2024年电力拖动自动控制知识点总结

第1章绪论

1、电矶的分类？

①发电机（其他能一电能）直流发电机和交流发电机

②电动机（电能f其他能）

直流电动机：有换向器直流电动机（串励、并励、复励、他励）和

无换向器直流电动机（又属于一个特殊的同时电动机）

交流电动机：同时电动机

异步电动机：鼠笼式、绕线式、间服电机

控制电机：旋转变压器

自整角机

力矩电机

测速电机

步进电机（反应式、永磁式、混合式）

2、依照直流电机转速方程

U-IR

n------

n-转速（r/min）；U一电枢电压（V）1一@^,流（A）；R-电枢回路总可阻（Q）；

中—励磁磁通（Wb）；Ke—由电机结构决定的电动势常数。

三种措施调整电动机的转速：（1）调整电枢供电电压（2）减弱励磁磁通（D；（3）变化电

枢回路电阻凡

调压调速：调整电压供电电压进行调速，适应于：UWUnom,基频如下，在一定范围内无级平

滑调速。

弱磁调速：无级，适合用于GWcDnom,一般只能配合调压调速方案，在基频以上（即电

动机额定转速以上）作小范围的升速。

变电阻调速：有级调速。

问题3：请比较直流调速系统、交流调速系统的优缺陷，并阐明此后电力传动系统的发展的趋

势。*直流电机调速系统

优点：调速范围广，易于实现平滑调速，起动、制动性能好，过载转矩大，可靠性高，动态性能良

好。

缺陷：有机械整流器和电刷，噪声大，维护困难；换向产生火花，使用环境受限；结构复杂，容量、

转速、电压受限。

*交流电机调速系统（恰好与直流电机调速系统相反）

优点：异步电动机结构简单、坚固耐用、维护以便、造价低廉，使用环境广，运行可靠，便于制造

大容量、高转速、高电压电机。大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。

缺陷：调速性能比直流电机差。

*发展趋势：用直流调速方式控制交流调速系统，达成与直流调速系统相媲美的调速性能；或采

取同时电机调速系统.

第2章闭环控制的直流调速系统

1、常用的可控直流电源有如下三种

■旋转变流机组一一用交流电动机和直流发电机组成机组，以取得可调的直流电压。

■相控整流器一一把交流电源直接转换成可控的直流电源。

■直流斩波器或脉宽调制变奏器一一先用不可控整流交流电变换成直流电，然后月PWM脉宽调

制方式调整输出的直流电压。

2、由原动机（柴油机、交流异步或同时电动机）拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速

的直流电动机M供电，调整G的励磁电流即可变化其输出电压U,从而调整电动机的转

速no

这么的调速系统简称G-M系统，国际上通称Ward-Leonard系统。

3、晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统，又称静止的Ward-Leonard系统），

4、晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数

在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置当作是一个纯滞后步骤，其滞后效应是由晶闸管的失控

时间引起的。

传递函数近似成一阶惯性步骤。W（S）x

,1+小

5、采取脉冲宽度调制（PWM）的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，

简称直流脉宽调速系统，即直流PWM调速系统。

PWM系统的优点

（1）主电路线路简单，需用的功率器件少；

（2）开关频率高，电流轻易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小；

（3）低速性能好，稳速精•度高，调速范围宽，可:1:10000左右；

（4）若与迅速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；

（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当初，开关损耗也不大，因而装

置效率较高；

（6）直流电源采取不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

6、PWM控制与变换器的数学模型

PWM控制与变换器（简称PWM装置）也能够当作是一个滞后步骤，其传递函数能够写成

As-PWM装置的放大系数；7s一PWM装置的延迟时间，7s70"⑸

7、当开关频率为10kHz时，7=0.1ms,在一般的电力拖动自动控制系统中，时间常数这么小的

叱(S)B

7>+1

滞后步骤能够近似当作是一个一阶惯性步骤，因此，与晶闸管装置传递函数

完全一致

8、调速系统的转速控制要求

（1）调速一一在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调整转速;

（2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以

确保产品质量；

（3）加、减速一一频繁起、制动的设备要求加、减速尽也许快，以提升生产率；不宜经受激烈速

度变化的机械则要求起，制动尽也许平稳。

9、调速范围：生产机械要求电动叽提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示,

即

力二应.

