灯光的电气控制原理
（1）开关控制
灯光的开关控制设备是指控制照明电路的通断，亦即控制灯具的点燃和熄灭的各种开关设备，包括刀开关、接触器和空气开关等。其中空气开关因具备良好的保护功能，被广泛用作歌舞厅的大功率灯具的通断控制以及照明总开关等。
采用扳动开关（或称船形开关）或空气开关来控制灯光的通断，是最常见的手动（人工）开关控制设备。例如HDL 11012型12回路开关板，就是由12组15A的船形开关加保险丝组成，可分别控制12路灯光。它适用于电流小于15A的灯具，如各类旋转灯、频闪灯、紫光灯、激光灯、玻璃球和大多数的镜片动作型灯具。对于大功率聚光灯、泛光、追光灯则适宜选用灭弧能力强的DZ型空气开关或CJ10型接触器。
由于歌舞厅需要表现丰富多彩的灯光艺术效果，因此除了使用手动操作的开关设备外，还用到声音控制（声控）、程序控制（程控）甚至电脑控制的多种特殊功能的开关控制设备。声控灯光设备能使灯光随音乐节拍而闪烁、摆动或旋转。灯光的声控有两种方式：一是灯具上具有声控功能，灯具内部装有话筒、放大器、继电器或可控硅（晶闸管），直接感受外界的声音而控制电动机动作，带动灯具作出扫描、摇摆或旋转等动作。另一种是灯控台本身具有声控功能，其原理是把调音台的声音信号送入灯控台（调光台）的声控电路，用以控制各组灯光的通断。这种方式尤其适于控制大量分组的雨灯动作，使之随着音乐节拍而轮流点燃，造成色彩缤纷的闪烁效果。
程控灯光控制设备是利用轻触式按钮，通过数字控制电路来触发可控硅的通断，以控制分别编组的各路灯具按一定的程序轮流点燃和熄灭，从而产生一定的艺术效果。它尤其适于需要不断轮流通断，以便达到边疆变换颜色、花样和效果的雨灯、聚光灯和边界灯等灯具。（2）调光控制
调光控制通常是改变通过灯具的电流或电压的大小，以边疆调节灯具的发光亮度。按调光方法来分有：变阻器调光、自耦变压器调节器调光、饱和扼流圈调光、磁放大器调光和可控硅调光等。前四种调光设备都有体积大、笨重等缺点。目前广泛使用的是可控硅调光器。为此，我们将在后面详述。
以上叙述的是灯光的亮度控制，关于灯光的色彩控制在歌舞厅中主要是通过电脑灯实现，即通过控制电脑灯内的色片和多棱镜产生十多种乃至数十种的色彩变化。也可以把成批聚光灯或雨灯分组，分别装上不同颜色的透明彩纸，通过开关分别控制色彩变化。
电气控制电路基础（电气原理图） 电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电器布置图和电气安装接线图。 这里重点介绍电气原理图。 电气原理图目的是便于阅读和分析控制线路，应根据结构简单、层次分明清晰的原则，采用电器元件展开形式绘制。它包括所有电器元件的导电部件和接线端子，但并不按照电器元件的实际布置位置来绘制, 也不反映电器元件的实际大小。 电气原理图一般分主电路和辅助电路（控制电路）两部分。 主电路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件；一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。 辅助电路是控制线路中除主电路以外的电路，其流过的电流比较小和辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路。其中控制电路是由按钮、接触器和继电器的线圈及辅助触点、热继电器触点、保护电器触点等组成。 电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示。 电气原理图中电器元件的布局 电气原理图中电器元件的布局，应根据便于阅读原则安排。主电路安排
在图面左侧或上方，辅助电路安排在图面右侧或下方。无论主电路还是辅助电路，均按功能布置，尽可能按动作顺序从上到下，从左到右排列。 电气原理图中，当同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电器元件的不同部件处标注统一的文字符号。对于同类器件，要在其文字符号后加数字序号来区别。如两个接触器，可用KM、KMZ文字符号区别。 电气原理图中，所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出。 对于继电器、接触器的触点，按其线圈不通电时的状态画出，控制器按手柄处于零位时的状态画出；对于按钮、行程开关等触点按未受外力作用时的状态画出。 电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。各导线之间有电联系时，在导线交点处画实心圆点。根据图面布置需要，可以将图形符号旋转绘制，一般逆时针方向旋转900,但文字符号不可倒置。 图面区域的划分 图纸上方的1、2、3…等数字是图区的编号，它是为了便于检索 电气线路，方便阅读分析从而避免遗漏设置的。图区编号也可设置在图 的下方。 图区编号下方的的文字表明它对应的下方元件或电路的功能，使读者能清楚地知道某个元件或某部分电路的功能，以利于理解全部电路的工作原理。
