电力拖动自动控制系统大作业

一、简答
1、和V ——M 系统相比PWM 系统有哪些优越性
2、双闭环直流调速系统转速和电流调节器作用
3、说明位置随动系统的组成
4、从评价交流调速系统效率出发，异步电动机调速系统分为几类。

变压变频调速、转子串电阻调速、绕线转子电动机串级调速属于哪类调速
5、写出异步电动机在两相任意旋转坐标系下数学模型。

6、转差频率控制的规律是什么。

二、绘制α=β配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程控制电压、转速、
电枢电流波形。

三、已知H 型双极式可逆PWM 变换器v u s 100=，当T T on 4
3=时计算输出平均电压，并说明电机的转向。

四、已知控制对象的传递函数为W(s)=)1)(1)(1)(1(43211++++s T s T s T s T K 式中K1=2，T1=0.43s,
T2=0.06s,T3=0.008s,T4=0.002s,要求阶跃输入下系统的超调量小于5%。

用I （积分）调节器把系统校正为典型Ⅰ型系统，设计该调节器？
1、和V——M系统相比PWM系统有哪些优越性
答：1）主电路线路简单，需用的功率器件少。

2）开怪频率高，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，当开关频率适当的时候，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。

由于有上述优点，直流PWM 调速系统的应用日益广泛，特别是在中、小容量的高动态性能系统中，已经完全取代了V-M系统。

2、双闭环直流调速系统转速和电流调节器作用
答:电流调节器的作用是：限制最大电流（过大的起动电流、过载电流），并使过载时（达到允许最大电流时）思想很陡的下垂机械特性；起动时，能保持电流在允许最大值，实现大恒流快速启动；能有效抑制电网电压波动对电流的不利影响。

转速调节器的作用：能有效地消除转速偏差，保持转速恒定；当转速出现较大偏差时，它能迅速达到最大输出电压，输送给电流调节器，使电流迅速上升，实现快速响应。

3、说明位置随动系统的组成
答：（1）位置检测器（2）电压比较放大器（3）可逆功率放大器（4）执行机构
4、从评价交流调速系统效率出发，异步电动机调速系统分为几类。

变压变频调速、转子串电阻调速、绕线转子电动机串级调速属于哪类调速
答：1）转差功率消耗型调速系统2）转差功率不变型调速系统3）转差功率馈送型调速系统
5、写出异步电动机在两相任意旋转坐标系下数学模型。

答：
1.异步电机在两相任意旋转坐标系（dq坐标系）上的数学模型
两相坐标系可以是静止的，也可以是旋转的，其中以任意转速旋转的坐标系为最一般的情况，有了这种情况下的数学模型，要求出某一具体两相坐标系上的模型就比较容易了。

变换关系
设两相坐标轴与三相坐标轴的夹角为，而为坐标系相对于定子的角转速，为坐标系相对于转子的角转速。

变换过程
具体的变换运算比较复杂，
根据式（6-98）另0轴为假想轴d轴和A轴夹角为θ 可得：
写成矩阵形式：
合并以上两个方程式得三相静止ABC坐标系到两项旋转dq0坐标系的变换式
（1）磁链方程
利用变换将定子的三项磁链和转子的三项磁链变换到dqo坐标系中去，定子磁链的变换阵是其中d轴与A轴的夹角为，转子磁链的变换阵是是旋转三相坐标系变换到不同转速的旋转两相坐标系。

其中d 轴与α 轴的夹角为。

则磁链的变换式为：
把定子和转子的磁链表达成电感阵和电流向量乘积，在用和的反变换阵把电流变换到dq0坐标上：
磁链的零轴分量为
它们各自独立对dq轴磁链没有影响，可以不考虑则可以简化。

控制有关。

代入参数计算，并去掉零轴分量则dq坐标系磁链方程为
或写成
式中
—— dq坐标系定子与转子同轴等效绕组间的互感；
—— dq坐标系定子等效两相绕组的自感；
——dq坐标系转子等效两相绕组的自感。

