单周期控制的参考文献

并联单周期控制三相PFC整流器

——杨晨和科越马斯梅德利, IEEE的高级会员

摘要：并联三相功率因数校正（PFC）整流器，大功率应用是一个关键问题，因为它的功率范围延伸到一个更高的水平，并允许采用模块化设计,这对于电流共享和循环电流控制模块之间的技术来说是一个挑战。本文在两个并联整流器上研究这些现象，提出了一种新的电流共享的方法基于单周期控制（OCC）与向量运算和双极性操作。原来的OCC电路和各个模块之间的通信路径中，输入电流共享和循环电流是有限的，而OCC优点，如恒定的开关频率，没有乘法器，和简单的电路，将被保留。两个OCC PFC整流器各为2.5千瓦的建造和使用提出的并联方法绑在一起。实验已经证明了这种方法的简单性和有效性。

索引条款：循环电流，电流共享，单周期控制（OCC），并联整流，功率因数校正（PFC），向量运算。

一、引言

对于高功率应用，三相电源常用在交流 - 直流的情况下，通常有两种配置，一个是三个单相功率因数校正（PFC）整流器的组合，另一个是三相PFC整流器。后者具有独特的优势。首先，能流是恒定的，这可以降低电容器的数目和大小;第二，更少的使用交换机;第三，由于较高的效率，降低了开关损耗和传导损耗，而且，单周期控制（OCC）技术的控制电路与三相整流的控制电路一样的简单。

此外，三相PFC整流器并联运行的功率范围延伸到一个更高的水平，并允许模块化的设计。以往，N 1模块目的用于处理冗余，以提高系统的可靠性。然而，并联仍然不无风险。相关的并行PFC整流器在三相系统中有两个主要问题，如下所示：1）所有的模块的电流共享2）产生的相位不同的并联模块的循环电流。已经报道了许多方法以解决第一个问题。在所有的方法中，“自动主”（或称为“民主的电流共享”）方法得到广泛的普及，因为其简单，易于扩展的。然而，其局限性是互连参考总线之间需要的所有模块直接电流调节。至于循环电流而言，有许多文献致力于研究其抑制方案。在文献[7]中，一个三相隔离变压器是用来阻止分离每个PFC模块的输入的循环电流的通路。但是，变压器的笨重，尤其是对于高功率应用。在文献[8]，循环路径的阻抗间增加电抗器。此方法用于高频循环电流是有效的。对于在低的频率，例如两个不同的模块的拍频电流，该反应器可以是太笨重。在文献[9]和[10]，所有模块之中，将它们作为一个单一转换器的部分插入同步控制。然而，这种方法需要一些高频的通信信号，是容易受噪声污染的，并且转换器的安装不灵活。第[11]文献提出一个非零向量空间矢量调制（SVM），以避免循环电流当并联PFC整流器间断SVM控制的可能性。它虽然不连续，但支持向量有效地降低了开关损耗，不连续的6个区域的边界处的平均占空比给了循环电流一个机会，因为在连续的区域中使用两种类型的零矢量。然而，非零矢量SVM的方法给出了一个较大的电流纹波。第[13]文献，在零矢量的占空比的控制变量引入并联PFC整流器的平均模型的基础上。通过控制零矢量的持续时间与一阶的电流控制回路，循环的电流可以被极大地抑制。为了改善瞬态表现所提出的方法，文章[14]提出的连续和离散变结构控制方法，这是基于DQ变换的信息。 [11]，[13]，[14]，以DSP或微处理器为基准计算，向量选择，或转

换信号，这可能会增加电路的复杂性和成本，在控制电路时，通常需要使用。

图1.三相PFC整流器。

本文提出了一个新的基于OCC并联方法，以便让每个模块的输入电流，根据其额定功率和控制的所有模块之中循环电流，同时保持低开关损耗。任务1），用于互连线电流共享在所有的模块共享一个直流信号。任务2），用于向量操作和双极性工作模式之间的交替，也就是说，当两个并联三相OCC PFC整流器向量中的操作模式时，循环电流在预先设定的极限之内，一旦循环电流超过极限时，OCC与双极操作模式不工作，直到流通电流下降到低于极限。预设的限制是这样选择的循环电流是可以接受的，整流器大部分时间是向量中的操作模式。通过这种方式，保留矢量操作的低开关损耗的优点。这种方法的实施，涉及除了原始OCC控制器之外的每个模块轻微OCC控制器之间的通信。由于这种方法只需要在所有的模块之间共享一个DC信号，通信负担是最小的，而且并联模块的安装是灵活的。 OCC并联的控制方法，并不一定需要DSP，微处理器，或乘法器计算作参考，同时保持恒定的开关频率和简单的电路的优点。

在本文中，简要在第二节回顾了OCC PFC与向量运算和双极操作，然后，在第三节对PFC整流器并联运行进行了分析，第四节介绍了拟议的PFC整流器的控制核心，和并联的性能，第五节中进行了实验验证;在第六节给出结论。

二、三相OCC PFC整流器

图1示出了典型的六开关PFC整流器桥拓扑。假设各臂的上部和下部的开关操作互补的开关频率远远高于行频，桥是相当于三个电压控制电压源，图2显示了其等效平均模型。

来自[15]中的输入和输出的关系如下：

其中Dan，Dbn和Dcn分别是San，Sbn，Scn的占空比。由于上述（1）的矩阵是奇异的，没有独特的解决方案。在OCC PFC与向量操作模式和双极性工作模式下，可以实现如下。

图2. PFC的平均模型

图3.单周期内的波形

图4.等效双Boost电路

A.OCC PFC用向量操作模式

向量操作模式，一个周期，如图.3所示，可分为6个区域，根据各相电压的零交叉点。在每个区域中，由两个开关的主导，其电压是相反的，另外两个开关在整个区域中保持ON和OFF时，其他相的开关，在控制开关频率。在这种方式中，六开关桥可解耦成并联连接的双升压拓扑结构。例如，在区域（0度?60度），如图所示.4，在整个地区中开关Sbn保持开通和SBP关断，而开关Sap,San,Scp和Scn控制开关频率。该电路可以被视为一个并联连接的双升压转换器,输入电压为νab和νcb。

图5.OCC PFC控制器采用矢量操作模式

因此，在区域1，让Dbn = 1，设νj= Re?I j（j= A，B，C）代入（1）中，控制方程可以推导出：

Vm是所产生的电压反馈补偿，RS是电流检测电阻，Re是模拟的电阻。

从（2）中看，只有两相电流需要用于产生在每个区域的两个独立的占空比。第三电流从其他两个计算，因为ia+ib+ic= 0在一个单独的PFC整流器中总是满足的。没有在高频率切换在每个区域的电流相位。因此，开关损耗也大大降低。同样等效电路和控制其他区域的关键方程，可以推导出由相同的装置、相同区域的控制电路。其由一个电流选择电路和一个驱动信号分配器指定根据的选择信号，如图.5所示，可以实现所有的控制方程。

