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第一章控制系统的基本概念1, 生产过程自动化系统包含如下四个部分的内容：自动检测系统（2）信号连锁系统（3）自动操纵系统（4）自动控制系统2,过程装备控制的任务和要求过程装备控制是工艺生产过程自动化的重要组成部分，它主要是针对过程装备的主要参数，即温度、压力、流量、液位（或物位）、成分和物性等参数进行控制。
工艺生产过程装备控制的要求是多方面的，最终可以归纳为三项要求：即安全性、经济性和稳定性。
3,控制系统的组成被控对象，测量元件和变送器，调节器：又称控制器，执行器4，控制系统的方框图 : 被控变量y ，给定值（或设定值）Ys ，测量值Ym，操纵变量（或控制变量）m ，干扰（或外界干扰）f ，偏差信号e ，控制信号u5，控制系统系统的分类按给定值的特点划分：定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统按系统输出信号对操纵变量影响划分：闭环控制，开环控制按系统的复杂程度划分：简单控制系统，复杂控制系统按系统克服干扰的方法划分：反馈控制系统，前馈控制系统，前馈－反馈控制系统6，控制系统的过渡过程从被控对象受到干扰作用使被控变量偏离给定值时起，调节器开始发挥作用，使被控变量回复到给定值附近范围内。
然而这一回复并不是瞬间完成的，而是要经历一个过程，这个过程就是控制系统的过渡过程。
7，控制系统的过渡过程有发散振荡过程，等幅振荡过程，衰减振荡过程，非振荡的单调过程综上所述，一个自动控制系统的过渡过程，首先应是一个渐趋稳定的过程，这是满足输生产要求的基本保证；其次，在大多数场合下，应是一个衰减振荡的过程。
8，控制系统的性能指标一类是以系统受到单位阶跃输入作用后的响应曲线（又称为过渡过程曲线）的形式给出的，如最大偏差（或超调量）、衰减比、余差、回复时间等，称为过渡过程的质量指标；另一类是偏差积分性能指标，一般是希望输出与系统实际输出之间误差的某个函数的积分，常用的有平方误差积分指标（ISE）、时间乘平方误差的积分指标（ITSE）、绝对误差积分指标（IAE）以及时间乘绝对误差的积分指标（ITAE）等，这些值达到最小值的系统是某种意义下的最优系统。
第18章直流稳压电源18.1 整流电路18.2 滤波器18.3 直流稳压电源第18章 章 直流稳压电源直流稳压电源小功率直流稳压电源的组成功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压。
交流电源负载变压整流滤波稳压u 1u 2u 3u 4u O18.1整流电路整流电路的作用:将交流电压转变为脉动的直流电压。
整流原理：利用二极管的单向导电性。
常见的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流; 单相和三相整流等。
分析时可把二极管当作理想元件处理：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。
下面重点分析半波和桥式整流、滤波电路。
u ++D bR ––a Tr u O u L i O 18.1.1 单相半波整流电路tωu D O 2. 工作原理V a > V b ，二极管D 导通。
3. 工作波形1. 电路结构u O O t ωU2u 正半周⊕－⊕－2UωO utu ωtO t ωu D O 2.工作原理V a >V b ，二极管D 导通。
1. 电路结构u O O t ωU 2U 2u 正半周3. 工作波形V a < V b ，二极管D 截止。
U 2− u 负半周⊕－18.1.1 单相半波整流电路u ++D b R i ––a Tr u O u L O4. 参数计算(1) 整流电压平均值 U o (2) 整流电流平均值 I O LL O O 450R U .R U I ==(3) 流过每个二极管电流平均值 I D OD I I =(4) 每个二极管承受的最高反向电压 U RM UU 2RM =(5) 变压器二次电流有效值 IO 02m 571 d ) sin (π21πI .t t I I ==∫ωω) d( sin 2π21ποt t U ωω∫=U 0.45=O U5. 整流二极管的选择平均电流ID 与最高反向电压URM是选择整流二极管的主要依据。
选管时应满足：IOM>I D，U RWM>U RM优点：结构简单，使用的元件少。
缺点：只利用了电源的半个周期，所以电源利用率低,输出的直流成分比较低；输出波形的脉动大; 变压器电流含有直流成分，容易饱和。
故半波整流只用在要求不高，输出电流较小的场合。
u u ωωOD t t ui D a +D R L O u O 1D 2D 4b +––318.1.2 单相桥式整流电路2. 工作原理V a >V b ，二极管 D 1、 D 3 导通， D 2、 D 4 截止 。
3. 工作波形u D2u D41. 电路结构⊕－⊕－U2U 2−u 正半周ω2u t Uu i D a +D R L O u O 1D 2D 4b +––318.1.2 单相桥式整流电路2. 工作原理 3. 工作波形1. 电路结构V a <V b , 二极管D 2、D 4 导通， D 1、D 3 截止 。
u D1u D3⊕－⊕－u 负半周u D2u D4u u ωωOD t t ω2u t U 2U2−U4. 参数计算(1) 整流电压平均值 U O(2) 整流电流平均值 I O LL O O 90R U .R U I ==(3) 流过每个二极管电流平均值 I D OD 21I I =(4) 每个二极管承受的最高反向电压 U RM UU 2RM =(5) 变压器二次电流有效值 IO202m 11.1 d ) sin (π21πI t t I I ==∫ωω) d( sin 2π10t t U πωω∫=U0.9=O U桥式整流电路的优点：(1) 输出直流电压高；(1)(2) 脉动较小；(3) 二极管承受的最大反向电压较低；(4) 电源变压器得到充分利用。
(4)目前，半导体器件厂已将整流二极管封装在一起，制成单相及三相整流桥模块，这些模块只有输入交流和输出直流引线，减少接线，提高了可靠性，使用起来非常方便。
18.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路的几种形式+i R ~D D D D +−u O −OL1243uR i +~+u O −LO u −D +−−i D D D ~1uR L +u OO 243解：变压器二次电压有效值 例1：单相桥式整流电路中，已知交流电网电压为 220V ，负载电阻 R L = 50Ω, 负载电压U O =100V, 试求变压器的变比和容量, 并选择二极管。
