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吉大16秋学期《控制工程基础》在线作业二答案
吉大16秋学期《控制工程基础》在线作业二
一、单选题（共 14 道试题，共 56 分。）
某环节的传递函数为G(s)=e－2s ，它是（）。
A. 比例环节
B. 延时环节
C. 惯性环节
D. 微分环节
正确答案：B
若要增大系统的稳定裕量，又不降低系统的响应速度和精度，通常可以采用（）。
A. 相位滞后校正
B. 提高增益
C. 相位超前校正
D. 顺馈校正
正确答案：C
反馈控制系统是指系统中有（）。
A. 反馈回路
B. 惯性环节
C. 积分环节
D. PID调节器
正确答案：A
对于二阶系统的超调量Mp ，以下说法正确的是（）。
A. 只与阻尼比有关
B. 只与自然频率有关
C. 与阻尼比无关
D. 是一个定值
正确答案：A
串联相位滞后校正通常用于（）。
A. 提高系统的快速性
B. 提高系统的稳态精度
C. 减少系统的阻尼
D. 减少系统的固有频率
正确答案：B
作为控制系统，一般（）。
A. 开环不振荡
B. 闭环不振荡
C. 开环一定振荡
D. 闭环一定振荡
正确答案：A
幅相频率特性曲线与对数频率特性曲线的关系是（）。
A. 幅相频率特性曲线上的单位圆相当于对数频率特性曲线上的-20分贝线
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全部答案（共1个回答）
的允许摄动范围一般也越大，因此它的鲁棒性也越好
所传论文,乃他人作品
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系统动稳定破坏主要是电流的作用。在电力系统中，各导体在系统中因为大部分是平行排列，在故障情况下，因故障电流远远大于其额定电流，各导体在此电流下，就有一个相互作用...
答: 架桥机架梁前的准备工作有哪些
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6月26日　 上午9:00-12:00
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6第六节稳定裕量
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你可能喜欢什么是相角裕量、增益裕量？
相角裕量、增益裕量是对自动控制领域的闭环系统而言，指的是保持系统稳定工作的前提下，相角或者增益还能增加的范围。
我们知道，如果闭环系统传统的传递函数的极点都在s右边平面，那么系统是稳定的。为了研究相角（增益）裕量，需要从开环系统的角度研究闭环系统。如果开环传递函数是G(jw)，那么闭环传递函数是
G(jw)/(1+G(jw))。所以，能从开环传递函数G(jw)的特性来研究闭环系统的稳定性。
如果当某个频率w时，开环传递函数G(jw)=-1，那么闭环系统是不稳定的（临界稳定）；若开环传递函数G(jw)（也可认为是G(S)）没有极点在s右半平面，则定义为开环系统稳定）。
通过开环系统的稳定性来判断闭环系统的稳定性，用到奈奎斯特判据，其含有两条，叙述如下：
奈奎斯特稳定性判据a：若开环系统稳定，则闭环系统稳定的条件是G(jw)在复平面上的轨迹不包围（-1，j0）点。
注：从“‘G(jw)/(1+G(jw))’极点都在左平面则闭环系统稳定”的原理出发，通过一个稍复杂的复变函数引理，推导出奈奎斯特判据a。
“G(jw)在S平面上的轨迹”，指当频率w从0变到正无穷时，G(jw)值在复平面上形成的曲线，这叫做奈奎斯特图。
