自动控制系统 复习题目

1 自动控制系统自动控制系统 复习题目复习题目 2010 5 272010 5 27 1 page251 page25 第第7 7 8 8题题 化简如下所示的控制框图 并求出它们的传递函数 化简如下所示的控制框图 并求出它们的传递函数 2 page702 page70 第第8 8题题 已知系统的特征方程式如下 要求利用劳斯判据判定系统的稳定性 已知系统的特征方程式如下 要求利用劳斯判据判定系统的稳定性 01244412 2345 sssss 3 page703 page70 第第1010题题 某单位负反馈系统的开环传递函数为某单位负反馈系统的开环传递函数为 2 01 4 ss sG 当输入当输入 时 求系统的稳态误差 时 求系统的稳态误差 2 210 2 1 tttr 4 page714 page71 第第1616题题 设系统的开环传递函数如下 绘制系统的设系统的开环传递函数如下 绘制系统的BODEBODE图 图 15 12 4 ss sG 一 填充题 一 填充题 1 将开环调速系统改进为转速负反馈调速系统可降低稳态速降 设闭环系统的开环放大系数为将开环调速系统改进为转速负反馈调速系统可降低稳态速降 设闭环系统的开环放大系数为 K 则开环系统与闭环系统的稳态速降之为 则开环系统与闭环系统的稳态速降之为 2 直流电机的调速方法有 直流电机的调速方法有 3 数字 数字 PI 调节器有位置式和调节器有位置式和 两种算法 位置式两种算法 位置式 PI 调节需要调节需要 限限 幅和幅和 限幅 限幅 4 可逆晶闸管 直流电动机调速系统 有两种静态环流 分别是 可逆晶闸管 直流电动机调速系统 有两种静态环流 分别是 和和 配合控制配合控制 是 否 存在环流 是 否 存在环流 2 5 晶闸管 直流电动机调速系统中 若电抗器不足够大 在轻载或空载时 机械特性变 晶闸管 直流电动机调速系统中 若电抗器不足够大 在轻载或空载时 机械特性变 理想空载转速 理想空载转速 6 调速系统的调速范围 调速系统的调速范围 D 静差率 静差率 s 两者间的关系 两者间的关系 7 比例积分调节器的比例部分的作用是 比例积分调节器的比例部分的作用是 积分部分的作用是 积分部分的作用是 8 与模拟控制系统相比 微机数字控制系统的两个主要特点是 与模拟控制系统相比 微机数字控制系统的两个主要特点是 和和 9 在可逆 在可逆 V M 调速系统中 正向制动时 调速系统中 正向制动时 逆变 机械特性在逆变 机械特性在 象限 反向电象限 反向电 动时 动时 整流 机械特性在整流 机械特性在 象限 象限 10 实现它励直流电动机平滑连续调速常用两种方法 基速以下采用 实现它励直流电动机平滑连续调速常用两种方法 基速以下采用 属于恒 属于恒 调速方式 基速以上采用调速方式 基速以上采用 属于恒 属于恒 调速方式 调速方式 11 双极性直流 双极性直流 PWM 变换器的占空比变换器的占空比 当 当 时 输出平均电压为正 要使时 输出平均电压为正 要使 输出平均电压为负 应使输出平均电压为负 应使 1111 对闭环控制系统的基本要求为 对闭环控制系统的基本要求为 1212 拉普拉斯变换的定义式为 拉普拉斯变换的定义式为 L f t F s L f t F s 1313 电流截止负反馈的作用是 电流截止负反馈的作用是 1414 微机数字控制系统与模拟控制系统相比较 其主要特点是 微机数字控制系统与模拟控制系统相比较 其主要特点是 1515 直流双闭环调速系统电动机启动过程的三个阶段分别是直流双闭环调速系统电动机启动过程的三个阶段分别是 16 为了解决双闭环调速系统的转速超调问题 可在转速调节器上引入为了解决双闭环调速系统的转速超调问题 可在转速调节器上引入 可以抑制转速超调并能显著降低动态速降 可以抑制转速超调并能显著降低动态速降 17 转速负反馈自动调速系统在运行中如果突然失去速度负反馈 电动机将转速负反馈自动调速系统在运行中如果突然失去速度负反馈 电动机将 18 在电压负反馈加电流正反馈的调速系统中 电流正反馈的作用是为了 