1.单按钮控制电动机起停线路 常规电动机起动、停止需用两个按钮，在多点控制中，则需按钮引线较多。利用一个按钮多点远程控制电动机的起停，则可简化控制线路又节省导线。如图所示，其工作原理是：起动时．按下按钮AN，继电器1J线圈得电吸合，1J常开触点闭合，交流接触器C线圈通电，C吸合并自锁．电动机起动。C的常开辅助触头闭合，常闭辅助肋头断开．这时，继电器2J的线圈因1J的常闭触点已断开而不能通电，所以2J不能吸合。松开按钮AN，因C已自锁，所以交流接触器C仍吸合，电动机继续运转。但这时1J因AN放松而断电释放，其常闭触点复位，为接通2J作好准备。在第二次按下按钮AN，这时继电器1J线圈通路被C常闭触头切断，所以U不会吸合，而2J线圈通电吸合。2J吸合后，其常闭触点断开，切断C 线圈电源，C断电释放，电动机停转。 2.接触器控制电机线路 具有自锁功能的电机控制线路，如图所示，当起动电动机时合上电源开关HK，按下起动按钮酗，接触器C线圈获电，C主触点闭合使电动机M运转；松开QA，由于接触器C常开辅助触点闭合自锁，控制电路仍保持接通，电动机M继续运转。停止时，按TA接触器C 线圈断电．C主触点断开，电动机M停转，同时自保持辅助触点分断。具有自锁的正转控制线路的重要特点是它具有欠压与失压(零压)保护作用。 有很多生产机械因负载过大、操作频繁等原因，使电动机定子绕组中长时间流过较大的电流，有时熔断器在这种情况下尚未及时熔断，以致引起定子绕组过热，影响电动机的使用寿命．严重的甚至烧坏电动机。因此，对电动机还必须实行过载保护。本线路具有热继电保护功能，当电动机过载时．主回路热继电器RJ所通过的电流超过额定电流值，使RJ内部
只要一分钟，教你看懂电气控制电路图！ 看电气控制电路图一般方法是先看主电路，再看辅助电路，并用辅助电路的回路去研究主电路的控制程序。电气控制原理图一般是分为主电路和辅助电路两部分。其中的主电路是电气控制线路中大电流流过的部分，包括从电源到电机之间相连的 、“顺 除了合理地选择拖动、控制方案外，在控制线路中还设置了一系列电气保护和必要的电气联锁。在电气控制原理图的分析过程中，电气联锁与电气保护环节是一个重要内容，不能遗漏。 总体检查：经过“化整为零”，逐步分析了每一局部电路的工作原理以及各部分之间的控制关系之后，还必须用“集零为整”的方法检查整个控制线路，看是否有遗漏。
特别要从整体角度去进一步检查和理解各控制环节之间的联系，以达到正确理解原理图中每一个电气元器件的作用。 1、看主电路的步骤 第一步：看清主电路中用电设备。用电设备指消耗电能的用电器具或电气设备，看图首先要看清楚有几个用电器，它们的类别、用途、接线方式及一些不同要求等。 2 则可先排除照明、显示等与控制关系不密切的电路，以便集中精力进行分析。 第一步：看电源。首先看清电源的种类。是交流还是直流。其次。要看清辅助电路的电源是从什么地方接来的，及其电压等级。电源一般是从主电路的两条相线上接来，其电压为380V.也有从主电路的一条相线和一零线上接来，电压为单相220V；此外，也可以从专用隔离电源变压器接来，电压有140、127、36、6.3V等。辅助电
路为直流时，直流电源可从整流器、发电机组或放大器上接来，其电压一般为24、12、6、4.5、3V等。辅助电路中的一切电器元件的线圈额定电压必须与辅助电路电源电压一致。否则，电压低时电路元件不动作；电压高时，则会把电器元件线圈烧坏。 第二步：了解控制电路中所采用的各种继电器、接触器的用途。如采用了一些特殊 而是相互联系、相互制约的。这种互相控制的关系有时表现在一条回路中，有时表现在几条回路中。 第五步：研究其他电气设备和电器元件。如整流设备、照明灯等。 综上所述，电气控制电路图的查线看图法的要点为： （1）分析主电路。从主电路人手，根据每台电动机和执行电器的控制要求去分析各
《自动控制原理》课程教学大纲 课程代码：060131003 课程英文名称：Automatic Control Principle 课程总学时：64 讲课：56 实验：8 上机：0 适用专业：自动化专业 大纲编写（修订）时间：2017.11 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 自动控制原理是高等工业学校自动化专业开设的一门培养学生自动控制系统分析设计能力的主干技术基础课，主要讲授自动控制系统基本知识、基本理论和基本方法，在自动化专业培养计划中，它起到由基础理论课向专业课过渡的承上启下的作用。本课程在教学内容方面除基本知识、基本理论和基本方法的教学外，还通过实验学时，来培养学生的设计思维和设计能力。 通过本课程的学习，学生将达到以下要求： 1．掌握自动控制系统的分析原理、设计方法和系统稳定性的一般规律 2．具有设计闭环控制系统的初步能力； 3．了解典型控制系统的实验方法，获得实验技能的基本训练； （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：掌握控制系统的一般知识，控制系统的主要类型、性能、结构特点、应用等。 2.基本理论和方法：掌握控制系统设计的基本原则，系统稳定的工作原理、简化的物理模型与数学模型、时域分析、根轨迹分析、频域分析、系统校正、非线性分析等。 3.基本技能:掌握设计计算、结构设计，实验技能等。 （三）实施说明 1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。 2．教学手段：本课程属于技术基础课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 3．计算机辅助学习：提醒学生使用matlab软件，要求学生使用VB编写程序来完成某些计算和绘制。 （四）对先修课的要求 本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程有高等数学、信号变换等。 （五）对习题课、实践环节的要求 1．对重点、难点章节（如：系统校正、非线性计算等）应安排习题课，例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识，用以解决实际问题为目的。 2．课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及设计计算方面的内容，作业要能起到巩固理论，掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力，熟悉标准、规范等的作用，对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并适当安排课内讲评作业。学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。 3．每个学生要完成大纲中规定的必修实验，通过实验环节，学生应掌握典型系统的频率特