B. OCC PFC双极性工作模式

在双极模式操作，由控制的主要方程，推导出

其中Rs是电流检测电阻。 Vm是反馈补偿器的电压：Vm = Rs*（E / Re）K1，其中Re是仿真的电阻。为方便起见，K1被选择为0.5。

在每个开关周期中，所有的三相电流可以感测到开关的开通和关断，因此，它们紧紧跟随其相应的电压。它不需要满足ia+ib+ic= 0的条件，虽然它在一个单独的PFC整流器自动满足。由于所有在开关频率上的开关操作，开关损耗高于OCC PFC整流器与矢量运算。 OCC PFC控制器与双极性工作模式如图. 6。

图6.OCC PFC控制器与双极操作模式

三、 OCC PFC并联运行

在并联中，两个或两个以上的整流器是联系在一起的分担负载。在本文中，为了方便，系统将讨论两个的情况。图.7示出了两个PFC整流器在输入端和输出端直接连接。以下是有关并联的两个方面:

A.电流并联

交流输入电流根据每个模块的额定功率,在整流器并联时，有时会产生不同的额定功率,这是可取的。从（2）中，可以得到下面的公式：

，其中νj和i j是相电压和电流。

图7.两个PFC整流器并联运行

图8. Vm并联的方法

可以观察到（5），i j仅被Rs影响， Vm为每个整流器提供相同的电压，因为在这样的配置中共享νj和E。没有任何非线性或计算值，这使得它们之间的能量分配非常简单和可靠的。通过这种方式，当并联时，与Rs值不同的模块，共享总负载的不均匀部分。由式（5）中的任何模块，输入功率可以推导出

其中，V l-l，rms是输入线到线电压的有效值。

根据上述分析，在两个模块之间共享一个共同的直流基准电压的信号Vm。图.8示出了共用的Vm，其中Avi(s)(i= 1，2）是电压环路补偿器。通过在一个共阴极配置的两个二极管输出的连接的电压补偿器Avi(s)。选择较大的输出电压Vm的，它被分配到控制器的脉冲宽度调制信号的生成。

B.循环电流控制

图9.等效电路的并联式PFC

图10.等效电路的循环电流

由于直接连接的两个整流器，循环电流在它们之间流动是可能的。当两个相同的单元并联，不受管制的循环电流可能导致其输入电流将处于不平衡状态，从而降低其性能，甚至损害组件。

为了研究循环电流的原因，两个并联的整流器可以表示的等效电路包含双并联Boost电路，如图所示. 9。虽然等效电路是在区域I中，但所有其他区域，也可以进行类似的分析。在图9，Rc1?Rc4代表串联电阻，R L为负载（RC1?RC4?RL）。在OCC中的矢量操作模式，Sbn总是ON和Sbp总是为OFF。每个开关周期开始时， San和Scn在同一时间转向ON。然后，一个San或Scn将先关闭。接着，将另一个关闭，最后，电流通过续流二极管和电容器Lb的并联连接，这两个整流器的电流之间的交联成为了可能。例如，San1被关闭时，i a1“看到”的两条路径回流到源如下：无论是通过C1和Lb1的回来，或者通过RC1，RC3，C2，和Lb2的回来（如图中的虚线图9中）。其他的电流，如ia2，ic1，ic2，也可以类似分析。其结果是，ib1和ib2可能不相等，这导致了一种不平衡PFC1和PFC2之间（图7所示）的一种不平衡。这可以被看作是一个循环流动的电流

通过这两个界面，如在图.10中所示的等效电路，其中iz是等效的两个整流器之间的循环电流。自PFC1和PFC2不同步起，他们可能不会同时进入下一个区域。此外，两个相邻的区域的开关相电流有不同的切换策略，如I区的ib和Ⅱ区的ia是不同的。因此，iz可能有一个阶跃变化，在每个区域的交叉点，这是关系到前一个区域中的循环电流和不同步的跨区域动作。虽然在图.10中的循环回路没有电源，但是这将使iz在一阶系统有一个初始值和波动。

假设Rc1?Rc4上的电压降远小于E1或E2，E1≈E2。前提是两个相同的PFC 整流器并联，（3）保持等于两个整流器的Re相等，E,Rs,共享Vm的是相同的。因此，在区域一，ia1、ia2、ic1、ic2均受同一控制方程和跟随输入电压νa 的νC的控制。这种不平衡只能发生在ib1和ib2。满足下面的公式（代表的是i在一个开关周期内的平均值）。

研究平均模型图. 9得出在下面的等式。

从而

（12） - （15）得到下面的表达式：

（16）右侧的第一部分与两个整流器的直流母线电压的差异有关，第二部分与连接电阻的差异有关。连接电阻Rc1?Rc4可视为相等，因此，（16）可以简化为

E2和E1的电压通过相应的电压反馈环路来控制，它通常包含一个PI补偿器的时间常数，大约两到五个线周期。然而，在循环电流在任何区域（一个周期

的六分之一）可以是不同的，从而以使E1 - E2的突然变化在交叉区域的点，而电压回馈系统可以不响应这样一个快速变化。此外，由于Rc2值较小，E1或E2的变化绝对值相对较小，因此，它很难被高比例的电压传感器检测到。因此，只是共享Vm的两个整流器之间，不能有效地防止循环电流。

从图.10，iz的时域响应，可以得到如下：

时间常数τ=（L b1+L b2）/（Rc2+Rc4），在每个区域的交叉点,izo是iz的初始值。

一般，R C1?4是非常小的，这使得τ的时间间隔远远大于一个周期的六分之一。如果izo可以减少在该地区的过境点，iz将在该地区衰减。因此，总的循环电流可以被限制。

在上述分析中，可以控制循环电流的双极性工作，在一个小的时间间隔里，由于双极性工作，消除了自然循环电流，可以围绕该区域交叉点开关矢量运算。通过这种方式，有效地降低izo等iz。当iz衰减到低于预设的限制时，系统会切换回矢量操作。该的方法中，系统设有一个小的循环电流，以及低开关损耗。

四、OCC控制器为并行PFC操作实施

基于上述分析，提出一种新的方法OCC PFC整流器并联运行。图.11示出了有能力为每个整流器并联的新OCC控制器的原理图。用电压反馈信号Vm的共享来实现PI补偿Av(s)，通过插入一个二极管使OCC PFC整流器个别的阴极端子连接在一起。电压值最高的一个Vm模块将自动作为主模块。

