《电力拖动自控系统》课程综合复习资料

《电力拖动自控系统》课程综合复习资料

一、填空题

I.位置随动系统一般由五个部分组成，这五个部分分别是：位置传感器、电压比较放大器、_、_和

减速器与负载。

2.对调速系统转速控制的要求主要集中在三个方面，具体为、和o其中和稳态性

能指标相对应的是：和O

3.调压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源，常用的可

控直流电源有三种，具体为：、和。

4.直流调速系统的主要形式是晶闸管一电动机调速系统，简称为系统。

5.常用的可逆PWM变换器的主电路的结构的结构型式有、型和等。

6.在随动系统动态校正中，常用的有、和o

7.在闭环控制系统中，常优先考虑串联校正方案。由调节器可构成的超前校正，

提高稳定裕度和改善快速性能；由调节器构成的滞后校正，可以保证系统

的稳态精度；用调节器构成滞后一超前校正，兼具两者的优点。

8.在晶闸管一电动机系统中，抑制电流脉动可采取的措施是：、和。

二、选择题

1.在直流电动机调速方法中，调速性能最好的是（）

A、减弱励磁磁通B、调节电枢供电电压

C、改变电枢回路电阻D、改变负载

2.与开环系统相比，闭环系统增加了反馈电路，反馈电路对干扰（）不起作用。

A、电压扰动B、负载扰动

C、反馈电路元件的本身影响D、负载冲击

3.位置信号检测装置是构成位置闭环控制所必不可少的环节。下列位置检测装置中，不属于电磁感

应的是（）

A、自整角机B、光电码盘C、旋转变压器D、感应同步器

4.对闭环系统而言，控制精度依赖于给定和反馈检测精度，而反馈电路对干扰并不全起作用，主要

对干扰（）起作用。

A、电压扰动B、给定电源扰动

B、反馈电路元件的本身影响D、测速电机误差

5.调速系统和随动系统在控制中十分常用，两者的主要性能不同。对随动系统来说，主要是要求输

出量准确地跟随给定量的变化，因此它的（）成了主要指标。

A、快速性B、灵活性C、跟随性能D、准确性

三、简答题

1.某双闭环调速系统，ASR、ACR均采用近似PI调节器，试问：

①调试中怎么才能做到Uim*=6V时，Idm=20A；如欲使Unm*=10V时，n=1000r/min,应调什么

参数？

②如发现下垂特性不够陡或工作段特性不够硬，应调什么参数？

2.调速系统常用的稳态性能指标分为那几类？并写出相应的性能指标。

3.某直流电动机带动一恒转矩负载（即转矩不变），测得始却电压Udo=4V,当电枢电压UA=50V时,

其转速n=1500r/min。若要求转速n=3000r/min,试问要加多大的电枢电压？

4.转速、电流双闭环调速系统中，电流调节器的作用。

5.试比较串联校正中常用的三种方法的优缺点。

6.在转速、电流双闭环直流调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。当系统带额定负载运行时,

转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压△Ui是否为零？为什么？

7.电流波形连续和断续对开环V-M调速系统机械特性的影响较大，电流连续段特性较硬，改变控

制角可得到一簇彼此平行的直线；断续段则呈现非线性，理想空载转速高，特性软，内阻大。为了

工作在电流连续区，须采取什么措施？

8.试比较开环系统机械特性和闭环系统机械特性的静特性。

9.某直流电动机带动一恒转矩负载（即转矩不变），测得始切电压Udo=4V,当电枢电压UA=50V时,

其转速n=150（）r/min。若要求转速n=3000r/niin,试问要加多大的电枢电压？

10.对于转速单闭环调速系统来说，改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压

不变，调整转速反馈系数能否改变转速？为什么？

11.试比较闭环控制系统中串联校正方案中PD、PI、PID三种方法。

12.环流的分类及抑制方法？

13.1组晶闸管供电的直流调速系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路？它有哪几种

型式？

14.直流斩波器有哪几种控制方式？

15.晶闸管调速系统中，在回馈制动时电机工作在哪几个象限？

16.试画出单闭环调速系统的原理图、稳态结构图和动态结构图。

四、绘图题

1.试画出双闭环调速系统的原理图和稳态结构图。

2.试对应绘出双闭环调速系统起动过程转速、电流变化曲线并注明图中各个阶段名称。

五、计算题

