转速闭环控制的直流电动机有静差调速系
《电力拖动自动控制系统》习题解答(前三章)
《电力拖动自动控制系统》部分习题解答第一章1。
什么叫调速范围、静差率？它们之间有什么关系？怎样才能扩大调速范围？ 答:①调速范围——电动机在额定负载下调速时,允许的最高转速max n 与最低转速minn 之比叫做调速范围，用D 表示，即min max n nD =②静差率——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N n ∆与理想空载转速0n 之比,称作静差率S ,即0N n nS ∆=③直流变压调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系为)1(s n s n D N N -∆=④采用闭环控制方式，使转速降落N n ∆能够大幅度下降，才能保证在静差率S 不变的前提下扩大调速范围.2。
某一调速系统，测得的最高转速特性为n 0max ＝1500 r/min ，带额定负载时的速降N n ∆＝15 r/min ，最低速特性为n 0min ＝100 r/min,额定速降不变，试问系统能达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少?解：已知N n ∆＝15 r/min,有n max ＝n 0max －N n ∆＝1500 r/min －15 r/min ＝1485 r/min n min ＝n 0min －N n ∆＝100 r/min －15 r/min ＝85 r/min 于是调速范围47.17851585minmax ===n n D静差率%15%10010015%100min0=⨯=⨯∆=n n s N答：系统能达到的调速范围是17。
47；允许的静差率是15％. 3。
为什么加负载后直流电动机的转速会降低，它的实质是什么?答：当负载电流增大后，电枢电阻上压降增大，使E 减小,导致转速n 必然下降.实质是电枢电阻的存在导致压降增大.4。
某调速系统的调速范围是1500 ～ 150 r/min,要求静差率为s ＝2％ ,那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100 r/min ，则闭环系统的开环放大系数应有多大？解：①已知101501500==D ,又)1(s n s n D N N -∆=06.3)02.01(1002.01500)1(N N =-⨯=-=∆s D s n n r/min也可以这样计算n n n n n s NNN ∆+∆=∆=min 0 min r/06.302.0102.01501min N =-⨯=-=∆s s n n ②因为 K1op cl +∆=∆n n所以 68.31106.31001K clop =-=-∆∆=n n答:要求静差率为s ＝2％时,系统允许的静态速降是3.06r/min ；如果开环系统的静态速降是100 r/min ，则闭环系统的开环放大系数应有31。
运动控制_第3章____转速、电流双闭环直流调速系统
U
*
im
，转速外环呈开环状态，
转速的变化对系统不再产生影响。在这种情况下，电流负反
馈环起恒流调节作用，转速线性上升，从而获得极好的下垂
特性，如图 3-5中的AB段虚线所示。
第二十一页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
此时，电流
I
d
U* im ?
?
I dm
，Idm 为最大电流，是由设
差调节。
第二十页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
1) 转速调节器饱和
在电动机刚开始起动时，突加阶跃给定信号 U*n，由于
机械惯性，转速 n很小，转速负反馈信号 Un很小，则转速偏
差电压 ΔUn=U*n-Un>0很大，转速调节器 ASR 很快达到饱和
状态， ASR的输出维持在限幅值
图 3-5 双闭环直流调速系统的静特性
第二十三页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第3章 转速、电流双闭环直流调速系统
2) 转速调节器不饱和
当转速n达到给定值且略有超调时 (即n>n0)，ΔUn=
U*n-Un<0，则转速调节器 ASR的输入信号极性发生改变，
ASR 退出饱和状态，转速负反馈环节开始起转速调节作用，
用以调节起动电流并使之保持最大值，使得转速线性变化， 迅速上升到给定值； 在电动机稳定运行时，转速调节器退 出饱和状态，开始起主要调节作用，使转速随着转速给定信 号的变化而变化，电流环跟随转速环调节电动机的电枢电流 以平衡负载电流。
第六页，编辑于星期三：九点 二十二分。
第 3章 转速、电流双闭环直流调速系统
器ACR和转速调节器 ASR的输入电压偏差一定为零，因此，
直流电动机有哪几种调速方法各有哪些特点答：直流电动机有三种
直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？答：直流电动机有三种调速方法：1）调节电枢供电电压U ；2）减弱励磁磁通Φ；3）改变电枢回路电阻R 。
特点：对于要求在一定范围内无极平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。
改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。
晶闸管—电动机系统当电流断续时机械特性的显著特点是什么？答：电流断续时的电压、电流波形图（Ⅰ10P 、Ⅱ 12P ）（三相零式为例）。
断续时，0d u 波形本身与反电势E 有关，因而就与转速n 有关，而不是像电流连续时那样只由控制角α决定的常值。
机械特性呈严重的非线性，有两个显著的特点：第一个特点是当电流略有增加时，电动机的转速会下降很多，即机械特性变软。
当晶闸管导通时，整流电压波形与相电压完全一致，是电源正弦电压的一部分。
当电流断续后，晶闸管都不导通，负载端的电压波形就是反电势波形。
电流波形是一串脉冲波，其间距为︒120，脉冲电流的底部很窄。
由于整流电流平均值d I 与电流波形包围的面积成正比，如果电流波形的底部很窄，为了产生一定的d I ，各相电流峰值必须加大，因为RE u i d d -=,而整流输出的瞬时电压d u 的大小由交流电源决定，不能改变。
