入、输出与作用
  • 说明两环之间的给定-反馈关系
通用考法
  • 本卷考过说明双闭环系统的调节器结构与作用
  • 说明双闭环系统如何分别实现电流调节与转速调节
  • 写出结构框图并说明各环节作用
  • 指出 ASR 与 ACR 之间的信号关系
常见易错
  • 把 ASR 与 ACR 的输入输出关系接反
  • 把电流环说成外环、转速环说成内环
  • 忽略 PI 调节器在稳态时积分作用使偏差为零
公式
调节器的工程设计方法 电力拖动与运动控制
本卷考法
  • 按工程设计方法整定 ACR 与 ASR 的 PI 参数
本卷实例
  • 关键一步:先由 Tl=0.012、Tm=0.12、Ra=0.18 求电流环对象
  • 关键一步:按 1 型系统取 KT=0.5 整定 ACR
  • 关键一步:再把电流环等效成小惯性环节,作转速环对象按 2 型系统整定 ASR
  • 中间结果:Toi=0.0025、Ton=0.015 要分别并进对应环的小时间常数
  • 卡点:内外环设计顺序搞反;或把过载倍数与电流反馈系数混用
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 电流环按 1 型系统设计,取 K_T=0.5 时电流超调量可控制在 5% 以内
  • 转速环按 2 型系统设计,保证转速无静差
  • PI 参数由被控对象的时间常数与放大倍数推算
  • 设计过程先内环后外环
步骤
  • 由电动机参数求电枢回路电磁时间常数与机电时间常数
  • 写出电流环被控对象传递函数,按 1 型系统整定 ACR
  • 把电流环等效为一个小惯性环节,作为转速环的被控对象
  • 按 2 型系统整定 ASR
  • 校验超调量指标
通用考法
  • 本卷考过按工程设计方法整定 ACR 与 ASR 的 PI 参数
  • 按工程设计方法设计 ACR 或 ASR 并给出 PI 参数
  • 说明为什么电流环按 1 型、转速环按 2 型设计
  • 校验超调量是否达标
常见易错
  • 过载倍数与电流反馈系数混用
  • 把电流环与转速环的设计顺序搞反
  • 时间常数按开关频率算错
公式
双闭环系统的起动过程 电力拖动与运动控制
本卷考法
  • 说明起动过程各阶段与各中间量的变化
本卷实例
  • 关键一步:按电流上升、恒流升速、转速调节三个阶段分析起动过程
  • 中间结果:恒流升速阶段电流保持最大值,转速近似线性上升
  • 卡点:需按原卷结构图与限幅值核对 ASR、ACR 饱和状态
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 起动分三个阶段:电流上升、恒流升速、转速调节
  • 第一阶段 ASR 饱和,电流环起主要作用,电流迅速升到最大值
  • 第二阶段 ASR 保持饱和、电流维持在最大值,转速近似线性上升
  • 第三阶段转速接近给定后 ASR 退饱和,进入正常转速调节
步骤
  • 画出起动过程的转速与电流波形
  • 按阶段说明 ASR 是否饱和
  • 逐阶段写出各中间量(U_i*、U_ct、U_d、I_d、n)的变化趋势
  • 指出退饱和的判据是转速回到给定附近
通用考法
  • 本卷考过说明起动过程各阶段与各中间量的变化
  • 说明起动过程分几个阶段及每阶段的特点
  • 分析各中间变量在三个阶段的变化
  • 解释为什么要让 ASR 饱和
常见易错
  • 忽略饱和与退饱和,把整个起动过程当成线性过程
  • 把恒流升速阶段的转速说成指数上升
公式
本卷考法
  • 由参数求机电时间常数并判断能否稳定运行
本卷实例
  • 关键一步:由飞轮惯量与电机参数计算机电时间常数和电动势系数
  • 中间结果:按动态结构图列特征方程求临界放大倍数再与给定值比较
  • 卡点:原始电机参数由原卷图给出,需回原卷核对图
考点详解(要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错)
要点
  • 动态结构图含给定、调节器、触发与整流、电动机、测速反馈五个环节
  • 电动机环节通常写成两个惯性环节的串联
  • 放大倍数过大时系统会振荡甚至不稳定
  • 临界放大倍数由特征方程落在虚轴上确定
步骤
  • 画出转速负反馈单闭环调速系统的动态结构图
  • 写出各环节的传递函数并整理成闭环形式
  • 求特征方程并联立求临界放大倍数
  • 比较实际放大倍数与临界值判断能否稳定运行
通用考法
  • 本卷考过由参数求机电时间常数并判断能否稳定运行
  • 画出动态结构图
  • 求闭环临界放大倍数
  • 分析开环放大倍数对稳定性的影响
常见易错
  • 本卷考过各环节时间常数漏乘或量级搞错
  • 各环节时间常数漏乘或量级搞错
  • 把稳态放大倍数直接当成动态增益使用
公式