电力拖动自控系统试题及答案

《电力拖动自控系统》课程综合复习资料一、填空题1．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。

2．对调速系统转速控制的要求主要集中在三个方面，具体为、和。

其中和稳态性能指标相对应的是：和。

3．调压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有三种，具体为：、和。

4．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。

5．常用的可逆PWM变换器的主电路的结构的结构型式有、型和等。

6．在随动系统动态校正中，常用的有、和。

7．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。

8．在晶闸管—电动机系统中，抑制电流脉动可采取的措施是：、和。

二、选择题1．在直流电动机调速方法中，调速性能最好的是（）A、减弱励磁磁通B、调节电枢供电电压C、改变电枢回路电阻D、改变负载2．与开环系统相比，闭环系统增加了反馈电路，反馈电路对干扰（）不起作用。

A、电压扰动B、负载扰动C、反馈电路元件的本身影响D、负载冲击3．位置信号检测装置是构成位置闭环控制所必不可少的环节。

下列位置检测装置中，不属于电磁感应的是（）A、自整角机B、光电码盘C、旋转变压器D、感应同步器4．对闭环系统而言，控制精度依赖于给定和反馈检测精度，而反馈电路对干扰并不全起作用，主要对干扰（）起作用。

A、电压扰动B、给定电源扰动B、反馈电路元件的本身影响D、测速电机误差5．调速系统和随动系统在控制中十分常用，两者的主要性能不同。

对随动系统来说，主要是要求输出量准确地跟随给定量的变化，因此它的（）成了主要指标。

A、快速性B、灵活性C、跟随性能D、准确性三、简答题1．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U im*=6V时，I dm=20A；如欲使U nm*=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？2．调速系统常用的稳态性能指标分为那几类？并写出相应的性能指标。

3．某直流电动机带动一恒转矩负载（即转矩不变），测得始动电压U d0=4V，当电枢电压U A=50V时，其转速n=1500r/min。

若要求转速n=3000r/min，试问要加多大的电枢电压？4．转速、电流双闭环调速系统中，电流调节器的作用。

5．试比较串联校正中常用的三种方法的优缺点。

6．在转速、电流双闭环直流调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。

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？7．电流波形连续和断续对开环V－M调速系统机械特性的影响较大，电流连续段特性较硬，改变控制角可得到一簇彼此平行的直线；断续段则呈现非线性，理想空载转速高，特性软，内阻大。

为了工作在电流连续区，须采取什么措施？8．试比较开环系统机械特性和闭环系统机械特性的静特性。

9．某直流电动机带动一恒转矩负载（即转矩不变），测得始动电压U d0=4V，当电枢电压U A=50V时，其转速n=1500r/min。

若要求转速n=3000r/min，试问要加多大的电枢电压？10．对于转速单闭环调速系统来说，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，调整转速反馈系数能否改变转速？为什么？11．试比较闭环控制系统中串联校正方案中PD、PI、PID三种方法。

12．环流的分类及抑制方法？13．一组晶闸管供电的直流调速系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路？它有哪几种型式？14．直流斩波器有哪几种控制方式？15．晶闸管调速系统中，在回馈制动时电机工作在哪几个象限？16．试画出单闭环调速系统的原理图、稳态结构图和动态结构图。

四、绘图题1．试画出双闭环调速系统的原理图和稳态结构图。

2．试对应绘出双闭环调速系统起动过程转速、电流变化曲线并注明图中各个阶段名称。

五、计算题1．有一个V —M 调速系统，电机参数为：Pn=10KW ，Un=220V ，In=55A ，n n =1000r/min ，电枢电阻Ω=1.0a R 。

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？2．有一V －M 调速系统，电动机参数为P nom =2.5kw 、U nom ＝220V 、I nom ＝15A 、n nom =1500r ／min 、R a =2Ω，整流装置内阻R rec =1Ω，触发整流环节的放大系数K u =30，要求调速范围D=20， 转差率s=10%。

试：（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）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的稳态结构图。

（3）调整该系统，使V U n 20*=时转速n=1000r/min ，此时转速反馈系数应为多少？（可认为*nn U U ≈） （4）计算所需的放大器放大系数。

3．试分析双极性H 型变换器是如何实现系统可逆的？并画出相应的电压、电流波形。

4．被控对象的传递函数为)1s T )(1s T )(1s T )(1s T (K )s (W 43211obj ++++=式中，K 1＝2；T 1＝0.4s ；T 2＝0.08s ；T 3＝0.015s ；T 4＝0.005s 。

要求阶跃输入时系统的超调量σ%<5%。

试分别用I 、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t s 。

综合复习资料参考答案一、填空题1．电力电子变换器、伺服电机。

2．调速、稳速、加减速、调速、稳速。

3．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 4．V-M 5．M 、T 、H6．串联校正、并联校正和复合控制 7．比例微分、比例积分、比例积分微分8．增加整流电路相数、采用多重化技术、设置平波电抗器。

