电力拖动与控制系统

一、计算（每题参考分值5分）

1、有一V-M系统，已知:Pnom=2.8kW,Unom=220VzInom=15.6A,nnom=1500r/min,

Ra=1.5Q,Rrec=lQ,KS=37,1）系统开环工作时，试计算D=30时的s值；2）当D=30.

s=10%时计算系统允许的稳态速降3如为转速反馈有静差调速系统，要求D=30,s=10%,

在U*n=10V时使电动机在额定点工作，计算放大器放大系数Kp和转速反馈系数&

-d_lj

c220-156x1,5At

Ct==-----------------=O.l3l70mn/r

正确答案：解：1）1500

156（15+1）/

A_gi_--------------------=297.74min

C01312）

js1500x01y,.p5、297.7

"£>（】一$）30（1-01）3）为5.56

10

人4anftnrTirf』uKC.5254x0.131_o

a==0.0067。nun/rA=--------=------------------=278

界MJ1500>KjCt37x0.0067

2、有一PWM变换器供可直流调速系统：电动机参数=2.2kW,=220V,=12,5A,=1500

r/min,电枢电阻二1.5。，PWM变换器的放大倍数=22,电源内阻二0.1。0要求系统满

足调速范围D=20，静差率。（18分）Q）计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的

闭环静态速降。（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构图。

（3）调整该系统参数，使当f/«=15V时，0=%/=叫，则转速负反馈系数）应该是

多少？（4）计算放大器所需的放大倍数。

2

jJJ/

正确答案：

的小广小一人凡220-12.5x1.5201.25八1用/•,

解：(1)Ca=-----=----------------=------=0.134Vmin/r

'nN15001500

二(RJRW=也25=吸3加in/

op，0.134'

1500x0.05=3.95rin

必.m

D(l-s)20x(1-0.05)

所以，A/7=3.95?*.minP

f；(2)

(3)由以上知

翳TH

因为

MM也一KU：皿

J(I+K)c/1+r)mi+Qqn+'C把已知各项代入上式，得

=a=Q0097也可以用粗略算法：/“U■■扇n1500(4)放大器

K旦K_的_368”1/_224

的放大倍数'®'小22*0.01

3、有一转速、电流双闭环调速系统，已知电动机参数为:PN=5.5kw,UN=220VJN=28A,

nN=1460r/min,电枢回路电阻Ra=0.8Q,允许电流过载倍数入=1.6,电磁时间常数

TI=0.048s,机电时间常数Tm=0.185s,主电路采用三相桥式整流电路，触发整流环节的

放大倍数Ks=35,整流电装置内阻Rrec=1.3Q,平均失控时间常数Ts=0.0017s,ASR和

ACR均采用PI调节器，最大输入、输出电压均为8V，电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s,

转速反馈滤波时间常数Ton=0.015s,电流调节器已按典型I型系统中KT=0.25设计好，

电流环的静动态指标均已满足要求。现要求转速稳态无静差，且电动机空载起动到额定转速

时的超调量(1)计算电流反馈系数B,转速反馈系数a;(2)画出待设计转速环动态结构

图；(3)拟将转速环设计成典型II型系统，请设计转速调节器，并校核近似条件；

F-4X（；+7J=4X0.0298=0.119.

k

转速环开环增益：〃

K、=上乂=—/—-=175.94疗）

2%22*42*0.02982,

CUN-IN&220-28X0.8„.,

C=——=----------=0N.1I35PT.Zmin/r,

e«v1460'

05x0,135x0.185x0.179

'&-------------=------------------------=KQ14/

…〃2如&48x0.00548x2.1x0.0298,

巾/、8.147x（0.119y+1）

♦二%—=-------------------------人”

ASR0」19s'

4、转速单闭环直流调速系统，电动机数据：30Kw,220V,160A,1000r7min,Ra=0.1Q,整流

装置内阻Rrec=0.3Q,变流装置的放大倍数Ks=40,要求调速指标：D=40,S<10%,额

定转速时的给定电压Unm*=10Ve（12分）（1）计算开环系统稳态速降和调速要求所允

许的稳态谏降；（2）计算所需放大器的放大倍数Kp;

3

zJ

L±JJJ

⑴0=互<&=22。-】6。*。］304%小~

1000

上工区+8=吗g=3137・/碗.