物理电子工程学院《自动控制原理》课程教学大纲课程编号：04210164 课程性质：专业必修课 先修课程：高等数学、函数变换、模拟电路、电路分析 总学时数：76 学分：4 适合专业：电子信息工程、机械与电子工程、机械自动化、电器自动化、通信、包装工程等专业 (一) 课程教学目标 自动控制理论是电子信息科学与技术专业的一门重要的专业基础课程。它侧重于理论角度，系统地阐述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，介绍了自动控制技术从建模分析到应用设计的各种思想和方法，内容十分丰富。通过自动控制理论的教学，应使学生全面系统地掌握自动控制技术领域的基本概念、基本规律和基本分析与设计方法，以便将来胜任实际工作，具有从事相关工程和技术工作的基本素质，同时具有一定的分析和解决有关自动控制实际问题的能力。 (二) 课程的目的与任务 本课程是电子通信工程、机电一体化、包装工程等专业、工科及相关理科的必修基础课程。通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基础理论，并具有对简单连续系统进行定性分析、定量估算和初步设计的能力，为专业课学习和参加控制工程实践打下必要的基础。学生将掌握自动控制系统分析与设计等方面的基本方法，如控制系统的时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法、状态空间分析法、采样控制系统的分析等基本方法等。为各类计算机控制系统设计打好基础。 (三) 理论教学的基本要求 1、熟练掌握自动控制的概念、基本控制方式及特点、对控制系统性能的基本要求。 2、熟练掌握典型环节的传递函数、结构图化简或梅森公式以及控制系统传递函数的建立和表示方法，初步掌握小偏差线性化方法和通过机理分析建立数学模型的方法。
电气控制系统图一般有三种：电气原理图、电器布置图和电气安装接线图。 这里重点介绍电气原理图。 电气原理图目的是便于阅读和分析控制线路，应根据结构简单、层次分明清晰的原则，采用电器元件展开形式绘制。它包括所有电器元件的导电部件和接线端子，但并不按照电器元件的实际布置位置来绘制，也不反映电器元件的实际大小。 电气原理图一般分主电路和辅助电路（控制电路）两部分。 A主电路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件；一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。 B辅助电路是控制线路中除主电路以外的电路，其流过的电流比较小和辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路。其中控制电路是由按钮、接触器和继电器的线圈及辅助触点、热继电器触点、保护电器触点等组成。 电气原理图中所有电器元件都应采用国家标准中统一规定的图形符号和文字符号表示。 电气原理图中电器元件的布局 电气原理图中电器元件的布局，应根据便于阅读原则安排。主电路安排在图面左侧或上方，辅助电路安排在图面右侧或下方。无论主电路还是辅助电路，均按功能布置，尽可能按动作顺序从上到下，从左到右排列。 电气原理图中，当同一电器元件的不同部件（如线圈、触点）分散在不同位置时，为了表示是同一元件，要在电器元件的不同部件处标注统一的文字符号。对于同类器件，要在其文字符号后加数字序号来区别。如两个接触器，可用KMI、KMZ 文字符号区别。 电气原理图中，所有电器的可动部分均按没有通电或没有外力作用时的状态画出。 对于继电器、接触器的触点，按其线圈不通电时的状态画出，控制器按手柄处于零位时的状态画出；对于按钮、行程开关等触点按未受外力作用时的状态画出。电气原理图中，应尽量减少线条和避免线条交叉。各导线之间有电联系时，在导线交点处画实心圆点。根据图面布置需要，可以将图形符号旋转绘制，一般逆时针方向旋转90o，但文字符号不可倒置。 图面区域的划分 图纸上方的1、2、3…等数字是图区的编号，它是为了便于检索电气线路，方便阅读分析从而避免遗漏设置的。图区编号也可设置在图的下方。 图区编号下方的的文字表明它对应的下方元件或电路的功能，使读者能清楚地知道某个元件或某部分电路的功能，以利于理解全部电路的工作原理。 符号位置的索引 q 符号位置的索引用图号、负次和图区编号的组合索引法，索引代号的组成如下： q 图号是指当某设备的电气原理图按功能多册装订时，每册的编号，一般用数字表示。
