电力拖动自动控制系统期末考试复习

电力拖动自动控制系统复习（14电气工程本）

一.题型

填空（20）、选择（10）、简答（30）、计算（40）

二.各章节内容提要

（一）绪论一一基本概念

1.运动控制系统的组成（电动机、功率放大与变换装置、控制器、相应的传感器）【PI】【填空】

2.直流电机的数学模型筒单，转矩易于控制.交流电机具有结构简单等优点，但其动态数学模型具有非线性多

变量强耦合的性质。【P3】【填空】

3.转矩蒯是运动控制的根本问题，磁链蒯与转矩控制同样重要。【1>5】【填空】

4.典型的生产机械负载转矩特性主要包含恒转短螳扭1、恒功率负载特性、风机与泵类负载特性。（P5J【填

空】

（二）第2章

1.基本概念

（1）直流调速转速公式、方法。【P7】【填空】

公式：n=今^方法：1）调节电枢供电电压U：

2）减弱励磁磁通①：

3）改变电枢回路电阻R

（2）可控直流电源（G-M系统、V-M系统、PWM变换器）［P9］【淇空】

（3）增设平波电抗器来抑制电流脉动，总电感量的计算。【P12】【选择题】

三相桥式L=0.693

'dmln

三相半波L=1.46/-

'dmln

单相桥式L=2.87

（4）失控时间的选择【P15】【选择题】

整流电路形式最大失控时间Amax/ms平均失控时间G/ms

单相半波2010

单相桥式（全波）105

三相半波6.673.33

三相桥式3.331.67

★★★★（5）I<M调速系统的优越性表现［pl6］【简答题】

O主电路简单，需要的电力电子器件少；

O开关频率高，电路容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；

O低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；

O若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；

O电力电子器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大,

因而装置效率较高：

O直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流涔高

（6）不可逆HYM系统中，丫与P的关系。【P17】

Y=P

（7）泵升电压【P20】【填空题】

对滤波电容充电的结果造成直流侧电压升高

（8）调速系统的稳态性能指标S与D及相互之间的关系。［P21-22】【填空题】

On.n——额定负载时的最高和最低转速=>D=/

maxminnmin

Os=①最低速=>空载转速

nOmtn

cD=例.D=143093_rO

★★★★（9）开环系统与闭环系统比较（4点结论）【P29-301【简答题】

O闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多。？喋，=黑

O闭环系统的静差率要比开环系统小得多。Sc,

O当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围。Oc,=（1+K）D°p

O要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。

★★★★（10）闭环系统能减少稳态转速降的实质问题是什么？结合图形分析【P31】【简答题】

闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的宜砂遍宜作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电

枢电压，以补偿电枢回路电阻压降。

（11）反馈控制规律（3点）【P31】【简答题】

O比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统

O反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定

O系统的精度依赖于哈定和反馈检测的精度

（12）积分与比例积分调节器的作用，无静差的实现。【P35】【填空题】

比例调节器的输出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入偏差量的全部历史。

（13）香农采样定理［P41］

f-2fm«x

（14）数字测速方法及特点（3类）【P42-44】【简答/填空题】

1、M法测速高速段n=^

Alc

2、T法测速低速段n=磐

3、M/T法测速高低速

★★★★（15）电流截止负反馈系统稳态结构图及静特性名称及图形【P48】【简答题】

1、稳态结构图如下：（3分）

2、静待件方程：

KpKU；R*

当IdWIder（2分）

C（I+6C，（1+幻

〃_K,KS（R+KpK，&）Id

当Id?Ider（2分）

C（l+<C（l+%）

（16）截止电流和堵转电流的选择【填空题】

带有电流截止负反馈的单闭环立流调速系统其静特性通常被称为3g丝乙特性，其中堵转电流•般取MbJ

=（1.5〜2）晨,临界截止电流一般取Tclcr=（1.2）K.

（17）稳态计算。习题2-9类型什58】

（三）笫3章

★★★★（1）双闭环的起动过程分析（各阶段的名称、转速与电流图形绘制、调节器ASR'ACR的状态）【P63-64】

起动电流和转速波形j

1、电流上升阶段:ASR迅速达到限幅值，电流很快达到最大电沈Idm,ACR不饱和以保证电流环的调节作用。（1

分）

2、恒流升速阶段:ASR饱和，转速环相当于开环，电流Id恒定略小于1dm,以保证电流环的调节作用以抵消反

电动势的影响，转速呈线性增长，最终打到给定值n*值。同时晶闸管也不应饱和使Ldom留有余量。（1分）

3、转速调节阶段:转速出现超调，使ASR退饱和，电流下降到略小于IL后马上又升到Id=IL值，转速也很快达

到给定值n*直到稳定。（1分）

（2）双闭环起动过程的特点（3点）【P64】【填空题】

1、饱和非线性控制2、转速超调3、准时间最优控制

（3）抗扰性能分析[P64]????

