电气传动自动控制系统模拟题和答案.pdf

1 电气传动自动控制系统模拟题及答案 模拟试卷 1 一 填空 共 10 分 每题 2 分 1 常用的可控直流电源有旋转变流机组 直流斩波器三种类型 2 晶闸管触发与整流装置的近似传递函数是 3 采用比例调节器的直流调速系统 考虑相同理想空载转速的情况 闭环静差 率 scl与开环静差率 sop的关系是 scl 4 一般来说 调速系统的动态指标以 性能为主 而随动系统的动态指 标以跟随性能为主 5 对于典型 I 型系统 开环放大倍数 K 越大 截止频率就越 系统响应 就越 稳定性就越 二 选择题 共 10 分 每题 2 分 1 晶闸管整流器的失控时间和 有关 A 整流器内阻 B 晶闸管电流 C 输入电压幅值 D 脉波数 2 试给出 PI 调节器的传递函数 并绘出用运算放大器的实现电路 从频域特征上判断一个调速控制系统的性能 A 截止频率高 响应就慢 B 高频衰减快 抗干扰能力不强 C 低频段增益高 稳态精度 D 中频段越窄 稳定性越好 3 电压负反馈的调速系统不能抑制 扰动 A 电网电压波动 B 调节器放大倍数变化 C 晶闸管内阻变化 D 负载波动 4 直流双闭环调速系统中通过变化 就可以调整最大负载电流 A 速度给定 B 电网电压 C 电流调节器限幅 D 速度调节器限幅 5 典型 I 型系统可以无静差地跟踪 信号 A 斜坡信号 B 阶跃信号 C 加速度信号 D 锯齿波信号 三 简答题 共 40 分 每题 5 分 1 试给出典型 I 型传递函数 并绘出其 Bode 图 2 2 在直流双闭环调速系统中 速度调节器有哪些作用 3 调速系统的精度主要取决于哪些因素 4 试绘出直流电动机的单闭环调速系统的静态结构图 结合该图说明闭环系统 可以抑制哪些扰动 5 试绘出直流电机调压调速的机械特性和静特性 6 高频段小惯性环节如何近似处理 其近似条件是什么 7 常见的交流调速方法有哪些 各有何特点 8 试给出转速电流双闭环直流调速系统在稳态工作时的速度调节器和电流调节 器输入和输出值 四 论述题 共 20 分 每题 10 分 1 试绘出双闭环直流电机调速系统的动态结构图 并绘图说明电机的起动过程 2 一个被控对象的传递函数是 12 1 1 K TsT s 其中 T1 T2 试分析要将其校正 成典型 I 型系统 如何选择调节器的结构和参数 五 计算题 共 20 分 1 某直流调速系统电动机额定转速为 1000rpm 额定速降 n 100r min 当要 求静差率 10 时 允许多大的调速范围 如果要求静差率 20 则调速范围是 多少 如果希望调速范围达到 10 所能满足的静差率是多少 参考答案 一 1 晶闸管可控整流器 2 s s s 1 K W s T s 3 1 op S K 4 抗扰 5 高 快 差 二 1 D 2 C 3 D 3 4 D 5 B 三 1 答 s 1 K W s sTs 2 答 转速调节器的作用 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 输出限幅值决定电机允许的最大电流 3 答 调速系统的精度主要取决于 1 给定电源的精度 2 反馈器件的精度 3 调节器的结构 4 答 该闭环系统可以抑制 电网电压的波动 负载的变化 励磁电流的波动 调节器 参数的波动 5 答 4 6 答 高频段多个小惯性环节可以等效为一个小惯性环节 1 1 1 1 1 3232 sTTsTsT 32 c 3 1 TT 7 答 常见的交流调速方法有 1 降电压调速 2 转差离合器调速 3 转子串电 阻调速 4 绕线电机串级调速或双馈电机调速 5 变极对数调速 6 变压变频 调速等等 从转差功率的分类来看 属于转差功率消耗型的有 1 2 3 