电气传动与控制系统复习题

山东理工大学成人高等教育 电气传动与控制系统 复习题 一、填空题： 1、某直流调速系统的额定转速n N =1430r/min ，额定速降Δn N =115r/min ，当要求静差率s ≤30%时，允许的调速范围D = ；如果要求调速范围D =10，则静差率s = 。

2、可逆V-M 系统中出现的两种不同性质的环流为 和 。

αβ≡ 配合控制有环流可逆系统又称为 系统。

3、在直流调压调速系统中，常用的可控直流电源有 、 、 三种。

4、调速范围D 是 与 之比。

静差率s 是 与 之比。

5、在直流调压调速系统中，常用的可控直流电源有 、 、 三种。

二、简答题１、转速调节器在转速、电流双闭环直流调速系统中的作用是什么？２、电流截止负反馈的作用是什么?３、逻辑无环流可逆系统中，什么叫开放延时？为什么必须设置开放延时？４、为什么在非独立控制励磁的调速系统中设置*(0.9~0.95)e dN U U ≈？５、在直流调压调速系统中，常用的可控直流电源有哪几种？６、什么叫调速范围？什么叫静差率？调速范围、静差率及额定速降之间有什么关系？７、在直流调速系统中，开环系统的机械特性与闭环系统的静特性有何区别？８、为什么PWM-电动机系统比晶闸管----电动机系统能够获得更好的动态性能？９、在转速负反馈调节系统中，当电网电压、负载转矩，电动机励磁电流，电枢电流、电枢电阻、测速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对于上述各量有无调节能力？为什么？１０、在无静差转速单闭环调速系统中,转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响?试说明理由？三、计算题１、已知控制对象的传函为 300()(0.1530)(0.0081)obj W s s s =++ 要求采用如图示PI 调节器将其校正为典型Ⅰ型系统，并选择调节器的参数。

其中Ω=k R 600。

2、已知控制对象的传函为20()(0.51)(0.091)(0.011)obj W s s s s =+++ 要求采用图示PI 调节器将其校正为典型Ⅰ系统，并进行校验和选择调节器的参数。

其中R0=40k Ω。

３、某一调速系统，测得的最高转速特性为m in /1500max 0r n =，最低转速特性为m in /150min 0r n =，带额定负载的速度降落m in /15r n N =∆，且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大？４、在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器ASR 、ACR 均采用PI 调节器。

已知参数：电动机：m in /1000,220;7.3r n V U KW P N N N ===电枢回路总电阻R=1.5Ω ，设V U U U cm im nm 8**===，电枢回路最大电流A I dm 40=，电力电子变换器的放大系数40=s K 。

试求：（１）电流反馈系数β和转速反馈系数α;（２）当电动机在最高转速发生堵转时的do U 、*i U 、i U 、c U 值。

四、分析题：１、在转速负反馈单闭环直流调速有静差系统中，增加负载后经过调节进入稳态，为什么转速会低于负载变化前的值?２、在转速负反馈单闭环有差系统中，突加负载后进入稳态时转速n 是增加、减少还是不变？并说明原因。

３、调节对象的传递函数为)1005.0)(125.0(18)(++=s s s W obj ，要求用调节器分别将其校正为典型I 型和∏型系统，求调节器的结构与参数。

参考答案及要点一、填空题1、5.33 、 44.6%。

2、静态环流、动态环流、自然环流。

3、旋转变流机组、静止式可控整流器、直流斩波器（或脉宽调制变换器）。

4、电动机提供的最高转速max n 、最低转速min n ，电动机的额定转速降落nom n ∆、理想空载转速0n 。

5、越大、cl n ∆=op n ∆×K +11。

二、简答题1、答：（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI 调节器，则可实现无静差。

（2）对负载变化起抗扰作用。

（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。

2、答：电流截止负反馈是在系统起动和堵转时限制电枢电流过大，起保护作用。

3、答：开放延时就是从封锁原工作组脉冲到开放另一组脉冲之间的等待时间。

因为在封锁原工作组脉冲时，已被触发的晶闸管要到电流过零时才真正关断，而且在关断之后还要过一段时间才能恢复阻断能力，如果在这之前就开放另一组晶闸管，仍可能造成两组晶闸管同时导通，使电源短路。

为防止产生这种事故，在发出封锁本组脉冲信号后，必须等待一段时间，才允许开放另一组脉冲。

4、答：设置*(0.9~0.95)e dN U U ≈的目的是当*e e U U >时AER 才退出饱和，起调节作用，此时(0.9~0.95)d dNU U >，但不会大于dN U ，若设置*e dN U U =，则AER 退饱和时*e e U U >，即d dN U U >，这是不允许的。