在电压负反馈加电流正反馈的调速系统中 电流正反馈的作用是为了 19 交流异步电机的转速表达式为 交流异步电机的转速表达式为 由此可归纳出交流异步电动机的三类调速方 由此可归纳出交流异步电动机的三类调速方 法 法 2020 交流异步电动机调压调速属于 交流异步电动机调压调速属于 调速 调速 21 21 变频器通常分为间接变频 又叫变频器通常分为间接变频 又叫 变频 其主电路由变频 其主电路由 组成 和直接变频组成 和直接变频 又叫 又叫 变频 变频 22 闭环调速系统对于 闭环调速系统对于 的扰动具有抑制作用 而对于的扰动具有抑制作用 而对于 的扰动则无能为力 的扰动则无能为力 23 转速 电流双闭环调速系统中 调节 转速 电流双闭环调速系统中 调节 的限幅值可以调节系统最大电流 的限幅值可以调节系统最大电流 调节调节 的限幅值可以调节的限幅值可以调节 UPE 的最大输出电压 的最大输出电压 24 24 无静差调速系统中 起到消除偏差作用的环节是无静差调速系统中 起到消除偏差作用的环节是 25 25 当系统的机械特性硬度一定时 如要求的静差率当系统的机械特性硬度一定时 如要求的静差率 s s 越小 调速范围越小 调速范围 D D 26 26 无环流逻辑控制器中应设立无环流逻辑控制器中应设立 电平检测器 电平检测器 二 二 论述逻辑无环流可逆晶闸管 直流电动机调速系统的由正向电动到反向电动的过程 如何实论述逻辑无环流可逆晶闸管 直流电动机调速系统的由正向电动到反向电动的过程 如何实 现电枢电流的反向 现电枢电流的反向 答 答 从正向电动到反向电动分别为四个阶段 从正向电动到反向电动分别为四个阶段 1 正组逆变 电流方向不变正组逆变 电流方向不变 2 反向电流建立 反组整流 电流方向改变反向电流建立 反组整流 电流方向改变 3 3 反组逆变 电流方向与反组逆变 电流方向与 2 相同相同 4 反向启动阶段 反组整流 电流方向与反向启动阶段 反组整流 电流方向与 3 相同相同 在正组切换到反组时 在正组切换到反组时 ASR 输出极性改变 等电枢电流过零后 经过封锁输出极性改变 等电枢电流过零后 经过封锁 延时后 封锁正组脉冲 经开放延时后 开放反组脉冲 延时后 封锁正组脉冲 经开放延时后 开放反组脉冲 三 三 下图下图 1 为双闭环不可逆直流调速系统原理框图 试回答 为双闭环不可逆直流调速系统原理框图 试回答 1 1 为什么双闭环直流调速系统中使用的调节器均为为什么双闭环直流调速系统中使用的调节器均为PIPI调节器调节器 2 2 画出该双闭环调速系统的稳态结构框图 并根据该框图叙述电流和转速的自动调节过程 画出该双闭环调速系统的稳态结构框图 并根据该框图叙述电流和转速的自动调节过程 3 3 如果我们把输出限幅定为 如果我们把输出限幅定为U Uctmax ctmax 试述在实验中这个限幅值是怎样测定的 其理论依据是什 试述在实验中这个限幅值是怎样测定的 其理论依据是什 么 么 4 4 写出电流反馈系数 写出电流反馈系数 转速反馈系数 转速反馈系数 的表达式 的表达式 图图1 1 双闭环不可逆直流调速系统原理框图双闭环不可逆直流调速系统原理框图 解答 解答 1 速度调节器采用速度调节器采用 P P 比例 调节对阶跃输入有稳态误差 要想消除上述误差 则需将调节 比例 调节对阶跃输入有稳态误差 要想消除上述误差 则需将调节 器换成器换成 PI PI 比例积分比例积分 调节 同样 电流调节器若采用调节 同样 电流调节器若采用 P P 比例 调节 对阶跃输入也有稳态误差 比例 调节 对阶跃输入也有稳态误差 要消除该误差将调节器换成要消除该误差将调节器换成 PI PI 比例积分比例积分 调节 调节 2 2 该双闭环调速系统的稳态结构框图如下 该双闭环调速系统的稳态结构框图如下 电流调节器电流调节器 ACR 为为 PI 调节器 当调节器 当 Ui 为一定时 由于电流负反馈的调节作用 使整流装置为一定时 由于电流负反馈的调节作用 使整流装置 的输出电流保持在的输出电流保持在 Ui 数值上 数值上 速度调节器速度调节器 