2.3.3+4 比例积分控制无静差直流调速系统及稳态误差分析
《自动控制原理》考纲、试题、答案
《自动控制原理》考纲、试题、答案一、考试说明《自动控制原理与系统》通过本课程的学习，为其它专业基础及专业课的学习奠定理论基础。
充分理解自动控制系统所涉及到的基本概念，掌握自动控制系统各种数学模型的建立及转换方法，掌握分析自动控制系统的各种经典方法及常用综合方法。
了解直流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，调速系统的静态动态性能指标。
掌握直流转速单闭自动控制系统和转速、电流双闭环自动控制系统的静、动态设计方法，深刻领会和掌握控制系统的工程设计方法，能够熟练应用典型Ⅰ型、典型Ⅱ系统的设计和校正方法，了解可逆直流调速系统和位置随动系统的特点和设计方法。
了解交流电力拖动自动控制系统的特点，调速方法，特别是重点了解和掌握笼型异步电动机变压变频调速系统的原理、特点和设计方法，了解矢量控制技术在异步电动机变压变频调速系统的应用，了解同步电动机变压变频调速系统的特点和设计方法。
本课程闭卷考试，满分100分，考试时间90分钟。
考试试题题型及答题技巧如下：一、单项选择题 (每空2分，共40分)二、选择题 (每题2分，共20分)三、名词解释（每题5分，共20分）答题技巧：相关知识点要回答全面，因为都可能是采分点，涉及的基本概念要表述清楚，要点清晰，简明扼要，进行必要解释，切忌长篇大论。
四、计算题（每题10分，共20分）答题技巧：第一，审题。
审题时需明确题目要求和给出的已知条件，注意各已知条件的单位，注意各因素比较的基准等，并注意所给条件中哪些是有用的，哪些是用来迷惑考试人员的，以防用错。
第二，确定解题方法和解题思路。
通过审题，明确了题目要求和已知条件，便可确定以哪种估价方法为主线，并根据该方法中用到的未知条件确定需借助的其他方法。
明确的解题思路，并保持清醒的头脑。
第三，公式和计算步骤。
计算过程中，涉及的计算公式一定要列出，哪怕没有时间计算，列出需要的几个公式也能得到相应的分数。
计算一定要分步计算，而且尽量细分。
并能对计算步骤作简要说明，答题时按顺序进行，避免跳步被扣分。
电力拖动自动控制系统复习模拟试题(全)
2．双闭环调速系统中，在恒流升速阶段时，两个调节器的状态是（A）。
（A）ASR饱和、ACR不饱和（B）ACR饱和、ASR不饱和（C）ASR和ACR都饱和（D）ACR和ASR都不饱和5．无静差调速系统中，调节器一般采用（C）调节器。
（A）P调节器（B）PD调节器（C）PI调节器8．在速度负反馈单闭环调速系统中，当下列（C）参数变化时系统无调节能力。
（A）放大器的放大倍数Kp（B）负载变化（C）转速反馈系数（D）供电电网电压10.为了增加系统响应的快速性，我们应该在系统中引入（A）环节进行调节。
（A）比例（B）积分（C）微分1、带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为（A）。
A、零B、大于零的定值C、小于零的定值D、保持原先的值不变2、无静差调速系统的PI调节器中P部份的作用是（D）。
A、消除稳态误差B、不能消除稳态误差也不能加快动态响应C、既消除稳态误差又加快动态响应D、加快动态响应3、异步电动机变压变频调速时，采用（B）控制方式，可获得一线性机械特性。
A、U1／f1=常值B、Eg/f1=常值C、Es/f1=常值D、Er/f1=常值4、一般的间接变频器中，逆变器起（B）作用。
A、调压B、调频C、调压与逆变D、调频与逆变5、转差频率控制变频调速系统的基本思想是控制（C）。
A、电机的调速精度B、电机的动态转矩C、电机的气隙磁通D、电机的定子电流三、简答题（每小题10分，共40分）1、调速范围和静差率的定义是什么？答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示,即：D=nmax/nmin。
当系统在某一转速下运2Us≈Eg，则得1Usf=把电压Us34答：（1)1234567、PWM81A2A3、A4、常用的数字滤波方法不包括（D）。
A、算术平均值滤波B、中值滤波C、中值平均滤波D、几何平均值滤波5、在电机调速控制系统中，系统无法抑制（B）的扰动。
青科大运动控制系统模拟题
5、在转速电流双闭环系统中，转速调节器输出限幅值的主要作用是
。
6、改变直流电动机的电磁转矩可以通过
或
实现。
7、在PWM直流调速系统中，脉宽调制器UPW的作用是：
。
二、简答题
1、说明反馈控制系统的三个基本特征是什么。 2、单闭环直流调速系统存在什么问题？为什么要引入转速电流双闭环系
统？ 3、采用光电编码盘进行数字测速的方法有哪几种？各有什么特点？ 4、逻辑控制无环流可逆调速系统，逻辑控制器的输入控制信号是什 么？输出信号的控制作用是什么？ 5、简述位置随动系统的任务及特征。
依据信号有 Ublf
和