也就是说应使E 下降很多即转速下降很多，才能产生一定的d I ，这就是电流断续时机械特性变软的原因。
第二个特点是理想空载转速0n 升高。
因为理想空载时0=d I ，所以2m a x 02U u E d ==，所以0n 升高。
简述直流PWM 变换器电路的基本结构。
答：直流 PWM 变换器基本结构如图所示，包括 IGBT 和续流二极管。
三相交流电经过整流滤波后送往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比来调节直流 PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。
Ug0Ton T t 直流PWM 变换器基本结构直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？答：频率一定、宽度可调的脉动直流电压。
电力拖动自动控制系统运动控制系统-四版-复习题-考试题目
电力拖动自动控制系统运动控制系统-四版-复习题-考试题目直流调速系统判断:1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。
<）2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。
<）3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。
<）4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。
<）5静差率和机械特性硬度是一回事。
< ）6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。
< ）7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压Uk 的大小并非仅取决于速度定 Ug*的大小。
<）8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。
< ）9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。
<）10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向<正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。
<）11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。
<）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。
< ）12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段<）13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。
<）14 电压闭环相当于电流变化率闭环。
<）15 闭环系统可以改造控制对象。
<）16闭环系统电动机转速与负载电流<或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。
17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。
<）18 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。
<）19电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。
<）20对电网电压波动来说，电压环比电流环更快。
<）二选择题1直流双闭环调速系统中出现电源电压波动和负载转矩波动时，< ）。
电力拖动自动控制系统-运动控制系统(_阮毅_陈伯时)课后思考题答案 (2)
int i,j;
for(i=0;p1[i];i++); for(j=0;p2[j];j++) p1[i++]=p2[j];
p1[i]='\0'; 注意：这三个是填空题 答案
if(t%2==0) x=10*x+t; n=n/10;
注意这两个是改成题答案 *t = 0; if (d%2 != 0) 2. 请编写函数fun,其功能是:计算并输出当x<0.97时下列多项式的值, 直到｜Sn-S(n-1)｜<0.000001为止。Sn=1+0.5x+0.5(0.51)/2!x(2)+...+ 0.5(0.5-1)(0.5-2) .....(0.5-n+1)/n!x(n) 输入0.21后,则输出为s=1.100000。 double s1=1.0,p=1.0,sum=0.0,s0,t=1.0; int n=1; do {s0=s1; sum+=s0; t*=n; p*=(0.5-n+1)*x; s1=p/t;n++;}while(fabs(s1-s0)>1e-6); return sum; t = x; t *= (-1.0)*x/n; while (fabs(t) >= 1e-6);
一、可以作为填空题或简答题的 2-1 简述直流电动机的调速方法。 答：直流调速系统常以（调压调 速）为主，必要时辅以（弱磁调速） ，以（扩大调速范围） ， 实现 （额定转速以上调速） 。
2-2 直流调压调速主要方案有（G-M 调速系统，V-M 调速系统，直流 PWM 调速系统） 。 2-3 V-M 调速系统的电流脉动和断续是如何形成的？如何抑制电流脉 动？ 11-12 答：整流器输出电压大于反电动势时，电感储能，电流上升，整 流器输出电压小于反电动势 时，电感放能，电流下降。整流器输出电 压为脉动电压，时而大于反电动势时而小于，从而导 致了电流脉动。 当电感较小或电动机轻载时，电流上升阶段电感储能不够大，从而导致 当电流下降时， 电感已放能完毕、电流已衰减至零，而下一个相却尚 未触发，于是形成电流断续。 2-4 看 P14 图简述 V-M 调速系统的最大失控时间。 14 答：t1 时刻某一对晶闸管被触发导通，触发延迟角为α1，在 t2>t1 时刻，控制电压发生变 化，但此时晶闸管已导通，故控制电压 的变化对它已不起作用，只有等到下一个自然换向点 t3 时刻到来时， 控制电压才能将正在承受正电压的另一对晶闸管在触发延迟角α2 后导 通。