&奈奎斯特稳定性判据b：若开环系统不稳定（假设G(jw)有n个极点在右平面），则闭环系统稳定的条件是G(jw)轨迹逆时针方向包围（-1，j0）点恰为n次。
实际中，在开环增益K为某固定值时，画出奈奎斯特图来判断系统是否稳定，当开环增益K取另一个固定值时，再画出奈奎斯特图来判断稳定性。由此类推，得到一簇奈奎斯特曲线。由此看出随着开环增益K的变化时，稳定性裕量的变化。
稳定性裕量（即相对稳定性，也即目前的稳定状态离临界稳定状态有多远）在可在奈奎斯特图中定量分析，即奈奎斯特图与临界稳定点（-1，j0）越近，稳定裕量越小。在奈奎斯特图上定义了相角裕量和增益裕量来衡量相对稳定性。定义如下：
增益（即开环增益K）裕量：指增益的最大值，此时系统处于临界稳定。临界稳定时，奈奎斯特图过（-1，j0）点。
增益裕量的另一定义：若G（jw）在复平面上与负实轴相交，此时幅值记为A（肯定小于1），则，增益裕量定义为（1/A）。注:'1'对应于临界点（-1，j0）的幅值。
相角裕量：若奈奎斯特曲线绕原点（顺时针）旋转达到与点（-1，j0）相遇所需要的相移量。注：即奈奎斯特曲线与单位圆的交点与（-1，j0）相遇。
增益裕量h的物理意义是：若开环增益增加h倍，则系统恰好处于临界稳定。
相角裕量gama(希腊字母,呵呵)的物理意义是：系统工作于截止频率（幅值增益为1时的频率）时，若相角再滞后gama，则系统临界不稳定。
可以看出，由奈奎斯特图测定稳态裕量是很麻烦的。并且，高阶系统的奈奎斯特图是画起来很费力。出于简介分析稳定性裕量的需要，从奈奎斯特图发展出对数频率特性图（伯德bode图）来分析稳定性。
图是关于开环系统幅频特性或者相频特性。横坐标是频率w，纵坐标为开环系统的幅度或者相位。（纵横坐标都是对数分度，此细节问题不展开）。同一个系统的的bode图和奈奎斯特图是一一对应的，即前图曲线上的点和后图曲线上的点是一一对应的。尤其地，有以下对应关系：
&a、奈奎斯特图上以原点为中心的单位圆对应于bode图上的0dB线。
&b、奈奎斯特图上的负实轴对应bode图相频图上的-180°线。
由奈奎斯特图中两个裕量的定义容易推出bode图中相应的定义。相角裕量是幅频特性为0dB时对应的相位值与-180的差。增益裕量是幅频特性为-180°时的幅度值的绝对值。
具体求法：
首先，在一张纸的画出两幅图：上方幅频特性，下方相频相频。两图的横坐标对齐。找相位裕量的方法：找出幅频特性曲线与0DB的交点，得到此时的频率w值，然后在相频曲线上找出频率w的对应点，求出此时相位，记为alfa(希腊字母，呵呵)，则alfa-(-180°)即为相角裕量。
&同理求增益裕量。
单独考虑一个裕量参数，可能不会观察到关于系统的相对稳定性的全部信息。往往需要综合考虑两个裕量。工程设计中：一般取相位裕量为30°到60°，增益裕量大于2倍，即大于6dB。
最后加两句废话，经典自动控制系统分析是基于复变函数理论。例如对于开环增益G(jw)（G(S)）是复函数，即自变量和因变量都是复数。复函数不能像实函数那样在一个平面内，同时有自变量和因变量。在图形上展示复函数G(S）的性质，稍复杂，在不同的场合用到不同的平面，即S平面和G(S)平面。s平面的横轴是自变量s的实部，纵轴是s的虚部。G（s）平面的横轴是因变量G(s)的实部，纵轴是G(s)的虚部。上文的奈奎斯特曲线是在G(S)平面上。相反，根轨迹法绘出的曲线是在s平面。
已投稿到：大电网稳定控制系统中几个问题的探讨
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大电网稳定控制系统中几个问题的探讨
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　　1引言?
