1.4 典型控制系统：自动调压系统

一、典型例题

💡 【思考与设问】典型例题（上交 816 可能考）

◆典型例题：自动调压系统

所示系统均为自动调压系统，假设空载时，两系统的发电机端电压均为 $110\,\mathrm{V}$ ，试问带上负载后，哪个系统能保持 $110\,\mathrm{V}$ 不变，为什么？

816_1.4_01_自动调压系统原理图.png

二、详细分析与原稿解答

1. 图(a) 系统分析（闭环无静差控制系统）

系统结构与积分特性：图(a)为闭环控制系统。系统中包含伺服电动机 $\mathrm{SM}$ 、减速器以及滑动电阻电刷调节机构。伺服电动机的转速 $\omega(t)$ 与输入的偏差控制电压 $\Delta u(t)$ 成正比，而电动机带动滑动电刷移动的机械角位移 $\theta(t)$ 则是转速的积分： $\theta(t) = \int \omega(t)\,\mathrm{d}t = K_m \int \Delta u(t)\,\mathrm{d}t$ 因此，在控制回路的前向通道中存在一个积分环节。
抗扰动调节动态过程：发电机由原动机驱动以恒定转速 $n = \mathrm{const}$ 旋转。当发电机带上负载 $R_L$ （闭合开关 $K$ ）后，由于电枢回路存在电枢电阻，负载电流将在电枢内阻上产生电压降，导致发电机端电压 $u_g$ 下降（ $u_g < 110\,\mathrm{V}$ ）。此时，测量比较电桥失去平衡，产生正的偏差电压： $\Delta u = u_r - u_f > 0$ 偏差信号 $\Delta u$ 经放大器放大后，驱动伺服电动机 $\mathrm{SM}$ 旋转，经减速器带动电刷向减小励磁回路电阻 $R$ 的方向移动。随着励磁回路总电阻减小，发电机励磁绕组中的励磁电流增大，增强了发电机的磁通量，促使发电机端电压 $u_g$ 逐步回升。
稳态结论：只要端电压尚未完全恢复到 $110\,\mathrm{V}$ ，偏差电压 $\Delta u$ 就不等于零，积分环节就会持续累积并驱动伺服电动机继续转动调节电刷； 只有当发电机端电压完全恢复到 $110\,\mathrm{V}$ ，偏差电压 $\Delta u = 0$ 时，伺服电动机才停止转动，电刷稳定在新的电阻位置上。因此，图(a)系统能够保持发电机端电压为 $110\,\mathrm{V}$ 不变，属于无静差控制系统。

2. 图(b) 系统分析（比例控制有静差系统）

系统结构与比例特性：图(b)所示系统中，电子功率放大器 $K$ 直接为发电机 $\mathrm{G}$ 的励磁绕组提供控制电压 $u_e$ 。整个前向通道中仅包含比例放大环节，不存在积分元件。
矛盾推导与静差必然性：带上负载后，由于电枢内阻压降，发电机需要比空载时更大的励磁电流才能维持 $110\,\mathrm{V}$ 的端电压，因此功率放大器必须输出足够的控制电压 $u_e$ 。若假设图(b)系统的端电压也能完全恢复并保持在 $110\,\mathrm{V}$ ，则反馈电压 $u_f = u_r$ ，系统偏差电压必为零（ $\Delta u = 0$ ）；但在纯比例放大系统中，若偏差电压 $\Delta u = 0$ ，则放大器的输出必为零（ $u_e = K \cdot \Delta u = 0$ ），励磁绕组断电，发电机端电压必然进一步急剧下降，从而与“端电压保持 $110\,\mathrm{V}$ ”产生不可调和的逻辑矛盾。因此，为了维持克服负载压降所必须的额外励磁电流，系统必须保持一定的恒定偏差电压（ $\Delta u \neq 0$ ）。
稳态结论：图(b)系统不能保持 $110\,\mathrm{V}$ 不变，带上负载后的实际稳态端电压必然略低于 $110\,\mathrm{V}$ （即存在稳态静差），属于有静差控制系统。

3. 最终结论

图(a)系统能保持 $110\,\mathrm{V}$ 不变。

ギターと孤独と蒼い惑星

1.4 典型控制系统：自动调压系统

1.4 典型控制系统：自动调压系统

一、典型例题

二、详细分析与原稿解答

三、核心考点提炼与解题心法

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