属于转差功 率不变型的有 5 6 属于转差功率馈送型的有 4 8 答 转速电流双闭环直流调速系统在稳态工作时的速度调节器和电流调节器 输入和输出值分别为 在稳态工作点上 1 转速 n 是由给定电压U n决定的 2 ASR的输出量U i是由负载电流 IdL 决定的 3 控制电压 Uc 的大小则同时取决于 n 和 Id 或者说 同时取决于U n 和 IdL 四 1 5 双闭环直流调速系统的起动过程分为三个阶段 1 电流上升阶段 由于转速变化慢 转速调节器很快饱和 饱和时转速环相当于开环 ASR 输出限幅值 2 转速上升阶段 电机在最大电流下以恒加速度升速 3 转速调整阶段 当电机转速上升到 给定转速时 ASR 退饱和 2 对于双惯性对象 12 1 1 K TsT s 要将其校正成典型I型系统 调节器的结构 应该选择为PI 传递函数为 s sK 1 1pi 1 其中 调节器的参数应该选择 11 T 五 解 1 根据D与s的关系 1 N N n s D ns 当s 0 1 10000 110000 1 1 11 100 10 1 1000 9 D 2 如果s 0 2 6 10000 210000 2 2 5 100 10 2 1000 8 D 3 如果D 10 1000 10 100 1 0 5 s s s 7 模拟试卷 2 一 填空 共 10 分 每题 2 分 1 大惯性环节 1 1 Ts 其近似条件 2 采用比例调节器的直流调速系统 在同样负载扰动下 闭环速度降落与开环 速度降落的关系是 ncl 3 晶闸管 电动机反并联可逆调速系统当电机处于反向制动状态时 正组处于 状态 4 晶闸管 电动机反并联可逆调速系统当处于正向制动状态时 位于机械特性 的第 象限 5 交流异步电动机调压调速拖动恒转矩负载 转速越低 转差功率消耗 二 选择题 共 10 分 每题 2 分 1 在电压负反馈 电流正反馈调速系统中 电流环起 作用 A 调节电枢电流 B 补偿负载的扰动 C 调节电枢电压 D 调节电机速度 2 速度电流双闭环系统在恒流升速阶段 A 电流调节器限幅 B 电流调节器未限幅 C 速度调节器限幅 D 速度调节器未限幅 3 速度电流双闭环系统在速度调节阶段 A 电流调节器限幅 B 电流调节器未限幅 C 速度调节器限幅 D 速度调节器未限幅 4 典型II型系统可以只能有静差地跟踪 信号 多重选择 A 斜坡信号 B 阶跃信号 C 加速度信号 D 常值输入信号 5 属于转差功率消耗型的调速方法有 多重选择 A 降压调速 B 变极调速 C 转子串电阻调速 D 同步电机调速 E 转差离合器调速 F 变压变频 G 绕线转子电机串级调速 三 简答题 共 40 分 每题 5 分 1 试给出典型II系统的传递函数 并绘出其Bode图 8 2 在直流双闭环调速系统中 电流调节器有哪些作用 3 在PWM调速系统中的泵升电压是什么含义 如何抑制 4 绘出直流电机开环机械特性和闭环静特性 说明二者的关系 并解释为什么 速度闭环后可以降低稳态速度降落 5 绘出带电流截止负反馈的闭环直流调速系统的稳态结构图 6 采用Bode图设计控制系统时 对不同的频段有何要求 7 试给出积分调节器的传递函数 绘出用运算放大器的实现电路 并绘出其Bode 图 8 高频段小惯性环节如何近似处理 其近似条件是什么 四 论述题 共 20 分 每题 10 分 1 试绘出转速电流双闭环直流调速系统的动态结构图 2 一个被控对象的传递函数是 1 K s Ts 试分析要将其校正成典型II型系统 如何选择调节器的结构和参数 五 计算题 共 20 分 1 某直流调速系统电动机额定转速为1000rpm 额定速降 n 150r min 当要 求静差率20 时 允许多大的调速范围 如果要求静差率10 