《电力拖动自控系统》综合复习资料

一、填空题，占20分

1、晶闸管—电动机系统中，抑制电流脉动可采取的措施是：                   、

                        和                        。

2、位置随动系统一般由五个部分组成，这五个部分分别是：位置传感器、电压比较放大器、                      、                      和减速器与负载。

3、可逆V—M系统存在环流的问题，环流可以分为静态环流和动态环流两种，静态环流由可分为                       和                    两种。

4、双闭环调速系统中引入转速微分负反馈的作用是                         。

5、转速、电流双闭环直流调速系统的起动过程有                 、                    和

                      三个特点。

6、直流调速系统常用的可控直流电源有                     、                   

和                           。

7、双闭环直流调速系统中，电流调节器主要对                产生的扰动起到抵抗作用。

8、调速系统转速控制的要求主要集中在三个方面，具体为        、        和         。

9、直流调速系统的主要形式是晶闸管－电动机调速系统，简称为　　　　　　系统。

10、在闭环调速系统中，常优先考虑串联校正方案。用运算放大器实现的串联校正装置可有　　　　　　　　、　　　　　　　　　和　　　　　　　　　三类调节器。

11、常用的H型PWM变换器按控制方式分为　　　　  　、　    　   和　　　   　等。

12、在闭环控制系统中，常优先考虑串联校正方案。由　　　　　　　　调节器可构成的超前校正，提高稳定裕度和改善快速性能；由　　　　　　　　　　　调节器构成的滞后校正，可以保证系统的稳态精度；用　　　　　　　　　　　　　调节器构成滞后－超前校正，兼具两者的优点。

13、电动机的“可逆运行”包括两种情况：一种是电动机既做正转运行又做反转运行，称为　　　　　　　　　　　；另一种是电动机运行时，工作在电动状态，停车时，电磁转矩反向，电机工作在回馈制动状态，称为　　　　　　　　　　。

二、简答题，占50分

1、转速、电流双闭环直流调速系统的起动过程可分为哪几个阶段？其起动过程有什么特点？

2、两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，什么叫做环流？静态环流可分为哪几类？分别采用何种方法来抑制？

3、试分别画出采用比例放大器的转速单闭环直流调速系统的稳态结构图和动态结构图。

4、调速系统常用的动态性能指标分为那几类？并写出相应的性能指标。

5、双闭环直流调速系统中， 两个调节器均采用PI调节器。当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压△Ui是否为零？为什么？

6、双极式控制的桥式可逆PWM变换器的优点？

7、转速闭环调速系统能够减小稳态速降的实质是什么？

8、转速、电流双闭环调速系统中，电流调节器的作用？

9、位置随动系统和调速系统的区别？

10、试比较开环系统机械特性和闭环系统机械特性的静特性。

11、某双闭环调速系统，ASR、ACR均采用近似PI调节器，试问①调试中怎么才能做到Uim*=6V时，Idm=20A；如欲使Unm*=10V时，n=1000r/min，应调什么参数？②如发现下垂特性不够陡或工作段特性不够硬，应调什么参数？

12、在转速电流双闭环调速系统的设计过程中，为什么通常将内环设计成典型I型系统，而将外环设计成典型II型系统？

13、试比较串联校正中常用的三种方法的优缺点。

14、在他励直流电动机调速系统中，何为“恒转矩调速方式”和“恒功率调速方式”？

15、直流斩波器有哪几种控制方式？

16、转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器的作用？

17、试画出双闭环直流调速系统的稳态结构图。

18、试画出桥式可逆PWM变换器的主电路图。

三、计算题，占30分

1、有一V－M调速系统，电动机参数为Pnom=2.5kw、Unom＝220V、Inom＝15A、nnom=1500r／min、Ra=2Ω，整流装置内阻Rrec=1Ω，触发整流环节的放大系数Ks=30，要求调速范围D=20，转差率s=10%。试求：

（1）计算开环系统的稳态速降和调速要求所允许的稳态速降。

（2）调整该系统，使时转速n=1000r/min，此时转速反馈系数应为多少？

（3）若改用电压负反馈，放大器的放大系数为8.79，最大给定电压为30V，在静差率为s=30％时最多能够得到多大的调速范围？

2、转速、电流双闭环直流调速系统中， 两个调节器均采用PI调节器。转速给定信号最大值Unm*=15V时，n=nN=1500r/min；电流给定信号最大值Uim*=10V时，允许最大电流Idm=35A，电枢回路总电阻R=3Ω，晶闸管装置放大倍数KS=35，现系统在额定电流Idl=25A运行。某时刻电机突然失磁，若系统能重新稳定，则稳定后n=？Ui*=？Id=？Uc=？

3、有一个V—M调速系统，电机参数为：Pn=10KW，Un=220V，In=55A，nn=1000r/min，电枢电阻。若采用开环控制系统，只考虑电枢电阻引起的转速降。

（1）要使静差率S=0.1，求系统的调速范围D。

（2）要使调速范围D=2，其允许的静差率S为多少？

（3）若要求调速范围D=10，静差率S=0.05，则允许的转速降为多少？

4、被控对象的传递函数为

式中，K1＝2；T1＝0.4s；T2＝0.08s；T3＝0.015s；T4＝0.005s。要求阶跃输入时系统的超调量σ%<5%。

试分别用PI和PID调节器校正成典型Ⅰ系统，并设计各调节器参数并计算调节时间ts。

5、有一个V—M调速系统，电机参数为：Pn=2.8kW，Un=220V，In=15.6A，nn=1500r/min，电枢电阻Ra=1.5Ω，电源内阻Rn=1Ω，Ks=37。