为了识别的循环电流，三个电流传感器代替正常的两循环电流时，第三相电流存在的情况下，其不能通过其他两个的总和获得。循环电流的计算方法是通过计算ia，ib，ic求得的。补偿这个信号是由一个P补偿Gz（s）和相对于预先设定的基准信号V ref _z组成的。大部分的时间，该控制器是在载体中的操作模式。只有当循环电流的幅值大于Vref _z时，比较器的输出变高，控制器切换到双极性工作模式。经过很短的时间，当iz减小V ref _z以下，控制器将再次返回矢量运算模式。此功能的实现是由一些简单的附加组件，包括运算放大器，比较器和触发器组成的原始OCC控制器。在每个区域相电流的最大绝对值被选择为i t。然后，在两个增益后，它与积分信号相比较，然后触发一个触发器。双极性工作，分享在原始OCC核心的矢量运算的积分器和时钟。此阶段的驱动信号的Qt由此产生，所以只有当So比较高的条件下才是有效的。在这种情况下，此阶段的控制只有切换到Qt，而其他两个保持不变。

图11.平行OCC PFC控制器。

图12. 5千瓦平行PFC整流器的实验室样机

比较图. 11与图.5和图.6，可以看出，只有少数的线性和逻辑元件被添加到原来的OCC的控制核心。也没有必要为一个乘法器或DSP执行计算。因此，电路仍然是简单和低成本的。这是PFC整流器单独使用或与其他单位灵活的并联获得的。

五、实验验证

如图. 7所示，两个实验室的原型OCC PFC整流器各为2.5千瓦的建造和连接。一些重要的参数如下：开关频率F S1 = 25.5 kHz，F S2 = 36.6 kHz，输入电感= 1mH，R C1?R C4≈0.05Ω，负载R L= 32Ω， E = 400 V。总输出功率是Po= 5kW。图.12示出的OCC整流器并联的内部图片。

图13（a）和（b）显示实验相电流为两个PFC1和PFC2，其有一个相等的Rs值。首先，在图.13（a）中，两个整流器只共享一个普通的Vm的信号，因此，不存在循环电流的防止能力。

图13. （a）相电压（200 V /格）和电流（10 A /格）没有提出的控制方法。（b）相电压（200 V /格）和电流（10 A /格）提出的控制方法。

图14. （a）没有提出的控制方法的循环电流（10 A /格）。（b）提出的控制方法的循环电流（10 A /格）

由于i a1和i a2在开关频率有两个区域内是无开关的，所以在一个周期的峰值和谷部之间i a1和i a2之间相电流有差异。其次，在提出的循环电流控制电路中，循环电流被大大地降低了，如图.13（b）所示，其中的两个单元的电流重叠密切。区域交叉点的小尖峰表明循环电流衰减模式时，所提出的方法是切换系统得到有效的工作，从向量运算变成双极性工作，在很短的时间，他们有一点总谐波失真（THD）输入电流。这个过程中，对各相电流的零交叉点附近的失真所造成的矢量和双极性模式之间的切换是有影响的。输入电流的THD低于5％。

图15.向量之间的交替和双极操作

图16.Va（200 V /格）和ia1和ia2（10 A /格）提出的控制不同功率等级模块的方法

在相同的实验条件下，图. 13和图.14分别表示在五倍增益后PFC1和PFC2的循环电流iz1、 iz2。iz1和i2的下降斜坡表明，在每个区域循环电流都衰减。虽然理论上时间常数τ为0.02 s，实际的回路电阻大于Rc2的R C4，这使得时间常数τ较小，其结果是，在每个区域的iz的下降斜率变大。图.14（a）和（b）分别表示带有和不带有所提出的控制方法的循环电流。可以看出，与图.14（a）相比，循环电流的最大振幅减小到了50％。

图.15示出了电流波形的A相和其相应的示于图的上部开关Sap的驱动信号。在该区域中，当A相电流为最大绝对值时，操作切换矢量模式和双极性模式，如图中的垂直虚线和箭头所示。当循环电流大于预设的限制时，双极性工作工作时间较短，向量操作的工作时间较多。

图.16显示两个整流器不同的Rs。通过让Rs2= 1.5Rs2，使PFC1输入电流1.5倍于PFC2。通过这种手段，并联OCC可以很容易地根据其额定功率为每个模

块分发输入电流，以及限制循环电流。同样，垂直虚线和箭头示出矢量模式和双极模式之间的切换的操作。在此之间并联运行的不均匀功率等级模块的开关损耗仍保持在较低水平。

六、结论

随着当前需求的增加，并联PFC整流器提供了一个有吸引力的替代品，以一个单一的PFC整流器拥有更高的功率输出能力。 OCC PFC整流器闻名的优点，如简单的电路，低开关损耗，以及强劲的性能。然而，如果简单地并联连接，两个整流器的循环电流在每个区域将具有最大绝对电流值的阶段。研究表明，在循环回路是比较大的时间常数的一阶系统。因此，如果循环电流被限制在开始点，即，在该区域交叉点，将对整个区域来说相对较小。基于这种分析，本文提出了一种新的并联方法。通过允许OCC核心切换到双极性工作时被检测到的高循环电流，可有效地控制循环电流，而系统会保留矢量操作的低开关损耗的优点。另外，循环电流控制的原始OCC核心中函数时，控制器仍然是简单的和低成本的。通过采用这种并联的方法，可以避免参考计算的复杂性。只有一个共同的直流信号的N+1 PFC模块，为用户提供了安装的极大灵活性。这种控制方法也适用于单相的PFC整流器并联运行。

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杨晨分别在1998年和2001年，于中国，北京清华大学获得B.S.和M.S.学位。在2005年，从加州大学欧文分校获得电气工程学位博士学位。

2006年成为电气和计算机工程师，他一直在整流器，DC-DC电源管理的领域中研究工作。他的研究兴趣包括并行控制的三相功率因数校正整流器/有源滤波器（APFS），/逆变器，并网逆变器，太阳能能源利用率与最大功率点跟踪（MPPT），single-/three-phase连接升压型变频器，电能质量控制。

科越马史沫特莱（S'87 M'90 SM'97）在1982年和1985

年，分别获得中国杭州浙江大学的BS和M.S.学位，在1987年和1991年，在帕萨迪纳加州理工学院的电气工程获得M.S.和博士的学位.1990年至1992年，她受雇佣于研究超导超级对撞机，在那里她负责的AC-DC的设计和规范所有的加速器环的转换器。她目前是美国加州大学欧文分校（UCI）电气工程和计算机科学系的教授和副系主任。她也是UCI电力电子实验室主任。她的研究兴趣包括拓扑结构，控制和集成的高效率DC-DC转换器，高保真D类功率放大器，有源和无源软开关技术，单相和三相功率因数校正整流器，积极电源滤波器，电网逆变器替代能源，等她发表了大量技术文章，并拥有9项美国专利。

史沫特莱教授是IEEE交易的副主编，电力电子，电源制造商协会，行业/教育委员会共同主席，国际科学与技术协会的发展和IEEE电力电子学会国际会议，大会主席电力和能源系统2003。2004年的电力电子工业会议的联合主席。她是2005年UCI创新奖的获得者。