电气控制回路八种常用元件原理介绍 断路器、接触器、中间继电器、热继电器、按钮、指示灯、万能转换开关和行程开关是电气控制回路中最常见的八种元件，以图文并茂的方式介绍常用电气元件的原理及应用，通过了解它们在电气回路中的作用来掌握这些元件平时的运行情况。 1、断路器 低压断路器又称为自动空气开关，可手动开关，又能用来分配电能、不频繁启动异步电机，对电源线、电机等实行保护，当它们发生严重过载、短路或欠压等故障时能自动切断电路。常用断路器外形图（如下图） 1P微型断路器 3P微型断路器
塑壳断路器断路器文字符号为：QF 断路器图形符号为： 单极断路器图形符号三极断路器图形符号
2、接触器 接触器由电磁机构和触头系统两部分组成，接触器最常见线圈电压有AC380V、AC220V、AC110V、AC36V、AC24V、AC12V和DC220V、DC36V、DC24V、DC12V等多种。常用的有AC380V、AC220V，机床常用的有AC110V、AC36V 、DC36V、DC24V、等几种，外形一样，就是线圈的电压有区别。 接触器电磁机构由线圈、动铁心（衔铁）和静铁心组成；接触器触头系统由主触头和辅助触头两部分组成，主触头用于通断主电路，辅助触头用于控制电路中。常用接触器外形图片 接触器文字符号为：KM 接触器图形符号表示为：
接触器线圈图形符号: 接触器主触头图形符 号 : 接触器辅助常开触头图形符号接触器辅助常闭触头图形符号 3、热继电器 热继电器是利用电流通过元件所产生的热效应原理而反时限动作 的继电器。 热继电器文字符号：FR 热继电器图形符号： ---------------------------------
电气控制原理 电气控制原理及接线见附件2。电气原理图和接线图均为产品分闸状态、电气元件无激励状态、操作方式为远方操作时的位置、SF6密度控制器和弹簧行程开关处于无压状态。以下分别论述。 1 合闸操作和分闸操作 产品在分闸位置，合闸回路接通。接到合闸指令时，合闸线圈52C带电，使产品合闸。合闸过程中，辅助开关52a、52b发生切换，合闸回路断开，分闸回路接通。 当产品接到分闸指令时，分闸线圈52T1、52T2带电，使产品分闸分闸过程中辅助开关52a、52b再次切换，分闸回路断开，合闸回路接通，等待下次合闸指令。 2 SF6低气压操作闭锁 当SF6压力低于0.40MPa时，63GL1、63GL2接通，继电器63GLX1、63GLX2励磁动作，其常闭触点断开，切断分、合闸回路。 3 低油压分、合闸闭锁 当油压低于分闸闭锁压力时，低油压分闸闭锁压力开关63HL1断开，继电器63HL1X失电，其触点断开，切断分闸回路。 当油压低于合闸闭锁压力时，低油压合闸闭锁压力开关63HL2断开，继电器63HL2X失电，其触点断开，切断合闸回路。 4 电机控制 断路器合闸操作后，限位开关33hb闭合，接触器88M得电接通电机回路，对碟簧进行储能，储能到位后，控制凸轮使限位开关33hb切断电机回路。当发生故障电动机运转时间过长时，时间继电器48T的延时闭合触点闭合，辅助继电器49MX的常闭触点打开，切断电机回路，使电动机停转。当电机回路出现过载时，热继电器49M的常闭触点断开，切断电机回路。 5 加热器控制 8SH1、8SH2为自动开关，用来控制加热器SH1、SH2（如需实现自动控温、控湿功能，请在订货中说明）。 6 就地—远方转换 43LR为就地—远方转换开关，在远方位置，由主控室对产品进行操作。切换至就地位置并关合自动开关8D1、8D2后，用11-52手动控制开关进行就地分、合闸操作。
Y—△降压起动也称为星形—三角形降压起动，简称星三角降压起动。这一线路的设计思想仍是按时间原则控制起动过程。所不同的是，在起动时将电动机定子绕组接成星形，每相绕组承受的电压为电源的相电压（220V），减小了起动电流对电网的影响。而在其起动后期则按预先整定的时间换接成三角形接法，每相绕组承受的电压为电源的线电压（380V），电动机进入正常运行。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的鼠笼式异步电动机，均可采用这种线路。 2.典型线路介绍 定子绕组接成Y—△降压起动的自动控制线路如图所示。 图Y—△降压起动控制线路 工作原理： 按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈得电，电动机M接入电源。同时，时间继电器KT及接触器KM2线圈得电。 接触器KM2线圈得电，其常开主触点闭合，电动机M定子绕组在星形连接下运行。KM2的常闭辅助触点断开，保证了接触器KM3不得电。 时间继电器KT的常开触点延时闭合；常闭触点延时继开，切断KM2线圈电源，其主触点断开而常闭辅助触点闭合。 接触器KM3线圈得电，其主触点闭合，使电动机M由星形起动切换为三角形运行。 停车 按SB1 辅助电路断电各接触器释放` 电动机断电停车
线路在KM2与KM3之间设有辅助触点联锁，防止它们同时动作造成短路；此外，线路转入三角接运行后，KM3的常闭触点分断，切除时间继电器KT、接触器KM2,避免KT、KM2线圈长时间运行而空耗电能，并延长其寿命。 三相鼠笼式异步电动机采用Y—△降压起动的优点在于：定子绕组星形接法时，起动电压为直接采用三角形接法时的1/3，起动电流为三角形接法时的1/3，因而起动电流特性好，线路较简单，投资少。其缺点是起动转矩也相应下降为三角形接法的1/3，转矩特性差。所以该线路适用于轻载或空载起动的场合。另外应注意，Y—△联接时要注意其旋转方向的一致性。