t3-t2 即为失控时间，最大失控时间即为考虑 t2=t1 时的失控时 间。 2-5 简述 V-M 调速系统存在的问题。16 答：整流器晶闸管的单 向导电性导致的电动机的不可逆行性。 整流器晶闸管对过电压过电流 的敏感性导致的电动机的运行不可靠性。 整流器晶闸管基于对其门极 的移相触发控制的可控性导致的低功率因数性。 2-6 简述不可逆 PWM 变换器 （无制动电流通路与有制动电流通路） 各个工作状态下的导通 器件和 电流通路。17-18 2-7 调速时一般以电动机的（额定转速）作 为最高转速。 2-8 （调速范围）和（静差率）合称调速系统的（稳态 性能指标） 。 2-8 一个调速系统的调速范围，是指（在最低转速时还 能满足所需静差率的转速可调范围） 。 2-9 简述转速反馈控制的直流 调速系统的静特性本质。 答：在闭环系统中，每增加（或减少）一点 负载，就相应地提高（或降低）一点电枢电压， 使电动机在新的机械 特性下工作。因此闭环系统的静特性本质上就是无数开环机械特性上各 取 一个相应的工作点连接而成的。 2-10 简述比例反馈控制的规律。 答：比例控制的反馈控制系统是（被调量有静差）的控制系统； 反馈 控制系统的作用是（抵抗前向通道的扰动，服从给定） ； 反馈1.编写 一个函数fun,它的功能是:实现两个字符串的连接(不使用库函数 strcat),即把p2所指的字符串连接到p1所指的字符串后。 实现两个字符串连接
电力拖动自动控制系统_试题及答案
一、选择题（每小题2分，2×10=20分）1、在伯德图上，截止频率越高，则系统的（B）。
A、稳定性越好B、快速性越好C、稳态精度越高2、在可逆运行系统当中，抑制瞬时脉动环流的措施为（A）。
A、采用均衡电抗器B、采用平波电抗器C、采用α=β配合控制3、笼型异步电动机变压变频调速系统中基频以下调速，下列哪种方式控制性能最好（C）。
A、恒Us/w1控制B、恒Eg/w1控制C、恒Er/w1控制4、α=β配合控制双闭环可逆直流调速系统制动过程主要阶段是（C ）。
A、本组逆变阶段B、它组反接制动阶段C、它组逆变阶段5、α=β配合控制双闭环可逆直流调速系统制动过程，本组逆变阶段的能量流向为（C）。
A、电网到电动机B、电动机到电网C、平波电抗器到电网6、逻辑控制无环流可逆系统中，下面不能作为逻辑控制环节输入信号的是（C）。
A、“零电流检测”信号U i0B、“转矩极性鉴别”信号U i*C、转速给定信号U n*7、α=β配合控制双闭环可逆直流调速系统制动过程，正组VF由整流状态进入本组逆变阶段时，反组VR的工作状态变化为（A）。
A、待逆变状态变为待整流B、待逆变状态变为整流C、待逆变状态变为逆变8、采用准PI调节器的目的是（ C ）。
A、提高系统增益B、减小高频干扰C、抑制运算放大器零点漂移9、在转速、电流双闭环调速系统带额定负载启动过程中，转速n达到峰值时，电枢电流值为（B）A、I d=0B、I d=I dLC、I d=I dm10、在转速、电流双闭环调速系统中，以下哪一项影响最大电流I dm的设计（C ）。
A、运算放大器B、稳压电源C、电动机允许的过载能力二、填空题（每小题2分，2×5=10分）1、转速、电流双闭环直流调速系统中，电流调节器输出限幅的作用是限制电力电子变换器的最大输出电压。
2、直流调速系统的稳态性能指标有静差率、调速范围、。
3、转速、电流双闭环系统，采用PI调节器，稳态运行时，转速n取决于给定电压U n*,ASR的输出量取决于负载电流I dL。
电力拖动自动控制系统-运动控制系统课后参考答案第二章
第二章作业思考题：2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？1.电枢回路串电阻调速特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。
反之机械特性的硬度变硬。
2.调节电源电压调速特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。
不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。
3.弱磁调速特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。
调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。
2-2简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。
IGBT，电容，续流二极管，电动机。
2-3直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？直流电压2-4为什么直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统能够获得更好的动态性能？直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
2-5在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电流？为什么？电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流。
电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。
2-6直流PWM变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会产生什么后果？反并联二极管是续流作用。
若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负时，无法完成续流，导致电动机电枢电压不近似为零。
2-7直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？不是越高越好，因为太高的话可能出现电容还没充完电就IGBT关断了，达不到需要的输出电压。
《电力拖动及控制》试卷(5套)
作业1一、判断题（每题2分，共计30分）1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。
