电力拖动自动控制系统复习题2014.doc

填空
调节直流电动机的转速的方法：______________、______________、_____________。
调速系统的静差率指标应以______________时所能达到的数值。
双闭环直流调速系统采用PI调节器，其I的作用是______________。
同步电动机按励磁方式分为______________同步电动机和_________同步电动机两种。
异步电动机的动态模型由_________、__________、__________和__________组成。
异步电动机的气隙是________的，而同步电动机则有 和 之分。
同步电动机的变压变频调速系统有____________________和____________________系统。
数字测速中，M法测速的分辨率Q= 、误差率 ；T法测速的分辨率Q= 、误差率 ；其中 适合于高速、 适合于低速。
双闭环直流调速系统中，内环是 ，外环是 。
双闭环直流调速系统的起动过程分为三个阶段，I是 、II是 、III是 。
调速系统的稳态性能指标为： 和 。
常用典型系统的开环传递函数：I型为： ，II型为： 。
V-M直流调速系统分为配合控制的 可逆系统和逻辑控制的 可逆系统。
可逆PWM变换器的控制方式有 、 和 等多种。
已知：，采用工程方法近似则： 近似条件 。
典型I型系统做二阶最佳整定时： ； ； 。
闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变______________。
为了在起动或堵转时把电枢电流限制在过载范围以内，单闭环直流调速系统常常采用______________环节。
双闭环直流调速系统转速调节器ASR输出的限幅值决定了______________。
在可逆V－M系统中有两种不同性质的环流： 和 ；
常用的直流可控直流电源有： 、 和 ；
无环流可逆控制系统有两大类： 和 。
与模拟控制系统相比，微机数字控制系统的主要特点是 和 。
光电编码器有 和 两种。
转速、电流双闭环直流调速系统中，电流调节器输出限幅的作用是 。

调节电枢电压U、减弱励磁磁通Φ、改变电枢回路电阻R
最低速
最终消除稳态偏差
可控励磁、永磁
磁链方程、电压方程、转矩方程、运动方程
均匀、隐极、凸极
他控变频调速、自控变频调速
、、、、M法、T法
电流调节器、转速调节器
电流上升阶段、恒流升速阶段、转速调节阶段
调速范围、静差率
、
有环流
双极式、单极式、受限单极式
、
0.707、0.5、4.3%
整流电压
电流截止
允许的最大电流
转矩上升、恒转矩升速、转速调节
静态环流、动态环流
旋转变流机组、静止式可控整流器、直流斩波或脉宽调制变换器
逻辑控制无环流、错位控制无环流
离散化、数字化
增量式、绝对值式
限制电力电子变换器的最大输出电压

步电机双馈调速的五种工况为：　　 ，　 ，　 　，　　 和　 　　。
次同步转速下作电动运行、在反转时作倒拉制动、在超同步转速下作回馈制动、在超同步转速下作电动运行、在次同步转速下作回馈制动运行

按转差功率的回馈方式的不同，把串级调速分为___ _ 和 ______________。
电气、机械

按功率消耗的不同，异步电动机的调速系统分成三类：　　　 ，　　 　 　，和　　 　　；
转差功率消耗型、转差功率馈送型、转差功率不变型

异步电动机常见调速方法有：　　 　 　，　　 　　，　　 　，　　
和 　　， ，　　 　　；
降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速、绕线转子电动机串级调速、双馈电动机调速、变极对数调速、变压变频调速

6、电力电子变压变频器可分为 和
两大类。
交-直-交、交-交

变压变频调速在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于 性质地，而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于 。
恒转矩调速、恒功率调速

以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望高得多的等腰三角波作为 ，并用频率和期望波相同的正弦波作为 ，这种调制方法称作 。
载波、调制波、正弦波脉宽调制

异步电动机的气隙的 ，而同步电动机则有 和
之分，隐极式电机气隙 ，凸极式则 。
均匀的、隐极、凸极、均匀、不均匀

电压空间矢量控制技术每次切换开关状态时，只切换一个 ，以满足最小 。
功率开关器件、开关损耗

交流电动机有 和 两大类。
异步电动机、同步电动机

问答题
分别写出数字PI调节器位置式和增量式两种算法的表达式。（6分）

反馈控制系统的三个基本控制规律是什么？（6分）

晶闸管整流器的缺点是什么？？（8分）

画转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图。（5分）

试写出积分分离数字PI算法表达式，并说明其作用。（6分）

伯德图的低中高三个频段包括哪几方面的特征？（9分）

异步电动机变压调速系统不同于直流电动机闭环变压调速系统的地方是什么？

交流异步电动机和直流电动机的数学模型相比有什么本质区别？

分别写出以下坐标变换，，，。

从转差功率是消耗还是回收可以把异步电动机的调速系统分为哪几类？都分别有哪几种调速方法？

转差频率控制的规律是什么？

异步电机双馈调速有哪几种工作情况？分别对其进行一下简单分析。

电压空间矢量PWM控制技术的控制模式有什么特点？

答：位置式：
增量式：
评分标准：各3分；共6分
答：基本规律：1）只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量是有静差的；
2）反馈控制的作用是抵抗扰动、服从给定
3）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。
评分标准：各2分，共用6分;

答：首先由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。另一个问题是对过电流、过电压和过高的 与都十分敏感。最后，谐波与无功功率造成的电力公害是晶闸管整流装置进一步普及的障碍。
评分标准：共8分；
答：