5、答：有旋转变流机组、静止可控整流器、直流斩波器或脉宽调制变换器。

6、答：生产机械要求电动机提供的最高转速max n 和最低转速min n 之比叫做调速范围。

电动机负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落nom n ∆与理想空载转速0n 之比叫做静差率s 。

调速范围、静差率及额定速降之间的关系：(1)N N n s D n s =∆- 7、答：区别有四点（或前三点亦可）：（1）闭环系统的静特性开环系统的机械特性的机械特性硬得多；（2）同一n 0下，闭环系统的静差率比开环系统小得多；（3）相同的静差率时，闭环系统的调速范围比开环系统大得多；（4）闭环系统必须增设放大器和检测装置。

8、答：PWM —电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。

（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。

（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达 1：10000 左右。

（4）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。

（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。

（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

PWM 开关频率高，响应速度快，电流容易连续，系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。

9、答：系统对于上述各量中电网电压、负载转矩，电动机励磁电流，电枢电流、电枢电阻、有调节能力。

因为它们在闭环系统的前向通道中，对于测速发电机励磁各量发生变化，没有调节能力。

因为它不在闭环系统的前向通道中。

10、答：在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度同样受给定电源和测速发电机精度的影响。

无静差转速单闭环调速系统只是消除了误差，使输出的转速基本稳定于给定的转速。

但是，这种系统依然属于反馈控制系统，只能抑制被反馈环包围的前向通道上的扰动，对于其他环节上的精度影响无可奈何。

三、计算题1、解：PI 调节器有 s s K s G pc ττ1)(+= 而 30010()(0.1530)(0.0081)(0.0051)(0.0081)obj W s s s s s ==++++， 取008.0=τ（秒）， 所以有 ： )10025.0()10025.0(008.010)10025.0(10)()()(+=+=+==s s K s s K s s K s W s G s G ppobj c τ； 因此有 p p K K K 1250008.010==； 取 110020.005K ==⨯， 所以1000.0812501250p K K ===， 所以 100c K ω==（1/s ）， 取 Ω=k R 600，则 100.0860 4.8p R K R k ==⨯=Ω，取5.1Ωk ；所以 3110.00810 1.575.1C f R τμ==⨯=。

2、解：PI 调节器的传递函数为 s s K s G pc ττ1)(+= ，并将控制对象近似处理为 2020()(0.51)[(0.090.01)1](0.51)(0.11)obj W s s s s s ==+++++ ， 又因为典型Ⅰ系统的传递函数为 )1()()()(+==Ts s K s W s G s G obj c ， 故取 5.0=τ（秒）， 则有：2040()()()(0.11)(0.11)(1)ppc obj K K K G s G s W s s s s s s Ts τ====+++ ， 按照典型Ⅰ系统的参数取值：51.02121=⨯==T K ，所以 50.1254040p K K ==≈ ， 校验条件：因为典型Ⅰ系统的 5==K c ω，所以 1.1101.009.0131≈⨯≤c ω，满足； 选择调节器的参数：取 040R k =Ω ，则100.125405p R K R k ==⨯=Ω，取Ω=k R 1.51； 则 f R C μτ1001.55.011≈== 。

3、解：1115150151500min 0max 0min max =--=∆-∆-==N N n n n n n n D %1015015min 0==∆=n n s 4、解：（1）电流反馈系数 A V I U dm im /2.0408*===β 转速反馈系数 r V n U nm min/008.010008max *⋅===α （2）V I U dm i 8402.0*=⨯==βV U U im i 8*-=-=（负反馈）由于堵转电流 n ＝0V K U U VR I R I n C U s do c dm d e do 5.14060605.140====⨯==+=φ四、分析题1、答：因为突加负载后，转速会立即减小，引起反馈电压U N 的减小，从而使调节器的输入偏差增大，进而使其输出电压U CT 增大，并使U D 增大，使转速有所回升，但是转速的回升是依靠U D 的增加来实现的，而U D 的增加必须依靠U CT 的增加，因为调节器为P 调节器，U CT 的增加必须依靠ΔU n 的增加， 而给定电压又不变，所以只能是U n 减小，也就是转速必须有所减小。

2、答：在转速负反馈单闭环有差系统中，突加负载后进入稳态时转速n 是有所减少。

原因：因为突加负载后，转速会立即减小，引起反馈电压U N 的减小，从而使调节器的输入偏差增大，进而使其输出电压U CT 增大，并使U D 增大，使转速有所回升，但是转速的回升是依靠U D 的增加来实现的，而U D 的增加必须依靠U CT 的增加，因为调节器为P 调节器，U CT 的增加必须依靠ΔU n 的增加，而给定电压又不变，所以只能是U n 减小，也就是转速必须有所减小。