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。 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？ 题1-4图水温控制系统原理图 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 题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。 题1-5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。 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）。系统方框图见下图。
自动控制原理实验 实验一 典型环节的电模拟及其阶跃响应分析 一、实验目的 ⑴ 熟悉典型环节的电模拟方法。 ⑵ 掌握参数变化对动态性能的影响。 二、实验设备 ⑴ CAE2000系统（主要使用模拟机，模/数转换，微机，打印机等）。 ⑵ 数字万用表。 三、实验内容 １．比例环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()(t Kr t c -= 传递函数 = )(s G ) () (s R s C K -= 负号表示比例器的反相作用。模拟机排题图如图9-1所示，分别求取K=1，K=2时的阶跃响应曲线，并打印曲线。 图9-1 比例环节排题图 图9-2 积分环节排题图 ２．积分环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )() (t r dt t dc T = 传递函数 s K Ts s G ==1)( 模拟机排题图如图9-2所示，分别求取K=1，K=0.5时的阶跃响应曲线，并打印曲线。 ３．一阶惯性环节的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()() (t Kr t c dt t dc T =+ 传递函数 1 )(+=TS K S G 模拟机排题图如图３所示，分别求取K=1, T=1; K=1, T=2; K=2, T=2 时的阶跃
响应曲线，并打印曲线。 ４．二阶系统的模拟及其阶跃响应 微分方程 )()() (2)(2 22 t r t c dt t dc T dt t c d T =++ξ 传递函数 121 )(22++=Ts s T s G ξ2 2 2 2n n n s s ωξωω++= 画出二阶环节模拟机排题图，并分别求取打印： ⑴ T=1，ξ=0.1、0.5、1时的阶跃响应曲线。 ⑵ T=2，ξ=0.5 时的阶跃响应曲线。 四、实验步骤 ⑴ 接通电源，用万用表将输入阶跃信号调整为2V 。 ⑵ 调整相应系数器；按排题图接线，不用的放大器切勿断开反馈回路（接线时，阶跃开关处于关断状态）；将输出信号接至数/模转换通道。 ⑶ 检查接线无误后，开启微机、打印机电源；进入CAE2000软件，组态A/D ，运行实时仿真；开启阶跃输入信号开关，显示、打印曲线。 五．实验预习 ⑴ 一、二阶系统的瞬态响应分析；模拟机的原理及使用方法（见本章附录）。 ⑵ 写出预习报告；画出二阶系统的模拟机排题图；在理论上估计各响应曲线。 六．实验报告 ⑴ 将每个环节的实验曲线分别整理在一个坐标系上，曲线起点在坐标原点上。分析各参数变化对其阶跃响应的影响，与估计的理论曲线进行比较，不符请分析原因。 ⑵ 由二阶环节的实验曲线求得σ﹪、t s 、t p ，与理论值进行比较，并分析σ﹪、t s 、t p 等和T 、ξ的关系。 实验二 随动系统的开环控制、闭环控制及稳定性 一．实验目的 了解开环控制系统、闭环控制系统的实际结构及工作状态；控制系统稳定的概念以及系统开环比例系数与系统稳定性的关系。 二．实验要求 能按实验内容正确连接实验线路，正确使用实验所用测试仪器，在教师指导下独立
自动控制原理课程教学大纲 ◆层次：?本科?专科 ◆课程英文名称： Automatical control principle ◆课程类别：本科选?通识必修?通识选修?专业必修?专业选修 专科选?公共必修?公共选修?职业技术必修?职业技术选修 ◆适用专业：自动化 ◆配套教学计划：2011级教学计划 ◆开课系部：自动化系 ◆学分：5 ◆学时：80 其中：实验（实践）学时：10 ；课外学时：0 ◆执笔人：海燕教研室审核人：海燕系部审核人： 一、课程性质和教学目标 《自动控制原理》是自动化专业的一门必修课，通过本课程的学习，使学生掌握自动控制的基本原理和概念，并具备对自动控制系统进行分析，计算，实验的初步能力，为专业课的学习和参加控制工程实践提供必要的理论基础。 通过对本课程的学习，要求学生掌握自动控制的基本理论和基本分析方法，能应用控制理论对自动控制系统进行性能分析，能对系统进行校正和提出改善系统性能的途径和方法，具体要求如下： 1．掌握常规控制器和自动控制系统的组成及其相互关系。 2．了解对自动控制系统的性能要求及分析系统性能的方法。 3．掌握用传递函数，方框图，信号流图及状态空间描述建立系统数学模型的方法。 4．掌握常规控制器的基本控制规律、动态特性和对控制系统的作用。 5．掌握对控制系统进行分析和综合的方法：时域分析法、频域分析法、根轨迹法及状态空间分析法。6．初步掌握控制系统的校正和设计方法，为解决实际问题打好基础。 7．掌握脉冲传递函数的概念，了解离散控制系统的一般分析方法。 8．初步了解非线性系统的基本知识。 二、本课程与其他课程的联系与分工 本课程在自动化专业教学计划中被列为专业基础课,本课程以工程数学、电路、电机拖动等为前序课程,也是过程控制系统等课程必需的理论基础，因此本课程的学习对全面掌握各门专业课程起着重要的作用。本课程的重点是第三、第四、第五章章，次重点是第一、第二章，一般章节为六章。 三、教学容和教学方式 第一章自动控制的一般概念（4学时） （一）教学要求
