最新版工业大学自动控制系统考试试卷A卷(含答案)

最新版工业大学自动控制系统考试试卷
A卷（含答案）
姓名：学号：专业：
题型一二三四五总分备注
得分
一、填充题
1.转速单闭环调速系统对_被负反馈包围的前向通道_____的扰动有抑制作
用，系统精度依赖于__转速给定____和___转速反馈____的精度。

2.PWM可逆直流调速系统制动过程中向__滤波电容_充电，产生_泵升__电
压，这是直流PWM变换器-电动机系统特有的能量回馈问题。

3.在进行数字PI调节器设计时，为了减小系统退饱和超调量，位置式数字
PI调节器必须同时设置___输出____限幅和____积分____限幅。

4.异步电机的动态数学模型是一个多变量、高阶、_非线性___ 、强耦
合的系统，其定、转子间的互感将随着转子__位置________
的变化而变化，可通过_坐标变换(或3/2变换和旋转变
换)________简化动态数学模型，变化的原则是产生的___旋转磁动势（磁
动势）_________相等。

5.动态性能要求看，电流环以__跟随_______性能为主，要求超调小，因此当
按照典型II型系统设计电流调节器时，为了减小电流超调量，需在_电流给定________之后加入_低通滤波____，并按照控制对象时间常数的4倍设置滤波时间常数。

6. 异步电动机由三相平衡电压供电，定子磁链旋转矢量1j t s e ω=ψs
ψ，忽
略定子电阻压降，则定子电压矢量=s
u 121j t s e
π⎛
⎫ω+ ⎪
⎝⎭ψω。

7. 异步电动机进行变压变频调速时，可通过_（定子）电压___ 补偿控制
保持转子磁通恒定，此时稳态机械特性是_直线___ ，这正是高性能交流调速系统所要求的稳态性能。

8. 两电平逆变器共有八个基本输出矢量，包括六个_有效矢量_______和两
个零矢量______ _，在一个旋转周期内，每个有效工作矢量依次作用一次生成_正六边形______旋转磁场，在直流母线电压一定时，可通过插入__零矢量____保持变频调速时的磁链幅值最大值不变。

为了形成接近圆形旋转磁场逆变器需采用_____ SVPWM ________（SPWM ，CFPWM ，SVPWM ）控制。

9. 转速、电流双闭环调速系统中，调节_转速调节器ASR__的限幅值可以调节
系统最大电流；调节 电流调节器ACR _的限幅值可以调节UPE 的最大输出电压。

10. 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，从而获得高度___相等________、宽度_按正弦规率变化______的脉冲序列，这种调制方法称作SPWM 。

二、 综合题
1.
下图为典型异步电动机转速开环恒压频比控制调速系统结构框图。

简要说明各
环节名称和主要功能。

2. 典型II 型系统的开环传递函数为)
1()
1()(2++=
Ts s s K s W τ，在如图坐标系中
画出典型II 型系统对数幅频特性渐近线（伯德图），并分析系统待定参数K 和积分
时间常数τ对系统稳定性、快速性影响。

（1）T 通常为系统的固有参数，τ
比T
一定
时， 改变K 大，系统快速性越好，但稳定性变差。

3.
答：基本思想是在保持气隙磁通m φ角频率s ω来控制转矩。

转差频率控制的基本规律如下：
（1）在转差角频率小于临界转差率即s sm ω<ω范围内，异步电动机的转矩基
本上与转差角频率成正比，条件是保持气隙磁通不变。

（2）在不同的定子电流时，按照一定的函数关系如()1,S S U f I =ω来控制定
子电压和频率，能保持在保持气隙磁通恒定。

4. 异步电动机基于稳态模型调速时可采用降压调速和恒压频比调速，试分析在恒定转矩负载下，分别采用上述两种调速方式从额定转速向下调速时，异步
电动机的电磁功率m P 、输出机械功率mech P 和转差功率s P 的变化，并简要说明原因。