Ublr 。
二、简答题
1、在转速负反馈单闭环直流调速系统中，改变给定电压能否改变电动机 的转速？为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比能 否改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无 克服这种干扰的能力？
2、转速反馈单闭环直流调速系统存在什么问题？为什么要引入双闭环 直流调速系统？ 3、在转速电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参 数？改变转速调节器的放大倍数Kn行不行？改变电力电子变换器的放大 倍数KS行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参 数？ 4、位置伺服系统的基本任务是什么？简述位置伺服系统与调速系统的不
（1）在V-M双闭环系统实验过程中说明如何整定系统的零位（即， 使Uc=0时，n=0）？
（2）在图3所示双闭环系统中，设当Un*=2V时，转速应为
n=1600r/min,若此时该关系不对，应调整哪一个电位器，为什么？ 2、当转速反馈极性接反时，会出现什么现象？试分析此时各调节器的 工作状态。 图3 双闭环系统原理图
的是
。
转速反馈控制直流调速系统
3
稳态分析
下面分析闭环调速系统的稳态特性，以确定它如何能 够减少转速降落。为了突出主要矛盾，先作如下的 假定：
1）忽略各种非线性因素，假定系统中 各环节的输入输出关系都是线性的， 或者只取其线性工作段。 2）忽略控制电源和电位器的内阻。
4
稳态分析( Fig2-18)
2.3 转速反馈控制的直流调速系统
2.3.1 ~数学模型 2.3.2 比例控制的直流调速系统 2.3.3 比例积分控制的无静差直流调速系统 2.3.4 直流调速系统的稳态误差分析
1
闭环系统应该以什么量作为反馈量？ ➢ 系统组成，调节原理 ➢ 稳态分析(静特性) ➢ 闭环系统的稳态结构框图
2
系统组成，调节原理
（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。
如果电动机的最高转速都是nN，而对最低速
静差率的要求相同，那么：
开环时， 闭环时，
Dop
nNl(1s)
再考虑式（2-49），得
Dcl(1K)Dop
(2-50)
22
要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。
转速负反馈系统中各环节的稳态关系如下：
电压比较环节 放大器 电力电子变换器
调速系统开环机械特性 测速反馈环节
Un Un*Un
Uc KpUn
Ud0 KsUc
n Ud0 IdR Ce
Un n
以上各关系式中
Kp— 放大器的电压放大系数； Ks— UPE的电压放大系数；
— 转速反馈系数（V·min/r）；R— 电枢回路总电阻；
从静特性分析中可以看出，由于采用了比例放大
器，闭环系统的开环放大系数K值越大，系统的
自动控制原理与系统课程标准
《自动控制系统与应用》学习领域（课程）标准课程编号：适用专业：电子信息工程技术应用电子技术机械制造及其自动化课程类别：岗位核心学习领域修课方式：必修教学时数: 64学时一、课程的性质和任务（一）课程定位《自动控制系统与应用》是电子信息工程技术、应用电子技术、机械制造及其自动化等相关专业技术核心课程。
由于自动控制系统与应用在信息化武器装备中得到了广泛的应用，因此，将本课程设置为核心课程，对培养懂技术的指挥人才有着十分重要的作用。
本课程所覆盖的知识面较宽，既有较深入的理论基础知识，也有较广泛的专业背景知识，因而，它在学员知识结构方面将起到加强理论深度和拓展知识广度的积极作用。
（二）学习目标通过《自动控制系统与应用》的学习，使学生掌握以下知识、专业能力、方法能力、社会能力等目标。
1.专业能力目标（1）掌握自动控制原理的基本概念和基本的分析与设计方法；（2）培养利用自动控制的基本理论分析与解决工程实际问题的思维方式和初步能力，（3）掌握自动控制系统分析与设计的一般过程与基本方法。
2．社会能力目标（1）具有较强的口头与书面表达能力、人际沟通能力；（2）具有团队精神和协作精神；（3）具有良好的心理素质和克服困难的能力。
3．方法能力目标（1）能独立制定工作计划并进行实施；（2）具有独立进行分析、设计、实施、评估的能力；（3）具有获取、分析、归纳、交流、使用信息和新技术的能力；（4）具有自学能力、理解能力与表达能力；（5）具有将知识与技术综合运用与转换的能力；（6）具有综合运用知识与技术从事程度教复杂的技术工作的能力。
（三）前导课程本课程的前导课程为《高等数学》、《线性代数》、《数字电路》、《电路分析》、《复变函数与积分变换》和《模拟电子技术基础》等。
（四）后续课程：《现代控制理论》、《机电控制技术》、《PLC与电气控制》等。