自动控制原理课程设计岑

中北大学信息商务学院课程设计说明书 学生姓名：岑喆俣学号：1403014337 学院：中北大学信息商务学院 专业：自动化 题目：自动控制原理课程设计 （第4组） 职称: 副教授 2016年12月27日

中北大学信息商务学院课程设计任务书 2016-2017 学年第一学期 所在系：自动控制系 专业：自动化 学生姓名：岑喆俣学号：1403014337 课程设计题目：自动控制原理课程设计 （第4组）起迄日期：12 月23 日～12 月30 日课程设计地点：校内 指导教师：姚舜才 系主任：王忠庆 下达任务书日期: 2016年 12 月 16 日

一、串联滞后校正原理 串联滞后校正是在未校正系统中串入滞后校正网络来进行校正，串联 滞后校正利用滞后校正网络高频幅值衰减的特性，降低未校正系统的幅穿 频率，从而获得足够的相角裕度并可以提高抑制高频噪声的能力。利用滞 后环节的中、高频段的衰减特性,使校正后的幅穿频率下降(左移),以获得 要求的相角裕度。 滞后校正的使用场合： （1）在系统响应速度要求不高而抑制噪声电平性能要求较高的情况下，可考虑采用串联滞后校正； （2)保持原有的已满足要求的动态性能不变，而用以提高系统的开环增益，减小系统的稳态误差。 滞后装置的特点： （1）输出相位总滞后于输入相位，这是校正中必须要避免的； （2）它是一个低通滤波器，具有高频衰减的作用； （3）利用它的高频衰减作用，使校正后的系统剪切频率前移，从而达到增大相位裕量的目的。 滞后校正的缺点是：校正后系统的截止频率会减小，瞬态响应的速度要变慢；在截止频率处，滞后校正网络会产生一定的相角滞后量。 利用频率法设计串联滞后校正网络的步骤： ①根据稳态误差的要求，确定开环增益K 。 ②根据所确定的开环增益K ，画出未校正系统的波德图，计算未校正系统的相角裕度γ、增益裕度h 。 ③根据要求的相位裕量值"γ，确定校正后系统的开环截止频率"c ω，此 时原系统的相角为 εγω?++?-="" c 180)( ε是用于补偿滞后校正网络在校正后系统开环截止频率处的相角滞后量。通常取ε=5~12°。 ④确定滞后网络参数b 。

自动控制原理作业答案

作业一： 第一章 1-2【P7】 (1)在结构上，系统必须具有反馈装置，并按负反馈的原则组成系 统。 (2)由偏差产生控制作用。 (3)控制的目的是力图减小或消除偏差，使被控制量尽量接近期望 值。 1-3【P8】 1-7 优点缺点 开环控制系统结构简单、造价低控制精度低、适应性不强闭环控制系统适应性强、控制精度高结构复杂、稳定性有时难 保证 补充1：自动控制系统有什么基本要求？【P14】 1-8 开( 2-1. （a）

1121 1112211 i o o R i i dt C u R i u i i i R i idt u C ?=?? -=?? +=??+=?? ??L L L L L L L L ① ② ③④ 化简得： 212121 211212121211 ()(1)i o i i o o du du R C R C R C u u dt R C u u dt dt R C R C dt R C R C +++=++++?? 2-1(d)

2-2 (a) 011020()()i i i d x x x f k x x f kx dt dt -+-=+ 化简 01212011()()i i dx dx f f k k x f k x dt dt +++=+ （b ） 处于静止时刻（平衡的时候），质量块m 的重力mg 已经被弹簧跟阻尼器所平 衡掉，所以列方程的时候不应该出现重力mg 。 以质量块m 为研究对象，由牛顿第二定律得： 22()()()d y t dz t m kz t f dt dt =--L L L ① 结合： ()()()z t y t x t =-L L L ② 消去()y t 得：

自动控制原理期末考试复习题及答案

一、 填空题 1、线性定常连续控制系统按其输入量的变化规律特性可分为_恒值控制_系统、随动系统和_程序控制_系统。 2、传递函数为 [12(s+10)] / {(s+2)[(s/3)+1](s+30)} 的系统的零点为_-10_， 极点为_-2__， 增益为_____2_______。 3、构成方框图的四种基本符号是： 信号线、比较点、传递环节的方框和引出点 。 4、我们将 一对靠得很近的闭环零、极点 称为偶极子。 5、自动控制系统的基本控制方式有反馈控制方式、_开环控制方式和_复合控制方式_。 6、已知一系统单位脉冲响应为t e t g 5.16)(-=，则该系统的传递函数为 。 7、自动控制系统包含_被控对象_和自动控制装置两大部分。 8、线性系统数学模型的其中五种形式是微分方程、传递函数、__差分方程_、脉冲传递函数_、__方框图和信号流图_。 9、_相角条件_是确定平面上根轨迹的充分必要条件，而用_幅值条件__确定根轨迹上各 点的根轨迹增益k*的值。当n-m ≥_2_时, 开环n 个极点之和等于闭环n 个极点之和。 10、已知一系统单位脉冲响应为 t e t g 25.13)(-=，则系统的传递函数为_ _。 11、当∞→ω时比例微分环节的相位是： A.90 A.ο 90 B.ο 90- C.ο45 D.ο 45- 12、对自动控制的性能要求可归纳为_稳定性__、_快速性_和准确性三个方面， 在阶跃 响应性能指标中，调节时间体现的是这三个方面中的_快速性___，而稳态误差体现的是_稳定性和准确性_。 13、当且仅当离散特征方程的全部特征根均分布在Z 平面上的_单位圆 _内，即所有特征根的模均小于___1____,相应的线性定常离散系统才是稳定的。 14、下列系统中属于开环控制系统的是 D.普通数控加工系统

自动控制原理大作业完成版

一、 设计任务书 设计任务是考虑到飞机的姿态控制问题，姿态控制转换简化模型如图所示，当飞机以4倍音速在100000英尺高空飞行，姿态控制系统的参数分别为： 4,0.1,0.1,0.11 1====a a a K ωεωτ 设计一个校正网络(),s G c 使系统的阶跃响应超调量小于5%，调节时间小于5s （按2%准则）