异步电机在两相旋转坐标系dq上的物理模型
图6-50 异步电动机在两相旋转坐标系dq上的物理模型（2）电压方程
利用上式A得定子电压变换的关系为
先讨论A相的关系
同理
在ABC坐标系下A相的电压方程，
代入得
为dq0旋转坐标系对于定子的角速度
由于为任意值因此下式三式成立
同理转子电压方程为
式中为dq0旋转坐标系相对于转子的角速度
同理利用B相和C相的电压方程求出的结果与上面一致。

（2）电压方程
上面的方程整理有定子和转子的电压方程
令
旋转电动势向量
则式（6-106a）变成
这就是异步电机非线性动态电压方程式。

与第6.6.2节中ABC坐标系方程不同的是：此处电感矩阵L 变成4 4 常参数线性矩阵，而整个电压方程也降低为4维方程。

（3）转矩和运动方程
dq坐标系上的转矩方程为
运动方程与坐标变换无关，仍为
其中——电机转子角速度。

阶数下降，但非线性、强耦合、多变量性质未变。

异步电机在dq坐标系上的动态等效电路
2. 异步电机在坐标系上的数学模型
在静止坐标系上的数学模型是任意旋转坐标系数学模型当坐标转速等于零时的特例。

当时，，即转子角转速的负值，并将下角标改成，则式（6-105）的电压矩阵方程变成
而式（6-103a）的磁链方程改为
利用两相旋转变换阵，可得
代入式（6-107）并整理后，即得到坐标上的电磁转矩
式（6-108）~式（6-110）再加上运动方程式便成为坐标系上的异步电机数学模型。

这种在两相静止坐标系上的数学模型又称作Kron的异步电机方程式或双轴原型电机（Two Axis Primitive Machine）基本方程式。

3. 异步电机在两相同步旋转坐标系上的数学模型
另一种很有用的坐标系是两相同步旋转坐标系，其坐标轴仍用d，q表示，只是坐标轴的旋转速度
等于定子频率的同步角转速。

而转子的转速为，因此dq 轴相对于转子的角转速
，即转差。

代入式（6-105），即得同步旋转坐标系上的电压方程
在二相同步旋转坐标系上的电压方程
磁链方程、转矩方程和运动方程均不变。

两相同步旋转坐标系的突出特点是，当三相ABC坐标系中的电压和电流是交流正弦波时，变换到dq 坐标系上就成为直流。

4、按转子磁场定向下的数学模型
在dq坐标系放在同步旋转磁场下使d轴与转子磁场的方向重合此时转子的d轴的磁通分量为0，既有下式。

带入式（6-111）
三四行出现零元素，减少了耦合，简化了模型
上式中解得，带入dq坐标系中的转矩方程有如下结果，
6、转差频率控制的规律是什么。

答：电动机转速降落, 影响转子损耗和电动机的效率。

转差率控制是一种解决异步电动机电磁转矩控制问题的方法, 采用这种控制方案的调速系统, 可以获得与直流电动机恒磁通调速系统相似的性能。

控制规律是：转矩与转差角频率的正比关系,即：转差角频率ws 必须较小, 即控制系统必须对ws 限幅, 使其满足ws< wsmax
二、绘制α=β配合控制有环流可逆直流调速系统正向制动过渡过程控制电压、转速、
电枢电流波形。

三、已知H型双极式可逆PWM变换器v
u s100
=，当T
T on
4
3
=时计算输出平均电压，并说明电机的转向。

答：
四、已知控制对象的传递函数为W(s)=)1
)(
1
)(
1
)(
1
(4
3
2
1
1
+
+
+
+s
T
s
T
s
T
s
T
K
式中K1=2，T1=0.43s, T2=0.06s,T3=0.008s,T4=0.002s,要求阶跃输入下系统的超调量小于5%。

用I（积分）调节器把系统校正为典型Ⅰ型系统，设计该调节器？
调节器W（S）
答：。