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1、P1U1A Electrical Networks 第一部分第一单元课文第一部分第一单元课文A 电路电路5.参考译文A 电路电路 电路或电网络由以某种方式连接的电阻器、电感器和 电容器等元件组成。如果网络不包含能源，如电池或发电机，那么就被称作无源网络。换句话说，如果存在一个或多个能源，那么组合的结果为有源网络。在研究电网络的特性时，我们感兴趣的是确定电路中的电压和电流。因为网络由无源电路元件组成，所以必须首先定义这些元件的电特性。就电阻来说，电压-电流的关系由欧姆定律给出，欧姆定律指出：电阻两端的电压等于电阻上流过的电流乘以电阻值。在数学上表达为：u=iR (1-1A-1)式中 u=电压，伏
2、特；i=电流，安培；R=电阻，欧姆。纯电感电压由法拉第定律定义，法拉第定律指出：电感两端的电压正比于流过电感的电流随时间的变化率。因此可得到：P1U4A Power Semiconductor Devices 第一部分第四单元课文第一部分第四单元课文A 功率半导体器件功率半导体器件晶闸管晶闸管 图1-4A-2给出了晶闸管符号和它的伏安特性曲线。基本上，晶闸管是一个三结P-N-P-N 器件，器件内P-N-P 和N-P-N 两个三极管按正反馈方式连接。晶闸管可阻断正向和反向电压（对称阻断）。当阳极为正时，晶闸管可由一个短暂的正门极电流脉冲触发导通；但晶闸管一旦导通，门极即失去控制晶闸管关断的能力。
3、晶闸管也可由阳极过电压、阳极电压的上升率（dv/dt）、结温的上升、PN结上的光照等产生误导通。P1U4A Power Semiconductor Devices 第一部分第四单元课文第一部分第四单元课文A 功率半导体器件功率半导体器件 在门电流IG=0时，如果将正向电压施加到晶闸管上，由于中间结的阻断会产生漏电流；如果电压超过临界极限（转折电压），晶闸管进入导通状态。随着门极控制电流IG 的增加，正向转折电压随之减少，最后，当门极控制电流IG=IG3时，整个正向阻断区消失，晶闸管的工作状态就和二极管一样了。在晶闸管的门极出现一个最小电流，即阻塞电流，晶闸管将成功导通。在导通期间，如果门极电流
4、是零并且阳极电流降到临界极限值以下，称作维持电流，晶闸管转换到正向阻断状态。相对反向电压而言，晶闸管末端的P-N 结处于反向偏置状态。现在的晶闸管具有大电压（数千伏）、大电流（数千安）额定值。P1U4B Power Electronic Converters 第一部分第四单元课文第一部分第四单元课文B 电力电子变换器电力电子变换器整流器整流器 整流器可将交流转换成直流。整流器可由二极管、可控硅、GTO、IGBT、IGCT等组成。二极管和相控整流器是电力电子设备中份额最大的部分，它们的主要任务是与电力系统连接。由于器件开通时损耗低，且其开关损耗几乎可忽略不计，故该类整流器的效率很高，典型值约为9
5、8。但是，它们的缺点是在电力系统中产生谐波，对其他用户产生供电质量问题。此外，晶闸管变换器给电力系统提供了一个滞后的低功率因数负载。P1U5A Types of DC Motors 第一部分第五单元课文第一部分第五单元课文A A 直流电机的分类直流电机的分类复励式直流电动机复励式直流电动机 图1-5A-4所示的复励式直流电动机有两个激磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。这种电机综合了串励式电机和并励式电机的预期特性。复励式电动机有两种连接方法：累加与差动。累加复励式直流电动机的串联和并联绕组的激磁方向一致。差动直流电动机的串联和并联绕组的激磁方向相反。串联绕组的连接方法有两种。一种
6、方法称为短并联（见图1-5A-4），这种方法是将并联绕组跨接在电枢绕组两端。长并联方法是将并联绕组跨接在电枢绕组和串联绕组的两端（见图1-5A-4）。复励式电机具有类似于串励式电机的高转矩，同时也具有类似于复励式电机的优良的速度调节。因此，当既需要良好的转矩特性又需要良好的速度调节时可采用复励式直流电动机。复励式直流电动机的一个主要缺点是价格贵。P1U5B Closed-loop Control of DC Drivers 第一部分第五单元课文第一部分第五单元课文B B 直流传动的闭环控制直流传动的闭环控制 因为速度控制回路和电流控制回路串联，因此内环电流控制也被称为串联控制。整体也被称为电流
7、操纵控制。由于具有如下优势，其应用比限流控制更为普遍：1.对于任何电源电压扰动，提供更快的响应。这可通过考虑两个传动装置对于电源电压降低的响应来解释。电源电压的降低将减少电机电流和转矩。在限流控制中，由于电机转矩小于未改变的负载转矩，速度下降，造成的速度误差通过设置较小的整流器触发角达到原值。在内环电流控制的情况下，由于电源电压的降低，电机电流的减少将产生电流误差，改变整流器的触发角，使电枢电流返回到原值。现在，暂态响应由电机的电时间常数控制，因为与机械时间常数相比，传动装置的电时间常数要小的多，所以对于电源电压扰动，内环电流控制将提供较快的响应。P1U6A AC Machines 第一部分第
