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Motion Control Systems 电力拖动自动控制系统
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第二章
6．闭环控制系统具有良好的抗扰能力和控制 精度的原因 答：闭环控制系统是建立在负反馈基础上，按 偏差进行控制。当系统中由于某种原因使被控 量偏离希望值而出规偏差时，必定产生一个相 应的控制作用去减小或消除这个偏差，使被控 制量与希望值趋于一致，所以闭环控制系统具 有良好的抗扰动能力和控制精度。
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第二章
2. PWM调速系统的开关频率是否越高越好？ 答: 功率开关的开关频率越高，开关动态损耗 越大；但开关频率提高，使电枢电流的脉动越 小，也容易使电流连续，提高了调速的低速运 行的平稳性，使电动机附加损耗减小；从 PWM变换器传输效率最高的角度出发，开关 频率应有一个最佳值；当 开关频率比调速系 统的最高工作频率高出10倍左右时，对系统的 动态特性的影响可以忽略不计。
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第三章
1．双闭环 调速系统拖 动恒转矩负 载在额定情 况下运行， 如调节转速 反馈系数α 使其逐渐减 小时，系统 各环节的输 出量将如何 变化？p54
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第三章
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第三章
5．转速电流双闭环系统中，转速调节器、电流调节器的作用? 答：转速调节器和电流调节器的作用： (1)转速调节器ASR的作用。 1）转速n跟随转速给定电压Un﹡变化?稳态无静差。 2) 2)突加负载时转速调节器ASR和电流调节器ACR均参与调节作用，但 ASR ACR 转速调节器ASR处于主导作用，对负载变化起抗扰作用。 3）其输出电压限幅值决定允许最大电流值。 (2)电流调节器ACR的作用 1)起动过程中保证获得允许最大电流。 2)在转速调节过程中，使电流跟随其电流给定电压Un﹡变化。 3）电源电压波动时及时抗扰作用，使电动机转速几乎不受电源电压波 动的影响。 4)当电动机过载、堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到安全保 护作用。
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第二章
3．静差率s与空载转速n0的关系 答：静差率s与空载转速n0成反比，n0下降，s 上升。所以检验静差率时应以最低速时的静差 率 为准。
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第二章
4. 反馈控制有静差调速成系统原 理图,各部件的名称和作用。 p21 答： ①比较器： 给定值与测速发 电机的负反馈电压比较,得到转速 偏差电压∆Un。 ②比例放大器A：将转速偏差电压 ∆Un放大，产生电力电子变换器 UPE所需的控制电压Uc。 ③电力电子变换器UPE：将输入 的三相交流电源转换为可控的直 流电压Ud。 ④M电机：驱动电机。 ⑤TG发电机：测速发电机检测驱 动电机的转速。 ⑥电位器：将测速发电机输出电 压降压，以适应给定电压幅值U*n 。
2. ASR和ACR均采用PI调节器的双闭环调速系统， Uim*=10V，主电路最大电流Idm=100A，当负载电流 由20A增加到30A时,试问: ① Ui*应如何变化? ② Uct 应如何变化? ③ Uct 值由哪些条件决定? 答: ① Ui*从2V增加到3V。 ② Uct略有增加。 ③ Uct由转速n和负载电流Idl(稳态时即Id)决定。
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第五章
1. 异步电动机变频调速系统中，为什么在实现变频的同时必须使电压 也相应地变化（恒压频比的控制方式）？在低频段为什么要对电压进 行提升补偿？在工频以上的范围变频时，电压还应当变化吗？为什么？
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第三章
3. 双闭环调速系统的起动过程分为几个阶段？各有什么特点？
U 答: 双闭环直流调速系统突加给定电压 n 由静止状态起动时，由于在起动 过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动 态过程就分成I、II、III三个阶段: * U ①电流上升阶段, 电流 I d 迅速上升,直到 I d ≈ I dm ， i ≈ U im ，电流调节器很快 就压制了I d 的增长，在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而 ACR不饱和 ②恒流升速阶段,ASR饱和，转速环相当于开环，电流I d 基本上保持恒定， 因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长。 ③转速调节阶段。当转速上升到给定值 n * = n0 时，转速调节器ASR的 * 输入偏差减小到零，输出维持在限幅值 U im ，电机仍在加速，使转速超 调。转速超调后，ASR输入偏差电压变负，开始退出饱和状态， i* 和I d U 很快下降。 双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：饱和非线性控制；转 速超调；准时间最优控制。
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第二章
1. 直流蓄电池供电的电流可反向的 两象限直流斩波调速系统,已知:电源 电压Us=300V,斩波器占空比为30%, 电动机反电动势E=100V,在电机侧 看,回路的总电阻R=1 。问蓄电池 的电流Id是多少?是放电电流还是充 电电流? p13 答:因斩波电路输出电压u0的平均值: U0=ρ×Us=30%×300=90 V < Ea Id=( U0- E)/ R=(90-100)/1=-10A 是充电电流,电动机工作在第Ⅱ象限 的回馈制动状态, 直流蓄电池吸收能 量。
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第四章