4rin

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

,与理想空载转速之比，称作静差率s,即

S=——-

M-小

10、调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才故意义。调速系统的静差率指

标应以最低速时所能达成的数值为准。

D二

一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的蟀速可调范围。

11、系统特性比较

（1）闭环系统静性能够比开环系统机械特性硬得多。

（2）假如比较同一的开环和闭环系统，则闭环系统的静差率要小得多。

_op

（3）当要求的静差率一定期，闭环系统能够大大提升调速范围%=TT无

OL（1+K）&P

（4）要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。

闭环调速系统能够取得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在确保一定静差率的要求下，能够

提升调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。

12、反馈控制规律

（1.）百分比控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统：【闭环系统的开环放大系数片值越

ARI1

A/?cy=-------------------

大，系统的稳态性能越好。然而，的二常数，稳态速差就只能减小，却不也许消除。】Ce（/+K）

（2.）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定

反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。

抗扰性能是反馈控制系统最突出的特性之一。

（3）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。

反馈控制系统的规律是：首先能够有效地抑制一切被包在负反馈环内前向通道上的扰动作用；另首

先，则紧紧地跟伴随给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从的。

13、采取百分比积分调整器的闭环调速系统是无静差调速系统。

积分控制能够使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。

百分比调整器的输出只取决于输入偏差量的现实状况；而积分调整器的输出则包括了输入偏差

量的所有历史。

P：调整器的输出电压由百分比和积分两部分相加而成。

百分比积分控制综合了百分比控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺陷，扬长避

短，相互补充。百分比部分能迅速响应控制作用，积分部分则最后消除稳态偏差。

14、无静差调速系统的稳态参数计算很简单，在理想情况下，稳态时△氏=0,因而为=lh*,

能够按式（1-67）

2_nmax

直接计算转速反馈系数

15、为了处理反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流

的步骤“

假如采取某种措施，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正营时仅有转速

负反馈起作用控制转速。这种措施叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。

16、微机数字控制系统的重要特点是离散化和数字化：

■离散化：为了把模拟的连续信号输入计算机，必须首先在具备一定周期的采样时刻对它们进

行实时采样，形成一连串的脉冲信号，即离散的模拟信号，这就是离散化。

■数字化：采样后得到的离散信号本质上还是模拟信号，还须通过数字量化，即用一组数码（如

二进制码）来逼近离散模以信号的幅值，将它转换成数字信号，这就是数字化。

17、山光电式旋转编码器产生与被测转速成正比的脉冲，测速装置将输入脉冲转换为以数字形式表

示的转速值。

脉冲数字（P/D）转换措施：

（1）M法一脉冲直接计数措施；M法测速只适合用于高速段。

（2）T法一脉冲时间计数措施；T法测速适合用于低速段。

（3）M/T法一脉冲时间混共计数措施。M/T法测速可在较宽的转速范围内，具备较高的测速

精度。

18、数字控制器不但能够实现模拟控制器的数字化，并且能够突破模拟控制器只能完成线性控制规

律的局限，完成各类非线性控制、自适应控制乃至智能控制等等，大大拓宽了控制规律的实现范围。

智能控制特点：控制算法不依赖或不完全依赖于对象模型，因而系统具备较强的鲁棒性和对环境

的适应性。

第3章转速、电流双闭环直流调速系统和调整器的工程设计措施

1、转速调整器ASR的输出限幅电压。对m决定了电流给定电压的最大值；

电流调整器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变爽器的最大输出电压因口。

2、双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调整器都不饱和时，各变量之间有下列关系

U；=U、=以此

c

K、K、Ks

百分比步骤的输出量总是正比于其输入量，而PI调整器则否则，其输出量在动态过程中决定于

输入量的积分，达成稳态时，输入为零，输出量的稳态值与输

入无关，而是由它背面步骤的需要决定的。背面需要P1调整

器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。

3、起动过程分析

在起动过程中转速调整器ASR经历了不饱和、饱和、退饱利三图2-7双闭环直流词速系统起动时的转速和电流波形

种情况

[1]电流上升阶段。在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。

【2】恒流升速阶段（tl~t2）,是起动过程中的重要阶段。为了确保电流环的重要调整作用，在

起动过程中ACR是不应饱和的，电力电子装置UPE的最大输出电压也须留有余地，这些都是设计

时必须注意的。

系统的加速度恒定，转速呈线性增加。

[3]第ID阶段转速调整阶段（他以后）在这最后的转速调整阶段内，ASR和ACR都不饱和,

ASR起主导的转速调整作用，而ACR则力图使Zd尽快地跟随其给定值建i,或者说，电流内环是

一个电流随动子系统。

4、双闭环直流调速系统的起动过程有如下三个特点：

（1）饱和非线性控制；（2）转速超调；（3）按时间最优控制

5、在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。

6、双闭环直流调速系统中转速调整器的作用（1）转速调整器是调速系统的主导调整器，它使转速

。很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，假如采取PI调整器，则可实现无静差。（2）

对负载变化起抗扰作用。（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。电流调整器的作用（1）作

为内环的调整器，在外环转速的调整过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调整

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，确保取

得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。（4）当电机过我甚至堵转时，限制电枢电流的最大

值，起迅速的自动保护作用。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。

7、【1】跟随性能指标：常用的阶跃响应跟随性能指标有tr-上升时间；。一超调量；fs-

调整时间。

[2]抗扰性能指标标志着控制系统抵抗扰动的能力。常用的抗扰性能指标有△品ax-动态降落；

"-恢复时间。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。

8、在阶跃输入下的I型系统稳态时是无差的；但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与片值成

反比；

在加速度输入下稳态误差为8。因此，I型系统不能用于具备加速度输入的随动系统。

9、经典I型系统在跟随性能上能够做到超调小，但抗扰性能稍差，经典II型系统的超调量相对较

大，抗扰性能却比很好。这是设计时选择经典系统的重要依据。系统设计的一般标准：“先内环

后外环”

电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这是局部闭环（内环）控制的一个重要

功效。

外环的响应比内环慢，这是按上述工程设计措施设计多环控制系统的特点。这么做，虽然不利于迅

速性，但每个控制环自身都是稳定的，对系统的组成和调试工作非常有利。

10、恒转矩调速方式，按照电力拖动原理，在不一样转速下长期运行时，为了充足利用电机，都应

使电枢电流达成其额定值小。于是，因为电磁转矩7e=版!①id,在调压调速范围内，因为励

磁磁通不变，允许的转矩也不变，称作“恒转矩调速方式”。恒