2011年华南农业大学运动控制系统试卷及答案

2011年华南农业大学运动控制系统试卷及答案
一、选择题…………………………（每题2分，总计20分）
1、转差频率控制变频调速系统的基本思想是控制（ B ）。

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
2、转差频率控制变频调速系统的基本思想是控制（ B ）。

A、电机的调速精度
B、电机的动态转矩
C、电机的定子电流
D、电机的气隙磁通
3、关于变压与弱磁配合控制的直流调速系统中，下面说法正确的是（ A ）。

A 当电动机转速低于额定转速时，变压调速，属于恒转矩性质调速。

B 当电动机转速高于额定转速时，变压调速，属于恒功率性质调速。

C 当电动机转速高于额定转速时，弱磁调速，属于恒转矩性质调速。

D 当电动机转速低于额定转速时，弱磁调速，属于恒功率性质调速。

4、在晶闸管反并联可逆调速系统中，β
α=配合控制可以消除（ B ）。

A 静态环流
B 直流平均环流
C 瞬时脉动环流
D 动态环流
5、在交—直—交变频装置中，若采用不控整流，则PWN逆变器的作用是（ C ）。

A、调压 C、调压调频
B、调频 D、调频与逆变
6、下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是（ C ）。

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
7、在三相桥式反并联可逆调速电路和三相零式反并联可逆调速电路中，为了限制环流，需配置环流电抗器的数量分别是（ D ）。

A 1个和2个
B 2个和1个
C 2个和4个
D 4个和2个
8、交流异步电动机采用调压调速，从高速变到低速，其转差功率（ D）。

A不变 B减小
C增大 D 为0
9、异步电动机串级调速系统中，串级调速装置的容量（ A ）。

A 随调速范围的增大而增大
B 随调速范围的增大而减小
C 与调速范围无关
D 与调速范围有关，但关系不确定
10、在恒压频比控制（即1
s
U=常数）的变频调速系统中，在基频以下变频调速时进行定子电压补偿，其目的是（ C ）。

A 维持转速恒定
B 维持定子全磁通恒定
C 维持气隙磁通恒定
D 维持转子全磁通恒定
11、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
12、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
13、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、U
1／f
1
=常值； B、E
g
/f
1
=常值；
C、E
s /f
1
=常值； D、E
r
/f
1
=常值
14、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
15、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
16、SPWM逆变器是利用正弦波信号与三角波信号相比较后，而获得一系列（A）的脉
冲波形。

A、等幅不等宽；
B、等宽不等幅；
C、等幅等宽；
D、不等宽不等幅；
命题教师院系负责人签字
17、静止式串级调速系统的附加直流电势由（D）实现。

A、直流发电机；
B、蓄电池；
C、工作在整流状态的可控整流器；
D、工作在逆变状态的可控整流器
18、转速、电流双闭环无静差直流调速系统能保证以最大加速度起动的原因取决于（ C ）。

A ASR、ACR均不饱和
B ASR、ACR均饱和
C ASR饱和
D ACR饱和
19、3．适合于高速的数字测速方法为（A）
A M法
B T法
C M/T法
D C法
20、10．PWM变频器中，（ D ）控制方式可在异步电动机内部空间形成圆形旋转磁场。

A SPWM
B SHEPWM
C CFPWM
D SVPWM
二、填空题…………………………（每题2分，总计20分）
1
1、各种电力拖动自动控制系统都是通过控制电动机转速来工作的。