C.0.204

5=

D(l-s)40(1-0.1)

⑵・会三

1°=0.01匕min.

1000

长=电丝一1=111.84,

5,

正确答案：

5、某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机转速单闭环直流调速系统，电动机数据：

60kW/220V/305A/1000r/min,Ra=0.1Q,整流装置内阻Rrec=0.08Q,变流装置的放大倍

数KS=40,要求调速指标：D=40,S<10%,额定转速时的给定电压Unm*=10Vo(1)

试画出系统原理图和静态结构图.(2)计算开环系统稳态速降和调速要求所充许的闭环稳

态速降。(3)调整该系统参数，使当Un*=15V时，Id=IN,n=nN,则转速负反馈系数

a应该是多少？(4)计算所需放大器的放大倍数Kp;

Z

_±J卡

正确答案：解：（1）系统原

静态结构图（2）

a=(4・INQ/以=(220-305x01)/1000=0.1895叫rpm

△%・〃R/a・305x(0/♦0.08)/0.1895・289：7rpm

Mi-/(D(l-i))-1000x10%/(40•90%)-27.8r/min⑶⑷

”比4/<-〃珅叼1+幻片k中a”幻W©)】

K=3”/5)-1=289.7/27.8-1=9.42

1000=[9.42x15/a(l+9.42|]-[305x0.18/(0.1895(l+9.42))]

「K-C.942*0.1895

A«•・二«■■«333

na=0.0132Tmin/r可以求得，'Kja如-0332也可以用粗略算法：

“15

U；处么=劭)=；=丽=°°】5K,=g42x01895/(40x00132)=338

(s)-------------------

6、设控制对象传递函数为：'举+57?+“其中Kl=2,T1=0.43S,T2=0.07S,

要求利用PI调节器将其分别将其校正成典型I和□型系统，确定调节器的参数

郎（s）=K-s+1

正确答案：典I系统：PI调节器传函为'”同号令r=A=04%则

%))幺竺呼_______?_______=2J

(043s+1)(。07s+De(0Q07s+l)取KT=O,5,0iJK=0.5/0.07

11

--------w--------

fKa=1.54典口系统：近似处理：4s+10.43sp［调节器传函为

心⑸令・。・叫则

0(&+D22%

W(s)=上-----------

窗043s(007$+!)雷乂0.43s(007s+1)取八二5,贝！J:

r=hT=5*0,07=0.35

K_h+1_62445“气旦】3

*羽『-2*25*0”

7、双闭环调速系统的ASR和ACR均为PI调节器，设系统最大给定电压“*=15V，“"

=15OOr/min，小=20A,电流过载倍数为2,电枢回路总电阻R=2Q,£=20

=0.127Vmin/r，求：（1）当系统稳定运行在a=5V,5=10A时，系统的寿、乙乙、“、

4和4名为多少？（2）当电动机负载过大而堵转时，a和u.各为多少？

4『

解：⑴.

a=Unm/^N=15V71500rpm=0.01V7rpm........................,

U*SV

3U；=5匕转速n='=———=500rpm

aQ.OlV/rpm................

U；15V

6=产m==0375P/4

Idm404...............................................................

U；=6〃=0.375*10=3.757=U,................................................1

,,%。E+〃LRCenN+ldLR0.127・500+10・2一.

4175

芯一-7^-----------K5------------------2b-----------

即n=500rpm,%=5”

[/；=1=3.75V.................................................................................〃

Uc=4.175v..........................................................................................

（2）堵转时，U：=3dm=15V,，

.5。_（。+1小）,/40*2..