（）2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。
（）3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。
（）4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。
（）5静差率和机械特性硬度是一回事。
（）6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。
（）的大小并非仅取决于7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压Uk*的大小。
（）速度定 Ug8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。
（）9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。
（）10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。
（√）11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。
（）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。
（）12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（）13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。
（）14 电压闭环相当于电流变化率闭环。
（）15 闭环系统可以改造控制对象。
（）二、选择题（每小题3分，共15分）1直流双闭环调速系统中出现电源电压波动和负载转矩波动时，（）。
A ACR抑制电网电压波动，ASR抑制转矩波动B ACR抑制转矩波动，ASR抑制电压波动C ACR 放大转矩波动，ASR抑制电压波动D ACR 放大电网电压波动，ASR 抑制转矩波动2桥式可逆PWM 变换器给直流电动机供电时采用双极性控制方式，其输出平均电压d U 等于（ ）。
A s on d U T t U ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1B s on d U T t U ⎪⎭⎫⎝⎛-=12 C s on d U T t U = D s on d U TtU 2=3与旋转变流机组相比，下列哪个选项不是晶闸管相控整流方式的优点（ ）。
河南工业大学运动控制复习题
1. 直流拖动控制系统中，调节直流电动机转速的方法可以有调节电枢电压、改变电枢回路电阻和减弱励磁磁通等三种方法。
2. 异步电动机在基频以下有恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通等三种电压频率协调控制方式。
3. 在直流调速系统数字控制中，采用旋转式光电编码盘的数字测速方法有 M 法、 T 法和 M/T 法等三种。
4. 异步电动机的动态数学模型时一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。
5. 在V-M系统中，由于电流波形的脉动，可能出现电流的连续和断续，抑制电流脉动的措施主要是增加电路相数或采用多重化技术和设置电感量足够大的平波电抗器。
6. 双闭环直流调速系统的起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节等三个阶段。
7. 从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交-交变频器和交-直-交变频器两大类。
8. 在直流双闭环调速系统中，外环是转速调节器，内环是电流调节器。
9在直流调速控制系统中，光电式旋转编码器分绝对式和增量式两种。
10在直流拖动控制系统中，从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统（伺服系统）、张力控制系统和多电机同步控制系统等多种类型，各种系统是通过控制转速实现的，调速系统是最基本的电力拖动控制系统。
11直流无环流可逆系统有两大类：逻辑控制无环流系统和错位控制无环流系统12在正弦波脉宽调制（SPWM）技术中，采用数字控制的算法，SPWM生成波形软件方法有自然采样法、规则采样法和指定次数谐波消除法等三种。
13谐波和无功功率造成电力公害，在这种情况下必须添置无功补偿装置和谐波滤波装置。
14在坐标变换中，不同电动机模型等效的原则是：在不同坐标下所产生的磁动势完全一致15直流调速系统的可控直流电源有旋转交流机组，静止式可控整流器、直流斩波器与脉宽调制变换器16直流调速系统的稳态性能指标是调速范围和静差率17在交直交变压变频器中，按照中间直流环节直流电源性质的不同，逆变器可以分为电压源型和电流源型逆变器18在间接计算转子磁链模型中，由于主要实测信号的不同，又分电压模型和电流模型，其中前者模型适用于中、高速范围19伺服系统由伺服电动机、功率驱动器、控制器和传感器四大部分组成PS:1电压模型更适合中高速，电流模型适合低速2增量式PI算法只需输出限幅，而位置式同时设积分限幅和输出限幅。
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。
111电力拖动自动控制系统--运动控制系统_第四版_复习题_考试题目
直流调速系统判断:1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。
（）2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。
（）3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。
（）4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。
（）5静差率和机械特性硬度是一回事。
（）6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。
（）7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k的大小并非仅取决于速度定U g*的大小。