2、计算机辅助设计 （1）simulink仿真框图 Simulink仿真框图 双击scope显示图像，观察阶跃相应是否达到指标

放大图像观察超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足要求 （2）绘制bode 图

校正前的bode图 校正后的bode图

（3）绘制阶跃相应曲线 校正前的阶跃相应曲线 校正后的阶跃相应曲线

三、校正装置电路图 前面为放大装置放大25倍，后面为超前补偿电路，它自身的K 为0.1，相乘之 后为指标中的2.5，校正装置电路完成1 60 ) 16( 5.2++= s s G c 。 四、设计结论 设计的补偿网络为1 60 ) 16( 5.2++=s s G c 。经过仿真得出超调量为s t s p 7.4%,3==σ满足 要求。 五、设计后的心得体会 实际的控制系统和我们在书中看到的标准系统差别很大，参数的要求比书 中要求相对要苛刻，在设计校正网络的过程中，遇到很多困难超前滞后用根轨迹法无法求出，只能用simulink 画出仿真框图，通过经过一定的计算大概确定某些参数，通过不断地尝试修改，才能最终得到满足指标要求的阶跃相应曲线，很多时候现实中的参数没有书中的参数给的那么简单，会遇到很多难以想象的复杂状况，所以我们学习控制原理关键是学习怎么处理，如何应用好软件来配合完成系统的设计，现代控制理论不能单纯的通过简单的计算得出结论的，需要我们熟练运用软件来辅助设计，这样我们才能设计好一个校正网络。

开关变换器的单周期控制

开关变换器的单周期控制算法 Keyue M. Smedley, Member, IEEE, and Slobodan Cuk, Senior Member, IEEE 摘要：一种新型大信号非线性控制技术被提出来控制开关的占空比以致于在每个周期中开关控制器的开关参数的平均值能准确地等于或者正比于在稳态或暂态的控制参数。单周期控制在一个开关周期内可以有效抑制电源干扰。在一个开关周期内开关变量的平均值能够紧随动态参数的变化，并且在一个开关周期内控制其可以校正开关错误。控制参数与开关变量的均值之间不存在稳态误差也不存在动态误差。用一个在连续周期中运行的buck变换器中进行的实验演示了其控制算法的鲁棒性并且证实了理论猜想。这种新型的控制算法适用于脉宽调制，基于共振的或者软开关的开关控制器的所有类型在连续或者断续模式下电压或者电流的控制。而且，它可以用于物理变量的控制，也可以用于某些以开关变量形式或者可以转换为开关变量形式的抽象信号的控制。 一、介绍 开关变换器用于非线性脉冲动态系统的控制。此类系统在合理的非线性脉冲控制下可以具有更强的鲁棒性和更快的动态响应，并且在线性反馈控制下比同样的系统具有更强的电源抗干扰能力。目前，在电力电子领域已经有很多工作致力于寻找大信号非线性方法来控制开关变换器。 在传统的反馈控制中，占空比线性化为了减小误差。当电源受到干扰时，比如说有一个大的阶跃，因为误差信号必须先变化，占空比控制无法察

觉到这瞬时的变化。所以在输出电压中，可以观察到一个很明显的瞬态超调。而这瞬态过程的持续时长取决于回路带宽。在重新达到稳态前需要经过大量的开关周期。 在电流控制模式下[3]-[5]，一个连续频率的时钟信号在每个开关周期的一开始将开关打开。当到达控制参考信号时，开关电流开关增长，比较器改变其状态并关断晶体管。通常会添加一个人为的斜坡信号来消除当占空比大于等于0.5时产生的震荡。所以，如果这个人为加入的斜坡信号十分精准的等价于电感电流的下降斜率sf，那么系统在一个周期内将具有抗电源干扰的能力。在buck变换器的连续控制参数下可能是可行的。总之，在一个开关变换器中电感电流的下降斜率是一些动态参数的函数。所以，要在一个瞬态过程中让人工加入的斜坡信号跟上电感电流的下降斜率是不可能的。由于这不协调，电流控制模式在一个开关周期内不可能具有抗电源干扰能力。在任何情况下，如果控制参数是可变的，无论人工信号如何选择或者选择哪种变换器，电流控制模式在一个周期内都无法跟随控制参数或具有抗电源干扰的能力。 在闭环buck变换器中，在输出电压错误发生前，电源电压直接控制占空比。如果反馈参数设计精准并且开关时理想的话使输出信号与电源干扰相隔离将成为可能。而在现实中，开关具有开/关瞬态变化和导通压降。所以，这种方法也不能十分准确的抑制电源干扰。 在参考文献[6]中介绍的SADTIC变换器具有一个电容整流器将未整流的电源电压转变为三角波，“平衡交流波形”。这种平衡电流波经整流可产生一系列单极性三角波。输出电压由三角波的重复率控制。控制电流包

自动控制原理作业参考答案(第五章

5.1 （1）)(20)(20)(20)(12)(t r t r t c t c t c +=++ （2）21)10)(2()1(20)(s s s s s C ?+++= = s s s s 4 .0110275.02125.02+++-++- 所以 c(t)=4.0275.0125.0102++----t e e t t c(0)=0;c(∞)=∞; （3）单位斜坡响应，则r(t)=t 所以t t c t c t c 2020)(20)(12)(+=++ ，解微分方程加初始条件 解的： 4.04.02)(102++-+=--t e e t c t t c(0)=2, c(∞)=∞; 5.2 (1)t t e e t x 35.06.06.3)(---= (2)t e t x 2)(-= (3) t w n n n t w n n n n n n n e w b w a e w b w a t x )1(22)1(22221 2)1(1 2)1()(----+----+-+ -+----= ξξωξξωξξξωξξξω(4)t a A t a Aa e a a b t x at ωωωωωωωcos sin )()(2 22222+-++++=- 5.3 (1)y(kT)=)4(16 19 )3(45)2(T t T t T t -+-+-δδδ+…… (2) 由y(-2T)=y(-T)=0;可求得y(0)=0,y(T)=1; 则差分方程可改写为y[kT]-y[(k-1)T]+0.5y[(k-2) T]=0;,k=2,3,4…. 则有0))0()()((5.0))()(()(121=++++----y T y z z Y z T y z Y z z Y 2 11 5.015.01)(---+--=z z z z Y =.....125.025.025.05.015431----++++z z z 则y *(t)=0+)5(25.0)4(25.0)3(5.0)2()(T t T t T t T t T t -+-+-+-+-δδδδδ+… (3)y(kT)=k k k k k T T k T T )1(4 )1(4)1(4)1(4++---- 5.4

自动控制原理作业答案1-7(考试重点)演示教学

红色为重点（2016年考题） 第一章 1-2仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 解当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机反转带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如下图所示。 1-4 题1-4图为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？ 解工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水

流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。 其中，热交换器是被控对象，实际热水温度为被控量，给定量（希望温度）在控制器中设定；冷水流量是干扰量。 系统方块图如下图所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。 1-5图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量及各部件的作用，画出系统方框图。 解加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压Uc的平方成正比，Uc增高，炉温就上升，Uc 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压Uf。Uf作为系统的反馈电压与给定电压Ur进行比较，得出偏差电压Ue，经电压放大器、功率放大器放大成au后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T°C，热电偶的输出电压Uf正好等于给定电压Ur。此时，Ue=Ur-Uf=0，故U1=Ua=0，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使Uc保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T°C由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程,控制的结果是使炉膛温度回升，直至T°C的实际值等于期望值为止。 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压ru（表征炉温的希望值）。系统方框图见下图。