K.K.K,20

正确答案：5*5

8、转速单闭环控制系统采用比例调节器作为转速调节器，系统已知数据如下：电动机：

PN^\0kWUy=220^IN=55A=1500r/minRa=0.5Q

///9O

PWM变换器内阻，PWM变换器的放大倍数。最大给定电压，当主电路电流达到最大

值时，整定电流反馈电压。设计指标：要求系统满足调速范围，青争差率。（1）试画出

系统静态结构图；（2）计算Ce,额定负载时，开环系统的稳态速降Anop,满足静差率

要求时，闭环系统的稳态速降And及闭环系统的开环放大系数K;（3）转速反馈系数，

调节器放大系数；（4）该系统启动和堵转时电机是否会过流，并分析原因。

zl

lldfl

正确答案：答：（1）系统的原理图如下图所示：

图

/1500=0.128v/rpn%

(2)q=(t7v-Zv^)/«v=(220-55x0.5)

28=257.8125/7111ill

A72O?=Z^/Ce=55x(0.5+0.1)70.14

ns_1500x0.1

N6.667“min.

(1-5)Z)25(1-0.1)

257.8125____

-k-——--1=-------------11=37.67,

Md6.667

j8

(3)=诉=。85vhpn^

1300

k_KQ_37.67x0.128g96

-Pksa107.6x0.005

f.••调节器系统开环放大系数大于或等8.96/

（4）系统启动和堵转时电机会过流。因此时转速为0,转速偏差很大，比例调节器调

节器输出控制电压很大，电源愉出很大的电压加在系统回路电阻上，该电阻一般很小，从而

导致启动和堵转时电机过流。，

Ki

-----------------------------

9、设控制对象的传递函数为:(75+1)(76+1X76+1)式中，K1=2

Tl=0.43s,T2=0.06sxT3=0.01s，用PI调节器分别将其校正成典型I型和典型口型系统，

计算调节器参数。

47

正确答案：典型I型：

...........PI调节器："亚句")=式《包工

......取口=71=0.43s“

......小惯性近似处理丁=T1+T3=0.07sP

KPIKI_K

开句(s)?H3(s)

则〃w(7k+l)-@+l)

取KT=0.5P90.5

TS

050.43_

KPI=1.54

T0.07-

理型II型“

If>/(j)=KPI”'+]

.......PI调节器：一

TS

小惯性近似处理7=小+73=097$F

.......小惯性近似处理Tis+lEw

.......贝必

KPIKI(TS+1)_£(五+1)

JJPI(S)?

TTI?(ZS+1)"?(ZS+1)

hT=5?0.070.35~

K_"I_624.5

2h2T22创250.072

%=旦=24.5创).350.43=

Ki2

即第(s)=----------=----------------

10、有一个闭环系统，血制对象的传递函数为‘乂方7)乂0°2s+l),要求校正

为典型口型系统，在阶跃输入下系统超调量％W3O%(h=8)(按线性系统考虑)。试决定

调节器结构，并选择其参数。

3

山/

版《$)•"W

正确答案：解：应选择PI调节器，”校正后系统的开环传递的数

W($)=

"j对照典型口型系统，玄盛和“o%=27.2%选h=8满

足设计要求。这样下=仃=8*002=0】6.有K5'

KN=Kt/Kl=175.78-0.16/10=2.61

二、单选(每题参考分值2.5分)

11.在定性的分析闭环系统性能时，截止频率3c越低，则系统的稳定精度

[A.越笈]

「B.越低

rC.不变

「D.不确定

错误：[D]

12、在异步电机直接转矩控制系统中，需要控制__________磁链来实现。

A.转子

「B.定子

rC.气隙

错误：[B]

13、无静差调速系统的调节器中P部份的作用是（）

「A.消除稳态误差；

「B.不能消除稳态误差也不能加快动态响应

rC.既消除稳态误差又加快动态响应

CD.加快动态响应

错误：[D]

14、比例微分的英文缩写是

「A.PI

「B.PD

rC.VR

D.PID

错误：[B]

15、带有比例调节器的单用环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则遍节器

的输出为（）

「A.零

B.大于零的定值

C.小于零的定值

「D.保持原先的值不变

错误：[A]