1.有一个V—M调速系统，旦机参数为：Pn=10KW,Un=22OV,In=55A,n„=1000r/min,电枢电阻

R0=0.1Q。若采用开环控制系统，只考虑电枢电阻引起的转速降。

（1）要使静差率S=0.1,求系统的调速范围D。

（2）要使调速范围D=2,其允许的静差率S为多少？

（3）若要求调速范围D=10,静差率S=0.05,则允许的转速降为多少？

2.有一V-M调速系统,电动机参数为Pnom=2.5kw、Unom=220V、1nom=15A、nnom=1500"min、

Ra=2Q,整流装置内阻RsC=1Q，触发整流环节的放大系数Ku=30,

要求调速范围D=20,转差率s=10%。试：

（1）计算开环系统的稳态速降和调速要求所允许的稳态速降。

（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的稳态结构图。

（3）调整该系统，使（7：=2OV时转速n=1000r/min,此时转速反馈系数应为多少？

（可认为Un

（4）计算所需的放大器放大系数。

3.试分析双极性H型变换器是如何实现系统可逆的？并画出相应的电压、电流波形。

4.被控对象的传递函数为

W.）bi（s）=-------------------------------

网（T.s+1）（T2S+1）（T3S+l）（T,s+1）

式中，K[=2；T|=0.4s；Tj=0.08s；Tj=0.015s；T4=0.005so

要求阶跃输入时系统的超调量。％<5%。

试分别用I、P1和PID调节器校正成典型I系统，并设计各调节器参数并计算调节时间tSo

综合复习资料参考答案

一、填空题

I.电力电子变换器、伺服电机。

2.调速、稳速、加减速、调速、稳速。

3.旋转变流机组（G-M系统）、静止可控整流器（V-M系统）、直流斩波器或脉宽调制变换器

4.V-M

5.M、T、H

6.串联校正、并联校正和复合控制

7.比例微分、比例积分、比例积分微分

8.增加整流电路相数、采用多重化技术、设置平波电抗器。

二、选择题

B、C、B、A、C

三、简答题

I.①当Uim*固定时，只需调节电流反馈系数。即可实现；当Unm*己知时，调节转速反馈系数可实

现。②发现下垂特性不够陡时，可增大ACR的稳态放大系数；如工作特性不够硬时，可增大ASR

的稳态放大系数。。

2.①稳速和调速②调速范围和静差率

3.根据直流电动机的机械特性可知，随着电动机两端电压的变化，其机械特性水平上下移动，始动

电压为4V,确定了负载的起动转矩，对应着转速为零；转速n=1500r/min,对应的电压为50V,其

间电压差为46V,因而n=3（）00r/min对应的电压为50+46=96Vo

4.①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。

5.①PD,超前校正，提高稳定裕度，快速性好，稳态精度差；②PI,滞后校正，保证稳态精度，限

制快速性；③P1D,滞后-超前校正，集中PI和PD优点，但实现与调试复杂。

6.①△4/0。4=。；“一例的〃；②转速反馈断线，ASR饱和，输出限幅值63③系统再次稳

定后，由于带额定负载，最终运行在/〃加上，所以电流调节器的输入偏差电压

7.电流脉动会产生以卜两个方面的问题:

(1)脉动电流产生.脉动转矩，对生产机械不利。

(2)脉动电流造成较大的谐波分量,流入电源后对电网不利，同时也增加电机发热。

V-M系统抑制电流脉动的主要措施：

(1)增加整流电路的相数。

(2)设置平波电抗器。

当V-M系统主电路串接的电抗器有足够大的甩感量，而且电动机的负载电流也足够大时，整流

电流的波形便可能是连续的

8.(1)闭环系统静特性比开环系统机械特性硬得多。

(2)如果比较同一n。的开环和闭环系统，则闭环系统的静差率要小得多。

(3)当要求的静差率•定时，闭环系统可以大大提高调速范围。

(4)闭环系统必须设置放大器。闭环系统可以获得比开环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，须增设检测元件、反馈装置和电压

放大器。

9.根据直流电动机的机械特性可知，随着电动机两端电压的变化，其机械特性水平上下移动，始动

电压为4V,确定了负载的起动转矩，对应着转速为零：转速n=1500r/min,对应的电压为50V,其

间电压差为46V,因而n=3000i/min对应的电压为50+46=96V。

10.改变给定电压，电动机转速随之改变，转速系统是转速单闭环调速系统，输出要跟随给定变化:

调整转速反馈系数能改变转速，因为反馈值要跟随给定变化。

II.由PD调节器可构成的超前校正，提高稳定裕度和改善快速性能；由PI调节器构成的滞后校正，

可以保证系统的稳态精度；用PID调节器构成滞后一超前校正，兼具两者的优点。

12.环流分为稳态环流与动态环流两类。而稳态环流乂可分为直流平均环流与瞬时脉动环流两种。

采网a=0工作制配合控制可以消除直流平均环流，但不能抑制瞬时脉动环流。为抑制脉动环流，必

须在环流回路中串入环流电抗器。

13.当系统要快速回馈制动时，系统中的动能要转化成其它能量，必须要为其寻找能量消耗的渠道,

最好的方法是将能最反馈回电网，单组晶闸管供电的直流调速系统不能将电能反馈电网，必须要借

助于其它方式，因而必须要采用可逆线路。

常用的可逆线路主要有电枢反接和励磁反接两种。电枢反接乂分为反并联联接和交叉联接两种。

14.PWM、PFM和两点式控制。

15.位势性负载工作在第二象限；发电回馈制动工作在第四象限。

16.

稳态结构图

动态结构图

四、绘图题

1.试画出双闭环调速系统的原理图和稳态结构图。

图2-3双闭环调速系统电路原理图二表示限幅作用

图2-4双闭环调速系统稳态结构图

。一转速反馈系数任一电流反馈系数

2.试对应绘出双闭环调速系统起动过程转速、电流变化曲线并注明图中各个阶段名称。

第I阶段。〜L是电流上升的阶段。

第H阶段h〜t2是恒流升速阶段。

第in阶段t2以后是转速调节阶段。

五、计算题

C小「风220-55x0.1

解:1=0.2145V-minr

nnKXX)

△%==55xOJ=25.6r/min

"Ce0.2145

1000x0.1…

⑴D=—监----------=4.34

A«„(l-5)25.6(1-0.1)

⑵D

9皿

n^1000x0.05

⑶Az?===5.26

0(1-s)10(1-0.05)

2.解：计算电动机的Cc

由=&〃人+G『可得

Cc=U-mTnom=a=220-15x2=0127V•min/r

nnom1500

开环系统的稳态压降为

=I"Inom(Ra+Rrec)二15X(2+1)

Anop=354.33r/min

CcCc0.127

满足调速要求所允许的稳态压降为

nno„,S1500xO.l

Ancl=Anno.n=8.33r/min

D(l-s)20x(l-0.1)

采用转速负反馈系统的稳态结构如图所示。

当U；=20V时n=1000r/min,则转速反馈系数为

a=--«--=----V•min/r=0.02V•min/r

nnKXX)

闭环系统的开环放大系数为

Anim35433

K=KnKsa/C=—^-1=±^££-1=41.54

pc

sAnd8.33

则所需的放大器放大系数为

K4=41.54x0.⑵=8.79

Ksa30x0.02

改用电压反馈后，电动机电枢电阻Ra造成的稳态速降已经是

212nl=/min=236r/min>8.33r/min

Ce0.127

可见，不可能达到题中提出的调速要求。

采用电压负反馈调速系统的稳态特性方程为

n=P'n___________rccI_____a_J

nomnom

~Cc(l+K)Cc(l+K)Cc

式中K=KpKsy

其中电压反馈系数Y为

广耳之里=迎川364

%J220

所以K=8.79x30x0.1364=35.97

3.解：双极式可逆PWM变换器的电流波形和不可逆但有制动电流通路的PWM变换器也差不多，

怎样才能反映出"可逆''的作用呢？这要视正、负脉冲电压的宽窄而定。当正脉冲较宽时，/>T/2,

则电枢两端的平均电压为正，在电动运行时电动机正转。当正脉冲较窄时，ton<T/2,平均电压为负,

电动机反转。如果正、负脉冲宽度相等，g=T/2,平均电压为零，则电动机停止。

图4-4双极式PWM变换器电压和电流波形

4.解:用I调节器校正时，调节器的传递函数为W|(s)=4

按典型1型系统校正，校正后的开环传递函数为

Ts+1s(Ts4-1)

式中，T=1+T2+T3+=0・5s

按。％<5%,可取K=KiKi=l/2T,所以

1

2K,T2x2x0.5

调节时间I、«6T=6x0.5s=3s

用PI调节器校正时，调节器传递函数为

TjS+1

WPI(s)=Kpi

取.=1=0.4s,并将T2、T3、T4看成小时间常数，令

T=T2+T3+T4=0.08+0.015+0.005=0.1s