电力拖动自动控制系统复习模拟试题全.docx

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电力拖动自动控制系统复习模拟试题全

1．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．PIDB．PIC．PD．PD

2．静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,静差率

A．越小B．越大C．不变D．不确定

3．下列异步电动机调速方法属于转差功率消耗型的调速系统是

A．降电压调速B．串级调速C．变极调速D．变压变频调速

4．可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速的是

A．比例控制B．积分控制C．微分控制D．比例微分控制

5．控制系统能够正常运行的首要条件是

A．抗扰性B．稳定性C．快速性D．准确性

6．在定性的分析闭环系统性能时，截止频率ωc越低,则系统的稳定精度

A．越高B．越低C．不变D．不确定

7．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

C．中值平均滤波D．几何平均值滤波

8．转速电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是

A．ACRB．AVRC．ASRD．ATR

9．双闭环直流调速系统的起动过程中不包括

A.转速调节阶段B.电流上升阶段C.恒流升速阶段D.电流下降阶段

11．下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是

A．饱和非线性控制B．转速超调

C．准时间最优控制D．饱和线性控制

12．下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是

A．降电压调速B．变极对数调速

C．变压变频调速D．转子串电阻调速

13．SPWM技术中，调制波是频率和期望波相同的

A．正弦波B．方波C．等腰三角波D．锯齿波

14．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

15．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C．电流调节D．转速调节

16．比例微分的英文缩写是

A．PIB．PDC．VRD．PID

17．调速系统的静差率指标应以何时所能达到的数值为准

A．平均速度B．最高速C．最低速D．任意速度

20．采用旋转编码器的数字测速方法不包括

A．M法B．T法C．M/T法D．F法

21．转速电流双闭环调速系统中转速调节器的英文缩写是

A．ACRB．AVRC．ASRD．ATR

22．下列关于转速反馈闭环调速系统反馈控制基本规律的叙述中，错误的是

A．只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的

B．反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动

C．反馈控制系统的作用是：

抵抗扰动、服从给定

D．系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度

23．笼型异步电动机变压变频调速系统中基频以下调速，恒?

控制方式控制性能最好

24．SPWM技术中，载波是频率比期望波高得多的

A．正弦波B．方波C．等腰三角波D．锯齿波

25．下列不属于交流异步电动机动态数学模型特点的是

A．高阶B．线性C．非线性D．强耦合

26．在微机数字控制系统的故障保护中断服务子程序中，工作程序正确的是

A．显示故障原因并报警—分析判断故障—封锁PWM输出—系统复位

B．显示故障原因并报警—封锁PWM输出—分析判断故障—系统复位

C．封锁PWM输出—分析判断故障—显示故障原因并报警—系统复位

D．分析判断故障—显示故障原因并报警—封锁PWM输出—系统复位

27．正弦波脉宽调制的英文缩写是

A．PIDB．PWMC．SPWMD．PD

29．采用比例积分调节器的闭环调速系统一定属于

A．无静差调速系统B．有静差调速系统

C．双闭环调速系统D．交流调速系统

30．异步电动机数学模型的组成不包括

A．电压方程B．磁链方程C．转矩方程D．外部扰动

二、填空题

1．常用的可控直流电源有旋转交流机组、静止式可控整流器、直流斩波器或脉宽调制变换器

2．调速系统的稳态性能指标包括调速范围和静差率

3．反馈控制系统的作用是：

抵抗扰动，服从给定

4．当电流连续时，改变控制角，V—M系统可以得到一组平行的机械特性曲线。

5．常见的调速系统中，在基速以下按恒转矩调速方式，在基速以上按恒功率调速方式

6．自动控制系统的动态性能指标包括对给定输入信号的跟随性能指标和对扰动输入信号的抗扰性能指标

7．电力牵引设备上最先进的可控直流电源是直流斩波器或脉宽调制变换器

8．SPWM控制技术包括单极性控制和双极性控制两种方式。

9．常见的转速检测装置有测速发电机、旋转编码器、电磁脉冲测速器.