2. 画出两组晶闸管装置反并联 有环流(α=β工作制)可逆调速系 统控制图，分析从电机正转高 速制动到低速过程中，正、反 组晶闸管装置和电动机各经历 了哪几种工作状态? 答：本组逆变（它组待整流） 阶段，电流迅速下降； 它组进入整流（本组待逆变）， 电流反向增大； 它组反接制动逆变（本组待整 流），电机减速回馈制动，把 动能转换成电能，其中大部分 通过它组逆变回馈电网。
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第二章
7．闭环控制系统一般由哪几部分组成?有哪些作用量和被 控制量? 答：闭环控制系统一般由给定元件、比较元件、放大校正 元件、执行元件、被控对象、检测反馈元件等组成。系统 有给定量(输入量)、反馈量、控制量、扰动量、被控量(输 出量)。 8．调速系统中的调节器常用输出限幅电路有哪几种? 答：调节器放大器的输出限幅电路常用输出限幅电路有： (1)输出外限幅电路：二极管箝位的输出限幅电路。 （2）反馈限幅电路：二极管箝位反馈限幅电路、三极管 箝位反馈限幅电路、稳压管箝位反馈限幅电路。
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第二章
13．比例积分(PI)调节器的特点 答:PI调节器的输出电压U0由两部分组成。第 一部分KPUi是比例部分,第二部分 是积分部 分。当t=0突加Ui瞬间，电容C相当于短路，反 馈回路只有电阻Rf,此时相当于P调节器，输出 电压 ，随着电容C被充电开始积分， 输出电压U0线性增加，只要输入Ui继续存在， U0一直增加饱和值（或限幅值）为止。
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第二章
5．分析转速负反馈单闭环调速系统的基本性质,说明 单闭环调速系统能减少稳态速降的原因，改变给定电 压或者调整转速反馈系数能否改变电动机的稳态转速? 为什么? P23~25 答：负反馈单闭环调速系统能够减少稳态速降的实质 在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而 相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变 化。 K KU RI n= − 稳态转速为： C (1 + K ) C (1 + K ) = n − ∆n 从上式可可得：改变给定电压能改变稳态转速；调 整转速反馈系数，则K也要改变，因此也能改变稳态 转速。
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第二章
12．有静差系统与无静差系统的区别 答：根本区别在于结构上(控制器中)有无积分 控制作用，PI控制器可消除阶跃输入和阶跃扰 动作用下的静差，称为无静差系统，P控制器 只能降低静差，却不能消除静差，故称有静差 系统。
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第三章
4. 在转速、电流双闭环调速系统中，出现电网 电压波动与负载扰动时，哪个调节器起主要调 节作用? 答：电网电压波动时，ACR起主要调节作用; 负载扰动时，ASR起主要抗扰调节作用。
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3．可逆直流调速系统对逻辑装置的基本要求 答：(1)在任何情况下，绝对不允许同时开放正反两组晶闸管变流 器的触发脉冲，必须是一组晶闸管变流器触发脉冲开放工作时， 另一组晶闸管变流器触发脉冲封锁而关断。 (2)逻辑装置根据转矩极性信号(Ui﹡)和零电流信号进行逻辑判断。 当转矩极性信号(Ui﹡)改变极性时，必须等到有零电流信号后，才 允许进行逻辑切换。 (3)为了系统工作可靠，在检测出“零电流信号”后再经过“关 断等待时间t1” (t1=2~3ms)延时后才能封锁原工作组晶闸管的触发 脉冲,再经过“触发等待时间t2”延时后，才能开放另一待工作组晶 闸管的触发脉冲。
上述过程循环往复，宣至∆U=0为止。
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第二章
10．反馈控制系统为什么极性不能接错 答：控制系统一般都是负反馈系统。如果错接成正反 馈系统，对调速系统造成超速“飞车”或振荡等故障， 后果非常严重。 11．截流环节的主要作用和物理实现的方法 答: 电流截止负前(反)馈的作用是：(1)限流保护（过 载自动保护）;(2)加速起动过程。 载流环节的物理实现方法有：(1)比较电压法;(2)稳压 管法;(3)封锁运放法。
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第二章
9．试说明转速负反馈调速系统工作原理。 答：转速负反馈直流调速系统由转速给定、转速调节器ASR、触 发器GT、晶闸管变流器V、测速发电机TG等组成； 当电动机负载TL增加时，电枢电流Id也增加，电枢回路压降增加， 电动机转速下降，则转速反馈电压Ufn也相应下降,而转速给定电压 Ugn不变，∆U=Ugn-Ufn增加。转速调节器ASR输出Uc增加，使控制 角α减小,晶闸管整流装置输出电压Ud增加，于是电动机转速便相 应自动回升,其调节过程可简述为：
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第三章
6．直流调速系统有哪些主要性能指标? 答：直流调速系统主要性能指标包括静态性能指标和 动态性能指标两个部分。 静态主要性能指标有阔速范围D、静差率s。动态性 能指标分成给定控制信号和扰动信号作用下两类性能 指标。给定控制信号作用下的动态性能指标有上升时 间tr，调节时间ts (亦称过滤过程时间)和超调量σ％。 扰动信号作用下的动态性能指标有最大动态速降 ∆Nmax、恢复时间tv。
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第四章
1．什么叫环流?有环流可逆系统和无环流可逆系统相比较,有何优 缺点?并说明有环流可逆系统的适用场合。 答：只限于两组晶闸管之间流通的短路电流称为环流。 环流具有二重性,缺点是:环流会显著地加重晶闸管和变压器的 负担，增加无功损耗，环流过大会损坏晶闸管，影响系统安全工 作。环流有可供利用之处，在电动机空载或轻栽时，环流可以保 证晶闸管装置工作在电流连续区，避免了电流断续引起的非线性 状况对系统动、静态性能的影响。环流还具有保证可逆系统的电 流实现无间断反向，加快反向时的过渡过程之优点。 适用于中小容量系统, 有较高快速性能要求的系统。