★★★★（4）两个调节器的作用【P65】【简答题】

1、转速调节器的作用

。转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压火变化，稳态时可减小转

速误差，如果采用PI周节器，则可实现无静差。

。对负载变化起抗扰作用。

。其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。

2、电流调节器的作用

。作为内环的调书器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流静静跟随其给定电压变化。

O对电网电压的波动起及时抗扰动的作用。

。在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。

。当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一月故障消失，系统

立即自动恢复正常。

（5）工程设计法

•典I型、典II型系统传递函数，参数关系

•:阶最佳、三阶最佳概念

•工程近似处理方法

•已知系统模型（传递函数），根据给出指标要求按典I型、典1【型系统进行设计，确定调节器的结构和参数

（习题3-7）【P94]

•双闭环调速系统的工程设计（习题3-8）

（四）第四章

X（1）桥式可逆PWY变换牌电路的分析（重载）（脉冲的波形、输出电压、电流波形）[P97]

（2）Y与P的关系及与电机运行状态的关系【P98】【选择题】

2,on1

Y=--1

（3）动力润滑的概念【P98】

在电动机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正、反向时的静音磨擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。

（4）V-M可逆系统的可逆线路（电枢反接与励磁反接）【补充内容】

★★★★（5）V-M系统反并联可逆线路的四种工作状态（列表说明）【补充内容】

（6）环流的概念及分类【103】【填空题】

两组装置同时工作时，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流,称作环流，

（7）直流平均环流的抵制【P103】

（8）瞬时脉动环流的抵制；不能电路增设环流电抗器的个数［P105-106］【选择题】【填空题】

对瞬时脉动环流的抑制主要通过设匿（环流电抗器）来实现:在反并联连接可逆线路中一般设置包

个，三相等式整流电路中设首⑵个,交叉在接可逆线圈中一股设置.0个。

★★★★（9）配合控制有环流可逆V71系统制动过程分析【补充内容】

•制动过程的名称及特点

•各信号的极性

・正反组桥的工作状态

•能量转换问题

•波形图

（10）逻辑无环流控制的可逆V-M系统中的DLC组成（电平检测、逻辑判断、延时电路、联锁保护）及输入

信号（转矩极性鉴别信号、零电流检测信号）【P107】【填空题】

V-M系统中的DLC一般由：电平检测、延时电路、逻辑判断、联锁保护

（五）第5章

X（1）交流调速的应用领域（3点）【P113】【多选题】

1、一般性能调速和节能调速。

2、高性能的交流调速系统和伺服机系统。

3、特大容量、极高转速的交流调速。

（2）交流电动机的转速公式［P116］

n=（l-s）”1、改变频率2、改变极对数3、改变转差率

np

（3）交流电机的调速方法［P114］【填空题】

•题电动机的调速方法：1、转差功率滑究型调速系统

2、转差功率须送型调速系统

3、转差功率不翘调速系统

•同步电机的调速方法：只能掌变压变频调速

（4）调压调速的基本特征是电动机闻步糊速保存为嫂值不变,其气隙磁通随定子电压的降低而减小，属

于弱磁调速［P118］

（5）交流力矩电机［119］

高转子电阻电动机

（6）交流调压调速的主电路上要有哪些【P118】

（7）带恒转矩负载的交流调压调速的实质问题【P119】【填空题】

带转矩负载的降压调速就是季（增大转差功率）、（减小输出功率）来换取转速的降低。

（8）变压变频调速是改变异步电动机同步转速的调速方法［P122］

变压变频调速是改变异步电动机（同步转速）由•种调速方法，在基频以下主要采用（电动势频率比

力省@的控制方式，当忽略定子电阻和控感压降时采用（恒压频比）控制方式,但在低频时要进行工施

频补偿）

（9）变压变频调速的基本原理分析（基频以下和基频以上）［P123］

图4-10系统本组逆变阶段中各处的电位极性和能量流向

图4T2系统它组逆变阶段中各处的电位极性和能量流向

某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电动机的速降为8r/min,如果将开

环放大倍数提高到30,它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？

解：=（1+K]\ncl=（1+15）x8=128