V 111V 9010090O ===..U U 流过每只二极管的电流平均值 A1A 22121O D =×==I I 每只二极管承受的最高反向电压V172V 12222RM =×==U U 整流电流的平均值 A2A 50110L O O ===R U I 考虑到变压器二次绕组及二极管上的压降，变压器二次电压一般应高出 5%~10%，即取U = 1.1 × 111V ≈ 122 V81122220.K ==变比 I = 1.11 I O = = 1.111.11 × 2 A 2 A= 2. 2 A = 2. 2 A 变压器二次电流有效值变压器容量 S = U I = = 122122122 × 2.2 2.2 V.AV.A = 268. 4 V.A 变压器二次电压 U ≈ 122 V A1D =I V 172RM =U 可选用二极管2CZ11C ，其最大整流电流为1A ，反向工作峰值电压为300V 。
例1：单相桥式整流电路中，已知交流电网电压为 220V ，负载电阻 R L = 50Ω, 负载电压U O =100V, 试求变压器的变比和容量, 并选择二极管。
例2：试分析图示桥式整流电路中的二极管D 2 或D 4 断开时负载电压的波形。
如果D 2 或D 4 接反，后果如何？如果D 2 或D 4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？解：解：当 D 2或 D 4断开后，电路为单相半波整流电路。
正半周时，D 1和D 3导通，负载中有电流通过，负载电压u O =u ；负半周时，D 1和D 3截止, 负载中无电流通过, 负载两端无电压，u O =0。
+~R D D D u O_u +_L 241D 3uπππ423o ωtπu πOωtoπ4π3π2如果D 2或D 4接反，则正半周时，二极管D 1、D 4或D 2、D 3导通，电流经D 1、D 4或D 2、D 3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D 1、D 4或D 2、D 3将被烧坏。
如果D 2或D 4因击穿烧坏而短路，则正半周时，情况与D 2或D 4接反类似，电源及D 1或D 3也将因电流过大而烧坏。
+~R D D D u O_u +_L 241D 3R L D D D i Cbau +–O1u O D 635D 4D 2O+–18.1.3 三相桥式整流电路2. 工作原理在每一瞬间共阴极组中阳极电位最高的二极管导通；共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。
1. 电路三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形共阳极组共阴极组2. 工作原理在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导通（导通角为120120°°）。
负载两端的电压为线电压。
Cbau 1 N D 1R L u O D 6D 3D 5D 4D 2i O+–u 2u 3+–+–+–变压器二次电压同一时间有两个管导通。
二极管导通次序负载电压t t t t t 1t 23t 45t 67t 89o2πωu u 1u 2u 3πtD 5D 4D 1D 4D 1D 6D 3D 6D 3D 2D 5D 2D 5D 4D 1D 4D 1D 6O u tO3. 参数计算(1) 整流电压平均值 U O(2) 整流电流平均值 I OLL OO 34.2R U R U I ==(3) 流过每个二极管电流平均值 I DOD 31I I =(4) 每个二极管承受的最高反向电压 U RM UU 23RM ×=) )d(30 sin(23π1ab 2π6πt t U ωω°+=∫O U U2.34=18.2滤波器交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成分。
滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成分，保留其直流成分，达到平滑输出电压波形的目的。
方法: 将电容与负载R L并联(或将电感与负载R L串联)。
2u OUU 2ωutO ωtO +Ci C i= u C 18.2.1 电容滤波器( C 滤波器)2. 工作原理3. 工作波形1. 电路结构a D bi –++–u O u R L Ou >u C 时，二极管导通, 电源在给负载R L 供电的同时也给电容充电， u C 增加，u O = = uu C 。
u <u C 时，二极管截止，电容通过负载R L 放电，u C 按指数规律下降， u O = u C 。
二极管承受的最高反向电压为。
U U 22RM =截止二极管上的最高反向电压U RM电路单相全波整流单相桥式整流单相半波整流有滤波电容无滤波电容22U 222U 22U 22U 222U 222U4. 电容滤波电路的特点(T —电源电压的周期)输出电压的脉动程度与平均值U O 和放电时间常数 R L C 有关。
R L C 越大 →电容器放电越慢→输出电压的平均值U O 越大，波形越平滑。
当负载R L 开路时，U O ≈ 。
U 2 为了得到比较平直的输出电压25)(3L TC R τ−=一般取≥近似估算取：U O = 1. 2 U (桥式、全波）U O = 1. 0 U （半波）例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f = 50Hz ，负载电阻 R L = 200Ω，要求直流输出电压U O =30V ，选择整流二极管及滤波电容器。
流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压V 35V 2522RM =×==U U 变压器二次电压的有效值 A075.0A 20030212121L O O D =×=×==R U I I 解：1. 选择整流二极管25V V 1.2302.1O ===U U I OM =100mA U RWM =50V可选用二极管2CZ52B++~u R L u O––+C取 R L C = 5 × T /2已知 R L = 50 Ωs05.0s 25015L =×=C R 2. 选择滤波电容器250250μ5μ5F 10250F 2000.05 05.06L =×===−R C 可选用C = 250 µF ，耐压为 50 V 的极性电容器。
解：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f = 50Hz ，负载电阻 R L = 200Ω，要求直流输出电压U O =30V ，选择整流二极管及滤波电容器。