（）8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。
（）9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。
（）10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。
（）11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。
（）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。
（）12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（）13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。
（）14电压闭环相当于电流变化率闭环。
（）15闭环系统可以改造控制对象。
（）16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。
17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。
（）18直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。
（）19电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。
（）20对电网电压波动来说，电压环比电流环更快。
（）二选择题1直流双闭环调速系统中出现电源电压波动和负载转矩波动时，（）。
AACR抑制电网电压波动，ASR抑制转矩波动B ACR抑制转矩波动，ASR抑制电压波动CACR放大转矩波动，ASR抑制电压波动DACR放大电网电压波动，ASR抑制转矩波动2桥式可逆PWM 变换器给直流电动机供电时采用双极性控制方式，其输出平均电压d U 等于（）。
《电力拖动自动控制系统》题库资料
《电⼒拖动⾃动控制系统》题库资料⼀、判断题1、⾃动控制的直流调速系统，往往以调节电枢供电电压为主。
（√）2、在V-M系统中，设置平波电抗器可以抑制电流脉动。
（√）3、在电流断续时，V-M系统机械特性很软，理想空载转速翘得很⾼。
（√）4、与晶闸管-电动机调速系统相⽐，直流脉宽调速系统开关频率⾼，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都⼩。
（√）5、转速、电流双闭环直流调速系统中，当电动机过载甚⾄堵转时，转速调节器可以限制电枢电流最⼤值，起快速⾃动保护作⽤。
（X）6、按照典型II型系统设计转速调节器时，中频宽h可以任意选择。
（X）7、按照典型II型系统设计转速调节器时，由典型II型系统的开环传递函数可知，K、T、τ都是待定符号。
（X）8、转速、电流双闭环直流调速系统中，对负载变化起抗扰作⽤的是转速调节器。
（√）9、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。
（√）10、闭环调速系统的静特性表⽰闭环系统电动机转速与负载电流或转矩间的稳定关系。
（√）1、弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载⽽不能拖动恒转矩负载。
（Ⅹ）2、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。
（√）3、只有⼀组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。
（√）4、直流电动机变压调速和降磁调速都可做到⽆级调速。
（√）5、静差率和机械特性硬度是⼀回事。
（Ⅹ）6、带电流截⽌负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。
（Ⅹ）7、电流—转速双闭环⽆静差可逆调速系统稳态时控制电压U k的⼤⼩并⾮仅取决于速度定 U g*的⼤⼩。
（√）8、双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。
（Ⅹ）9、逻辑⽆环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。
（Ⅹ）10、可逆脉宽调速系统中电动机的转动⽅向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。
（√）11、双闭环可逆系统中，电流调节器的作⽤之⼀是对负载扰动起抗扰作⽤。
2014年9月份考试电气传动及控制第一次作业
2014年9月份考试电气传动及控制第一次作业一、单项选择题（本大题共100分，共 40 小题，每小题 2.5 分）1. 下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是（）。
A. 降电压调速B. 变极对数调速C. 变压变频调速D. 转子串电阻调速2. 双闭环无静差V-M调速系统，起动过程的恒流升速阶段中，UPE的输出电压（）。
A. 逐渐增加B. 不变C. 逐渐减小3. 在PWM技术中，改变占空比ρ值，可以实现调压的目的，试选择：保持一定，使在0~∞范围内变化，属于（B）；保持一定，使在0~∞范围内变化，属于（C）；+=T保持一定，使在0~∞范围内变化，属于（） A. 定频调宽法 B. 定宽调频法 C. 调宽调频法4. 绕线式异步电动机双馈调速，如原处于低同步电动运行，在转子侧加入与转子反电动势相位相同的反电动势，而负载为恒转矩负载，则（） A. ，输出功率低于输入功率 B. ，输出功率高于输入功率 C. ，输出功率高于输入功率 D. ，输出功率低于输入功率5. 在加速度输入下的Ⅱ型系统稳态时的误差为（） A. 0 B. 恒值 C. 无穷大D. 无法计算6. 下列不属于异步电动机动态数学模型特点的是（） A. 高阶 B. 低阶 C. 非线性 D. 强耦合7. 带二极管整流器的SPWM变频器是以正弦波为逆变器输出波形，是一系列的矩形波。
A. 幅值不变，宽度可变 B. 幅值可变，宽度不变 C. 幅值不变，宽度不变 D. 幅值可变，宽度可变8. 静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率( ) A. 越小 B. 越大 C. 不变 D. 不确定9. 单相桥式整流电路近似的一阶惯性环节的时间常数为（）。