自动控制原理期末习题

测试题说明：所有的客观题都是以填空的形式给到大家，考试时的考核类型可能为填空、选择、判断等，考核内容和以下题目大致相似，大家好好复习！ 考试题型为：选择（2分*10题=20分），填空（1分*25=25分），大题（55分） 选择填空大部分从以下题目中提炼总结，考核形式可能会有所改变，大题题型基本和下面题目的题型相似，但是题目会有所变化(比如传递函数更换、参数更换、要求做些调整等等) 禁止考试时抄小抄，一旦发现，试卷0分，请参加大补考！ 没有交全作业或实验报告的同学、上课经常不到的同学平时成绩会比较低，因此要好好复习。 第一章测试题 1. 在水箱水温控制系统中，受控对象为 水箱 ，被控量为 水温 。 2. 自动控制系统有两种基本控制方式，当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 控制系统；当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时，称为 闭环 控制系统。含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 闭环 控制系统。 3. 反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进 行的。 4. 自动控制系统可以分为定值控制系统、 随动 控制系统和程序控制系统。 锅炉汽包水位控制系统属于 定值 控制系统，跟踪卫星的雷达天线控制系统属于 随动 控制系统。 5. 自动控制系统的基本要求是 稳定性 、 快速性或动态性能 、 准确 性或稳态性能 。 第二章测试题 1. 传递函数是指在 零 初始条件下、线性定常控制系统的 输出拉氏变换 与 输入拉氏变换 之比。 2. 控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传 递函数。 3. 某系统的传递函数为) 16)(13(18 )(++= s s s G ，其极点是 s1=-1/3, s2=-1/6 。

自动控制原理课程设计

审定成绩： 自动控制原理课程设计报告 题目：单位负反馈系统设计校正 学生姓名姚海军班级0902 院别物理与电子学院专业电子科学与技术学号14092500070 指导老师杜健嵘 设计时间2011-12-10

目录一设计任务 二设计要求 三设计原理 四设计方法步骤及设计校正构图五课程设计总结 六参考文献

一、 设计任务 设单位负反馈系统的开环传递函数为 ) 12.0)(11.0()(0 ++= s s s K s G 用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能： (1) 相角裕度0 45 ≥γ ； (2) 在单位斜坡输入下的稳态误差05.0＜ss e ； (3) 系统的剪切频率s /rad 3＜c ω。 二、设计要求 （1） 分析设计要求，说明校正的设计思路（超前校正，滞后校正或滞后－超前 校正）； （2） 详细设计（包括的图形有：校正结构图，校正前系统的Bode 图，校正装 置的Bode 图，校正后系统的Bode 图）； （3） 用MATLAB 编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）； （4） 校正前后系统的单位阶跃响应图。 三、设计原理 校正方式的选择。按照校正装置在系统中的链接方式，控制系统校正方式分为串联校正、反馈校正、前馈校正和复合校正4种。串联校正是最常用的一种校正方式，这种方式经济，且设计简单，易于实现，在实际应用中多采用这种校正方式。串联校正方式是校正器与受控对象进行串联连接的。本设计按照要求将采用串联校正方式进行校。校正方法的选择。根据控制系统的性能指标表达方式可以进行校正方法的确定。本设计要求以频域指标的形式给出，因此采用基于Bode 图的频域法进行校正。 几种串联校正简述。串联校正可分为串联超前校正、串联滞后校正和滞后-超前校正等。 超前校正的目的是改善系统的动态性能，实现在系统静态性能不受损的前提下，提高系统的动态性能。通过加入超前校正环节，利用其相位超前特性来增大系统的相位裕度，改变系统的开环频率特性。一般使校正环节的最大相位超前角出现在系统新的穿越频率点。

哈工大自动控制原理大作业

自动控制原理大作业 1.题目 在通常情况下，自动导航小车（AGV ）是一种用来搬运物品的自动化设备。大多数AGV 都需要有某种形式的导轨，但迄今为止，还没有完全解决导航系统的驾驶稳定性问题。因此，自动导航小车在行驶过程中有时会出现轻微的“蛇行”现象，这表明导航系统还不稳定。 大多数的AGV 在说明书中都声明其最大行驶速度可以达到1m/s ，但实际速度通常只有0.5m/s ,只有在干扰较小的实验室中，才能达到最高速度。随着速度的增加，要保证小车得稳定和平稳运行将变得越来越困难。 AGV 的导航系统框图如图9所示，其中12=40ms =21ms ττ， 。为使系统响应斜坡输入的稳态误差仅为1%，要求系统的稳态速度误差系数为100。试设计合适的滞后校正网络，试系统的相位裕度达到50o ，并估计校正后系统的超调量及峰值时间。 ()R s () Y s 2.分析与校正主要过程

2.1确定开环放大倍数K 100) 1021.0)(104.0(lim )(lim =++==s s s sK s sG K v （s →0） 解得K=100 ) 1021.0)(104.0(100++=s s s G s 2.2分析未校正系统的频域特性 根据Bode 图： 穿越频率s rad c /2.49=ω 相位裕度?---=?-?--=99.18)2.49021.0(arctan )2.4904.0(arctan 9018011γ 未校正系统频率特性曲线

由图可知实际穿越频率为s rad c /5.34=ω 2.3根据相角裕度的要求选择校正后的穿越频率1c ω 现在进行计算： ???--=+=---55550)021.0(arctan )04.0(arctan 901801111c c ωω 则取s rad c /101=ω可满足要求 2.4确定滞后校正网络的校正函数 由于1120 1~101c ωω）（= 因此取s rad c /1101 11== ωω）（，则由Bode 图可以列出

自动控制原理课后习题答案

. 第一章引论 1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。答： 自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。如下图所示为自动控制系统的基本组成。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。 闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。 闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。 < 1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。 答： 自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。 稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。 快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。 准确性用稳态误差来衡量。在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的精度

自动控制原理期末试题3套与答案一套

自动控制理论 （A/B 卷 闭卷） 一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 与反馈量的差 值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 的前馈复合控制和按 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传 递函数为()G s ，则G(s)为 （用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω ， 阻尼比=ξ ， 该系统的特征方程为 ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 。 6、根轨迹起始于 ，终止于 。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系 统的开环传递函数为 。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ， 其相应的传递函数为 ，由于积分环节的引入，可以改善系

统的 性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( ) 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。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反 馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上 升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。 4、系统在2)(t t r =作用下的稳态误差∞=ss e ，说明 ( ) A 、 型别2