二、课程内容标准（一）学习情境划分及学时分配（二）学习情境描述三、课程实施建议（一）课程教学模式1.更新传统的教学方式传统的以教师讲授为主，学生听课为辅的教学模式很难适应现代职业教学的理念，学校的教学设备也难于发挥作用。
第2章 2.3转速反馈
建立系统动态数学模型的基本步骤如下： （1）列出描述该环节动态过程的微分方程； （2）求出各环节的传递函数； （3）组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。
（1）UPE环节的传递函数
Ks Ws ( s) 1 Ts s
（2） 直流电动机的传递函数
※主电路电流连续，则动态电压 方程为 电路方程
稳态关系
Kp—放大器的电压放大系数； 电压比较环节 Ks—电力电子变换器的电压 放大系数；
U n U U n
* n
放大器
U c Kp U n
U d0 KsUc
U d0 Id R n Ce
— 转 速 反 馈 系 数 （V· min/r）；
Ud0—UPE 的 理 想 空 载 输 出 电压； R—电枢回路总电阻。
I dL
TL 为负载电流。 Cm
传递函数
取等式两侧的拉氏变换，得电压与电流间的传递函数
1 I d (s) R U d 0 ( s ) E ( s ) Tl s 1
电流与电动势间的传递函数
E ( s) R I d (s) I dL (s) Tm s
电枢回路动态结构图
控制输入量 IdL (s) Ud0(s) + E(s) 1/R Tl s+1 Id (s) +
因特征方程中各项系数显然都是大于零的，因此稳定条件就只有
Tm (Tl Ts ) Tபைடு நூலகம் Ts TmTlTs 0 1 K 1 K 1 K
整理后得
常用,理解记忆!!
Tm (Tl Ts ) T K TlTs
2 s
eg5
2.3.3 比例积分控制的无静差直流调速系统
运动控制考试复习题及答案(完整版)
运动控制考试复习题及答案(完整版)一、填空题1、控制系统的动态性能指标是指跟随指标和抗扰指标，而调速系统的动态指标通常以抗扰性能指标为主2、直流电机调速方法有变压调速、电枢串电阻调速和弱磁调速。
异步电动机调速方式常见有6种分别是：降压调速、差离合调速、转子串电阻调速、串级调速和双馈电动机调速、变级调速、变压变频调速。
其中转差率不变型有：变级调速、变压变频调速，只有变压变频应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统。
同步电动机按频率控制方式不同分为：他控式变频调速和自控式变频调速。
（变电阻调速：有级调速。
变转差率调速：无级调速。
调压调速：调节供电电压进行调速）按按转差功率可以怎么划分电动机:转差功率消耗型、转差功率不变型、转差功率馈送型3、对于异步电动机变压变频调速，在基频以下，希望维持气隙磁通不变，需按比例同时控制定子电压和定子频率，低频时还应当抬高电压以补偿阻抗压降，基频以下调速属于恒转矩调速；而基频以上，由于电压无法升高，只好仅提高定子频率而迫使磁通减弱，相当直流电动机弱磁升速情况，基频以上调速属于恒功率调速。
4、对于SPWM型逆变器，SPWM的含义为正弦波脉宽调制，以正弦波作为逆变器输出的期望波形，SPWM波调制时，调制波为频率和期望波相同的正弦波，载波为频率比期望波高得多的等腰三角波，SPWM型逆变器控制方式有同步调制、异步调制、混合调制。
SPWM型逆变器的输出的基波频率取决于正弦波。
SPWM控制技术包括单极性控制和双极性控制两种方式。
5、调速系统的稳定性能指标包括调速范围和静差率6、供变压调速使用的可控直流电源有：旋转交流机组（G-M系统）、静止式可控整流器（V-M系统）与直流斩波器（PWM-M系统）或脉宽调制变换器。
7、典型I型系统与典型II型系统相比,前者跟随性能好、超调小，但抗扰性能差。
典型I型系统和典型Ⅱ型系统在稳态误差和动态性能上有什么区别？答：稳态误差：对于典型I型系统，在阶跃输入下，稳态时是无差的；但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与K值成反比；在加速度输入下稳态误差为∞。
运动控制系统期末考试试题
运动控制系统期末考试试题编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（运动控制系统期末考试试题）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为运动控制系统期末考试试题的全部内容。
运动控制系统一．填空题1。
运动控制系统的概念：以机械运动的驱动设备—电动机为控制对象，以控制器为核心,以电力电子功率变换器为驱动，在控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。
