自动检测与控制期末试题

A 卷卷 一 一 填空题填空题 1 抑制电流脉动的措施 主要是 1 设置平波电抗器 设置平波电抗器 2 增加整流电路相数 增加整流电路相数 3 采用多重化技术 采用多重化技术 2 R L Tl me 2 m 375CC RGD T 3 相角裕度 30 60 增益裕度 GM 6dB 4 采用比例积分调节器的调速系统是无静差调速系统无静差调速系统 5 双闭环调速系统的静特性在负载电流小于负载电流小于 Idm 时表现为转速无静差时表现为转速无静差 这时 转速转速 负反馈起主要调节作用负反馈起主要调节作用 当负载电流达到负载电流达到 Idm 后后 转速调节器饱和 电流调节电流调节 器起主要调节作用器起主要调节作用 系统表现为电流无静差电流无静差 得到过电流的自动保护 6 典型 I 型系统 典型 型系统 1 Tss K sW 1 1 2 Tss sK sW 7 8 静态环流有两类 直流平均环流直流平均环流 瞬时脉动环流瞬时脉动环流 二 选择题二 选择题 1 调节电动机转速的三种方法 1 调节电枢电压 调节电枢电压 2 减弱励磁磁通 减弱励磁磁通 3 改变 改变 电枢回路电阻电枢回路电阻 2 常用的可控直流电源 1 旋转变流机组 旋转变流机组 2 静止式可控整流器 静止式可控整流器 3 直流斩 直流斩 波器或脉宽调制变换器波器或脉宽调制变换器 3 对于调速系统转速控制的要求 1 调速 调速 2 稳速 稳速 3 加减速 加减速 4 反馈控制规律 1 只用比例放大器的反馈控制系统 其被调量仍是有静差 只用比例放大器的反馈控制系统 其被调量仍是有静差 的 的 2 反馈控制系统的作用是 抵抗扰动 服从给定 反馈控制系统的作用是 抵抗扰动 服从给定 3 系统的精度依赖于 系统的精度依赖于 给定和反馈检测精度给定和反馈检测精度 5 启动过程分析 1 第一阶段 第一阶段 0 t1 是电流上升阶段 是电流上升阶段 2 第二阶段 第二阶段 t1 t2 是恒流升速阶段 是恒流升速阶段 3 第三阶段 第三阶段 t2 以后 是转速调节阶段以后 是转速调节阶段 6 控制系统的动态性能指标 1 跟随性能指标 跟随性能指标 2 抗扰性能指标 抗扰性能指标 7 闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性 从而在保证一定静差率的要 求下 能够提高调速范围 为此所需付出的代价是 须增设电压放大器以及检测与反须增设电压放大器以及检测与反 馈装置馈装置 8 从图中三个频段的特征可以判断系统的性能 这些特征包括以下四个方面 1 中 中 频段以频段以 20dB dec 的斜率穿越的斜率穿越 0dB 而且这一斜率覆盖足够的频带宽度 则系统 而且这一斜率覆盖足够的频带宽度 则系统 的稳定性好 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 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 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 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 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 三 判断题三 判断题 1 在动态过程中 可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节纯滞后环节 2 生产机械要求电动机提供的最高转速生产机械要求电动机提供的最高转速 nmax 和最低转速和最低转速 nmin 之比叫做调速之比叫做调速 范围 用字母范围 用字母 D 表示 即表示 即 min max n n D 3 PID 调节器的类型 比例微分 比例微分 PD 比例积分 比例积分 PI 比例积分微分 比例积分微分 PID A 卷卷 由 PD 调节器构成的超前校正 可提高系统的稳定裕度 并获得足够的快速性 但稳态精 度可能受到影响 由 PI 调节器构成的滞后校正 可以保证稳态精度 却是以对快速性的限 制来换取系统稳定的 用 PID 调节器实现的滞后 超前校正则兼有二者的优点 可以全面 提高系统的控制性能 但具体实现与调试要复杂一些 4 超调量越小 系统相对稳定性越好超调量越小 系统相对稳定性越好 5 比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状只取决于输入偏差量的现状 而积分调节器的输出则包含了输包含了输 入偏差量的全部历史入偏差量的全部历史 6 PI 调节器的稳态特征存在两种状况 饱和两种状况 饱和 输出达到限幅值 不饱和输出达到限幅值 不饱和 输输 