A. 5msB. 10msC. 20ms10. 对直流调速系统来说，主要的扰动量是（） A. 电网电压的波动 B. 负载阻力转矩的变化 C. 元件参数随温度变化 D. 给定量变化11. 为了增加系统响应的快速性，我们应该在系统中引入（）环节进行调节。
转速﹑电流双闭环直流调速系统
—转速反馈系数;—电流反馈系数
实际上，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。
1．转速调节器不饱和
这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零，因此
由第一个关系式可得
(2-1)
从而得到图2-5所示静特性的CA段。与此同时，由于ASR不饱和， ，从上述第二个关系式可知 。这就是说，CA段特性从理想空载状态的 一直延续到 ，而 一般都是大于额定电流 的。这就是静特性的运行段，它是一条水平的特性。
由图2—1可见，对一个调速系统来说，如果能满足最低转速运行的静差率s，那么，其它转速的静差率也必然都能满足。
图2—1
事实上，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所提静差率要求的转速可调范围。脱离了对静差率的要求。任何调速系统都可以得到极高的调速范围；反过来，脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了。
1）上升时间
在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量从零起第一次上升到稳态值 所经过的时间称为上升时间，它表示动态响应的快速性，见图2—2。
图2—2
2）超调量
在典型的阶跃响应跟随系统中，输出量超出稳态值的最大偏离量与稳态值之比，用百分数表示，叫做超调量：
（2—4）
超调量反映系统的相对稳定性。超调量越小，则相对稳定性越好，即动态响应比较平稳。
对于不同的负载电阻L R，测速发电机输出特性的斜率也不同，它将随负载电阻的增大而增大，如图3-4中实线所示。
双闭环调速系统的静特性在负载电流小于 时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到 时，对应于转速调节器的饱和输出 ，这时，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。这就是采用了两个PI调节器分别形成内﹑外两个闭环的效果。这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。然而，实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大。静特性的两段实际上都略有很小的静差，见图2-5中的虚线。总之，双闭环系统在突加给定信号的过渡过程中表现为恒值电流调节系统，在稳定和接近稳定运行中表现为无静差调速系统，发挥了转速和电流两个调节器的作用，获得了良好的静、动态品质。
闭环-转速电流双闭环直流调速系统
§2.2 转速、电流双闭环直流调速系统
一、双闭环调速系统的控制规律
转速单闭环系统被调节的是n，检测的误差是n， 要消除的也是扰动对n的影响。故不能控制电流（转 矩）的动态过程。
电流截止负反馈环节只能限制电流的冲击，不 能控制电流保持为某一所需值。
经常正、反转运行的调速系统，希望尽量缩短 启动、制动和反转过渡过程的时间，即要求系统动 态性能好，单闭环就不能满足要求了。
整个系统的本质由外环速度调节器来决定。即： 当ASR不饱和时，电流负反馈使静特性可能产生的 速降完全被ASR的积分作用所抵消了；一旦ASR饱 和，当负载电流过大，系统实现保护作用使n下降 过大时，转速环即失去作用，只剩下电流环起作用， 这时系统表现为恒流调节系统，静特性便会呈现出 很陡的下垂特性。
各变量的稳态工作点和稳态参数计算:
C
IdN
Idm
Id
BC段：描述ASR饱和后（ACR不饱和）的电流单闭环
系统的静特性，转速外环呈开环状态，表现为电流
无静差。
Id
U
* im
Idm
(n < n0 )
ASR的限幅值Uim由设计者选定——限定了最大电 流值Idm。
2、稳态参数：
转速调节器输出：
U
* i
Ui
Id
I dL
电流调节器输出：Uc
加快动态过程。 （4）电机过载/堵转时，限制Idlmax，起快速自动保护作用。
调节器的输出限幅作用
转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定
电流给定电压的最大值Idm；
电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制 了电力电子变换器的最大输出电压Udm。
当ASR饱和时，相当于电流单闭环系统,实现 “只有电流负反馈，没有转速负反馈”
电力拖动自动控制系统—运动控制系统期末试卷A卷答案
电力拖动自动控制系统—运动控制系统(一)期末试卷A卷答案(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第 1 页 ( 共 5 页 )注：教师应使用计算机处理试题的文字、公式、图表等；学生应使用水笔或圆珠笔答题。
第 2 页 ( 共 5 页 )二．分析及问答（51%）1． （共11分）桥式可逆PWM 变换器-电动机系统具有电流容易连续、谐波少等优点。
（1） 在如图坐标系中画出桥式可逆PWM 变换器供电的开环直流调速系统工作在一般电动状态下的瞬时电压、平均电压、瞬态电流、反电动势波形，其中变换器采用双极式控制，占空比ρ=；（6分）（2） 导出电机电枢电压平均值Ud 与Us 之间的关系，如何实现电机的正反转？说明如何实现电机的正反转；（2分） （3） 写出直流桥式可逆PWM 变换器的近似传递函数，说明它与相控整流器数学模型的本质区别。
（3分） 2． （共15分）在V-M 开环直流调速系统、转速单闭环有静差直流调速系统和转速单闭环无静差直流调速系统中，突减负载后又进入稳定运行时，三种系统的转速、电枢电流、整流装置输出的电压将如何变化，并简单说明原因。
答：在V-M 开环系统中，突减负载后又进入稳定运行时，电机转速上升，电枢电流降低，整流装置输出电压不变（3分）。