2.直流调速系统常用的可控直流电源：(1）旋转变流机组（2）静止可控整流器（3）直流斩波器或脉宽调制变换器3.反馈控制规律：（1）比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统；（2）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定;（3）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。
4.比例积分控制的无静差直流调速系统。
5。
微机数字控制的两个特点：信号的离散化、数字化。
6.引入电流负反馈的目的：解决系统起动和堵转时电流过大的问题。
7。
典型I型系统在跟随性能上可以做到超调小,但抗扰性能差。
典型II型系统的超调量相对较大，但抗扰性能却比较好.8.无环流逻辑控制环节DLC工作的依据信号：（1）电流给定极性（转矩极性鉴别信号)（2）零电流检测(零电流检测信号)二．简答题1.旋转编码器的数字测速方法有哪几种?各自的特点是什么?答：（1）M法—脉冲直接计数方法.M法测速是记取一个采样周期内Tc旋转编码器发出的脉冲个数M1来算出转速的方法. 特点：在高速段分辨率强.(2)T 法—脉冲时间计数方法.T法测速是测出旋转编码器两个输出脉冲之间的间隔时间来计算转速的方法. 特点:在低速段分辨率强。
（3）M/T法—脉冲时间混合计数方法。
02297电力拖动自动控制系统考纲-上海交通大学
上海市高等教育自学考试工业自动化专业（独立本科段）（B080603）电力拖动自动控制系统（02297）自学考试大纲上海交通大学自学考试办公室编上海市高等教育自学考试委员会组编2013年版I、课程性质及其设置的目的和要求（一）本课程的性质与设置的目的“电力拖动自动控制系统”是高等教育自学考试“工业自动化”专业（本科）中的一门重要的专业课程，它是为培养工业自动化本科人才的需要而设置的。
在工业生产的诸多设备中，电力拖动自动控制系统是被最广泛应用的一种拖动形式，因为它有着可满足生产工艺各种要求的良好的控制性能。
随着我国国民经济的发展，生产的自动化程度日益提高，对电力拖动装置的工作性能要求也不断提高，更需要大量熟悉工业自动控制知识的人才。
自学考试“工业自动化”专业的开展便是一个很好的培养人才的途径。
作为专业课，它是一门理论密切联系实际的课程。
（二）本课程的基本要求通过对本课程的自学和实验考核，要求考生：1.系统地掌握以电力电子变流器供电的交、直流电力拖动自动控制系统的基本工作原理与基本概念。
掌握应用反馈控制理论提高系统静态精度与动态性能指标的方法。
这是本课程的基础。
2.掌握电力拖动有静差系统与无静差系统的组成，参数的计算以及静态特性的计算。
熟悉如何根据生产机械对系统静、动态性能指标的要求计算系统中相应的参数。
3.学会如何建立系统的数学模型。
4.通过实验，初步学会对电力拖动控制系统的调试。
（三）本课程与相关课程的联系本课程是在考生已自学了“电机与拖动基础”、“自动控制原理”及“电力电子技术”等课程的基础上学习的。
是应用上述先修课程的基本原理与基本知识来研究如何进一步组成具体的交、直流电力拖动自动控制系统。
II、课程内容与考核目标第一章绪论（一）学习目的和要求通过本章的学习，对运动控制系统所涉及内容和学科关系有一个基本的了解；了解运动控制系统的一般结构、各环节内容和基本运动控制规律；了解运动学方程和主要控制方案。
第二章 闭环控制直流调速系统的稳态分析与计算
带电流截止负反馈的转速单闭环直流调速系 统稳态分析（续）
U com
将电流截止负反馈环节画 在方框中，再和系统的其它部
- + Rs
Id
分连接起来，便得到带电流截
止负反馈的转速负反馈单闭环
R
调速系统的静态结构图
U
* n
- Ui ASR
+
+
PI
U ct
Ud0 -
Ks
+
E
n
1/Ce
图中 U i I d U com
图2-1 不同转速下的静差率
根据式(2-2)的定义，由于n0a n0b ，所以sa sb 。 对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差
率越大，转速的相对稳定度也就越差。例如：当理
想空载转速为1000r/min时，额定速降为10r/min， 静差率为1%；当理想空载转速为100r/min时，额 定速降同样为10r/min，则静差率却为10%。
的转速是无静差的，静
特性是平直的。
2、当 I d I dcr 时，A-B段 的静特性则很陡，静态 速降很大。
0
I dcr
B
I dbl
Id
图2-8 带电流截止负反馈的转速 负反馈单闭环调速系统的静特性
例题
带有电流截止负反馈的转速负反馈单闭环直流 调速系统如图所示：
图1-24 电流截止负反馈闭环直流调速系统的原理框图
要求 s 值越小时，系统能够允许的调速范
围也越小。
例题2-1
某直流调速系统电动机额定转速为 nN 1430 r / min 额定速降 nN 115 r / min，当要求静差率 s 30% 时，允许多大的调速范围？如果要求静差率 s 20% ，试求最低运行速度及调速范围。