二、选择题B 、C 、B 、A 、C三、简答题1．①当U im *固定时，只需调节电流反馈系数α即可实现；当U nm *已知时，调节转速反馈系数可实现。

②发现下垂特性不够陡时，可增大ACR 的稳态放大系数；如工作特性不够硬时，可增大ASR 的稳态放大系数。

2．①稳速和调速②调速范围和静差率3．根据直流电动机的机械特性可知，随着电动机两端电压的变化，其机械特性水平上下移动，始动电压为4V ，确定了负载的起动转矩，对应着转速为零；转速n=1500r/min ，对应的电压为50V ，其间电压差为46V ，因而n=3000r/min 对应的电压为50＋46＝96V 。

4．①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，限制电枢电流的最大值，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。

这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。

5．①PD ，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，限制快速性；③PID ，滞后-超前校正，集中PI 和PD 优点，但实现与调试复杂。

6．①nom im i i I U U U β-=∆≠∆*,0；②转速反馈断线，ASR 饱和，输出限幅值*im U ；③系统再次稳定后，由于带额定负载，最终运行在nom I 上，所以电流调节器的输入偏差电压0≠∆i U 。

7．电流脉动会产生以下两个方面的问题：(1)脉动电流产生脉动转矩，对生产机械不利。

(2)脉动电流造成较大的谐波分量，流入电源后对电网不利，同时也增加电机发热。

V-M系统抑制电流脉动的主要措施：(1)增加整流电路的相数。

(2)设置平波电抗器。

当V-M系统主电路串接的电抗器有足够大的电感量，而且电动机的负载电流也足够大时，整流电流的波形便可能是连续的8．(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n o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)闭环系统必须设置放大器。

闭环系统可以获得比开环系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设检测元件、反馈装置和电压放大器。

9．根据直流电动机的机械特性可知，随着电动机两端电压的变化，其机械特性水平上下移动，始动电压为4V，确定了负载的起动转矩，对应着转速为零；转速n=1500r/min，对应的电压为50V，其间电压差为46V，因而n=3000r/min对应的电压为50＋46＝96V。

10．改变给定电压，电动机转速随之改变，转速系统是转速单闭环调速系统，输出要跟随给定变化；调整转速反馈系数能改变转速，因为反馈值要跟随给定变化。

11．由PD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PI调节器构成的滞后校正，可以保证系统的稳态精度；用PID调节器构成滞后－超前校正，兼具两者的优点。

12．环流分为稳态环流与动态环流两类。

而稳态环流又可分为直流平均环流与瞬时脉动环流两种。

采网α＝β工作制配合控制可以消除直流平均环流，但不能抑制瞬时脉动环流。

为抑制脉动环流，必须在环流回路中串入环流电抗器。

13．当系统要快速回馈制动时，系统中的动能要转化成其它能量，必须要为其寻找能量消耗的渠道，最好的方法是将能量反馈回电网，单组晶闸管供电的直流调速系统不能将电能反馈电网，必须要借助于其它方式，因而必须要采用可逆线路。

常用的可逆线路主要有电枢反接和励磁反接两种。

电枢反接又分为反并联联接和交叉联接两种。

14．PWM、PFM和两点式控制。

15．位势性负载工作在第二象限；发电回馈制动工作在第四象限。

16．原理图稳态结构图动态结构图四、绘图题1．试画出双闭环调速系统的原理图和稳态结构图。

2．试对应绘出双闭环调速系统起动过程转速、电流变化曲线并注明图中各个阶段名称。

第Ⅰ阶段0～t 1是电流上升的阶段。

第Ⅱ阶段t 1～t 2是恒流升速阶段。

第Ⅲ阶段t 2以后是转速调节阶段。

五、计算题1．解：r V n R I U C n a n n e ⋅⋅=⨯-=-=min 2145.010001.055220min /6.252145.01.055r C R I n e a n n =⨯==∆ ⑴ 34.4)1.01(6.251.01000)1(=-⨯=-∆=s n s n D n n⑵ 049.06.25210006.252)1(=⨯+⨯=∆⋅+∆⋅=⇒-∆=n n n n n n D n n D s s n s n D⑶ 26.5)05.01(1005.01000)1(=-⨯=-=∆s D s n n n2．解：计算电动机的C e由nom e a nom nom n C R I U +=可得r min/V 127.01500215220n R I U C nom a nom nom e ⋅=⨯-=-=开环系统的稳态压降为min /r 33.354127.0)12(15C )R R (I C R I n e rec a nom e nom op =+⨯=+==∆ 满足调速要求所允许的稳态压降为min /r 33.8)1.01(201.01500)s 1(D s n n n nom nom cl =-⨯⨯=-=∆=∆采用转速负反馈系统的稳态结构如图所示。