随着三峡工程与全国联网、电力市场与电能交易、电力环保等新形势的出现，对电网安全稳定运行与控制的要求越发显得重要。在我国，许多传统的就地控制模式，如简单的线路故障联锁切机、切负荷由于其技术性能落后、经济性差等缺点已越来越不适应现代大电网的安全性与经济性的要求。近年来许多区域稳定控制装置的研制与投入使用在一定程度上缓解了大电网稳定运行控制的压力，但也只能兼顾电网的一部分，无法从全局上对电网进行协调控制。随着快速稳定分析方法的发展及计算机、通信技术的不断提高，使基于大系统理论与分级递阶与分散控制理论的大电网稳定控制系统的研制开发成为可能。本文结合作者参与研究开发的稳定性实时观测与控制系统的实际，针对大电网稳定控制装置开发中的几个问题谈了自己的看法。?
　　2大电网稳控装置的特点与要求?
　　2.1整体特点?
大电网稳定控制需要大量的网络结构与运行参数，高速可靠的硬件平台与通信通道，快速准确的稳定分析软件以及合适的控制策略。目前，大电网稳定控制装置的开发与实现具有以下特点：?
1) 控制对象仍以功角稳定问题为主，但带有电压越限等辅助功能；一般都采用集中管理、分区控制的模式，如图1所示，这样既有利于实现协调控制，又可保持各区域子站的相对独立性。?
根据电力系统稳定控制，尤其是大电网稳定控制中控制速度快、信息量大、跨地域范围广的特点，一般都采用开环预测控制，且多为离散控制(如切机、切负荷、电气制动、快关等)，如图2所示。图中控制量?
u=p(m,x0) (1)?
式中m为扰动信息；x0为基准状态信息；p为控制算子，其内涵反应了预测及按补偿原理实现控制作用的三种方式，即离线预决策实时匹配；在线预决策实时匹配；在线实时分析决策［1］；
3) 出于可靠性与经济性的考虑，一般考虑将稳定控制装置与EMS、MIS等接口的可能性，充分利用丰富的数据资源与已建成的通信通道；合理利用已有的常规稳定装置及区域稳定控制装置，避免资源与设备的浪费；?
4) 技术上借鉴微机保护与SCADA中成熟的数据采集、故障辨识与数字滤波等技术；借鉴静态安全分析中较为成熟的状态估计、预想事故、灵敏度分析等技术；预想事故分析部分采用快速稳定分析方法，如改进后的SBS法、各种直接法、人工智能、基于GPS外部观测的预测方法等，以试图从根本上解决稳定控制快速性要求的前提下，满足准确性与稳定裕量的要求。
　　2.2对区域子站的要求?
在大电网稳定控制系统中，区域子站起着承上启下的关键作用。在未能很好地解决控制中心与区域子站的实时通信问题之前，先着重考虑区域子站以使其“保一方平安”是很重要的。从当前技术条件及运行调度人员的要求角度出发，一个自动化程度较高、开放式、功能较齐全的区域稳定控制装置应具备以下功能：?
1) 基于GPS的高精度、快速的数据采集系统与准确无误的稳定措施执行机构：这是实现稳定观测与控制的基础。数据的可靠性是其首要问题；而在具体的稳定措施执行点，还应该根据当地工况进行适当的校核。?
2) 可扩展性、可维护性好、开放灵活的对策表管理系统，具体体现在以下方面：?
◆当本区域内出现线路扩建时，稳定监控系统从硬件到软件应能较容易地随之扩展；
◆当需要修改对策表时，在修改权限的限制下，可从本地/远方灵活地修改，以使当前的稳定对策最大程度上地符合实际情况；?
◆采用可移植性好、代码效率高的编程语言；采用模块化设计或(分布式)组件技术；运行模块与维护模块应既相对分离又相互关联。?
3) 较为合理、完善的稳定启动判据，准确快速地判断故障线路、故障相别、故障类型，有条件的厂站还可根据采集的开关量实现基于关联矩阵的电网拓扑辨识，为基于快速积分法的在线准实时稳定计算提供实时网络拓扑；?
4) 实时的图形化监视界面，带有事件顺序记录、实时/定时打印、实时波形、语音报警等功能，甚至有故障录波系统，以便于事故后分析；?
5) 完备、冗余式的通讯：通过对载波、微波、电话线、Internet、SPDnet等多种通讯方式的支持与实时切换，确保区域子站与控制中心的通讯通道通畅无阻。?