则调速范围 是多少 如果希望调速范围达到10 所能满足的静差率是多少 参考答案 一 一 1 1 1 Ts 3 c T 2 2 1 op n K 3 逆变 4 四 5 大 3 逆变 4 四 5 大 二 二 1 B 2 B C 3 B D 1 B 2 B C 3 B D 9 4 A B D 5 A C E 4 A B D 5 A C E 三 1 答 三 1 答 1 1 2 Tss sK sW 2 答 2 答 在直流双闭环调速系统中 电流调节器的作用有 1 作为内环的调节器 在外环转速的调节过程中 它的作用是使电流紧紧跟 随其给定电压 即外环调节器的输出量 变化 2 对电网电压的波动起及时抗扰的作用 3 在转速动态过程中 保证获得电机允许的最大电流 从而加快动态过程 4 当电机过载甚至堵转时 限制电枢电流的最大值 起快速的自动保护作用 一旦故障消失 系统立即自动恢复正常 3 答 在PWM调速系统中的主回路中 当电机制动时吸收系统的动能 由于 直流电源由二极管整流器供电 不能回馈能量 只能对滤波电容充电 造成 电容两端电压的升高 这叫泵升电压 通过接通镇流电阻 可以消耗掉部分 动能 避免电容电压的升高 4 答 4 答 从图可以看出 闭环静特性是由无数条机械特性组成的 当系统速度闭环后 如 果负载增加 造成速度的降低 速度的偏差就变大 速度调节器的输出就增加 10 晶闸管整流装置的输出电压就升高 从而减少了速度的降低 5 5 答 答 6 答 1 中频段以 20dB dec 的斜率穿越 0dB 而且这一斜率覆盖足够的频带宽 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 7 答 6 答 1 中频段以 20dB dec 的斜率穿越 0dB 而且这一斜率覆盖足够的频带宽 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 7 答 ssU sU sW 1 in ex i 8 答 高频段多个小惯性环节可以等效为一个小惯性 时间常数为多个小惯性环 节的时间常数的和 8 答 高频段多个小惯性环节可以等效为一个小惯性 时间常数为多个小惯性环 节的时间常数的和 1 1 1 1 1 3232 sTTsTsT 11 近似条件为 32 c 3 1 TT 四 1 四 1 2 2 对于积分惯性对象 1 K s Ts 要将其校正成典型II型系统 调节器的结构应 该选择为PI 传递函数为 1 1 1 pi Ks s 其中 调节器的参数应该选择 1 hT 五 解 五 解 1 根据D与s的关系 1 N N n s D ns 当s 0 2 10000 210000 2 1 67 150 10 2 1500 8 D 2 如果s 0 1 10000 110000 1 0 74 150 10 1 1500 9 D 3 如果D 10 1000 10 150 1 0 6 s s s 12 模拟试卷 3 一 填空 共 10 分 每题 2 分 1 采用比例调节器的直流调速系统 在同样额定速度情况下 闭环调速范围Dcl 与开环调速范围Dop的关系是Dcl 2 晶闸管 电动机反并联可逆调速系统当处于正向制动状态时 反组处于 状态 3 交流异步电动机调压调速拖动 类型负载比较适宜 4 异步电动机在基频以下调速时 属于恒 调速 5 从结构上分 电力电子变压变频器分为交 直 交和 两类 二 选择题 共 10 分 每题 2 分 1 在电压负反馈 电流正反馈调速系统中 系统可以抑制 作用 A 电网电压波动 B 负载转矩变化 C 励磁电流变化 D 电枢电阻变化 E 给定电源波动 F 调节器漂移 2 在 直 流 双 闭 环 调 速 系 统 中 速 度 环 可 以 在 抑 制 扰 动 A 