ASR 也为也为 PI 调节器 当调节器 当 Un 为一定值时 转速为一定值时 转速 n 将稳定在将稳定在 Un 数值上 数值上 3 直接将直接将 DJK04DJK04 给定电压给定电压 U Ug g接入接入 DJK02 1DJK02 1 移相控制电压移相控制电压 U Uct ct的输入端 的输入端 正桥三相全控整流正桥三相全控整流 输出接电阻负载输出接电阻负载 R R 负载电阻放在最大值 输出给定调到零 按下启动按钮 给定电压 负载电阻放在最大值 输出给定调到零 按下启动按钮 给定电压 U Ug g由零调由零调 大 大 U Ud d将随给定电压的增大而增大 当将随给定电压的增大而增大 当 U Ug g超过某一数值超过某一数值 U Ug g 时 时 U Ud d 的波形会出现缺相的现象 的波形会出现缺相的现象 Un Ui U i IdR R Ks 1 Ce n E Udo Uct UnUn PI ASR PI ACR Id Ui 4 这时这时 U Ud d反而随反而随 U Ug g的增大而减少 一般可确定移相控制电压的最大允许值的增大而减少 一般可确定移相控制电压的最大允许值 U Uctmax ctmax 0 9U 0 9Ug g 即 即 U Ug g的的 允许调节范围为允许调节范围为 0 0 U Uctmax ctmax 如果我们把输出限幅定为 如果我们把输出限幅定为 U Uctmax ctmax的话 的话 则 则 三相全控整流三相全控整流 输出范围输出范围 就被限定 不会工作到极限值状态 保证六个晶闸管可靠工作 就被限定 不会工作到极限值状态 保证六个晶闸管可靠工作 4 4 转速反馈系数 转速反馈系数 U Ufn fn n n 电流反馈系数电流反馈系数 U Ufi fi I Id d 五五 问答题问答题 1 1 如果把调速系统反馈电压的极性接成给定电压极性相同 将产生什么后果 试说明反如果把调速系统反馈电压的极性接成给定电压极性相同 将产生什么后果 试说明反 馈极性对组成闭环自动控制系统的重要性 馈极性对组成闭环自动控制系统的重要性 2 2 为什么用积分控制的调速系统是无静差的 为什么用积分控制的调速系统是无静差的 3 3 在转速 电流双闭环调速系统中 转速调节器有哪些作用 电流调节器有哪些作用 在转速 电流双闭环调速系统中 转速调节器有哪些作用 电流调节器有哪些作用 4 4 简要叙述简要叙述与与 V M 调速相比 调速相比 PWM 调速系统的优点 调速系统的优点 5 5 请说明调速系统和随动系统的区别 请说明调速系统和随动系统的区别 6 6 伺服驱动装置中有哪些调节环节 调节的目的是什么 伺服驱动装置中有哪些调节环节 调节的目的是什么 1 1 反馈极性接反 将使系统变为正反馈系统 系统不稳定 损坏系统 一定要使系统 反馈极性接反 将使系统变为正反馈系统 系统不稳定 损坏系统 一定要使系统 接成负反馈系统 否则后果不堪设想 接成负反馈系统 否则后果不堪设想 2 2 答 采用积分控制可以在调节过程中被调节量的偏差累积起来 稳态时不在靠偏差答 采用积分控制可以在调节过程中被调节量的偏差累积起来 稳态时不在靠偏差 来维持 因而构成了无静差调速系统 来维持 因而构成了无静差调速系统 3 3 ASRASR 的作用 的作用 a a 使转速使转速 n n 跟随给定电压跟随给定电压 U U n n 变化 稳态无静差 变化 稳态无静差 b b 对负载变化起抗扰作用对负载变化起抗扰作用 c c 其输出限幅值其输出限幅值 U Um m 由最大电流由最大电流 I Idm dm U Uim im I Idm dm ACR ACR 的作用 的作用 a a 对电网电压波动起及时抗扰作用 对电网电压波动起及时抗扰作用 b b 起动时保证获得允许的最大电流起动时保证获得允许的最大电流 I Idm dm c c 在转速调节过程中 使电流跟随其给定电压在转速调节过程中 使电流跟随其给定电压 U U i i 变化 变化 4 4 与 与 V M 调速相比 调速相比 PWM 调速系统有以下优点 调速系统有以下优点 a 采用全控型器件的 