6) 适当条件下可将电压稳定监控、频率稳定监控功能集成进来，并可通过电力企业综合总线(UIB)与EMS中的SCADA/DTS、电力市场系统中的动态安全评估联系等相联系，形成一个更加完整的系统。? 可见，新的环境与条件下的区域稳定控制系统是一个典型的以数据处理为中心的多任务、多功能，开放灵活的监控系统。不管是采集数据的判断辨识、对策表的管理与实时查找，还是实时生成报表、打印、事件顺序记录，都要求系统具有较强的数据处理、存储等功能。当然，这是在把在线计算的任务交给控制中心的前提下的。?
　　3稳定控制装置起动元件的选择?
对于大电网而言，当可靠性得以保证的前提下快速性就成为关键因素，这集中体现在对稳定控制装置启动元件的选取上。从原理上启动元件的选取既可以采用各相(序)电流、电压或功率突变量元件等模拟量来实现，也可以根据保护的动作信号及断路器出口信号等开关量来实现。前者广泛应用于微机保护中，技术较成熟可靠，速度快，但数据量较大，且有其自身的保护算法、滤波、PT、CT断线等问题。后者数据量小的多，而且“N－1”准则下的各种情况(如发电机、线路、电缆、变压器的退运)可直接反应为开关量的变位，因此和事故预想分析(支路开断、发电机开断)接口简单；缺点是拒动、误动问题，且当考虑“N－2”准则时需要考虑多种运行方式，特别是对于500kV变电站(常采用3/2接线方式)，各种运行方式组合较多，需要采用关联矩阵的方法。?
由以上的分析可看出：在稳定控制这种对可靠性与快速性要求甚高的场合下，将模拟量启动元件与开关量启动元件相互结合，以一方为主，相互校验与补充也许更可取。比如若以模拟量启动元件为主，可以用适量的开关量信息(如保护出口信号)辨别故障区间等；而以开关量启动元件为主，则可以利用适量的模拟量(如零序分量)区分两相短路与两相短路接地。?
另外，一种基于PEF理论，以不平衡功率积分作为稳定控制启动判据［11］也值得注意。?
　　4稳定控制装置的实现模式?
　　4.1区域子站的实现中的几个问题?
当前的区域子站的实现有几种方式：嵌入式系统、工业PC系统以及工业局域网系统，三者间的比较见表1。但无论选择哪种方式，协调好系统各部分之间的工作与数据交换，提高整体性能是最重要的。
　　4.2控制中心的实现模式?
　　控制中心要完成预想事故的快速筛选以及快速暂态稳定分析，而且还要协调管理各区域子站，任务繁重。因此，其构成模式是否合理直接关系到整个稳定控制系统的效率。控制中心的实现以往多采用“小型机+UNIX平台”模式，目前则多采用“工作站+局域网+网络操作系统”的模式。后者可将多项任务按组态软件的形式加以组合并在不同的工作站间实现分工，开放式的结构便于扩展与利用新技术。?
当控制中心与EMS接口后，其数据的获取可完全由EMS提供，而控制中心与各区域子站的通信只限于发收稳定策略及协调控制信息，通讯量大大减小。另外，为减少局域网上信息交换量，文献［６］提出可采用分层局域网和共享内存技术，不把所有信息集中在一个局域网上交换。?
　　5对当前稳定控制装置的一些建议?
　　5.1稳定控制措施的优化前提?
目前在我国，稳定控制措施以切机、快关、切负荷、电气制动等为主。考虑到充分利用原有稳定控制执行设备(经济性)的基础上，如何优化稳定控制策略(包括控制方式、控制量大小、控制时间长短等)是个值得研究的问题。这个问题从本质上多属于非线性整数规划问题，其数学描述如式(2)所示。式中Ni为各控制措施量，Ci为控制系数，它反映了控制时间、控制权重等，η为控制措施下的控制裕度，它等于实际控制效果减去严格按稳定分析软件得到的稳定控制效果。?