出未达到限幅值出未达到限幅值 7 一般来说 调速系统的动态指标以抗扰性能为主 而随动系统的动态指标则一般来说 调速系统的动态指标以抗扰性能为主 而随动系统的动态指标则 以跟随性能为主以跟随性能为主 8 M 法测速只适用于高速段 法测速只适用于高速段 T 法测速适用于低速段法测速适用于低速段 与 M 法恰好相反 9 积分量化误差的消除 1 扩大运算变量的字长 提高运算精度和分辨率 导致应用 空间增加 2 只增加积分项的有效数字长 并将其分为整数和尾数两部分 整数和比例 部分构成调节器输出 尾数保留下来作为下一拍累加的数值 四 简答题四 简答题 1 电流调节器的作用 答 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 这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的 2 调速范围和静差率 答 生产机械要求电动机提供的最高转速 nmax 和最低转速 nmin 之比叫做调速范围调速范围 用 字母 D 表示 即 min max n n D 静差率静差率 当系统在某一转速下运行时 负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落 nN 与理想空载转速 n0 之比 称作静差率 s 即 或用百分数表示 0 N n n s 100 0 N n n s 五 分析题五 分析题 1 分析启动过程中为什么会出现转速超调 答 转速调节器一旦饱和后 只有当转速上升到给定电压 U n 所对应的稳态值 n 时 反馈 电压才与给定电压平衡 此后 转速偏差电压Un 变成负值才使 ASR 退出饱和 ASR 开 始退饱和时 由于电动机电流 Id 仍大于负载电流 IdL 电动机仍加速 直到 Id IdL 时 转 速才降低下来 因此在启动过程中转速必然超调 2 突加给定电压 Uin 时 输出电压 Uex 首先突跳到 KpiUin 保证了一定的快速响应 但 Kpi 是小于稳定性能指标所要求的比例放大系数 Kp 的 因此快速性被压低了 换来对稳定 性的保证 如果只有 Kpi 的比例放大作用 稳态精度必然要受到影响 但现在还有积分部 分 在过渡过程中 电容 C1 由电流 i1 恒流充电 实现积分作用 使 Uex 线性的增长 相 A 卷卷 当于在动态中把放大系数逐渐提高 最终满足稳态精度的要求 六 计算题六 计算题 例题例题 1 2 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机 其额定数据如下 60kW 220V 305A 1000r min 采用 V M 系统 主电路总电阻 电动机电动势系数 如 果要求调速范围 D 20 静差率 5 采用开环调速能否满足 若要满足这个要求 系统 的额定速降最多能有多少 解解 当电流连续时 V M 系统的额定速降为 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为 这已大大超过了 5 的要求 更不必谈调到最低速了 如果要求 D 20 s 5 则由式 1 29 可知 例题例题 1 3 在例题 1 2 中 龙门刨床要求 D 20 s 5 已知 Ks 30 0 015V min r Ce 0 2V min r 如何采用闭环系统满足此要求 解解 在上例中已经求得 nop 275 r min 但为了满足调速要求 须有 ncl 2 63 r min 由式 1 38 可得 代入已知参数 则得 即只要放大器的放大系数等于或大于 46 闭环系统就能满足所需的稳态性能指标 min 275min 2 0 18 0 305 e dN N rr C RI n 6 21216 0 2751000 275 NN N N nn n s min 63 2 min 05 0 1 20 05 0 1000 1 N N rr sD sn n 6 1031 63 2 275 1 c op l n n K 46 2 0 015 0 30 6 103 es p CK K K A 卷卷 1 某直流调速系统电动机额定转速为 额定速降 nN 115r min 当要求静差率 s 30 时 允许多大的调速范围 如果要求静差率 s 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 解解 要求 s 30 时 调速范围为 若要求 s 20 则调速范围只有 若调速范围达到 10 则静差率只能是 2 某直流电机的额定电枢电流 IN 136A 允许过流倍数 1 5 额定转速 nN 1460r min 计算机内部定点数占一个字的位置 16 位 试确定电枢电 解 定点数长度为一个字 16 但最高位需用作符号位 只有 15 位可表示量值 故最大 储存值 Dmax 215一