答：电磁功率：11e
m m e p
T P T n ωω==
，输出机械功率：
1(1)(1)
=
e
e
mech m p
p
T T P s P s n n ωω=-=-，转差功率：1=
e
s e
s m p
p
T T P sP s
n n ωω==，转差角频
率11=s s ωωωω=-
（1）降压调速：采用降压调速向下调速时，电磁功率不变，输出机械功率减小，转差功率增加。

降压调速向下调速时，电压下降，但频率1f 不变，因此角频率1ω不变，由于带恒定负载，所以e L T T =不变，电磁功率11e
m m e p
T P T n ωω==
不变（1分）；随着速
度的下降转差率s 增大，输出机械功率(1)mech m P s P =-减小（1分）；转差功率
s m P sP =随着转差率s 的增大而增大
（2）恒压频比调速：采用恒压频比控制方式向下调速时，转差功率不变，电磁功率变小，输出机械功率减小。

带恒转矩负载采用恒压频比向下调速时，e L T T =不变，频率1f 下降，角频率1ω下降，电磁功率11e
m m e p
T P T n ωω==
变小；向下调速过程中，机械特性基本平行
下移，转速降落基本不变，即1160
2p
n sn s n ωπ∆==
，即1s s ωω=基本不变，因此转差功率1e
s m p
T P sP s
n ω==基本不变；输出机械功率(1)=mech m m s P s P P P =--随着
m P 变小而变小或输出机械功率在负载转矩不变时随输出转速下降而减小。

5．转速单闭环控制系统采用比例调节器作为转速调节器，系统已知数据如下：电动机：kW P N 10=，V U N 220=，A I N 55=，m in /1500r n N
=，
Ω=5.0a R 。

PWM 变换器内阻0.1rec R =Ω，PWM 变换器的放大倍数
107.6s K =。

最大给定电压V U nm 8*
=，当主电路电流达到最大值时，整定电流
反馈电压V U im 8=。

设计指标：要求系统满足调速范围25=D ，静差率%10≤s 。

（1）试画出系统的原理图和静态结构图；
（2） 计算C e ，额定负载时，开环系统的稳态速降Δn op ，满足静差率要求时，闭环系统的稳态速降Δn cl 及闭环系统的开环放大系数K ； （3） 转速反馈系数α，调节器放大系数p K ；
（4）该系统启动和堵转时电机是否会过流，并分析原因。

答：（1）系统的原理图如下图所示：
（3分）
系统的稳态结构框图
（2）()/(220550.5)/15000.128/e N N a N C U I R n v rpm =-=-⨯=
/55(0.50.1)/0.128257.8125/min ∆==⨯+=op d e n I R C r
15000.1
6.667/min (1)25(10.1)
N Cl n s n r s D ⨯∆===--
257.8125
1137.676.667
∆=-=-=∆op
cl n k n
（3）
*
*
8
0.005/
1500
n
n N
N
U
U n v rpm
n
αα
=⇒===
37.670.128
8.96
107.60.005
α
⨯
===
⨯
e
p
s
KC
k
k
∴调节器系统开环放大系数大于或等8.96
（4）系统启动和堵转时电机会过流。

因此时转速为0，转速偏差很大，比例调节器调节器输出控制电压很大，电源输出很大的电压加在系统回路电阻上，该电阻一般很小，从而导致启动和堵转时电机过流。

7. 转速、电流双闭环系统结构是调速系统中典型结构，结合下面的原理框图，画出直流调速系统稳态结构框图，并按照转速调节器饱和、不饱和两种情况分析系统稳态工作特性，即描述转速环、电流环工作状态和电机转速、电枢电流状态，画出静特性曲线，并标出负载为I dL时系统稳态工作点。

答：稳态结构框图
转速调节器饱和时转速环开环，系统为电流单闭环系统，电流跟随最大电枢电流给定；转速调节器不饱和时，系统为转速、电流双闭环系统，转速跟随给定，无静差，电枢电流由负载决定。

d L
静特性曲线和稳态工作点。