优化的本质在保证稳定控制装置的有效性的基础上满足经济性的目标，主要是要从大量的措施组合中快速搜索出最优策略。文献［８］提出了一种快速搜索算法。而在具体应用优化算法时，应根据实际情况，遵守一些原则，如：优先考虑电气制动与直流调制；在切机或快关时，应结合机组的接线、运行方式与进相等特殊问题；从机组的疲劳损耗的积累效应的角度，应用排队论或概率方法，尽量使机组由于切机而造成的疲劳损耗最小化，尤其对于汽轮机组。
在基于以上前提的基础上，将快速稳定分析软件得出的稳定策略(或离线稳定策略)配合以适当的快速优化算法，方可得到切实可行的最优的稳定控制措施。?
　　5.2控制装置与策略的开放性?
目前的稳定控制装置中普遍使用的仍是“离线预决策，实时匹配”的控制方案，并且这也是最实用的一种方案；但是它的主要问题是存在着或轻或重的失配情况。为了减少失配的缺陷，作者认为在区域子站应采用开放式的对策表，利用控制中心的在线计算，准实时/实时地生成最新运行状况的控制策略，对各区域子站进行刷新；也可在区域子站中加入智能控制，如对运行方式与对策表之间的自学习或模糊控制能力。总之，应形成本地/远方多种途径的对策略表的修正，使之具有开放性。这种开放性带来的好处不仅仅是减小了失配情况，并且增加了灵活性、可靠性，延长了稳定控制装置可使用的寿命。?
一个功能较为完善的稳定监控系统应该以实时数据处理为中心，充分考虑对策表中数据间的联系。比如采用数据库的方式就可以保持数据库各表之间的天然联系，具有“对象关联”的特点，有利于实现数据图形一体化，如图3所示。图中稳定对策表具有很强的开放性，它可以通过数据库接口被各种基于不同控制策略的、与网络分布无关的在线实时、准实时/离线稳定计算模块加以刷新，并可接收、存储动态安全评估模块的评估结果，为调度运行人员提供系统实时的安全状况。?
　　5.3适当增强稳定控制装置的预防能力?
目前的稳定控制装置基本上都是基于1967年Dy Liacco提出的确定性安全稳定分析构想中的紧急控制思想，只考虑系统发生了(预想)事故后不稳定怎么办，而对系统未发生故障时的运行状况不管不问，哪怕是系统已经处于不安全状态(但未发生事故)。而在实际中的大多数时候系统都是处于无故障运行状况下，因此在不过重的增加运算与数据通讯负担的前提下，在区域子站中加入一些安全分析的功能(也可以考虑与当地的EMS接口)又何乐而不为呢，况且这样可以使区域子站的运行人员对本站在大多数情况下的安全性进一步了解，并在适当时候做出一定调整使系统尽量保持在一个高稳定度运行状况下。同时这对于今后的电力市场下的能量交易也是有益的。?
在目前的技术水平下，作者认为动态安全域法［12］可望胜任此任，且“域”的思想也有利于实现大电网综合稳定性(横向上功角、电压、频率、负荷稳定性与纵向上预防、紧急、恢复控制)的联合、协调控制，有利于实现电力系统灾变防治。?
　　6结语?
随着电力系统规模的扩大以及安全稳定问题的日益突出，仅靠单纯的就地控制或区域稳定控制已不能满足大电网稳定控制的要求，因此，针对大电网微机稳定控制系统的研究也越来越受到重视。作为现代电网不可缺少的三大支柱之一的稳定控制系统，不仅要研究其非线性动态大系统的稳定性理论与优化运行控制理论，而且还应在实用化的道路上解决好如何提高其可靠性，协调好“几性”［７］的关系，如何优化其稳定策略，如何象“四统一”的保护产品一样形成标准化、规则化、统一化的稳定装置，如何对大电网稳定控制装置进行试验仿真等诸多问题。
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