（1）开环工作时，试计算D=30时s的值。

（2）当D=30、s=10%时，计算系统允许的稳态速降。

（3）如为转速负反馈有静差调速系统，要求D=30、s=10%，在Un*=10V时，使电动机在额定点工作，计算放大器放大系数Kp和转速反馈系数α。

6、已知R= 1.0 ，Ks = 44，Ce=0.1925V·min/r，系统运动部分的飞轮惯量GD2 = 10N·m2。

根据稳态性能指标D =10，s≤0.05计算，系统的开环放大系数应有K≥53.3。试判别这个系统的稳定性。

参：

一、填空题

1、增加整流电路相数、采用多重化技术、设置平波电抗器。2、电力电子变换器、伺服电机。3、直流平均环流、瞬时脉动环流。4、抑制转速超调。5、饱和非线性控制、转速超调、准时间最优控制。6、旋转变流机组（G-M系统）、静止可控整流器（V-M系统）、直流斩波器或脉宽调制变换器。7、电网电压波动。8、调速、稳速、加减速。9、V－M系统。10、比例微分、比例积分、比例积分微分。11、双极式、单极式、受限单极式。12、比例微分、比例积分、比例积分微分。13、转速可逆、状态可逆。

二、简答题

1、①电流上升阶段、恒流升速阶段、转速调节阶段②饱和非线性控制、转速超调、准时间最优控制。

2、①不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流称为环流；②直流平均环流和瞬时脉动环流两种；③直流平均环流可通过α=β配合控制抑制；④瞬时脉动环流可通过串接环流电抗器抑制。

3、稳态结构图

动态结构图

4、①跟随性能指标：上升时间、超调量、调节时间；②抗扰性能指标：动态降落、恢复时间。

5、①；②转速反馈断线，ASR饱和，输出限幅值；③系统再次稳定后，由于带额定负载，最终运行在上，所以电流调节器的输入偏差电压。

6、①电流一定连续；②可使电动机在四象限中运行；③电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；④低速平稳性好，调速范围可达1：20000左右；⑤低速时，每个晶体管的驱动脉冲仍较宽，有利于保证晶体管可靠导通。

7、①自动调节作用；②随负载变化改变电枢电压以补偿回路电阻压降的变化。

8、①作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。②对电网电压的波动起及时抗扰的作用。③在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。④当电机过载甚至堵转时，电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。

9、①位置随动系统要求输出跟随给定变化，强调快速跟随性能；②调速系统保证稳定和抵抗扰动，强调抗扰性。

10、①闭环系统静特性比开环系统机械特性硬得多。②如果比较同一no的开环和闭环系统，则闭环系统的静差率要小得多。③当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围。④闭环调速系统要增加运算放大器。

11、①调节电流调节器和转速调节器中的反馈系数。②比例积分环节中的放大系数。

12、电流调节器整定成I型系统，主要是考虑I型系统的超调量小，跟随性能好，在一定的条件下其抗扰性能是可以容许的。转速调节器整定成II型系统，主要是考虑抗扰性能。

13、①PD，超前校正，提高稳定裕度，快速性好，稳态精度差；②PI，滞后校正，保证稳态精度，快速性；③PID，滞后-超前校正，集中PI和PD优点，但实现与调试复杂。

14、按照电力拖动原理，在不同转速下长期运行时，为了充分利用电机，都应使电枢电流达到其额定值①恒转矩调速方式：由于电磁转矩，在调压调速范围内，因为励磁磁通不变，容许的转矩也不变。②恒功率调速方式：在弱磁调速范围内，转速越高，磁通越弱，容许的转矩不得不减少，转矩与转速的乘积则不变，即容许功率不变。

15、PWM、PFM和两点式控制。

16、①转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。②对负载变化起抗扰作用。③其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

17、

18、

三、计算题

1、解：（1）电动机的Ce：     

开环系统稳态压降    

调速要求允许的稳态压降      

（2）时n=1000r/min，转速反馈系数 

（3）电压负反馈调速系统稳态特性方程为   

式中：，其中电压反馈系数          

所以：                                           

采用负电压反馈后调速系统的稳态速降为

，即系统最多能达到的调速范围为2.7。         

2、解：①n=0；②Ui*=10V ；③Id=35A；④V=3V。

3、解：　　　   

⑴　                   　    

⑵　　　

⑶　     　　　　　　　　　　　 

4、①用PI调节器校正时，调节器传递函数为    

取，并将T2、T3、T4看成小时间常数，令

则按典型I型系统校正时系统开环传递函数为

同样，取，则

调节时间：                                 

②用PID调节器校正时，其传递函数为

取，，令

则按典型I型系统校正时系统开环传递函数为

同样，取，则

调节时间：。                                

5、解：　　　

⑴　　　

⑵　　　　　　

⑶　　，开环放大系数为　

另　

6、解：①首先应确定主电路的电感值，用以计算电磁时间常数

取 L= 17mH = 0.017H

②电磁时间常数    

③机电时间常数

④三相桥式整流电路，滞后时间常数

Ts = 0.00167 s

⑤稳定条件

稳态调速性能指标要求K ≥53.3 ，因此闭环系统不稳定。