因为是开环系统，整流装置输出电压受控制电压决定，控制电压不变，输出电压也不变，但 减载后转速上升，电枢电流减小，以便与负载平衡。
（2分）电机电枢电压平均值Ud=（2ρ-1）U S （1分）当ρ大于1/2时，Ud 〉0，电机两端平均电压为正，电机正转，当ρ小于1/2时，Ud 〈0，电机两端平均电压为负，电机反转。
（1分）()1ss s K W s T s ≈+（2分），与相控整流器的本质区别是时间常数更小。
（1分）第 3 页 ( 共 5 页 )（3分）ⅡⅢntI d I dL 0IV0t 3t 2t 1t 4t t4．（共10分）转速反馈采用增量式旋转编码器，已知其每转脉冲数Z ＝1024，采样周期TC = 秒，计算机高频时钟脉冲频率f0 = 1[MHz]，转速单位采用[转/分]，如采用M/T 法测速：1.请画出M/T 法测速原理示意图(应包含编码器输出脉冲、时钟脉冲与采样脉冲波形关系) ，并说明其测速原理。
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学号某某大学运动控制系统课程设计设计说明书转速闭环控制的直流电动机有静差调速系统仿真起止日期：2015 年1 月15日至2015 年 1 月22 日学生姓名班级成绩指导教师(签字)控制与机械工程学院2015年1 月22 日附表2天津城建大学课程设计任务书2014 —2015学年第 1学期控制与机械工程 学院 电气工程及其自动化 专业11电气1 班级 课程设计名称：运动控制系统课程设计设计题目： 转速闭环控制的直流电动机有静差调速系统完成期限：自 2015 年 1 月 16 日至 2015 年 1 月 22 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：一、 设计题目：转速闭环控制的直流电动机有静差调速系统仿真（n=13V U *，Kp=50） 二、 已知条件及控制对象的基本参数：已知直流电动机额定参数为nom =220V U ，nom I =136A ，nom n =1460r/min ，4极，a R =0.21Ω，22=GD 22.5m N 。
励磁电压f =220V U ，励磁电流f =1.5I A 。
采用三相桥式整流电路，整流器内阻rec =1.3R Ω。
平波电抗器p =200L mH 。
n =13V U *，Kp=50 三、 设计要求（1）分析系统结构、原理（2）利用matlab/simulink 绘制系统的仿真模型并对模块参数进行设置。
（3）设计反馈系数（4）对该调速系统进行仿真，并观察电动机在全压启动和启动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流的变化情况。
指导教师（签字）：系（教研室）主任（签字）：批准日期： 2015 年 1 月 22 日目录绪论 (5)第一章转速单闭环有静差调速系统的原理 (2)第二章转速单闭环有静差调速系统的静特性分析 (3)第三章转速单闭环有静差调速系统的动态分析 (3)3.1电压比较环节 (3)3.2放大器环节 (3)3.3电力电子变换器环节 (3)3.4测速反馈环节 (4)3.5额定励磁下的直流电动机等效环节 (4)3.6反馈控制闭环直流调速系统的动态结构框图 (5)第四章转速单闭环有静差调速系统的参数确定 (6)4.1已知条件及控制对象的基本参数 (6)4.2电力电子变换环节参数确定 (6)4.3直流电动机环节的参数确定 (6)4.4转速反馈系数 确定 (6)第五章转速单闭环有静差调速系统仿真 (7)第六章总结 (13)第七章参考文献 (13)绪论直流调速是现代电力拖动自动控制系统中发展较早的技术。
在20世纪60年代，随着晶闸管的出现，现代电力电子和控制理论、计算机的结合促进了电力传动控制技术研究和应用的繁荣。
晶闸管-直流电动机调速系统为现代工业提供了高效、高性能的动力。
尽管目前交流调速的迅速发展，交流调速技术越趋成熟，以及交流电动机的经济性和易维护性，使交流调速广泛受到用户的欢迎。
但是直流电动机调速系统以其优良的调速性能仍有广阔的市场，并且建立在反馈控制理论基础上的直流调速原理也是交流调速控制的基础。
现在的直流和交流调速装置都是数字化的，使用的芯片和软件各有特点，但基本控制原理有其共性。
长期以来，仿真领域的研究重点是仿真模型的建立这一环节上，即在系统模型建立以后要设计一种算法。
以使系统模型等为计算机所接受，然后再编制成计算机程序，并在计算机上运行。
因此产生了各种仿真算法和仿真软件。
由于对模型建立和仿真实验研究较少，因此建模通常需要很长时间，同时仿真结果的分析也必须依赖有关专家，而对决策者缺乏直接的指导，这样就大大阻碍了仿真技术的推广应用。
MATLAB提供动态系统仿真工具Simulink，则是众多仿真软件中最强大、最优秀、最容易使用的一种。
它有效的解决了以上仿真技术中的问题。
在Simulink中，对系统进行建模将变的非常简单，而且仿真过程是交互的，因此可以很随意的改变仿真参数，并且立即可以得到修改后的结果。
另外，使用MATLAB中的各种分析工具，还可以对仿真结果进行分析和可视化。
Simulink可以超越理想的线性模型去探索更为现实的非线性问题的模型，如现实世界中的摩擦、空气阻力、齿轮啮合等自然现象；它可以仿真到宏观的星体，至微观的分子原子，它可以建模和仿真的对象的类型广泛，可以是机械的、电子的等现实存在的实体，也可以是理想的系统，可仿真动态系统的复杂性可大可小，可以是连续的、离散的或混合型的。
Simulink会使你的计算机成为一个实验室，用它可对各种现实中存在的、不存在的、甚至是相反的系统进行建模与仿真。
传统的研究方法主要有解析法，实验法与仿真实验，其中前两种方法在具有各自优点的同时也存在着不同的局限性。
随着生产技术的发展，对电气传动在启制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面提出了更高要求，这就要求大量使用调速系统。
由于直流电机的调速性能和转矩控制性能好，从20世纪30年代起，就开始使用直流调速系统。
它的发展过程是这样的：由最早的旋转变流机组控制发展为放大机、磁放大器控制；再进一步，用静止的晶闸管变流装置和模拟控制器实现直流调速；再后来，用可控整流和大功率晶体管组成的PWM控制电路实现数字化的直流调速，使系统快速性、可控性、经济性不断提高。