采用全控型器件的 PWM 调速系统 其脉宽调制电路的开关频率高 一般在几调速系统 其脉宽调制电路的开关频率高 一般在几 kHz 因此系统的频带宽 响应速度快 动态抗扰能力强 因此系统的频带宽 响应速度快 动态抗扰能力强 b 由于开关频率高 仅靠电动机电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流 由于开关频率高 仅靠电动机电枢电感的滤波作用就可以获得脉动很小的直流电流 电枢电流容易连续 系统的低速性能好 稳速精度高 调速范围宽 同时电动机的损耗和发热电枢电流容易连续 系统的低速性能好 稳速精度高 调速范围宽 同时电动机的损耗和发热 都较小 都较小 c PWM 系统中 主回路的电力电子器件工作在开关状态 损耗小 装置效率高 而且对系统中 主回路的电力电子器件工作在开关状态 损耗小 装置效率高 而且对 交流电网的影响小 没有晶闸管整流器对电网的交流电网的影响小 没有晶闸管整流器对电网的 污染污染 功率因数高 效率高 功率因数高 效率高 d 主电路所需的功率元件少 线路简单 控制方便 主电路所需的功率元件少 线路简单 控制方便 目前 受到器件容量的限制 目前 受到器件容量的限制 PWM 直流调速系统只用于中 小功率的系统 直流调速系统只用于中 小功率的系统 5 六 已知某调速系统原理图如图六 已知某调速系统原理图如图 1 1 所示所示 1 1 当移相控制电压当移相控制电压 ct U 为正时 在原理图上标注为正时 在原理图上标注 iinn UUUU 信号的极性和信号的极性和 tggd UU 的极的极 性 性 2 2 系统起动主要分几个阶段 简要说明每个阶段电流系统起动主要分几个阶段 简要说明每个阶段电流 d I 和转速反馈信号和转速反馈信号 n U 各有什么特点 各有什么特点 3 3 某原因引起交流电网电压降低 简述系统的调节过程 并回答系统稳定后 某原因引起交流电网电压降低 简述系统的调节过程 并回答系统稳定后 cti UUn 各有什么变化 各有什么变化 2 2 系统起动时主要分三个阶段 系统起动时主要分三个阶段 第第 I I 阶段 电流上升阶段 阶段 电流上升阶段 ASRASR 很快饱和 电流接近很快饱和 电流接近 dm I 当当 dldII 后 后 n 但由于电机惯性 但由于电机惯性 n上升不快 上升不快 第第 IIII 阶段 恒流升速阶段 恒流升速 ASRASR 饱和 转速环开环 饱和 转速环开环 dI 恒定恒定 dmI 转速恒加速上升 转速恒加速上升 第第 IIIIII 阶段 转速调节阶段阶段 转速调节阶段 6 开始开始n已达给定值已达给定值 n 转速退饱和超调 转速退饱和超调 d I 当 当 dld II 时 时 n达到最大值 随后达到最大值 随后 n回落 进入转速调整阶段 回落 进入转速调整阶段 3 3 当电网电压下降时 电流内环起及时的抗扰作用 转速环也有一定的抗扰作用 当电网电压下降时 电流内环起及时的抗扰作用 转速环也有一定的抗扰作用 达到新的稳态时 达到新的稳态时 n不变 不变 dli IU 不变 不变 ct U 变大 变大 1 1 什么是可逆直流调速系统 运行方案有几种 最常见的是哪一种方案 什么是可逆直流调速系统 运行方案有几种 最常见的是哪一种方案 如果一个直流调速系统中 电动机既能正转 又能反转 且在减速和停车时能够产生制动转如果一个直流调速系统中 电动机既能正转 又能反转 且在减速和停车时能够产生制动转 矩 以缩短制动时间 这样的系统叫做可逆直流调速系统 矩 以缩短制动时间 这样的系统叫做可逆直流调速系统 运行方案有 运行方案有 a a 电枢反接可逆线路 电枢反接可逆线路 b b 励磁反接可逆线路励磁反接可逆线路 最常用的方案是电枢反接可逆线路中的两套晶闸管装置反并联可逆线路 最常用的方案是电枢反接可逆线路中的两套晶闸管装置反并联可逆线路 2 2 无环流逻辑控制器的要求是什么 无环流逻辑控制器的要求是什么 要求如下 要求如下 a a 两组晶闸管进行切换的充分必要条件是 电流给定信号两组晶闸管进行切换的充分必要条件是 