负载变化 B 测速机干扰 C 电网电压波动 D 给定电源波动 E 速度调节器漂移 F 电机参数变化 3 无静差调速系统的稳态精度取决于 A 调节器参数 B 测速机精度 C 给定电源精度 D 负载扰动 4 直流双闭环调速系统中通过变化 就可以调整最大负载电流 A 速度给定 B 电网电压 C 电流调节器限幅 D 速度调节器限幅 5 从频域特征上判断一个调速控制系统的性能 A 截止频率高 响应就慢 B 高频衰减快 抗干扰能力不强 C 低频段增益高 稳态精度 D 中频段越窄 稳定性越好 三 简答题 共 40 分 每题 5 分 1 试画出直流调压调速系统在不同转速下的机械特性和静特性 并说明静差率 与机械特性硬度的关系 13 2 分析说明闭环直流调速系统不能抑制哪些扰动 3 试分析电压负反馈进行速度控制的基本原理 4 分析说明闭环直流调速系统可以抑制哪些扰动 5 典型II型系统可以无静差地跟踪什么样信号 为什么 6 高阶系统如何降阶处理 其近似条件是什么 7 试说明M法测速的原理 并说明其适用条件 8 绘出基频以上恒压变频调速的机械特性 并说明其特点 四 论述题 共 20 分 每题 10 分 1 试分析采用比例调节器和积分调节器的调速系统在突加负载时的动态过程 2 试述电压负反馈调速系统中电流正反馈和直流双闭环系统中电流负反馈的作 用 五 计算题 共 20 分 1 已知某直流调速系统的额定转速为1400rpm 额定速度降落为100rpm 1 如果要求静差率s 20 计算允许的调速范围 2 如果要求调速范围达到10 计算所满足的静差率 参考答案 一 一 1 1 op D K 2 逆变 3 风机 4 转矩 5 交 交变频 二 1 A F 2 A E 3 B C 4 D 二 1 A F 2 A E 3 B C 4 D 14 5 C 三 1 答 5 C 三 1 答 从图可以看出 闭环静特性是由无数条机械特性组成的 静差率表示了电机的带载能力 它不仅和速度降落有关 还和空载转速有关 相 同硬度的机械特性 空载转速越高 静差率就越小 2 答 闭环直流调速系统可以抑制闭环内部前向通道上的扰动 但是 不能抑制 来自给定通道和反馈通道的扰动 3 答 对于他励直流电动机来说 从 dd e UI R n C 可以看出 当忽略电阻上的压 降时 可以近似认为电枢电压正比于电机转速 因此 通过引入电压负反馈也可 以进行速度控制 4 答 闭环直流调速系统可以抑制闭环内部前向通道上的扰动 包括 调节器增 益的波动 电源电压的波动 负载电阻的波动 励磁电流的波动 电机负载的变 化等 5 答 典型II型系统可以无静差地跟踪阶跃输入信号和斜坡输入信号 由于其 开环传函中包含两个积分环节 跟据终值定理可以计算阶跃输入信号和斜坡输入 信号下的稳态为零 6 答 在进行控制系统设计 往往可以把高阶系统近似成一个低阶系统 11 23 cs K csbsas K sW 其近似条件为 15 1 min 3 1 c a c b 7 答 M法测速的原理 通过检测设定时间周期Tc内的光电编码的脉冲数M1 来计算 电机的转速 c 1 60 ZT M n 该方法适用于电机高速运行的情况 8 答 交流异步电动机基频以上恒压变频调速的机械特性 该种调速方法的特点是属于恒功率调速 四 四 1 答 16 2 答 在电压负反馈调速系统中电流正反馈的主要作用是对负载扰动进行补偿 它属于一种前馈控制 不是反馈控制 从系统稳定性考虑 一般采用欠补偿方式 而在直流双闭环系统中电流负反馈的作用属于反馈控制作用 提供电流的闭环调 节作用 它可以用来快速消除电网电压的波动对速度的影响 五 五 1 解 1 根据D与s的关系 1 N N n s D ns 当s 0 2 14000 214000 2 3 5 100 