调速性能的不断提高，使直流调速系统的应用非常广泛。
第一章 转速单闭环有静差调速系统的原理直流电动机电枢由三相晶闸管整流电路经平波电抗器L 供电，并通过改变触发器移相控制信号Uc 调节晶闸管的控制角，从而改变整流器的输出电压实现直流电动机的调速。
在仿真中为了简化模型，忽略了各种非线性因素以及控制电源和电位器内阻。
带转速负反馈的有静差直流调速系统的结构如图1所示。
系统由转速给定环节Un*，放大倍数为Kp 的放大器，移相触发器CF ，晶闸管整流器和直流电动机M,测速发电机TG 等组成。
该系统在电机负载增加时，转速将下降，转速反馈Un 减小，而转速的偏差n U ∆将增大，同时放大器输出Uc 增加，并经移相触发器使整流输出电压Ud 增加，电枢电流Id 增加，从而使电动机电磁转矩增加，转速也随之升高，补偿了负载增加造成的转速降。
带转速负反馈的直流调速系统的稳定特性方程为 )1()1(K Ce RId K Ce KpKsUn n +-+*= CeKpKs K α= 闭环转速降落为 )1(n d K Ce RI +=∆-+-图1 带转速负反馈的有静差直流调速系统原理框图从稳定特性方程可以看到，如果适当增加放大器放大倍数Kp ，电机的转速降n ∆将减小，电动机将有更硬的机械特性，也就是说在负载变化时，电动机的转速变化将减小，电动机有更好的保持速度稳定的性能。
如果放大倍速过大，也可能造成系统运行的不稳定。
第二章 转速单闭环有静差调速系统的静特性分析（1）闭环系统的静特性可以比开环系统的机械特性硬的多。
（2）闭环系统的静差率（空载转速相同时）比开环系统小得多。
（3）如果所要求静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。
（4）要取得上述三相优势，闭环系统必须设置放大器。
图2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图第三章 转速单闭环有静差调速系统的动态分析3.1电压比较环节 )()()(s U s U s U n n n -*=∆)(s Un ∆图3.1 电压比较环节动态结构框图3.2放大器环节 ）（s )(n P n U K s U ∆=∆ 图3.2 放大器环节动态结构框图3.3电力电子变换器环节)()(s U K s U c s d =图3.3 电力电子变换器环节动态结构框图3.4测速反馈环节)()(n s n s U α=图3.4 测速环节动态结构框图3.5额定励磁下的直流电动机等效环节(1）假定主电路电流连续，则动态电压方程为E dtdI RI Ud d d ++= ① (2)忽略粘性摩擦和弹性转矩，电动机轴上的动力学方程为dtdn GD T Te L 3752=- ② (3)额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为n C E e = ③d me I C T = ④L T —包括电动机空载转矩在内的负载转矩（N ·m ）2GD -飞轮惯量（N ·m 2）m C -额定励磁下的电动机转矩系数，e C C π30m =L T -电磁时间常数，RL T l = m T -机电时间常数，me m C C R GD T 3752= d I -负载电流，mL dL C T I = 根据上述公式，在零初始条件下经变形以及拉氏变换得电压与电流的传递函数为11)()()(d +=-S T R s E s U s I l da) 电流与电动势的传递函数为ST R s I s I E m dL d =-)()()s (b)额定励磁下的直流电动机的动态结构框图c) 图3.5 直流电动机的动态结构框图3.6反馈控制闭环直流调速系统的动态结构框图图3.6 反馈控制闭环直流调速系统的动态结构框图第四章 转速单闭环有静差调速系统的参数确定4.1已知条件及控制对象的基本参数已知直流电动机额定参数为V U N 220=, A I N 136=，m in /1460n N r =，4极，Ω=21.0a R ,225.22Nm GD =。
励磁电压V U 220f =，励磁电流A I 5.1f =。
采用三相桥式整流电路，整流器内阻Ω=3.1rec R 。
平波电抗器H L m 20P =。
测速发电机参数：永磁式，额定数据为W 1.23，V 110, A 21.0,min /1900r ，直流稳压电源V 15±, n=13V U *，Kp=50。
4.2电力电子变换环节参数确定采用三相桥式整流电路Ks=44,Ts=0.00167。
因此，可以确定电力电子变换环节的传递函数为100167.0441)s (+=+=s T K W S S4.3直流电动机环节的参数确定（1）电动机的电动势系数及转矩系数r V n R I U C N a N N min/132.014602.0136220e ⋅=⨯-=-= r V C C e min/261.114.3132.03030m ⋅=⨯=∏=（2）电枢回路总电阻0.21 1.3 1.51rec R Ra R =+=+=Ω（3）电磁时间常数电枢回路总电感量Ls H R L T l 0133.05.102.0=Ω==（4）机电时间常数s C C R GD T m e m 540.0261.1132.03755.15.223752=⨯⨯⨯==4.4转速反馈系数α确定（1）反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件sl s s l T T T T T T K 2m )(++<带入相关计算参数得081.364<K（2）转速反馈系数α选择根据公式CeKpKs K α= 得SP K K KC e =α 取166.7K =，带入相关计算参数得0.01α=第五章 转速单闭环有静差调速系统仿真（1）转速单闭环有静差调速系统仿真框图图5.1 反馈控制闭环直流调速系统的仿真结构框图（2）全压启动电动机的转速、转矩和电流的变化情况图5.2 全压启动转速变化情况图5.3 全压启动电流变化情况图5.4 全压启动转矩变化情况（3）全压启动后加额定负载时电动机的转速、转矩和电流的变化情况图5.5 全压启动后加额定负载时电动机的转速变化情况图5.6 全压启动后加额定负载时电动机的电流变化情况图5.7 全压启动后加额定负载时电动机的转矩变化情况第六章总结紧张的一周，奋战的一周，供配电课程设计终于完成了。