8、六单元课文第一部分第六单元课文A A 交流机交流机 转矩产生的原理有点类似于感应电机。如图所示的同步电机是凸极式同步机，因为转子周围的气隙是不均匀的，不均匀的气隙在d 轴和q 轴上造成了不对称的磁阻。与其(凸极式同步机)对应的另一种电机是有均匀气隙的圆柱体形转子结构的电机(与异步机相似)，定义为隐极式同步电机。例如，水电站使用的低速发电机是凸极同步机，而火力发电厂使用的高速发电机是隐极式同步机。除激磁绕组之外，转子通常有一个阻尼器，或叫阻尼绕组，它就像感应电机中短路的鼠笼棒。同步机更昂贵但效率也高一些。绕线式激磁绕组同步机通常用于大功率（数兆瓦）驱动。时变和时不变系统：一个时不变系统或静态系统
9、，其参数不随时间变化。当提供一个输入时，时不变系统的输出不依赖于时间。描述系统的微分方程的系数为常数。如果有一个或多个参数随时间变化，则系统是时变或非静态系统提供输入的时间必须已知，微分方程的系数是随时间而变化的。P2U2A Stability and the Time Response 第二部分第二单元课文第二部分第二单元课文A 稳定性和时域响应稳定性和时域响应5.参考译文A 稳定性和时域响应稳定性和时域响应简介简介 连续系统或离散系统的稳定性是由其对输入或扰动的响应决定的。直观地说，稳定系统是在没有外部激励时保持静态或平衡的系统，如果去掉所有的激励，系统会返回到静止状态。输出将经过一个过度
10、过程，稳定在一个与输入一致或由其决定的稳态。如果我们将同样的输入加到一个不稳定系统上，输出将不会稳定到稳态过程，它将无限制的增加，通常为指数形式或增幅震荡。稳定性可以由连续系统的脉冲响应或离散系统的Kronecker delta响应如下精确地定义：当时间趋近无穷时，如果脉冲响应B 稳态稳态稳态误差稳态误差 控制系统的设计目标是控制一个系统的动态性能，使之响应于命令或扰动。设计者应充分了解稳态方程和误差在整个过P2U2B Steady State 第二部分第二单元课文第二部分第二单元课文B 稳态稳态 程中的作用，同时也应知道它们在被控对象动态性能上的影响。控制系统的精度是对系统跟随控制命令情况的
11、衡量尺度。它是一个重要的性能指标；一个导航系统，如果不能把航天器置于合适的轨道上，它的暂态响应再好也没用。精度通常是按可接受的对特定输入(Er)或扰动(Ed)的稳态误差而定的。误差e(t)定义为期望输出值r(t)和实际输出值c(t)的差。要注意，这里的误差并不一定是启动信号(t)，除非是单位反馈系统。当系统的暂态结束后，误差e(t)成为稳态误差ess。根据终值定理，时域中的稳态误差可写作下式：(2-2B-1)P2U3A The Root Locus 第二部分第三单元课文第二部分第三单元课文A 根轨迹根轨迹5.参考译文A 根轨迹根轨迹简介简介 控制系统三个基本的性能指标是稳定性、满意的稳态精度和
12、满意的暂态响应。如果已知系统的传递函数，劳斯-胡尔维茨判据会告诉我们系统是否稳定。如果系统稳定，可以确定各种类型输入时系统的稳态精度。为了确定暂态响应的特性，我们需要知道特征方程的根在s 平面上的位置。遗憾的是，特征方程通常不能分解成因式并且是高阶的。根轨迹技术是一种当任意单一参数，如增益或时间常数，从零变到无穷时确定特征方程的根的位置的一种绘图方法。因此，根轨迹不仅提供系统绝对稳定性而且提供稳定裕量的信息，稳定裕量是描述暂态响应特性的另一种方法。如果系统是不稳定的或暂态响应不令人满意，根轨迹给出可能改进响应的方法并很方便地定性描述这些改进的效果。P3U1A Computer Structur
13、e and Function 第三部分第一单元课文第三部分第一单元课文A 计算机的结构与功能计算机的结构与功能A 计算机的结构与功能计算机的结构与功能 这一节介绍计算机的内部体系结构，描述了指令如何存储和译码，并解释了指令执行周期怎样分解成不同的部分。从最基本的水平来讲，计算机简单执行存储在存储器中的二进制编码指令。这些指令按照二进制编码数据来产生二进制编码结果。对于通用可编程计算机，四个必要部件是存储器、中央处理单元（CPU，或简称处理器），外部处理器总线，输入/输出系统。存储器储存指令和数据。CPU读取和解释指令，读每条指令所需的数据，执行指令所需的操作，将结果存回存储器。CPU所需的操作