电流给定信号 U Ui i 改变极性和零电流检测器发出零电改变极性和零电流检测器发出零电 流信号流信号 U Uio io 这时才能发出逻辑切换指令 这时才能发出逻辑切换指令 b b 发出切换指令后 必须先经过封锁延时发出切换指令后 必须先经过封锁延时t td1 d1才能封锁原导通组脉冲 再经过开放延时 才能封锁原导通组脉冲 再经过开放延时t td2 d2后 才 后 才 能开放另一组脉冲 能开放另一组脉冲 c c 在任何情况下 两组晶闸管的触发脉冲决不允许同时开放 当一组工作时 另一组的脉冲必须在任何情况下 两组晶闸管的触发脉冲决不允许同时开放 当一组工作时 另一组的脉冲必须 被封锁住 被封锁住 3 3 在图 在图 2 2 中画出了双极式可逆中画出了双极式可逆 PWMPWM 变换器的主回路 设电动机的负载较重 回答以下问变换器的主回路 设电动机的负载较重 回答以下问 题 题 1 1 画出画出 ABbbb UUUU 432 电枢两端电压 及 电枢两端电压 及 d i 波形 波形 2 2 计算平均电压计算平均电压 d U 及占空比及占空比 3 3 如何控制电动机的转速和转向 如何控制电动机的转速和转向 4 4 如何防止上下两晶体管直通 如何防止上下两晶体管直通 工作原理 在一个开关周期内 当工作原理 在一个开关周期内 当 on tt 0 时 时 1b U 和和 4b U 为正 晶体管为正 晶体管 1 VT 和和 4 VT 饱和导饱和导 通 而通 而 2b U 和和 3b U 为负 为负 2 VT 和和 3 VT 截止 截止 s U 加在电枢加在电枢 ABAB 两端 两端 sAB UU 当 当 Ttton 时 时 1b U 和和 4b U 为负 为负 1 VT 和和 4 VT 截止 截止 2b U 和和 3b U 变正 但变正 但 2 VT 和和 3 VT 并不能立即导通 这时并不能立即导通 这时 sAB UU AB U 在一个周期内正负相间 这是双极式在一个周期内正负相间 这是双极式 PWMPWM 变换器的特征 变换器的特征 7 1 1 见下图 见下图 2 2 sonson UtUTt ud T 2 1 on t T 3 3 通过调节 通过调节 tonton 的大小 改变占空比 来改变电动机的转速和转向 的大小 改变占空比 来改变电动机的转速和转向 4 4 为防止上下两管直通 可用受限单极式可逆 为防止上下两管直通 可用受限单极式可逆 PWMPWM 电路 电路 4 4 请说明调速系统和随动系统的区别 请说明调速系统和随动系统的区别 5 5 伺服驱动装置中有哪些调节环节 调节的目的是什么 伺服驱动装置中有哪些调节环节 调节的目的是什么 答 伺服控制系统是典型的答 伺服控制系统是典型的 三环三环 控制系统 即位置环 速度环和电流环 位置环是外环 控制系统 即位置环 速度环和电流环 位置环是外环 主要是位置控制 速度环是中环 负责电机速度的调节 电流环是内环 控制电机的电流 调节主要是位置控制 速度环是中环 负责电机速度的调节 电流环是内环 控制电机的电流 调节 伺服电机的转矩 伺服电机的转矩 6 为什么现代交流调速系统的主流是变频调速 在变频调速系统中 为什么要进行电压频为什么现代交流调速系统的主流是变频调速 在变频调速系统中 为什么要进行电压频 率协调控制 通常选用哪两种压频控制方式 当频率变化时 对机械特性有什么影响 用图表率协调控制 通常选用哪两种压频控制方式 当频率变化时 对机械特性有什么影响 用图表 示 它们各适用于什么类型负载 示 它们各适用于什么类型负载 8 变频的同时变压 使变频的同时变压 使 m 为恒定 保持带负载能力 为恒定 保持带负载能力 通常选用的压频控制方式有 恒转矩调速 恒功率调速 通常选用的压频控制方式有 恒转矩调速 恒功率调速 n ff 时为恒转矩调速 适于转矩负载 时为恒转矩调速 适于转矩负载 n ff 时 为恒功率调速 适于功率负载 恒转矩与时 为恒功率调速 适于功率负载 恒转矩与 恒功率控制方式时的机械特性如图 恒功率控制方式时的机械特性如图 7 简述交