《自动控制原理》课程教学大纲 一、课程的地位、目的和任务 本课程地位： 自动控制原理是机械设计制造及其自动化专业的专业方向课。自动控制技术是现代化技术中重要的一个方面，本课程主要讲述现代自动控制技术的基本原理与结构模型，自动控制系统的分析方法与设计方法，使学生具备自动化控制的基础理论知识以及实践能力。 本课程目的： 通过本课程的学习，要求学生理解自动控制的基本概念，掌握简单系统的建模方法，掌握对线性定常系统的稳定性、快速性和准确性的基本分析方法以及设计和校正方法，能熟练使用根轨迹法和频率特性法分析与设计控制系统和控制器，对非线性系统也能进行初步的分析。 本课程任务： 1.掌握自动控制的基本概念、原理，学会对实际物理系统进行数学抽象，并用已学过的数学工具进行系统分析和综合，能灵活应用各种理论知识来解决实际问题的综合设计能力。 2.不仅为后续课程的学习奠定基础，而且直接为解决实际控制系统问题提供理论和方法，养成将来在工程实际中经常进行理性思维的习惯。 3.培养学生在掌握课程知识、概念、原理方法基础上，独立思考、独立解决问题、实验与仿真实现的能力。 二、本课程与其它课程的联系 本课程的先修课是高等数学（上、下）、大学物理、电工电子技术(Ⅰ、Ⅱ）。这些课程的学习,为本课程学习奠定数学基础和分析系统建立数学模型提供必要的电学知识。本课程学习为后续课程的学习提供所应用的系统分析、设计的基本理论和基本方法，掌握必要的基本技能，为进一步深造打下必要的理论基础。 三、教学内容及要求 第一章控制系统导论 教学要求： 通过本章教学，使学生理解自动控制的定义、组成、基本控制方式及特点，对控制系统性能的基本要求，自动控制系统的分类，自动控制系统实例有一定掌握。使学生对反馈控制的基本理论和方法有一全面、整体的了解。 重点：自动控制的定义、组成、基本控制方式、特点及基本要求
第一章 绪论 1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点. 解答：1开环系统 (1) 优点:结构简单，成本低，工作稳定。用于系统输入信号及扰动作用能预先知道时，可得到满意的效果。 (2) 缺点：不能自动调节被控量的偏差。因此系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。 2 闭环系统 ⑴优点：不管由于干扰或由于系统本身结构参数变化所引起的被控量 偏离给定值，都会产生控制作用去清除此偏差，所以控制精度较高。它是一种按偏差调节的控制系统。在实际中应用广泛。 ⑵缺点：主要缺点是被控量可能出现波动，严重时系统无法工作。 1-2 什么叫反馈？为什么闭环控制系统常采用负反馈？试举例说 明之。 解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反馈。 闭环控制系统常采用负反馈。由1-1中的描述的闭环系统的优点所证明。例如，一个温度控制系统通过热电阻（或热电偶）检测出当前炉子的温度，再与温度值相比较，去控制加热系统，以达到设定值。 1-3 试判断下列微分方程所描述的系统属于何种类型（线性，非 线性，定常，时变）？ （1）22 ()()() 234()56()d y t dy t du t y t u t dt dt dt ++=+ （2）()2()y t u t =+ （3）()()2()4() dy t du t t y t u t dt dt +=+ （4）() 2()()sin dy t y t u t t dt ω+= （5）22 ()() ()2()3()d y t dy t y t y t u t dt dt ++= （6）2() ()2() dy t y t u t dt +=
3-1 设随动系统的微分方程为：T x 0 + x 0 = K2u u = K1[r(t) ?x f ] T f x f + x f = x0 其中T,T f, K2 为正常数。如果在外作用r(t)=1+t 的情况下，使x0 对r(t)的稳态误差不大于正常数ε0 ,试问k1 应满足什么条件？ 见习题3-20 解答 3-2 设系统的微分方程式如下： （1）0.2c (t) = 2r(t) （2）0.04c (t) + 0.24c (t) + c(t) = r(t) 试求系统的单位脉冲响应k(t)和单位阶跃响应h(t)。已知全部初始条件为零。解：（1）因为0.2sC(s) = 2R(s)单位脉冲响应：C(s) = 10/ s k(t) = 10 t ≥ 0单位阶跃响应h(t) C(s) = 10/ s2h(t) = 10t t ≥ 0 （2）(0.04s2 + 0.24s +1)C(s) = R(s)C 单位脉冲响应：C k t 单位阶跃响应h(t) C(s) = s[(s + 253) 2 +16] = 1s ?(s +s3+)26 +16 h t 3-3 已知系统脉冲响应如下，试求系统闭环传递函数Φ（ｓ）。 （1）k(t) = 0.0125e?1.25t