自动控制原理课后习题答案解析

目录 1自动控制系统的基本概念 1.1内容提要 1.2习题与解答 2自动控制系统的数学模型 2.1内容提要 2.2习题与解答 3自动控制系统的时域分析 3.1内容提要 3.2习颗与他答 4根轨迹法 4.1内容提要 4.2习题与解答 5频率法 5.1内容提要 5.2习题与解答 6控制系统的校正及综合 6.1内容提要 6.2习题与解答 7非线性系统分析 7.1内容提要 7.2习题与解答 8线性离散系统的理论基础 8.1内容提要 8.2习题与解答 9状态空间法 9.1内容提要 9.2习题与解答 附录拉普拉斯变换 参考文献 1自动控制系统的基本概念 1. 1内容提要 基本术语：反馈量，扰动量，输人量，输出量，被控对象； 基本结构：开环，闭环，复合； 基本类型：线性和非线性，连续和离散，程序控制与随动； 基本要求：暂态，稳态，稳定性。 本章要解决的问题，是在自动控制系统的基本概念基础上，能够针对一个实际的控制系统，找出其被控对象、输人量、输出量，并分析其结构、类型和工作原理。

1.2习题与解答 题1-1图P1-1所示，为一直 流发电机电压白动控制系统示 意图。图中，1为发电机；2为减速器； 3为执行电机；4为比例放大器； 5为可调电位器。 (1)该系统有哪些环节组成， 各起什么作用” (2)绘出系统的框图，说明当 负载电流变化时，系统如何保持发 电机的电压恒定 (3)该系统是有差系统还是无 差系统。 (4)系统中有哪些可能的扰动， 答 (1)该系统由给定环节、比较环节、中间环节、执行结构、检测环节、 发电机等环节组成。 给定环节:电压源0U 。用来设定直流发电机电压的给定值。 比较环节:本系统所实现的被控量与给定量进行比较，是通过给定电 压与反馈电压反极性相接加到比例放大器上实现的 中间环节:比例放大器。它的作用是将偏差信号放大，使其足以带动 执行机构工作。该环节又称为放大环节 执行机构:该环节由执行电机、减速器和可调电位器构成。该环节的 作用是通过改变发电机励磁回路的电阻值，改变发电机的磁场，调节发 电机的输出电压 被控对象:发电机。其作用是供给负载恒定不变的电压. 检测环节跨接在发电机电枢两端、且与电压源0U 反极性相接到比 例放大器输人端的导线。它的作用是将系统的输出量直接反馈到系统的 输人端。 (2)系统结构框图如图1-5所示。当负载电流变化如增大时，发电 机电压下降，电压偏差增大，偏差电压经过运算放大器放大后，控制可逆 伺服电动机，带动可调电阻器的滑动端使励磁电流增大，使发电机的电压 增大直至恢复到给定电压的数值上，实现电压的恒定控制。 图P1-7电压自动控制系统示意图

哈工大自动控制原理 大作业

自动控制原理 大作业 (设计任务书) 姓名: 院系: 班级: 学号:

5、 参考图 5 所示的系统。试设计一个滞后-超前校正装置,使得稳态速度误差常数为20 秒-1,相位裕度为60度,幅值裕度不小于8 分贝。利用MATLAB 画出 已校正系统的单位阶跃与单位斜坡响应曲线。 + 一.人工设计过程 1、计算数据确定校正装置传递函数 为满足设计要求,这里将超前滞后装置的形式选为 ) 1)(()1)(1()(2 12 1T s T s T s T s K s G c c ββ++++ = 于就是,校正后系统的开环传递函数为)()(s G s G c 。这样就有 )5)(1()(lim )()(lim 00++==→→s s s K s sG s G s sG K c c s c s v 205 ==c K 所以 100=c K 这里我们令100=K ,1=c K ,则为校正系统开环传函) 5)(1(100 )(++=s s s s G 首先绘制未校正系统的Bode 图 由图1可知,增益已调整但尚校正的系统的相角裕度为? 23.6504-,这表明系统就是不稳定的。超前滞后校正装置设计的下一步就是选择一个新的增益穿越频率。由)(ωj G 的相角曲线可知,相角穿越频率为2rad/s,将新的增益穿越频率仍选为2rad/s,但要求2=ωrad/s 处的超前相角为? 60。单个超前滞后装置能够轻易提供这一超前角。 一旦选定增益频率为2rad/s,就可以确定超前滞后校正装置中的相角滞后部分的转角频率。将转角频率2/1T =ω选得低于新的增益穿越频率1个十倍频程,即选择2.0=ωrad/s 。要获得另一个转角频率)/(12T βω=,需要知道β的数值,

自动控制原理期末考试题

《 自动控制原理B 》 试题A 卷答案 一、单项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分） 1．若某负反馈控制系统的开环传递函数为 5 (1) s s +，则该系统的闭环特征方程为 ( D )。 A ．(1)0s s += B. (1)50s s ++= C.(1)10s s ++= D.与是否为单位反馈系统有关 2．梅逊公式主要用来（ C ）。 A.判断稳定性 B.计算输入误差 C.求系统的传递函数 D.求系统的根轨迹 3．关于传递函数，错误的说法是 ( B )。 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。 4．一阶系统的阶跃响应（ C ）。 A ．当时间常数较大时有超调 B ．有超调 C ．无超调 D ．当时间常数较小时有超调 5. 如果输入信号为单位斜坡函数时，系统的稳态误差为无穷大，则此系统为（ A ） A ． 0型系统 B. I 型系统 C. II 型系统 D. III 型系统 二、填空题（本大题共7小题，每空1分，共10分） 1．一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：___稳定性、快速性、__准确性___。 2.对控制系统建模而言，同一个控制系统可以用不同的 数学模型 来描述。 3. 控制系统的基本控制方式为 开环控制 和 闭环控制 。 4. 某负反馈控制系统前向通路的传递函数为()G s ，反馈通路的传递函数为()H s ，则系统 的开环传递函数为()()G s H s ，系统的闭环传递函数为 () 1()() G s G s H s + 。 5 开环传递函数为2(2)(1) ()()(4)(22) K s s G s H s s s s s ++= +++，其根轨迹的起点为0,4,1j --±。 6. 当欠阻尼二阶系统的阻尼比减小时，在单位阶跃输入信号作用下，最大超调量将 增大 。 7.串联方框图的等效传递函数等于各串联传递函数之 积 。 三、简答题（本题10分） 图1为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方框图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？