10．VVVF控制是指逆变器输出电压和频率可变的控制。

12．电流截止负反馈的作用是限流

13．负反馈的作用是抵制扰动

14．静态环流可以分为直流平均环流和瞬时脉动环流

15．自动控制系统的动态性能指标包括对给定输入信号的跟随性能指标和对扰动输入信号的抗扰性能指标。

16．PWM变换器可以通过调节电力电子开关来调节输出电压。

18．PWM逆变器根据电源类型不同可以分为电压型和频率型

20．转速单闭环直流控制系统可以通过引入电流环控制以提高系统动态性能。

21．转速电流双闭环调速系统在启动过程中，转速调节器ASR将经历不饱和、饱和、退饱和三种情况。

22．交流调速的基本类型中最好的一种节能省力型调速方案是变压变频调速

24．无静差直流调速系统的实质是调节器包含比例积分环节。

25．比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，比例部分能迅速响应控制作用。

28．电流调节器可以对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

2．双闭环调速系统中，在恒流升速阶段时，两个调节器的状态是（A）。

（A）ASR饱和、ACR不饱和（B）ACR饱和、ASR不饱和

（C）ASR和ACR都饱和（D）ACR和ASR都不饱和

5．无静差调速系统中，调节器一般采用（C）调节器。

（A）P调节器（B）PD调节器（C）PI调节器

8．在速度负反馈单闭环调速系统中，当下列（C）参数变化时系统无调节能力。

（A）放大器的放大倍数Kp（B）负载变化

（C）转速反馈系数（D）供电电网电压

10.为了增加系统响应的快速性，我们应该在系统中引入（A）环节进行调节。

（A）比例（B）积分（C）微分

6.PID控制器各环节的作用是什么？

答：

PID控制器各环节的作用是：

（1）比例环节P：

成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦出现，控制器立即产生控制作用，以便减少偏差，保证系统的快速性。

（2）积分环节I：

主要用于消除静差，提高系统的控制精度和无差度。

（3）微分环节D：

反映偏差信号的变化趋势，并能在偏差信号变得过大之前，在系统中引入一个早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。

三、名词解释题

1．V—M系统

晶闸管-电动机调速系统

3.静差率

负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落与理想空载转速的比

4.ASR

转速调节器

5.测速方法的分辨率

衡量一种测速方法对被测转速变化的分辨能力

6．PWM

可逆脉冲宽度调制

7．直接转矩控制

利用转矩反馈直接控制电机的电磁转矩

8.调速范围

电动机提供的最高转速与最低转速之比

9.ACR

电流调节器[]’;

10.测速误差率

15．调节器的设计过程可以简化为哪两步？

1.选择调节器的结构

2.选择调节器的参数?

1、带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为（A）。

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

2、无静差调速系统的PI调节器中P部份的作用是（D）。

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

C、既消除稳态误差又加快动态响应D、加快动态响应

3、异步电动机变压变频调速时，采用（B）控制方式，可获得一线性机械特性。

A、U1／f1=常值B、Eg/f1=常值C、Es/f1=常值D、Er/f1=常值

4、一般的间接变频器中，逆变器起（B）作用。

A、调压B、调频C、调压与逆变D、调频与逆变

5、转差频率控制变频调速系统的基本思想是控制（C）。

A、电机的调速精度B、电机的动态转矩C、电机的气隙磁通D、电机的定子电流

三、简答题（每小题10分，共40分）

1、调速范围和静差率的定义是什么？

答：

生产机械要求电动机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：

D=nmax/nmin。

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ΔnN与理想空载转速n0之比，称作静差率s，即s=DnN/n0。

2、简述恒压频比控制方式。

答：

绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压Us≈Eg，则得1Usf=常值

这是恒压频比的控制方式。

但是，在低频时Us和Eg都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显着，不再能忽略。

这时，需要人为地把电压Us抬高一些，以便近似地补偿定子压降。

3、转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少？

为什么？

答：

当两个调节器都不饱和时，它们的输入偏差电压和输出电压都是零，转速调节器ASR的输出限幅电压Uim决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。