第2章第5讲转速反馈控制直流调速系统
（2-91） 式中Tsam为采样周期。
2.4.3 数字PI调节器
数字PI调节器有位置式和增量式两种算法， 位置式算法中，u(k)为第k拍的输出值。比例部分只 与当前的偏差有关，积分部分则是系统过去所有偏 k 差的累积。
u(k ) K P e(k ) K I Tsam
e (i ) K
i 1
P e( k ) u I ( k )
K P e(k ) K I Tsame(k ) u I (k 1)
增量式算法只需要当前的和上一拍的偏差即可计算 输出值。
（2-93） u(k ) u(k ) u(k 1) K P e(k ) e(k 1) K I Tsame(k )
RI d n ( Rs I d U com ) Ce (1 K ) Ce (1 K ) Ce (1 K )
* K p K s (U n U com ) * K p K sU n
K p Ks
Ce (1 K )
( R K p K s Rs ) I d Ce (1 K )
Q n2 n1
2．数字测速方法的精度指标
（2）测速误差率
测速误差率:转速实际值和测量值之差与实际值 之比, 记作
（2-76） 测速误差率反映了测速方法的准确性，δ越小， 准确度越高。
n 100% n
2．数字测速方法的精度指标 (3) 测速原理
由光电式旋转编码器产生与被测转速成正比的 脉冲，测速装置将输入脉冲转换为以数字形式表 示的转速值。 脉冲数字（P/D）转换方法： （1）M法—脉冲直接计数方法； （2）T 法—脉冲时间计数方法； （3）M/T法—脉冲时间混合计数方法。
2020.10月西工大课程考试《电力拖动自动控制系统》答案
1.当可逆系统进入制动状态时，直流PWM功率变换器把机械能变为电能回馈到直流侧，由于二极管整流器导电的单向性，电能不可能通过整流器送回交流电网，只能向滤波电容充电，使电容两端电压升高，称作泵升电压。
()A.错误B.正确答案：B2.转速微分负反馈的引入，可使转速调节器在起动时提前退饱和，从而抑制了超调。
()A.错误B.正确答案：B3.积分控制可以使直流调速系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。
()A.错误B.正确答案：B4.比例积分控制综合了比例控制和分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。
()A.错误B.正确答案：B5.双闭环调速系统在启动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。
()A.错误B.正确6.异步电动机的稳态数学模型包括稳态时的等值电路和机械特性。
()A.错误B.正确答案：B7.以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为调制波，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波。
由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列，这种调制方法称作正弦波脉宽调制(简称SPWM)。
()A.错误B.正确答案：B8.系统稳态时调节器的输出取决于系统的需要，速调的稳态输出取决于系统的负载，流调的稳态输出取决于系统的转速给定。
()A.错误B.正确答案：B9.旋转编码器(码盘)常见有两种，一是增量式，主要用于检测转速﹔二是绝对式，主要用于检测转角及位移。
()A.错误B.正确答案：B10.调速系统稳态性能指标：S称为调速范围，D称为静差率。
()B.正确答案：B11.采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。
()A.错误B.正确答案：B12.常用的抗扰性能指标为动态降落和恢复时间。
()A.错误B.正确答案：B13.直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。
()A.错误B.正确答案：B14.当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。
电力拖动自动控制系统复习模拟试题(全)
电力拖动自动控制系统复习模拟试题(全)1.转速电流双闭环调速系统通常采用两个调速器，控制方式为PID。
2.静差率与机械特性硬度相关。
在理想空载转速不变的情况下，特性越硬，静差率越小。
3.变极调速是属于转差功率消耗型的调速系统。
4.比例微分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。
5.控制系统能够正常运行的首要条件是稳定性。
6.在定性分析闭环系统性能时，截止频率ωc越低，系统的稳定精度越高。