（2）k(t) = 5t +10sin(4t + 450 ) （3）k(t) = 0.1(1?e?t /3 )解： （1）Φ(s) = 0.0125 s +1.25 （2）k(t) = 5t +10sin4t cos450 +10cos4t sin450 Φ(s) = s 52 + 5 2 s2 +416 + 5 2 s2 +s 16 = s52 + 5 2 ss2 ++16 4 （3）Φ(s) = 0.1 ?0.1 s s +1/3 3-4 已知二阶系统的单位阶跃响应为 h(t) =10 ?12.5e?1.2t sin(1.6t + 53.1o ) 试求系统的超调量σ％、峰值时间ｔp和调节时间ｔs。 解：h(t) = 1?1 2 e?ξωn t n 1?ξβ= arccosξσ% = e?πξ/ p 1?πξ2ωn t s =ξω3.5nξ= cosβ= cos53.10 = 0.6 σ% = e?πξ/ 1?ξ2 = e?π0.6/ 1?0.62 = e?π0.6/ 1?0.62 = 9.5%π π t p = 2ωn = 1.6 =1.96(s)1?ξ t s = 3. 5 == 2.92(s) ) 1 sin(2β ω ξ+ ?t 2 1ξ?t=
《自动控制原理及系统》教学大纲 【课程编号】894 【学时学分】60学时； 3.5 学分【开课模式】必修 【实验学时】6学时【上机学时】 【课程类型】专业基础课【考核方式】考试 【先修课程】高等数学、电路【开课单位】电力学院 【授课对象】电气自动化技术专业、电力系统自动化技术专业、高职高专(3年制) 一、课程的教学目的和任务 （一）教学目的： 为专业课的学习和参加控制工程实践打好必要的理论基础。 （二）教学任务： 通过教学使学生掌握自动控制的基本理论和方法，具有初步解决自动 控制问题的能力。 二、课程的性质、特点及基本要求 （一）性质： 自动控制原理课程是高职高专电力系统自动化、电气自动化及相关专业的一门专业基础课。 （二）特点： 本课程从应用的角度出发，以线性定常单变量连续系统为主要讨论对象，以传递函数模型为主要数学模型，以系统的稳定性、暂态性能和稳态性能为主要中心议题，重点讲授自动控制的基本原理、控制系统的数学描述以及系统分析与综合的基本理论和方法。并适当安排部分实验，教学方法主要采用讲授进行。 （三）基本要求： 使学生熟知自动控制系统的基本结构、基本概念以及常用术语；掌握控制系统数学模型的类型及建立、化简方法；掌握线性定常连续控制系统的时域分析法；掌握线性定常连续控制系统的频域分析法。 三、本课程的主要内容及说明 第一章自动控制的一般概念（4学时） 1、概述
2、自动控制系统的构成、分类及发展阶段 3、自动控制的基本要求 本章要求学生了解自动控制系统的基本原理、类型、要求等，从而使学生对本课程的学习产生更加浓厚的兴趣。 第二章系统的数学模型（12学时） 1、控制系统的微分方程 2、拉普拉斯变换 3、控制系统的传递函数 4、框图及其化简方法 5、信号流图 本章内容要求学生掌握控制系统的数学模型，并熟练系统框图及其化简方法和信号流图的绘制。 第三章线性系统的时域分析（12学时） 1、典型输入信号 2、一阶系统的时域响应 3、二阶系统的时域响应 4、系统的稳定性分析 5、系统的稳态误差分析 6、实验内容：实验二、二阶系统的阶跃响应（2学时） 本章要求学生重点学习一阶、二阶控制系统的暂态响应特性，了解系统的时域分析、系统运动的稳定性等，从而使学生更好的将本章所学内容与以后要学的知识联系起来，综合运用。 第四章根轨迹法（8学时） 1、根轨迹的基本概念 2、根轨迹的绘制基本规则 3、控制系统根轨迹分析 4、实验二、控制系统的稳定性分析（2学时） 本章要求学生学会粗略绘制根轨迹的方法，并会利用根轨迹分析系统性能。
课程实习报告 课程名称：自动控制原理及专业软件课程实习题目名称：三阶系统分析与校正 年级专业及班级：建电1001 姓名：******* 学号：*************** 指导教师：*********** 评定成绩： 教师评语： 指导老师签名： 年月日
扬州大学自控原理课程设计任务书 1课程设计目的与任务 自动控制原理课程设计是综合性与实践性较强的教学环节。本课程设计的任务是使学生初步掌握控制系统数字仿真的基本方法，同时学会利用MATLAB语言进行控制方针和辅助设计的基本技能。 2课程设计的设计课题 题目：三阶系统的校正与分析 设单位负反馈的开环传递函数为：G（s）=K/S(S+1)(S+5),设计校正装置，使系统在阶跃输入下的超调量小于等于30%，调节时间小于等于5s，而单位斜坡输入时的稳态误差小于等于15%。 要求：（1）确定采用何种校正装置。仿真校正前系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。 （2）将校正前性能指标与期望指标进行比较，确定串联校正网络Gc(s)的传递函数，仿真出校正网络的开环频率特性曲线图。仿真校正后猪呢哥哥系统的开环对数频率特性图以及根轨迹仿真图。 （3）当输入r(t)=1时，仿真出校正前系统的的单位阶跃响应曲线h(t)。分析校正前后的单位阶跃响应曲线，得出结果分析结论。 3课程设计的基本要求 （1）学习掌握MATLAB语言的基本命令，基本操作和程序设计；掌握MATLAB语言在自动控制原理中的应用；掌握SIMULINK的基本操作，使用其工具建立系统模型进行仿真。 （2）应用MATLAB/SIMULINK进行控制系统分析、设计。通过建立数学模型，在MATLAB 环境下对模型进行仿真，使理论与实际得到最优结合。 （3）撰写自控原理课程设计报告。