4、单闭环调速系统的基本特征。

答：

（1）具有比例放大器的单闭环调速系统是有静差的。

（2）闭环系统具有较强的抗干扰性能反馈闭环系统具有很好的抗扰性能，对于作用在被负反馈所包围的前向通道上的一切扰动都能有效地抑制。

（3）闭环系统对给定信号和检测装置中的扰动无能为力。

1、调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。

2、电流调节器可以对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

3、反馈控制系统的作用是：

抵抗扰动，服从给定。

4、双闭环直流调速系统的起动过程包括：

①转速调节阶段；②电流上升阶段；③恒流升速阶段。

5、交流异步电动机动态数学模型特点有高阶、非线性、强耦合。

6、常见的可控直流电源有旋转交流机组、静止式可控整流器、直流斩波器（或脉宽调制变换器）。

7、PWM变换器可以通过调节电力电子开关来调节输出电压。

8、转速、电流双闭环调速系统中转速调节器的英文缩写是ASR。

二、选择题（每小题2分，共20分）

1、异步电动机数学模型的组成不包括（D）。

A、电压方程B、磁链方程C、转矩方程D、外部扰动

2、控制系统能够正常运行的首要条件是（B）。

A、抗扰性B、稳定性C、快速性D、准确性

3、SPWM技术中，载波是频率比期望波高得多的（C）。

A、正弦波B、方波C、等腰三角波D、锯齿波

4、常用的数字滤波方法不包括（D）。

A、算术平均值滤波B、中值滤波C、中值平均滤波D、几何平均值滤波

5、在电机调速控制系统中，系统无法抑制（B）的扰动。

A、电网电压B、电机励磁电压变化C、给定电源变化D、运算放大器参数变化

6、在速度负反馈单闭环调速系统中，当下列（C）参数变化时系统无调节能力。

A、放大器的放大倍数KPB、负载变化C、转速反馈系数D、供电电网电压

7、采用比例积分调节器的闭环调速系统一定属于（A）。

A、无静差调速系统B、有静差调速系统C、双闭环调速系统D、交流调速系统

8、双闭环调速系统在稳定运行时，控制电压Uct的大小取决于（C）。

A、IdlB、nC、n和IdlD、α和β

9、下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是（D）。

A、饱和非线性控制B、转速超调C、准时间最优控制D、饱和线性控制

10、在交—直—交变频装置中，若采用不控整流，则PWN逆变器的作用是（C）。

A、调压B、调频C、调压调频D、调频与逆变

三、判断题（每小题2分，共10分）

1、调速范围是指电动机提供的最低转速与最高转速之比。

（×）

2、在无静态调速系统中的PI调节器中，P部分的作用是加快动态响应。

（√）

3、微机数字调速系统中，采样频率应小于信号最高频率的2倍。

（×）

4、当闭环系统开环放大系数大于系统的临界放大系数时，系统将不稳定。

（√）

5、正弦波脉宽调制的英文缩写是PWM。

（×）

四、简答题（每小题5分，共20分）

1、在《电力拖动及其自动控制系统》这门课程中如何对其定义？

其基本任务是什么？

答：

在《电力拖动及其自动控制系统》这门课程中对其定义如下：

具有自动控制和调节工作机械的速度或位移的电力拖动系统称为“电力拖动自动控制系统”，或者“运动自动控制系统”。

其基本任务是通过控制和调节电动机的旋转速度或转角来实现工作机械对速度或位移的要求。

2、ACR的是什么的英文缩写？

调节器的设计过程可以简化为哪两步？

答：

ACR的是电流调节器的英文缩写。

两步：

①选择调节器的结构；②选择调节器的参数。

3、PID控制器中的P、I、D分别代表什么环节?

并说明I环节的作用。

答：

PID控制器中的P、I、D分别代表比例环节、积分环节、微分环节。

其中I环节的作用是消除静差，提高系统的控制精度和无差度。

4、简述泵升电压产生的原因及其抑制措施。

答：

泵升电压产生的原因：

采用二极管整流获得直流电源时，电机制动时不能回馈电能，只好对滤波电容充电，使电容两端电压升高，产生泵升电压。

泵升电压抑制措施：

电容器吸收动能；镇流电阻消耗动能；并接逆变器。

五、计算题（每小题15分，共30分）

1、（15分）有一V-M系统：

电动机Pnom=2.5kw，Un=220V，In=15A，nn=1500r/min，RS=2Ω，Rrec=1Ω，KS=30，要求调速范围D=20，静差率s=20%。

求：

（1）计算开环系统的速降和允许的静态速降；

（2）采用转速负反馈，当给定电压为20V、转速为1000r/min时，计算放大器的放大倍数。

解：

（1）开环系统的速降为

允许的静态速降为

，

（2）计算放大器的放大倍数

，

，

2、（15分）有一转速负反馈单闭环V-M有静差直流调速系统，其系统稳态结构框图如下图所示，试利用此图推导其静特性方程。

解：

电压比较环节：

，放大器：

，电力电子变换器：

调速系统开环机械特性：

，测速反馈环节：

，

削去中间变量的静特性方程：

2-1在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速,应调节什么参数?

