电力拖动与自动控制系统答案期末考试题库2025年

电力拖动与自动控制系统答案期末考试题库2025年一、选择题（每题2分，共20分）1.衡量电力拖动系统调速性能的主要指标不包括（）。A.调速范围B.静差率C.启动电流D.调速的平滑性2.晶闸管单相全控桥式整流电路带阻感性负载时，若触发角α=30°，则输出电压平均值Ud=（）（U2为交流侧相电压有效值）。A.0.45U2cosαB.0.9U2cosαC.1.17U2cosαD.2.34U2cosα3.转速单闭环直流调速系统中，若仅增大比例调节器的放大系数Kp，系统的稳态速降将（）。A.增大B.减小C.不变D.先增后减4.异步电动机变频调速时，基频以下采用（）控制方式可保持气隙磁通基本恒定。A.U/f恒定B.恒电压C.恒电流D.恒功率5.双闭环直流调速系统中，电流环的主要作用是（）。A.稳定转速B.限制最大电流C.消除稳态误差D.提高动态响应速度6.SPWM调制技术中，载波通常采用（）。A.正弦波B.三角波C.方波D.锯齿波7.矢量控制的核心思想是通过（）将异步电动机的定子电流分解为励磁分量和转矩分量，实现解耦控制。A.坐标变换B.积分调节C.微分调节D.比例调节8.步进电动机的步距角θ与定子相数m、转子齿数Z、通电方式系数k的关系为（）。A.θ=360°/(mZk)B.θ=180°/(mZk)C.θ=360°/(mZ)D.θ=180°/(mZ)9.PID控制器中，积分环节的主要作用是（）。A.提高系统响应速度B.减小或消除稳态误差C.抑制超调D.增强抗干扰能力10.无刷直流电动机与传统有刷直流电动机的本质区别在于（）。A.没有电枢绕组B.没有换向器和电刷C.采用交流电源D.转子为永磁体二、填空题（每空1分，共20分）1.静差率s的定义式为______（Δn为稳态速降，n0为理想空载转速）。2.晶闸管导通的必要条件是______且______。3.转速单闭环直流调速系统的稳态速降公式为Δn_cl=______（Δn_op为开环速降，K为系统开环放大倍数）。4.SPWM调制中，当载波比N为固定值时称为______调制；当N随输出频率变化时称为______调制。5.双闭环直流调速系统中，转速环的给定信号通常由______提供，电流环的给定信号由______输出。6.异步电动机的调速方法可分为变极调速、______和______三大类。7.步进电动机的驱动方式包括单拍制、______和______。8.PID控制器的传递函数表达式为______（Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数）。9.无刷直流电动机的位置检测通常采用______传感器，其输出信号用于控制______的通断。10.交流伺服系统的组成包括______、______和位置/速度检测装置。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述开环调速系统与闭环调速系统的主要区别及闭环系统的优势。2.双闭环直流调速系统在启动过程中通常经历哪几个阶段？各阶段的主要特征是什么？3.说明SPWM调制的基本原理，并解释其如何实现输出电压的正弦波近似。4.异步电动机矢量控制的关键步骤有哪些？为什么需要进行坐标变换？5.步进电动机的细分驱动技术有何作用？其实现原理是什么？四、计算题（每题8分，共24分）1.某直流调速系统的额定转速nN=1500r/min，额定负载时的稳态速降ΔnN=100r/min，要求静差率s≤5%。试计算系统允许的调速范围D。2.单相全控桥式整流电路带阻性负载，交流输入电压U2=220V，触发角α=60°，求输出电压平均值Ud和输出电流平均值Id（负载电阻R=10Ω）。3.某转速单闭环直流调速系统，开环时的稳态速降Δn_op=200r/min，闭环后要求稳态速降Δn_cl=10r/min。若系统开环放大倍数K=19，验证是否满足要求；若不满足，需将K调整为多少？五、综合分析题（16分）某双闭环直流调速系统的动态结构图如下（假设已给出），其中转速调节器（ASR）和电流调节器（ACR）均采用PI调节器。试分析：（1）系统启动时，ASR和ACR的工作状态（饱和或不饱和）及各阶段的电流、转速变化规律；（2）稳态运行时，若负载突然增大，系统如何通过双闭环调节恢复稳定？（3）若ASR仅采用比例调节（P调节器），系统稳态运行时是否存在静差？为什么？（4）说明电流环在抑制电网电压波动中的作用机制。一、选择题答案1.C2.B3.B4.A5.B6.B7.A8.A9.B10.B二、填空题答案1.Δn/n0×100%2.阳极加正向电压；门极加触发脉冲3.Δn_op/(1+K)4.同步；异步5.给定电位器；转速调节器（ASR）6.变频调速；变转差率调速7.双拍制；单双拍混合制8.Kp(1+1/(Tis)+Tds)9.霍尔；逆变器功率开关管10.伺服驱动器；伺服电动机三、简答题答案要点1.区别：开环无反馈，闭环有反馈；优势：闭环可自动纠正扰动引起的偏差，静差率更小，调速精度更高。2.三个阶段：①电流上升阶段（ASR饱和，电流快速上升至限幅值）；②恒流升速阶段（电流保持限幅值，转速线性上升）；③转速调节阶段（ASR退饱和，电流下降至负载电流，转速稳定）。3.原理：用正弦波（调制波）与三角波（载波）比较，提供宽度按正弦规律变化的脉冲序列；通过低通滤波器后，输出电压近似正弦波，谐波含量低。4.关键步骤：坐标变换（三相静止→两相静止→两相旋转）、磁链观测、转矩解耦控制；通过坐标变换将异步电机模型等效为直流电机模型，实现励磁和转矩的独立控制。5.作用：减小步距角，提高定位精度，降低振动和噪声；原理：将每一步细分为多个微步，通过控制各相绕组电流的比例，使合成磁动势均匀旋转。四、计算题答案1.D=nN×s/[ΔnN×(1-s)]=1500×0.05/[100×(1-0.05)]≈0.789（注：实际应取n_max≥nN，故正确公式应为D=n_max×s/[ΔnN×(1-s)]，假设n_max=nN，则D≈7.89）2.Ud=0.9U2cosα=0.9×220×cos60°=99V；Id=Ud/R=99/10=9.9A3.闭环速降Δn_cl=Δn_op/(1+K)=200/(1+19)=10r/min，满足要求；若原K不满足，需调整K≥(Δn_op/Δn_cl)-1=19。五、综合分析题答案要点（1）启动时：ASR迅速饱和，输出限幅，ACR调节电流快速上升；进入恒流升速阶段，电流保持限幅值，转速线性上升；转速接近给定值时，ASR退饱和，电流下降，转速稳定。（2）负载增大时，转速下降，ASR输入偏差增大，输