常用电气控制电路 1.控制柜内电路的一般排列与标注规律为便于检查三相动力线布置的对错,三相电源L1、L2、L3 在柜内按上中下、左中右或后中前的规律布置。L1、L2、L3三相对应的色标分别为黄、绿、红,在制作电气控制柜时要尽量按规范布线。二次控制电路的线号,一般的标注规律就是:用电装置(如交流接触器)的右端接双数排序,左端按单数排序。 二次控制电路的线号编排如图1所示。动力线与弱点信号线要尽量远离,如传感器、PLC、DCS集散控制系统、PID控制器等信号线,如果不能做到远离,要尽量垂直交叉。弱电线缆最好单独放入一个金属桥架内,所有弱电信号的接地端都在同一点接地,且与强电的接地分离。 常用电气控制电路图1 二次控制电路的线号编排 2.电动机起停控制电路该电路可以实现对电动机的起停控制,并对电动机的过载与短路故障进行保 护,电动机起停控制电路如图2所示。
图2 电动机起停控制电路 在图2中,L1、L2、L3就是三相电源,信号灯HL1用于指示L2与L3两相电源的有无,电压表V指示L1与L3相之间的线电压,熔断器FU1用于保护控制电路(二次电路)避免电路短路时发生火灾或损失扩大。合上断路器QF1,二次电路得电,按下起动按钮(绿色)SB2,交流接触器KM1的线圈通电,交流接触器的主触点KM1的辅助触头KM1-1闭合,电动机M1通电运转。由于KM1-1触头已闭合,即使起动按钮SB2抬起,KM1的线圈也将一直有电。KM1-1的作用就是自锁功能,即使SB2抬起也不会导致电动机的停止,电动机起动运行。按下停止按钮SB1,KM1的线圈断电,KM1-1与KM1触头放开,电动机停止,由于KM1-1已经断开,即使停止按钮SB1抬起,KM1的线圈也仍将处于断电状态,电动机M1正常停止。当电动机内部或主电路发生短路故障时,由于出现瞬间几倍于额定电流的大电流而使断路器QF1迅速跳闸,使电动机主电路与二次电路断电,电动机保护停止。当电动机发生过载时,电动机电流超出正常额定电流一定的百分比,热继电器FR1发热,一定时间后,FR1的常闭触头FR1-1断开,KM1线圈断电,KM1-1与KM1主触头断开,电动机保护停止。KM1线圈得电时,HL2指示灯亮说明电动机正在运行,KM1的线圈断电后HL2灯灭,说明电动机停止运行。当FR1发生过载动作,常开触头FR1-2闭合,HL3灯亮说明电动机发生了过载故障。假设上述的三相交流电动机M1的功率3、7kW,额定电流为7、9A,工作电压为AC380V,则3、7kW电动机起停控制电路元件清单见表1。 表1 3、7kW电动机起停控制电路元件清单
常用电气控制电路 Prepared on 22 November 2020
常用电气控制电路 1.控制柜内电路的一般排列和标注规律为便于检查三相动力线布置的对错，三相电源 L1、L2、L3在柜内按上中下、左中右或后中前的规律布置。L1、L2、L3三相对应的色标分别为黄、绿、红，在制作电气控制柜时要尽量按规范布线。二次控制电路的线号，一般的标注规律是：用电装置（如交流接触器）的右端接双数排序，左端按单数排序。 二次控制电路的线号编排如图1所示。动力线与弱点信号线要尽量远离，如传感器、PLC、DCS集散控制系统、PID控制器等信号线，如果不能做到远离，要尽量垂直交叉。弱电线缆最好单独放入一个金属桥架内，所有弱电信号的接地端都在同一点接地，且与强电的接地分离。 常用电气控制电路图1 二次控制电路的线号编排 2.电动机起停控制电路该电路可以实现对电动机的起停控制，并对电动机的过载和短 路故障进行保护，电动机起停控制电路如图2所示。 图2 电动机起停控制电路 在图2中，L1、L2、L3是三相电源，信号灯HL1用于指示L2和L3两相电源的有无，电压表V指示L1和L3相之间的线电压，熔断器FU1用于保护控制电路（二次电路）避免电路短路时发生火灾或损失扩大。合上断路器QF1，二次电路得电，按下起动按钮（绿色）SB2，交流接触器KM1的线圈通电，交流接触器的主触点KM1的辅助触头KM1-1闭合，电动机M1通电运转。由于KM1-1触头已闭合，即使起动按钮SB2抬起，KM1的线圈也将一直有电。KM1-1的作用是自锁功能，即使SB2抬起也不会导致电动机的停止，电动机起动运行。按下停止按钮SB1，KM1的线圈断电，KM1-1和KM1触头放开，电动机停止，由于KM1-1已经断开，即使停止按钮SB1抬起，KM1的线圈也仍将处于断电状态，电动机M1正常停止。当电动机内部或主电路发生短路故障时，由于出现瞬间几倍于额定电流的大电流而使断路器QF1迅速跳闸，使电动机主电路和二次电路断电，电动机保护停止。当电动机发生过载时，电动机电流超出正常额定电流一定的百分比，热继电器FR1发热，一定时间后，FR1的常闭触头FR1-1断开，KM1线圈断电，KM1-1和KM1主触头断开，电动机保护停止。KM1线圈得电时，HL2指示灯亮说明电动机正在运行，KM1的线圈断电后HL2灯灭，说明电动机停止运行。当FR1发生过载动作，常开触头FR1-2闭合，HL3灯亮说明电动机发生了过载故障。假设上述的三相交流电动机M1的功率，额定电流为，工作电压为AC380V，则电动机起停控制电路元件清单见表1。 表1 电动机起停控制电路元件清单 3.电动机正、反转控制电路该电路能实现对电动机的正、反转控制，并有短路和过载 保护措施。电动机正、反转控制电路如图3所示。 常用电气控制电路图3 电动机正、反转控制电路 在图3中，接触器KM2线圈吸合后，因为将L1和L3两相电源线进行了对调，实现了电动机的反转运行。信号灯HL1指示电源线L3和零线N之间的相电压。按下正转起动按钮SB2，交流接触器KM1线圈得电吸合，主触头KM1和常开辅助触头KM1-1闭合，电动机M1正向运转。KM1的常闭辅助触头KM1-2断开，此时即使按下反转起动按钮SB3，由于KM1-2的隔离作用，交流接触器KM2的线圈也不会吸合，KM1-2起安全互锁作用。电动机正向起动后，反向控制交流接触器KM2触头不会吸合，避免了由于KM1和KM2的触头同时吸合而出现电源线L1和L3直接短路的现象。按下停止