10 2 1000 8 D 2 如果D 10 1400 10 100 1 6 7 s s s 17 模拟试卷 4 一 填空 共 10 分 每题 2 分 1 直流电机静差率定义 S 调速范围定义 D 2 晶闸管 电动机反并联可逆调速系统当处于正向制动状态时 电机处于 状态 3 正弦PWM控制技术有 控制和 控制两种方式 4 采用比例调节器的直流电机调速系统中 如果开环放大倍数为K 在相同的负载下 闭环系统的静态速降减小为开环系统速降的 5 双闭环系统调速系统中 稳态时 速度调节器的输入 输出 二 选择题 共 10 分 每题 2 分 1 在交流异步电机中的 3 2 变换指的是 变换 A 三相旋转坐标系到两相静止坐标系 B 三相静止坐标系到两相旋转坐标系 C 三相旋转坐标系到两相旋转坐标系 D 三相静止坐标系到两相静止坐标系 2 速度电流双闭环系统稳定运行时 电流调节器的输出值取决于 A 速度给定 B 负载大小 C 电流环反馈系数 D 速度环的反馈系数 E 电流调节的限幅值 F 速度调节器的限幅值 3 直流双闭环调速系统中 出现速度超调的原因是 A 电机惯性 B 电流调节器退饱和 C 速度调节器退饱和 D 速度调节器参数和结构不合适 4 在电压负反馈调速系统中 电压环能够抑制 的变化产生的速度波动 A 电网电压 B 电机电枢电阻 C 电机磁通 D 电压反馈系数 5 无静差调速系统的稳态精度取决于 A 调节器参数 B 测速机精度 C 给定电源精度 D 负载扰动 三 简答题 共 40 分 每题 5 分 1 为什么要在电压负反馈调速系统中引入电流正反馈 2 典型I型系统和典型II型系统各有何特点 3 低频大惯性环节如何近似处理 其近似条件是什么 4 在转速电流双闭环直流调速系统中 设计速度环时电流环如何等效 5 试分析说明在计算机控制系统中采样频率如何选择 6 试说明T法测速的原理 并说明其适用条件 18 7 试绘出两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路 并说明电机可逆运行的原理 8 从能量回馈的角度分析电压源型和电流源型逆变器的区别 四 论述题 共 20 分 每题 10 分 1 在转速电流双闭环直流调速系统中 电流环应该设计成什么样的典型系统 为什么 2 如果给定电压不变 调节反馈电压的分压比是否能够调速 为什么 五 计算题 共 20 分 1 已知某机械系统采用的直流电机的额定数据如下 5 5KW 220V 28A 1100rpm 采用晶闸管 电动机系统 主回路总电阻R 1 0欧姆 电动机电动势系数Ce 0 18V min r 如果要求调速范围D 10 静差率s 5 试计算满足此要求的额定速度降落最多为 多少 参考答案 一 一 1 0 N n s n max min n D n 2 回馈发电 3 单极性 双极性 4 1 1K 5 0 d I 二 二 1 C 2 A B D 3 C 4 A 5 B 三 三 1 答 在电压负反馈调速系统 如果忽略电枢电阻上的压降 就可以近似认为电枢电 压正比于电机转速 但是 当电机负载增加时 调速的精度就会变差 因此 需要引入 19 引入与电机电流成正比的正反馈 以补偿控制电枢电阻的压降 2 答 典型I型系统的开环传函中有一个积分环节 典型II型系统开环传函中有两个 积分环节 典型I型系统可以无静差地跟踪阶跃输入信号 典型II型系统可以无静差地 跟踪阶跃输入信号和斜坡输入信号 3 答 低频大惯性环节可以近似成一个积分环节 11 1 W s TsTs 其近似条件为 T 3 c 4 答 在转速电流双闭环直流调速系统中 设计速度环时电流环可以等效成一个小惯 性环节 1 1 1 I cli s K sW 5 答 