16、SPWM技术中，调制波是频率和期望波相同的

「A.正弦波

「B.方波

rC.等腰三角波

「D.锯齿波

错误：【A】

17、转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是

A.PID

「B.PI

rC.P

「D.PD

错误：⑻

18、下列不属于异步电动机动态数学模型特点的是

「A.高阶

「B.低阶

「C.非线性

「D.强耦合

错误：【B】

19、转速电流双闭环系统，若速度反馈信号为0,当突加阶跃给定电压后,电动机在空载

启动过程中，电动机的电流Id基本上按规律变化？

rA.线性增长

「B.线性减少

rC.保持Idm值

「D.保持为0

错误：

20、要使异步电机在整个调速过程中的机械特性硬度最高，必须保证___________为恒值。

「A.Eg/u)l

B.Er/u)l

C.Es/wl

「D.Us/wl

错误：[B]

21、常用的数字滤波方法不包括

「A.算术平均值滤波

「B.中值滤波

CC.中值平均滤波

「D.中值平均滤波

错误：[D]

22、转速电流双闭环V-M系统空载起动过程中，电动机的转速基本上按______规律变化？

CA.线性增长

「B.线性减少

CC.转速超调

CD.转速调节

错误：[A]

23、按转子磁场定向和矢量控制变频调速成系统中，在（）条件下，有电动机转矩与定子

电流转矩分量成正比的关系。

rA.气隙磁通恒定；

「B.转子电流恒定；

CC.转子磁链恒定；

rD.定子电流恒定

错误：【O

24、在转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统中，必须保持恒定，来实现通过控

制转差频率来控制转矩的目的。

rA.定子磁通①ms

「B.气隙磁通

rC.转子磁通①mr

错误：[B]

25、在异步电机矢量控制系统中，在进行三相静止坐标到dq坐标的变换时，需要用到（）：

A.转子磁链角,，

CB.定子磁链角''

rc.转子角位移e

错误：[A]

26、在变频调速系统中，采用直接转矩控制时，是按（）进行控制的？

「A.转子磁链

「B.定子磁链

「C.气隙磁通

错误：⑻

27、转速电流双闭环系统，若速度反馈信号为0,当突加阶跃给定电压后，电动机在空载启

动过程中，电动机的电流Id基本上按______规律变化？

「A.线性增长

「B.线性减少

rC.基本保持Idm值

「D.保持为0

错误：【O

28、转速单闭环无静差调速系统，如果系统发生①给定电压由于稳压电源性能不好而不稳

定；②运算放大器产生零飘；③测速发电机电压与转速呈非线性关系；④电网电压波动；问

系统能够不具有无静差性能的是__________

A.①③

「B.①②③

rC.①③④

「D.②④

错误：[A]

29、在svpwm模式中利用相邻的两个有效工作矢量，可以合成任意的期望输出电压矢量，

使磁链轨迹（）？

「A.正六边形

「B.圆形

CC.接近于圆形

错误：[C]

30、转速单闭环无静差调速系统，如果系统发生①给定电压由于稳压电源性能不好而不稳

定②运算放大器产生零飘③测速发电机电压与转速呈非线性关系；④反馈电容有漏电流；

问系统能够保证具有无静差性能的是_________。

rA.①②

「B.①

「C.①③④

「D.②

错误：[D]

31、在磁链控制上，直接转矩控制系统控制（）

A.转子磁链

「B.定子磁链

rC.定子、转子总磁链

错误：[B]

32、在微机数字控制系统的中断服务子程序中中断级别最高的是

「A.故障保护

B.PWM生成

rC.电流调节

rD.转速调节

错误：[A]

33、无环流逻辑控制器中设置封锁延时的目的是防止___________

「A.形成环流通路

「B.逆变失败

rC.同时为TD动态环流

错误：⑻

34、在转速负反馈单闭环有静差系统中，在一定负载下隐定运行时突增负载后又进入新的

稳定运行状态，晶闸管装置的输出电压的变化Ud;转速n

「A.增大减