14、之一是从外部设备读取或写入数据。这利用输入/输出系统来实现。外部处理器总线是一套能在其他计算机部件之间传送数据、地址和控制信息的电导线。图 3-1A-1 计算机的基本元件P3U1A Computer Structure and Function 第三部分第一单元课文第三部分第一单元课文A 计算机的结构与功能计算机的结构与功能 存储器中的指令存储器中的指令存储器中的指令由CPU取来。除非发生程序转移，它们按在存储器中出现的顺序来执行。用二进制形式所写的指令叫做机器语言指令。一种得到（指令）有效形式的方法是将（这些）位分成段，如图3-4A-2所示。每一段都包含一个不同类型信息的代码。在简单的计算机
15、中，每条指令可分为四段，每段有四位。每条指令包括操作代码（或操作码，每条指令有唯一的操作码）、操作数地址、立即数、转换地址。P3U1A Computer Structure and Function 第三部分第一单元课文第三部分第一单元课文A 计算机的结构与功能计算机的结构与功能 有一些处理器提供了可处理其他数据类型。例如单精度浮点数据类（32位）和双精度浮点数据（64位）等的指令。还有另一类的数据特征数据。通常也表示为8位。在标准键盘上，每个计算机终端键和键的组合（例如shift和control功能键）有定为美国信息交换标准码的7位码。存储器类型存储器类型在数字控制系统的应用中，我们也关注不
16、同存储技术的特征。对主存储器来说，我们需用它临时存储信息，并逐次地从不同单元写入或获得信息。这种类型的存储器称作随机访问存储器（RAM）。在某些情况下，我们不想让存储器中的信息丢失。因此我们愿使用特殊技术写入存储器。如果写入只在物理改变连接时才能实现，那么这种存储器称为只读存储器（ROM）。如果相互连接的模式可由程序设定，那存储器叫做可编程只读存储器（PROM）。如果需要实现改写的情况，我们有可擦的可编程只读存储器（EPROM）。电可擦除的PROM缩写为EEPROM。P3U1B Fundamentals of Computer and Networks 第三部分第一单元课文第三部分第一单元课文
17、B 计算机与网络基础计算机与网络基础操作系统操作系统 操作系统朝着两个主要目标已发展了三十多年。第一，为程序的开发和执行提供了一个方便的环境。第二，操作系统试图通过对计算任务的调度以确保计算系统的良好性能。操作系统必须确保计算机系统的正确操作。为避免用户程序影响系统的正常操作，对硬件进行修改以建立两种方式：用户方式和监控方式。各种指令（如I/O指令，HALT指令）被赋予特权，只能在监控方式中执行。监控程序存放在内存，同样业应避免用户对其修改。另外采用一个时钟避免无限循环。这样，一旦基本的计算机系统发生了变动（两种方式，特权指令，存储器保护，时钟中断），仍有可能写出正确的操作系统。正如我们前面所
18、说，操作系统对于生产它们的厂家及其运行的硬件环境通常是唯一的。一般，安装一台新计算机的同时购买了与该硬件相应的操作系统。用户需要有效地支持其处理任务的可靠操作软件。P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文第五部分第一单元课文A 自动化网络的应用领域自动化网络的应用领域过程自动化过程自动化 对炼油、造纸、电力以及化工等过程对象而言，连续的调节性控制占支配地位。测量是模拟的(此处意味着标量值是以数字信号传送的)，而执行则是调节性的。当然，过程工业也采用一些离散控制，而以离散为主的制造业也采用一些调节性控制。现在，市场上已经存在
19、现场总线开/关，它是用作通/断传感器的小型远程安装的I/O模块。以前，是由集散控制系统(DCS)或单回路调节器完成这种工作。本文将重点讨论三种与过程相关的网络：基金会现场总线(FF)，PROFIBUS(PA应用行规)与HART。这些总线目前一般都被笼统地称为现场总线，尽管有些人会有争议，说其中有的不属于现场总线。这三种协议在设计时已明确了现场仪表由总线供电，也规定了现场仪表应具备所定义的参数与指令用于设备管理，如识别、诊断、材质及用于校验及调试的功能。就规模而论，一般认为，工业自动化网络所组成的局域网(LAN)跨越不大于直径为1km或2km的区域，而且一般限制在一幢建筑物或一群建筑物内。显然，
20、只能延伸几米的网络是不够用的，而跨越城市或甚至全球的网络则过大了。P5U1A Automation Networking Application Areas 第五部分第一单元课文第五部分第一单元课文A 自动化网络的应用领域自动化网络的应用领域现场与主站网络的层次现场与主站网络的层次 即使在过程工业的控制系统中，其体系结构的每一层次也都具有不同的网络特性。在现场端的许多仪表如变送器与阀门定位器有其特定的需求，而在主站级的工作站、链接设备与控制器则有其它的需求(见图5-1A-1)。当现场总线开始发展时、过程工业对现场级网络 提出了大量其他网络不 曾遇到的要求。因此需要考虑许多新的设计思路。在上层，所有来自现场级网络的数据都需要被集中到单一的主 站级网络中。同时，主站级网络还需执行所有与工厂自动化相关的任务。