在计算机控制系统中采样频率的选择应满足香农采样定理 即采样频率应不小于 信号最高频率的2倍 6 答 在电机的测速中 T法测速是用一个固定的较高频率f0的脉冲 对编码输入的 脉冲信号进行计数M2 2 0 60 ZM f n 该方法适用于电机低速运行时的测速 7 答 两组晶闸管可控整流装置反并联可逆线路如下图 两个反并联的可控整流装置工作在不同的状态 当电机正向运行时正组整流 反组 逆变 电机反转时 正组逆变 反组整流 8 答 根据能量缓冲的方式的差异 逆变器分为电压源型和电流源型 电压源型采用 电容缓冲能量 电流源型采用电感缓冲能量 20 四 四 1 答 在转速电流双闭环直流调速系统中 电流环应该设计成典型I型系统 因为 从 稳态精度来看 希望电流环对于阶跃输入信号无静差 所以采用典型I型系统就可以 从动态上看 实际系统不允许电枢电流出现太大的超调 因此对电网电压波动的抑制只 是一个次要因素 主要应强调电流的跟随性能 因此应选择典型I型系统 2 答 如果给定电压不变 调节反馈电压的分压比能够调速 因为 反馈通道的变化闭 环系统无法识别是反馈的变换还是扰动 当反馈系数变小时 闭环系统的输出转速就升 高 当反馈系数变大时 闭环系统的输出转速就降低 五 五 1 解 当电流连续时 额定速度降落为 281 280 min 0 18 dN N e IR nr C 根据 1 N N n s D ns 当D 10 s 5 时 11000 05 10 10 05 n 5 79 minnr 21 模拟试卷 5 一 填空 共 10 分 每题 2 分 1 异步电动机的转速表达式为 n 2 晶闸管 电动机反并联可逆调速系统当处于反向制动状态时 电机处于 状态 3 异步电动机在基频以上调速时 属于恒 调速 4 在交 直 交变压变频器中 按照中间环节直流电源性质的不同 逆变器可 以分为 型和电流源型两类 5 异步电动机的交流调速一般可以分成 和 三类 二 选择题 共 10 分 每题 2 分 1 属于功率不变型的调速方法有 多重选择 A 降压调速 B 变极调速 C 转子串电阻调速 D 同步电机调速 E 转差离合器调速 F 变压变频 G 绕线转子电机串级调速 2 在直流双闭环调速系统中 电流环可以抑制 扰动 A 负载变化 B 测速机干扰 C 电网电压波动 D 给定电源波动 E 速度调节器漂移 F 电机参数变化 3 速度电流双闭环系统稳定运行时 速度调节器的输出值取决于 A 速度给定 B 负载大小 C 电流环反馈系数 D 速度环的反馈系数 E 电流调节的限幅值 F 速度调节器的限幅值 4 直流双闭环调速系统中 出现速度超调的原因是 A 电机惯性 B 电流调节器退饱和 C 速度调节器退饱和 D 速度调节器参数和结构不合适 5 下述异步电动机调速系统中 属于转差功率消耗型的有 A 变频调速 B 绕线转子异步电动机串级调速 C 降电压调速 D 变极对数调速 E 绕线转子异步电动机串电阻调速 F 电磁转差离 合器调速 三 简答题 共 40 分 每题 5 分 22 1 绘出直流单闭环调速系统静特性 说明为什么速度闭环可以提高调速精度 2 什么是环流 有哪些类型的环流 3 试说明M T法测速的原理 并说明其适用条件 4 常用的位置检测元件有哪些 5 从转差功率来分 异步电动机的调速方法有哪些类型 6 试绘出恒压频比控制时变频调速的机械特性 7 试说明PWM变压变频器的优点 8 交流异步电机基频以下有哪几种电压 频率协调控制方式 四 论述题 共 20 分 每题 10 分 1 在转速电流双闭环直流调速系统中 速度环应该设计成什么样的典型系统 为 什么 2 双闭环调速系统中 转速超调有何作用 五 计算题 共 20 分 1 如果一台直流电机的额定参数是 5 5kW 110V 60A 1000rpm