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《自动控制系统》复习及试题选讲
曾 毅 编著
山东大学控制科学与工程学院2008-6-10
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《自动控制系统》是自动化专业的结束课程之一，是“电工技术
（电路）”、“电子技术（模电、数电）”、“自动控制理论”、“电力电子技术”、“电机与拖动基础”和“传感器与信号调理”等课程的集成与知识的系统。
说《自动控制系统》入门非常容易，是因为此课程仅使用了上述七门课程中最基础、最常见的知识；说《自动控制系统》学精、学深不易，是因为任何一个自动控制系统都是由上述七门课程中的相关知识，按照“特定的规律”集成在一起的，要想掌握这种“特定的规律”，除了学习前人构造系统的知识与经验以外，更需要读者去进行工程实践，从中体会“特定的规律”。
对《自动控制系统》进行系统的复习，有助于学习“特定的规律”； 对《自动控制系统》进行试题分析，更有助于掌握和运用“特定的规律”。
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第一章 自动控制系统的构造方法
一、本章主要内容
本章主要讲授了构造自动控制系统的常用定理与方法：
1、功能添加法
定义：每增加一种功能原运动控制线路的功能保持不变，这种设计方法称为“功能添加法”。
功能添加法是其它设计方法的基础，功能添加法能独立的进行工程设计，而其它设计方法不能独立的进行工程设计。因此应该熟练掌握功能添加法的设计思想，灵活运用功能添加法。
使用功能添加法的方法是：首先从满足工程所需求的最基本、最简单功能入手，然后保持原功能不变基础上逐渐地去满足工程所需求的其它功能。
2、步进公式法
Ki?(ST?Ki?1?Ki)?Ki?1
步进逻辑公式的使用方法：
1）先把运行轨迹分成若干程序步并定义转步信号（位置检测信号）。
2）根据运行轨迹结构写出决定物体运动状态的输出电路的逻辑代数方程组。
输出方程定义：假设能决定物体某运动状态或方向的变量是y，那么，输出方程为
y??(物体在该运动状态或方向上的程序步)
注意：如果输出方程同时控制同一台电动机时，输出方程之间一定要有互锁。
3）套用步进公式写出控制电路的逻辑代数方程组，如果有必要可绘出其运动控制电路原理图 (控制方程组是由步进公式按照某一生产工艺要求所组成的逻辑代数方程组) 。
3、最小程序步判定定理
定理1 在一个连通图内，如果物体的运动轨迹的结点都是偶数结点，那么被控物体可以不重复地连续走完每一条轨迹，并且起点与终点是同一个结点。
定理2 在一个连通图内，如果物体的运动轨迹的结点有两个奇数结点，那么被控物体可以不重复地连续走完每一条轨迹，并且从一个奇数结点开始到另外一个奇数结点终止。 推论 在一个连通图内，如果物体的运动轨迹的结点有N（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。
应用时应特别注意：
1）在任何一个连通图内奇数结点只能是偶数个，不可能出现奇数个奇数结点。定理1与定理2合称最少程序步判别定理或一笔画定理。
2）为了降低转弯次数，只有当物理路径改变方向时，控制路径才决定改变运行方向。
4、抑制定理、反馈定理和多环组合方法
1） 抑制定理：对于反馈环内前向通道上的元件参数发生变化时，闭环系统有抑制能力。对于给定、反馈元件和反馈环外的元件参数发生变化时，闭环系统无抑制能力。
* 熟悉提高抑制能力的方法。
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* 熟练掌握抑制定理，灵活运用抑制定理对分析控制系统的抗干扰能力十分有用。 * 抑制定理是工程师在选购元器件时所遵循的基本原则，抑制定理决定：哪些元器件必须选高质量的；哪些元器件可以选非高质量的。
2）反馈定理：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恒值给定相比较，形成闭环系统。
* 反馈定理是自动控制系统设计人员遵守的基本定理。
* 反馈信号的具体采样点和安装的牢固、可靠性将会关系到一个工程项目的成与败。
3）多环组合方法
在一个控制系统中，如果有多个被反馈的物理量需要构造闭环，并且这些被反馈的物理量是同一个物理量所产生，那么延迟时间最短的那个物理量的反馈环建在最里面，延迟时间最长的那个物理量的反馈环建在最外面。
注意：在多环控制结构中，外环是决定系统性能的根本因素，而内环主要起改造对象特性以利于外环控制的作用；各种扰动给内环带来的误差可以由外环控制加以弥补或抑制。
二、试题解析
1、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，那么机器人能否不重复的走遍该联通域内的每一条支路？
2、某可逆调速控制系统如图1-3所示，分析此控制系统的工作原理回答下述问题：
图1-3
1）此控制系统在设计上具有哪些主要功能？
答：具有可逆运行功能；具有过流（或限流）保护功能 ；具有给定缓冲功能；具有四种程序步转速设定功能；具有能耗制动功能。
2）设1Q为正向点动按钮； 2Q为反向点动按钮；BP5为点动速度设定电位器；S为自动
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