改变转速调节器的放大倍数Kn行不行?

改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不行?

改变转速反馈系数α行不行?

若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的哪些参数?

答：

①在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速,应调节的参数有：

转速给定电压U*n，因为转速反馈系统的转速输出服从给定。

②改变转速调节器的放大倍数Kn，只是加快过渡过程，但转速调节器的放大倍数Kn的影响在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统有调节和抑制能力。

因此，不能通过改变转速调节器的放大倍数Kn，来改变转速

③改变改变电力电子变换器的放大倍数Ks，只是加快过渡过程，但转电力电子变换器的放大倍数Ks的影响在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统有调节和抑制能力。

因此，不能通过改变电力电子变换器的放大倍数Ks，来改变转速

④改变转速反馈系数α，能改变转速。

转速反馈系数α的影响不在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统没有调节和抑制能力。

因此，可以通过改变转速反馈系数α来改变转速，但在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行最终的转速还是服从给定。

⑤若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的参数有：

转速的给定U*n、转速调节器的放大倍数Kn、转速调节器的限幅值、转速反馈系数α等，因为它们都在电流环之外。

2-2在转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少？

为什么?

答：

在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行时，转速调节器退饱和，PI的作用使得转速调节器的输入偏差电压为0，转速调节器的输出电压由于维持在U*im（n*）。

在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行时，电流调节器不饱和，PI的作用使得电流调节器的输入偏差电压为0，形成一个电流随动子系统，力图使Id尽快跟随其给定U*i.电流调节器的输出电压UC又后面的环节决定。

2-3在转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而是P调节器，对系统的静、动态性能将会产生什么影响?

答：

在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器采用P调节器，整个系统成为一个有静差的系统。

转速调节器不饱和，一直处于主导地位；电流调节器不饱和，形成一个电流随动子系统，无法形成在最大电流下在最短时间内使速度上升/下降最快，动态响应较慢。

2-4试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环调速系统：

①调速系统的静态性能；②动态限流性能；③启动的快速性

④抗负载扰动的性能；⑤抗电源波动的性能

答：

①调速系统的静态性能:

在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器采用PI调节器，整个系统成为一个无静差的系统。

带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，转速调节器采用PI调节器，整个系统成为一个无静差的系统。

②动态限流性能:

在转速、电流双闭环调速系统中，电流调节器采用PI调节器，将电流限制在Idm内。

带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，将电流限制在Idcr-Idbl内。

③启动的快速性:

在转速、电流双闭环调速系统在启动/制动过程中，转速调节器饱和，电流调节器在最大电流Idm附近进行PI调节，时间最短，提高了启动/制动的快速性。

带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，在启动/制动过程中，当电流大于截止电流Idcr时，电流调节器起作用，并不是在最大电流附近进行调节，启动/制动的快速性较差。

④抗负载扰动的性能：

在转速、电流双闭环调速系统中，负载扰动在转速外环中，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。

在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。

带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，负载扰动立即引起电流变化，当电流大于截止电流Idcr时，电流调节器起作用，可以进行调节。

⑤抗电源波动的性能

在转速、电流双闭环调速系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗电源波动的性能大有改善。

在电流截止环节的转速单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电源电压扰动的性能要差一些。

2-5在转速、电流双闭环调速系统中，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，当系统重新进入稳定运行时电流调节器的输入偏差信号?

Ui是否为零?

答：

在转速、电流双闭环调速系统中，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，转速调节器反馈电压突变为为0，转速调节器输入偏差突变为最大，转速调节器（PI调节器）饱和，转速开环，系统变为电流单闭环调节。

转速调节器的输出突变为正极限值U*im,电流调节器的输入偏差变大，电流调节器为PI调节器作用，直至进入新的稳定状态，电流无静差。

当重新进入稳定运行时，电流调节器（PI调节器）的输入偏差信号?