7.常用的数字滤波方法不包括几何平均值滤波。
8.电流调节器的英文缩写是AVR。
9.双闭环直流调速系统的起动过程中不包括电流下降阶段。
11.转速超调不属于双闭环直流调速系统启动过程特点。
12.变压变频调速是应用最广的交流异步电动机调速方法。
13.在SPWM技术中，调制波是等腰三角波。
14.低阶不属于异步电动机动态数学模型特点。
15.在微机数字控制系统的中断服务子程序中，中断级别最高的是故障保护。
16.比例微分的英文缩写是PID。
17.调速系统的静差率指标应以任意速度所能达到的数值为准。
20.采用旋转编码器的数字测速方法不包括F法。
21.转速电流双闭环调速系统中转速调节器的英文缩写是ASR。
22.错误的叙述是反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动。
C。
反馈控制系统的作用是抵抗扰动并服从给定信号。
D。
系统的精度取决于给定信号和反馈检测的精度。
23.在笼型异步电动机变压变频调速系统中，基频以下调速时，恒转矩控制方式具有最佳控制性能。
24.SPWM技术中，载波可以是正弦波、方波、等腰三角波或锯齿波，但频率必须比期望波高得多。
25.非线性不属于交流异步电动机动态数学模型特点。
26.在微机数字控制系统的故障保护中断服务子程序中，正确的工作程序是：显示故障原因并报警，分析判断故障，封锁PWM输出，然后系统复位。
27.正弦波脉宽调制的英文缩写是SPWM。
29.采用比例积分调节器的闭环调速系统一定属于有静差调速系统。
2.3.3+4 比例积分控制无静差直流调速系统及稳态误差分析
因此，在采用比例调节器控制的自动系 统中，输入偏差是维系系统运行的基础， 必然要产生静差，因此是有静差系统。
如果要消除系统误差，必须寻找其他控 制方法，比如：采用积分（Integration） 调节器或比例积分（PI）调节器来代替比 例放大器。
一、积分调节器和积分控制规律
1. 积分调节器
如图，由运算放大
将以上的分析归纳起来，可得下述论断：
比例调节器的输出只取决于输入偏差量的 现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏 差量的全部历史。
二、比例积分控制规律
上一小节从无静差的角度突出地表明 了积分控制优于比例控制的地方，但是 另一方面，在控制的快速性上，积分控 制却又不如比例控制。
如图所示，在同样的阶跃输入作用之 下，比例调节器的输出可以立即响应， 而积分调节器的输出却只能逐渐地变。
输入和输出动态过程
图2-26 积分调节器的输入和输出动态过程 a) 阶跃输入 b) 一般输入
实际闭环系统中的积分调节器， Un是随转速
不断变化的。电机起动后，随转速升高，Un不断 减少，但积分作用使Uc仍继续增长，只不过Uc的
增长不再是线性，每一时刻Uc的大小仍和Un与横 轴所包围面积成正比关系，如图2-26b。
，对稳定系统可以
用终值定理求 t 0 时的误差 U n ：
R(Tl s 1)
U n
lim
s0
s
U
n
(
s)
lim
s0
s
I dL s
1ห้องสมุดไป่ตู้
Ce (TmTl s 2 Tm s 1) K
RI dL Ce (1 K )
(Ts s 1)(TmTl s 2 Tm s 1)
R(Tl s 1)
第2章 转速反馈控制的直流调速系统(第三周)
1. 被调量有静差
从静特性分析中可以看出，由于采用了比例放大
器，闭环系统的开环放大系数K值越大，系统的稳 态性能越好。然而，Kp =常数，稳态速差就只能减 小，却不可能消除。因为闭环系统的稳态速降为
ncl
RI d Ce (I
K)
只有 K = ，才能使 ncl = 0，而这是不可能的。
因此，这样的调速系统叫做有静差调速系统。实际
式中: K KpKs 闭环系统的开环放大系数
Ce
系统的静特性方程式
n
K
p
KsU
* n
RId
Ce (1 K ) Ce (1 K )
2.3 转速反馈控制的直流调速系统
2.3.2 比例控制的直流调速系统
闭环系统静特性和开环系统机械特性
n op
n cl
n
K
p
KsU
* n
RId
(静特性方程)
n
K
p
K
sU
✓nmax和nmin是电动机在额定负载时的最高和最低转速
✓一般取nN≈nmax
2.2 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性
2.2.1转速控制的要求和稳态调速性能指标
稳态性能指标：
调速范围 静差率
D= nmax n min
当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加
到额定值所对应的转速降落ΔnN与理想空载转速n0之比：
比较一下开环系统的机械特性和闭环系统的静特 性，就能清楚地看出反馈闭环控制的优越性。如果 断开反馈回路，则上述系统的开环机械特性为