2、转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、准时间最优控制
和转速超调。

3、反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。

4、V-M系统中，采用三相整流电路，为抑制电流脉动，可采用的主要措施是设置平波电抗器。

5．自动控制系统的动态性能指标包括对给定输入信号的跟随性能指标和对扰
7、调速系统的稳态性能指标包括调速范围和静差率。

8、交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒电流控制三种。

9、三相异步电动机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合、的多变量系统。

10、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Un* 、ASR的输出量取决于负载电流Idl 。

11、直流调速系统用的可控直流电源有：旋转变流机组（G-M系统）、静止可控整流器、直流斩波器或脉宽调制变换器。

12．衡量直流调速系统常见的指标为调速范围，静差率，额定速降。

三者的关系为： P22 。

13．直流调速系统若采用V-M调速，一般应用在_ 大功率 _场合；若采用PWM调速，一般应用在中小容量场合。

14．转速、电流反馈控制系统起动过程中的三个特点为：饱和非线性控制、转
速超调、准时间最优。

15．数字测速的精度指标有：分辨率、测速误差率。

16．数字PI调节器的位置式算法为_ P 46 。

17．V-M可逆系统中会存在瞬时脉动环流，消除直流平均环流可采用α=β配合控制控制，抑制瞬时脉动环流可采用环流电抗器。

会降低，△n会不18．异步电机采用恒压频比控制时，随着频率的降低，n
变，Temax会不变。

19．基于稳态模型的变频调速系统有转速开环调压系统、转速闭环转差系统两类。

20、异步电动机三相模型的非线性强耦合性质主要体现在磁链方程和（电压）转矩方程。

三、分析简答题………………………（每题10分，总计30分）
1、调速范围和静差率的定义是什么？P21
2、什么叫环流? 并说明有环流可逆系统的适用场合。

P103\答：只限于两组晶闸管之间流通的短路电流称为环流。

适应于中小容量系统，有较高快速性能要求的系统。

3、单闭环调速系统的基本特征。

P56\2.12答：（1）具有比例放大器的单闭环调速系统是有静差的。

（2）闭环系统具有较强的抗干扰性能，反馈闭环系统具有很好的抗扰性能，对于作用在被负反馈所包围的前向通道上的一切扰动都能有效的抑制。

（3）闭环系统对给定信号和检测装置中的扰动无能为力。

4、什么是SPWM，它有何特点？请简述其工作原理。

P153\5.5答：特点：（1）主回路结构简单，只有一个功率控制级，输入级为不控整流器，功率因素和功率都高。

（2）采用SPWM控制，输出电压和频率的协调控制同时在逆变器中完成，避免了大惯性直流滤波环节对调压响应的影响。

快速响应性不仅有利于实时控制，还有利于开环应用。

（3）采用双极性，分段同步正弦脉宽调制技术，输出具有完善对称性的SPWM 电压波形，基波分量大，提高了逆变器的利用率并有效地消除或抑制低次有害谐波，降低了噪声，能在很宽的调频范围内使电动机稳定工作，低速运行性能好。

在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

冲量即指窄脉冲的面积。

这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。

即当它们分别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。

如果把各输出波形用傅立叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。

上述原理可以称之为面积等效原理，它是PWM 控制技术的重要理论基础。

把图2-1a 的正弦半波分成N 等份，就可以把正弦半波看成是由N 个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。

这些脉冲宽度相等，都等于 /N ，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。

如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到图2-1b 所示的脉冲序列,这就是PWM 波形。

可以看出各脉冲的幅值相等，而宽度是按正弦波规律变化的。

根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。

对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。

像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形，也称SPWM （Sinusoidal PWM ）波形。

要改变等效输出的正弦波的幅值时，只要按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。

5、请简述交流异步电动机定子调压调速的工作原理，并对三种常用的调压方法进行说明。

答：当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同的转速。

调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源。

目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种晶。

闸管调压方式为最佳。

调压调速的特点：调压调速线路简单，易实现自动控制。

调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。

调压调速一般适用于100KW 以下的生产机械。

（1）通过改变自耦变压器变化，来改变电机电压，从而进行调速。

（2）通过改变直流励磁电流来控制铁心的饱和程度，改变交流电抗值，改变电机电压，实现降压调速。

饱和交流电抗小，电机定子电压高。

（3）通过控制晶闸管的导通角，来调节电动机的端电压，从而进行调速。

6、什么是双馈调速?它与串级调速由什么不同？P204
1、 有一个晶阐管—电动机调速系统，已知：电动机：
N N N N a P 2.8kw,U 220V,I 15.6A,n 1500r /min,R 1.5=====Ω ，整流装置内阻rec R 1=Ω,电枢回路电抗器电阻L R 0.8=Ω，触发整流环节的放大倍数s K 35=.
四、计算题………………………（ 每题15分，总计30分）
（1） 系统开环工作时，试计算调速范围D=30时的静差率s 值。

（2） 当D=30，s=10%，计算系统允许的稳态速降。

（3） 如组成转速负反馈有静差调速系统，要求D=30， s =10%，在*n U 1
0V =时，d N N I I ,n n ==计算转速负反馈系数α和放大器放大系数p K .
P58\2.12
2、 有一个闭环控制系统，其控制对象的传递函数为j obj K 10
W (s)s(Ts 1)s(0.02s 1)==++，要求校正为
典型Ⅱ型系统，在阶跃输入下系统的超调量30%σ≤（按线性系统考虑）。

试决定调节器结构，并选择其参数。

P94\3.7
3、某一调速系统，测得的最高转速特性为
0max n =1500r / min ，最低转速特性为0max n =150r / min ，带额定负载时的速度降落 0n ∆=15r
/ min ，且在不同转速下额定速降N n ∆不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ P57\2.3
4、已知某调速系统电动机数据为：P N =18KW ,U N =220V ,I N =94A ,n N =1000r/min ，R a =0.15Ω整流装置内阻R rec = 0.3Ω触发整流环节的放大倍数 K s =40.最大给定电压U nm * =15V, 当主电路电
流达到最大值时，整定电流反馈电压 U im =10V
计算：（1）转速反馈系数a 。

（2） 调节器放大系数K p 。