2019-2020学年第一学期期末考试《自动控制原理》大作业

吉林大学网络教育学院2019-2020学年第一学期期末考试《自动控制原理》大作业 学生姓名专业 层次年级学号 学习中心成绩 年月日

作业完成要求：大作业要求学生手写，提供手写文档的清晰扫描图片，并将图片添加到word 文档内，最终wod文档上传平台，不允许学生提交其他格式文件（如JPG，RAR等非word 文档格式），如有雷同、抄袭成绩按不及格处理。 综合题（每小题10分，共100分） 1、试用部分分式法、幂级数法和反演积分法，求下列函数的z反变换： (1) )2 )(1 ( 10 ) ( - - = z z z z E (2) 2 1 1 2 1 3 ) ( - - - + - + - = z z z z E 2、试确定下列函数的终值： (1) 2 1 1 ) 1( ) ( - - - = z Tz z E (2) )1.0 )( 8.0 ( ) ( 2 - - = z z z z E 3、设开环离散系统如图所示，试求开环脉冲传递函数G(Z)。 第3题图 4、当 z z z z z z C 5.0 5.1 1 2 ) ( 2 3 2 3 + - + + =时，计算系统前4个采样时刻c(0)，c(T)，c(2T)和c(3T)的响应。 5、已知线性离散系统的闭环脉冲传递函数为 2.0 1.0 ) ( 2 2 - + + = Φ z z z z z，试判断该系统 是否稳定。 6、设有零阶保持器的离散系统如下图所示，试求： （1）当采样周期T为1s和0.5s时，系统的临界开环增益K c； （2）当r(t)=1(t)，K=1，T分别为2s，4s时，系统的输出响应c(kT)。

单周期控制PFC

1.单周期控制原理（以BUCK为例） https://www.sodocs.net/doc/bc15249877.html,/link?url=Zbv-UCh7K0aOFr7QMsYNc9o5JgcESFzvHsrsBX_iwveEuST3x LQBJKcWkjoTLh6pGyk1LC-X4RTpYu5MOsNBt8WJ-LJV8EswukQOP_nxqve

2.PFC 含义：所以现代的PFC技术完全不同于过去的功率因数补偿技术，它是针对非正弦电流波形畸变而采取的，迫使交流线路电流追踪电压波形瞬时变化轨迹，并使电流和电压保持同相位，使系统呈纯电阻性技术（线路电流波形校正技术），这就是PFC（功率因数校正）。 所以现代的PFC技术完成了电流波形的校正也解决了电压、电流的同相问题。 控制方法： https://www.sodocs.net/doc/bc15249877.html,/link?url=4iwH0V1j4WBuIpzjyk6JInCJYge4W0D4c3DBGlfkaYZrLlc QT2R2gZk0Gzn4aEBEjYUtUFvW2UbpIWKHZyjW_AnhUZAwE6snkiPiJQRIAb7 原理： https://www.sodocs.net/doc/bc15249877.html,/link?url=LjHmZXNEmu3gIwDldxud7KuU1JPKxL06_pnsAlD3Tl-nfAa0A8t6l 85OlpeNmsopmLINkbrjxC0y9pTfzUBoELpdzLP94rUOUfqJwNBL6sq 平均电流型APFC设计与仿真： https://www.sodocs.net/doc/bc15249877.html,/link?url=VQWAuzsBCacWhLb9wnAd0e0bH-uzGZZ-QoHuY7Hd6oxCcGkC GalNi_vB8dU57zvATItdZD7oEL9d-tx6eXRFXtCmcASSRFaGRnXUlY8zabO 最常用传递函数详解: https://www.sodocs.net/doc/bc15249877.html,/link?url=xwUgI0vVnLhwwPBumwzw8djBTX17si-A8EnfUokVXJf6oHBD1tF yKd9UsxOdzRIcTgP1YPQ1vvFqel2DAOsCatKJ_y0WbMr04goEZtFfESy 3. 单周期控制Boost PFC变换器分析与设计 https://www.sodocs.net/doc/bc15249877.html,/s?wd=paperuri%3A%282937d385425e59bd0f238f44a1625d44%29&filt

自动控制原理习题及答案

第一章 习题答案 1-1 根据题1-1图所示的电动机速度控制系统工作原理图 (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 题1-2图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理，并画出系统方框图。 题1-2图 仓库大门自动开闭控制系统 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离开闭自动控制。系统方框图如图解1-2所示。

1-3 题1-3图为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 题1-3图 炉温自动控制系统原理图 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比，c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流 电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定 电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。

自动控制原理期末考试试卷(含答案)

2017年自动控制原理期末考试卷与答案 一、填空题（每空 1 分，共20分） 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面，即： 稳定性 、快速性和 准确性 。 2、控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传递函数。 3、在经典控制理论中，可采用 劳斯判据(或：时域分析法)、根轨迹法或奈奎斯特判据(或：频域分析法) 等方法判断线性控制系统稳定性。 4、控制系统的数学模型，取决于系统 结构 和 参数, 与外作用及初始条件无关。 5、线性系统的对数幅频特性，纵坐标取值为20lg ()A ω(或：()L ω)，横坐标为lg ω 。 6、奈奎斯特稳定判据中，Z = P - R ，其中P 是指 开环传函中具有正实部的极点的个数，Z 是指 闭环传函中具有正实部的极点的个数，R 指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。 7、在二阶系统的单位阶跃响应图中，s t 定义为 调整时间 。%σ是超调量 。 8、设系统的开环传递函数为12(1)(1) K s T s T s ++频特性为 01112()90()() tg T tg T ?ωωω--=---。 9、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。 10、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+，则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s + ++。 11、自动控制系统有两种基本控制方式，当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 开环控制系统；当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时，称为 闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于 闭环控制系统。 12、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 13、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统 稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 14、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系，开环频域性能指标中的幅值越频率c ω对应时域性能指标 调整时间s t ，它们反映了系统动态过程的快速性

自动控制原理课程设计报告

成绩： 自动控制原理 课程设计报告 学生姓名：黄国盛 班级：工化144 学号：201421714406 指导老师：刘芹 设计时间：2016.11.28-2016.12.2

目录 1.设计任务与要求 (1) 2.设计方法及步骤 (1) 2.1系统的开环增益 (1) 2.2校正前的系统 (1) 2.2.1校正前系统的Bode图和阶跃响应曲线 (1) 2.2.2MATLAB程序 (2) 3.3校正方案选择和设计 (3) 3.3.1校正方案选择及结构图 (3) 3.3.2校正装置参数计算 (3) 3.3.3MATLAB程序 (4) 3.4校正后的系统 (4) 3.4.1校正后系统的Bode图和阶跃响应曲线 (4) 3.4.2MATLAB程序 (6) 3.5系统模拟电路图 (6) 3.5.1未校正系统模拟电路图 (6) 3.5.2校正后系统模拟电路图 (7) 3.5.3校正前、后系统阶跃响应曲线 (8) 4.课程设计小结和心得 (9) 5.参考文献 (10)

1.设计任务与要求 题目2：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 ()() 00.51K G s s s =+用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。 任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能 指标： （1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差0.05ss e rad <； （2）系统校正后，相位裕量45γ> 。 （3）截止频率6/c rad s ω>。 2.设计方法及步骤 2.1系统的开环增益 由稳态误差要求得：20≥K ，取20=K ；得s G 1s 5.0201)s(0.5s 20)s (20+=+=2.2校正前的系统 2.2.1校正前系统的Bode 图和阶跃响应曲线 图2.2.1-1校正前系统的Bode 图