如果将开环放大倍数提高到30,则速降为：

在同样静差率要求下，D可以扩大A3/△G2=1937倍

2.9有一V-M调速系统：电动机参数P、=2.2kW,U后220V,I、=12.5A,n、=1500r/min,电枢

电阻R“=1.5C,电枢回路电抗器电阻RL=0.8Q,整流装置内阻0Q,触发整流环节的

放大倍数（=35。要求系统满足调速范围D=20,静差率SL10机

（1）计算开环系统的静态速降An叩和调速要求所允许的闭环静态速降Anclo

（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Un*=15V时，L=L,n=nN,则转速负反馈系数a应该是多少？

（4）计算放大器所需的放大倍数。

解：⑴

所以，=8.33/7nin

(2)

(3)(4)〃=(KpKU-/dR)/(G，(l+K))=[KU：/a(1+K)H〃R/(Q(l+K))]

K*C,35.955*0.134

可以求得,14.34

KJCT35*00096

也可以用粗略算法:

15

u；、U〃=an,=0.01

1500

KP=KCJK、a,Kp=35.955x0.134/（35x0.01）=13.76

2.10在题2.9的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流&“W2/,v，临界截止

电流>1.2/？v,应该选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻？要求电流反馈采样电阻不

超过主电路总电阻的1/3,如果做不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统的原理图和

静态结构图，并计算电流反馈放大系数。这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多少？

解：（1）Idhl<2IN=25A,Idcr>\.2IN=\5A

1曲产（U：+Ug。R,=25=（15+R,=R、=1.5Q,^,=15x1,5=22.5V

（2）（/?v/3）=（1.0+1.5+0.8）/3=l.lQ,R,>（R”'3）

不符合要求，取凡=1.1。，需加电流反馈放大器

由于需要的检测电阻值大，说明要求的电流信号值也大。要同时满足检测电阻小和电流

信号大的要求，则必须采用放大器，对电流信号进行放大。为此，

取.=1.1Q,则%=7^x7?,=15x1.I=16.5V

(3)当时，有

〃=/Ce(l+K)]-kpK内(RJd+K)]-[R〃/Q(l+K)]

=KpK,.(u：+K〃S〃)/(C(I+K))H(R+K“K,.K/J〃/(G，(I+K))]

当n=0时，

旋转编码器光栅数1024,倍频系数4,高频时钟脉冲频率f°=1MHz,旋转编码器输出的脉

冲个数和高频时钟脉冲个数均采用16位计数器，M法测速时间为0.01s,求转速

n=1500r/min和n=150r/min时的测速分辨率和误差率最大值。

解：

(1)M法：分辨率Q=型-=-----------=1.465r/min

ZT(1024x4x0.01

最大误差率：〃=攀一

)nZT1500x4x1024x0.01

n=1500r/min时,M,=----c=------------------=1024

6060

nZT

/•计A/c150x4x1024x0.01^

〃二1l5c0nA7mm时，M、=——-=----------=102.4

16060

1500/7min时，%=—xl(X)%=—xl(X)%=0.098%

皿M1024

150r/minW,%=—xlOO%=—^-x100%=0.98%

M102.4

可见M法适合高速。

(2)T法:

分辨率：

1024x4x150()2

n=1500/7min时，Q=生=I71r/min

60xlxl()6-1025x4x1500

n=150〃min时，Q=———=-----H)2：x4xl5。------=155r/min

60/o-Zz?60xlx106-1024x4x150

最大误差率：”裁6%

M.=

Zn

2=1^=9刀

当〃二1500u/min时，M

60x1()6

当几=150/min时，M==97.7

21024x4x150

n=1500/7min时，3皿％=---x1(X)%=--—义KK)%=11.4%

皿M2-19.77-1

n=150/7min时，0皿％=---x100%=—!—x100%=1%

必M2T97.7-1

可见T法适合低速

2.已知调节器对象为W(s)=-----------------------试将其校正为典型I型系统，要求

(0.2s+l)(0.01s+1)(0635+1)

设计成二阶工程最佳系统，求出调节器传递函数。

解:将对象化简得卬⑸=---------------,因为要校正成二阶最佳则，系统按典型1型系

(0.2s+l)(0