n Ud0 IdR Ce
K
p
KsU
* n
Ce
RId Ce
n0op
6第六讲(无静差调速系统)
L(ω) -20dB
1/
b) Bode图
ω
ω Φ(ω)
7
3. 积分调节器的特点
Uin
Uo
Uo
Uom Uin
O
t
阶跃输入时的输出特性
延缓作用：当输入信号
突变时，输出不能突变， 而是逐渐积分线性渐增。
积累作用：只要输入信
号不为零，积分就会进行。
记忆作用：其输出始终
保持在输入信号为零时那 - 个瞬间的值不变。
RP1
R0
+
+
Uc
+
Rbal
b) 无静差直流调速系统示例
～
TA 交流互感器
UPE
+
Id Ud
+
M
-
-
n
+ +
TG
Un
RP2
-
24
2. 工作原理
图b) 采用比例积分调节器以实现 无静差，采用电流截止负反馈来限制 动态过程的冲击电流。当电流超过截 止电流时，高于稳压管VS的击穿电 压，使晶体三极管VBT导通，则PI调 节器的输出电压接近于零，电力电子 变换器UPE的输出电压急剧下降，达 到限制电流的目的。
三、掌握闭环系统动态抗扰调节过 程的分析方法
作业：
3
一.问题的提出
采用比例（ P）调节器的有静差调速系统， Kp 越大，系统精度越高；但 Kp 过大，将降低 系统稳定性，使系统动态不稳定。
静差产生的原因：由于采用比例调节器，
转速调节器的输出为 Uc = Kp Un
Un 0 ,Uc 0，电动机运行； Un = 0 ,Uc = 0，电动机停止。
16
积分控制的缺点：
1-5 无静差调速系统和积分、比例积分控制规律
1-5 无静差调速系统和积分、比例积分控制规律控制规律本节提要□ 积分调节器和积分控制规律□ 比例积分控制规律□ 无静差直流调速系统及其稳态参数计算一、积分调节器和积分控制规律1. 积分调节器（I调节器）如右图，由运算放大器可构成一个积分电路。
根据电路分析，其电路方程（A点为“虚地”）积分调节器原理图2. 积分调节器的特性b) 阶跃输入时的输出特性 c) Bode图积分调节器3. 积分调节器的传递函数4. 转速的积分控制规律如果采用积分调节器，则控制电压Uct 是转速偏差电压△Un 的积分，应有如果是△Un 阶跃函数，则 Uct 按线性规律增长，每一时刻 Uct 的大小和△Un 与横轴所包围的面积成正比，如下图 a 所示。
输入和输出动态过程积分调节器的输入和输出动态过程a) 阶跃输入 b) 一般输入积分器的三个重要特性1）延缓性积分调节器输入阶跃信号时，输出按积分线性增长。
2）积累性只要积分调节器输入信号存在，不论信号大小如何变化，积分的积累作用就持续下去，只不过输出值上升速率不同而已。
3）记忆性在积分过程中，如果输入信号变为零，输出电压能保持在输入信号改变前的瞬时值，该电压值就是充电电容 C 两端的电压值，若要使输出值下降，必须改变输入信号的极性，其变化过程如图所示。
◎分析结果采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。
◎无静差调速系统当负载突增时，积分控制的无静差调速系统动态过程曲线示于下图。
在稳态运行时，转速偏差电压△Un 必为零。
如果△Un 不为零，则 Uct 继续变化，就不是稳态了。
在突加负载引起动态速降时产生△Un，达到新的稳态时，△Un 又恢复为零，但 Uct 已从 Uct1 上升到 Uct2 ，使电枢电压由 Ud01 上升到 Ud02，以克服负载电流增加在电阻上产生的压降。
在这里，Uct 的改变并非仅仅依靠△Un 本身，而是依靠 Un 在一段时间内的积累。
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3. PI调节器的传递函数
当初始条件为零时，取式（2-55）两侧的拉氏 变换，移项后，得PI调节器的传递函数。
Wpi (s)
Uex (s) Uin (s)
Kpi
1
s
Kpis s
1
(2-56)
令 1 Kpi R1C1 ，则传递函数也可以写成如下形 式
结论：
积分控制可以使系统在无静差的情况 下保持恒速运行，实现无静差调速。。
3. 扰动输入量IdL对积分控制调速系统的影响
先假定系统已进入稳态运行。在稳态运行时，转
速偏差电压 Un 必为零。如果 Un 不为零，则 Uc 继续变化，就不是稳态了。在突加负载引起动态速
降时产生Un，达到新的稳态时，Un 又恢复为零， 但 Uc 已从 Uc1 上升到 Uc2 ，使电枢电压由 Ud1 上升 到 Ud2，以克服负载电流增加的压降。
输入和输出动态过程
图2-26 积分调节器的输入和输出动态过程 a) 阶跃输入 b) 一般输入
实际闭环系统中的积分调节器， Un是随转速
不断变化的。电机起动后，随转速升高，Un不断 减少，但积分作用使Uc仍继续增长，只不过Uc的
增长不再是线性，每一时刻Uc的大小仍和Un与横 轴所包围面积成正比关系，如图2-26b。