评分标准：共5分。

答：
积分分离法能有效抑制或减小超调，常由于转速调节器。
评分标准：公式每个3分，共6分。

答：1）中频段以—20dB/dec的斜率穿越0dB线，而且这一斜率能覆盖足够的频带宽度，则系统的稳定性好。
2）截止频率（或称剪切频率）越高，则系统的快速性越好。
3）低频段的斜率陡、增益高，说明系统的稳态精度高。
4）高频段衰减越快，即高频特性负分贝值越低，说明系统抗高频噪声干扰的能力越强。
评分标准：1）3分，2）3）4）各2分，共9分。

答：静特性左右两边都有极限，不能无限延长，它们是额定电压USN下的机械特性和最小输出电压Usmin下的机械特性。（3分）当负载变化时，如果电压调节到极限值，闭环系统便失去控制能力，系统工作点只能沿着极限开环特性变化。（3分）

答：1）异步电动机是一个多变量（多输入多输出）系统，而电压（电流）、频率、磁通、转速之间又互相都有影响，所以是强耦合的多变量系统；2）数学模型也是非线性的；3)是一个高阶系统。

答：1）转差功率消耗型调速系统。例如：降压调速、电磁转差离合器调速、绕线转子异步机转子串电阻调速。
2）转差功率馈送型调速系统。例如：绕线转子异步机串级调速和双馈电机调速。
3）转差功率不变型调速系统。例如：变极对数调速、变压变频调速

答：1）、在范围内，转矩Te基本上与ωs成正比，条件是气隙磁通 φm不变。
2）、在不同的定子电流值时，按的函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通φm恒定。

答：有五种工况。
1） 电机在次同步转速下作电动运行0<s<1，>0；
2） 电机在反转时作倒拉制动运行：s>1，>0；
3） 电机在超同步转速下作回馈制动运行：s<1，<0；
4） 电机在超同步转速下作电动运行：s<0；>0；
5） 电机在次同步转速下作回馈制动运行：0<s<1，<0。

答：1）逆变器的一个工作周期分成6个扇区，每个扇区相当于常规六拍逆变器的一拍。
2）在每个小区间内虽有多次开关状态的切换，但每次切换都只涉及一个功率开关器件，因而开关损耗较小。
3）每个小区间均以电压矢量开始，又以零矢量结束。
4）利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简单。
5）采用SVPWM控制时，逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，这比一般的SPWM逆变器输出电压提高了15%。

计算题

旋转编码器光栅数位1024，倍频系数位4，高频时钟脉冲频率,旋转编码器输出的脉冲个数和高频时钟脉冲个数采用16位计数器，M法和T法测速时间均为0.01S，求转速时的测速分辨率和误差率最大值。

某生产设备欲用60kw直流电动机拖动，直流电动机为Z2-93型，200V、305A、1000r/min，电枢电阻Ra=0.08Ω，整流器内阻和平波电抗器电阻为0.1Ω、Ce=0.2、Tm=0.097s、TL=0.012s、Ts=0.0017s,要求D=20、S5%，问系统采用比例调节器能否满足稳定要求？

一个三相桥式晶闸管整流装置供电的转速，电流双闭环调速系统，基本数据如下：直流电动机：220v， 136A，1460r/min， Ce = 0.132 V.min/r；晶闸管放大系数：；电枢回路总电阻：；时间常数： ，，，电流反馈系数：，试求：当电流超调量时，1）时间常数和；2）计算电流调节器参数3）校验近似条件。

某一调速系统，测得的最高转速特性为，最低转速特性为，带额定负载时的速度降落，且在不同转速下额定速降 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？

有一V－M系统，已知：电动机：，，，，,整流装置内阻，触发整流环节的放大倍数。求：1）系统开环工作时，试计算调速范围时的静差率s值（3分）；2）当，时，计算系统允许的稳态速降（2分）；3）如组成转速负反馈有静差调速系统，要求，，在时，,计算转速负反馈系数和放大器放大系数（5分）。（共10分）

有一闭环系统，其控制对象传递函数为：

其中，T1>T2，K2为控制对象的放大系数。
设计任务为校正成典型Ⅰ型系统。试：
（1）写出典型Ⅰ型系统开环传递函数；（4分）
（2）选择调节器结构并写出校正后系统的开环传递函数；（6分）
（3）选择合理的参数配合形式。（5分）

解：1、M法：

时：r/min，
时：r/min，
2、T法：

时：r/min，
时：r/min，
由计算知T法适合低速，M法适合高速。

解：
1）………①
………②
2）系统的开环额定转速降落
……………③
3）由式得： …………④
（4）从系统稳定条件，计算闭环系统放大系数
……⑤
可见，<系统能稳定运行。

解：
1）…………………………①

…………………②
2)……………………………③
……………………④
……………………………⑤
………………………⑥
3)
满足条件……………⑦
满足条件………⑧
满足条件……⑨

解：

………①
……………………………………②
……………………………③
评分：① 1分，②③个2分，共5分；

解：1）…………..①
…………②
…………..………③
2) ……………….…④
3) ……………………...⑤
……………………….⑥
取31…⑦
…………………………………..⑧
…………………⑨

解：（1）典型Ⅰ型系统开环传递函数：

（2）对于双惯性环节控制对象，若要校正成典型Ⅰ型系统，调节器必须具有一个积分环节，并含有一个比例微分环节。因此，选择PI调节器，其传递函数为：

校正后系统的开环传递函数为：

（3）参数配合：取，并令，则有

这就是典型Ⅰ型系统。