在这里，Uc 的改变并非仅仅依靠 Un 本身，而 是依靠 Un 在一段时间内的积累。
无静差调速系统
虽然现在Un = 0，只 要历史上有过 Un ，其 积分就有一定数值，足 以产生稳态运行所需要 的控制电压 Uc。积分控 制规律和比例控制规律 的根本区别就在于此。
图2-27 积分控制无静差调速系统 突加负载时的动态过程
2.3.3 比例积分控制的无静差调速系统
前节讨论的，采用比例（P）放大器控制的 直流调速系统，可使系统稳定，并有一定的稳 定裕度，同时还能满足一定的稳态精度指标。 但是，带比例放大器的反馈控制闭环调速系统 是有静差的调速系统。
本节将讨论，采用积分（I）调节器或比例 积分（PI）调节器代替比例放大器，构成无静 差调速系统。
此后，随着电容C1被充电，输出电压Uex 开 始积分，其数值不断增长，直到稳态。稳态
Wpi
(s)
1s s
1KΒιβλιοθήκη pi1s 1 1s(2-57)
注意：
式（2-57）表明，PI调节器也可以用 一个积分环节和一个比例微分环节来表
示， 1 是微分项中的超前时间常数，它 和积分时间常数 的物理意义是不同的。
4. PI调节器输出时间特性
分析
图2-29 PI调节器的输入输出特性
当 t 0突加输入U in 时，由于
由上图 b 可见，在动态过程中，当 Un 变化时， 只要其极性不变，即只要仍是 Un* Un ，积分调节 器的输出 Uc 便一直增长；只有达到 Un* = Un ， Un = 0时，Uc 才停止上升；不到 Un 变负，Uc 不 会下降。在这里，值得特别强调的是，当 Un = 0时， Uc并不是零，而是一个终值 Ucf ；如果 Un 不再变 化，此终值便保持恒定不变，这是积分控制的特点。
因此，在采用比例调节器控制的自动系 统中，输入偏差是维系系统运行的基础， 必然要产生静差，因此是有静差系统。
如果要消除系统误差，必须寻找其他控 制方法，比如：采用积分（Integration） 调节器或比例积分（PI）调节器来代替比 例放大器。
一、积分调节器和积分控制规律
1. 积分调节器
如图，由运算放大
● 问题的提出
如前，采用P放大器控制的有静差的调速系 统，Kp 越大，系统精度越高；但 Kp 过大，将 降低系统稳定性，使系统动态不稳定。
进一步分析静差产生的原因，由于采用比例 调节器， 转速调节器的输出为
Uc = Kp Un Uc 0，电动机运行，即Un 0 ； Uc = 0，电动机停止。
C
器可构成一个积分电 路。
+
R0
Uin
A
+
Uex
+
Rbal
积分调节器 a) 原理图
2. 转速的积分控制规律
如果采用积分调节器，则控制电压Uc是转速偏 差电压Un的积分，应有
1t
Uc 0 Undt
如果是Un 阶跃函数，则 Uc 按线性规律增 长，每一时刻 Uc 的大小和 Un 与横轴所包围 的面积成正比，如下图2-26 a 所示。
将以上的分析归纳起来，可得下述论断：
比例调节器的输出只取决于输入偏差量的 现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏 差量的全部历史。
二、比例积分控制规律
上一小节从无静差的角度突出地表明 了积分控制优于比例控制的地方，但是 另一方面，在控制的快速性上，积分控 制却又不如比例控制。
如图所示，在同样的阶跃输入作用之 下，比例调节器的输出可以立即响应， 而积分调节器的输出却只能逐渐地变。
• 两种调节器特性比较
Uin Uex
Uin Uex
Uexm
Uex Uin
Uex
Uin
O
t
Oτ
t
a) P调节器
b) I调节器
两种调节器I/O特性曲线
那么，如果既要稳态精度高，又要动
态响应快，该怎么办呢？只要把比例和 积分两种控制结合起来就行了，这便是 比例积分控制。
1. PI调节器
在模拟电子控 制技术中，可用 运算放大器来实 现PI调节器，其 线路如图所示。
比例部分的作用，输出量立
即响应，突跳到 U ex K pU in
实现快速响应；随后U ex按积
分规律增长。t
突降为0，U ex
t1
t1
U
时,输入 U in in ，使电力
电子变换器的稳态输出电压
足以克服负载电流压降，实
现稳态转速无静差。
模拟电路分析
突加输入信号时，由于电容C1两端电压不能突 变，相当于两端瞬间短路，在运算放大器反馈 回路中只剩下电阻R1，电路等效于一个放大系 数为 Kpi 的比例调节器，在输出端立即呈现电 压 Kpi Uin ，实现快速控制，发挥了比例控制的 长处。
C1 R1
+
R0
Uin
A
+
Uex
+
Rbal
图2-28 比例积分（PI）调节器
2. PI输入输出关系
按照运算放大器的输入输出关系，可得
Uex
R1 R0
U in
1 R0C1
U in dt
K piU in
1
U in dt
(2-55)
式中
K pi
R1 R0
— PI调节器比例部分的放大系数；
R0C1 — PI调节器的积分时间常数。