Ui为零。

2-6在转速、电流双闭环调速系统中，给定信号U*n未变，增加转速反馈系数?

，系统稳定后转速反馈电压Un是增加、减小还是不变？

答：

在转速、电流双闭环调速系统中，给定信号U*n未变，增加转速反馈系数?

，转速调节器反馈电压增加，转速调节器输入偏差变大，转速调节器输出变大即电流调节器给定变大，电流调节器输入偏差变大，电流调节器输出变大即电机电流变大，进入重新调节阶段。

系统稳定后，转速、电流无静差。

转速调节器输入偏差为0，转速反馈电压Un等于转速给定信号U*n，不变。

2-7在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。

已知电动机参数为：

PN＝3.7KW，UN＝220V，IN=20A，nN=1000r／min，电枢绕组总电阻Ra＝1.5?

，U*nm=U*im＝U*cm=8V，电枢回路最大电流Idm=40A,电力电子变换器的放大倍数Ks=40,试求:

①电流反馈系数?

和转速反馈系数?

②当电动机在最高转速发生堵转时的Ud0、U*I、Ui、Uc值.

解：

①稳态运行时，转速调节器不饱和，输入偏差为0，α=

=

8/1500=0.0056

稳态运行时，电流调节器不饱和，输入偏差为0，β=

=

=8/40=0.2

②当电动机在最高转速发生堵转时,电枢回路最大电流Idm=40A,

电流调节器反馈电压最大U*im=8V,

电流调节器输入偏差最大大，电流调节器饱和,输出最大U*cm=8V,电流开环.

经过电力电子变换器后的Ud0=Ks*Uc=40*8=320V.,

电机转速很小;几乎为0,转速反馈电压很小,转速调节器输入偏差很大,转速调节器饱和，转速开环,转速调节器输出U*im＝8V.

2-8在转速、电流双闭环调速系统中，ASR、ACR两个调节器均采用PI调节器。

当ASR的输出达到U*im=8V时，主电路电流达到最大电流80A，当负载电流由40A增加到70A，试问：

①U*I如何变化？

　　②Uc如何变化？

　　③Uc值.由哪些条件决定？

答:

①在转速、电流双闭环调速系统中，ASR、ACR两个调节器均采用PI调节器。

当ASR的输出达到U*im=8V时，ASR饱和不起作用;主电路电流达到最大电流80A，电流调节器的给定电压U*i=U*im=8V最大保持不变,

②当负载电流由40A增加到70A，电流调节器反馈电压Ui增加,电流调节器的输入偏差电压减小,电流调节器的输出电压Uc减小.

③Uc值.由:

电流调节器的输入偏差电压（电流调节器的给定电压U*i-电流调节器反馈电压）、条电流调节器的比例放大系数、电流调节器积分时间常数以及电机的运行状态等条件决定。

2-9在转速、电流双闭环调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行，现因某种原因使电动机励磁电源突然下降一半，系统工作情况会如何变化？

写出Ud0、U*i、Uc、Id、n在系统重新进入稳定后的表达式。

答:

在转速、电流双闭环调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行，现因某种原因使电动机励磁电源突然下降一半，电机的电磁转矩减小为原来的一半，转速下降，转速调节器反馈电压Un减小,转速调节器的输入偏差电压增大,转速调节器的输出电压即电流调节器的给定电压U*i增大.电流调节器的输出电压Uc增大，转速上升，达到新的稳定。

在系统重新进入稳定后Ud0=

U*i=

Uc=

Id=

n=

2-10某反馈控制系统已校正成典型Ⅰ型系统。

已知时间常数T=0.1S，要求阶跃响应超调量σ≤10%

①求系统的开环增益；②计算过渡过程时间ts和上升时间tr

③画出开环对数特性。

如要求上升时间tr<0.25s,则K=？

σ=？

解：

①典型Ⅰ型系统W（S）=

T=0.1S阶跃响应超调量σ≤10%

当wc<1/T时，的幅频特性以–20dB/dec斜率穿越零分贝线，系统有较好的稳定性。

系统的开环增益K=wc截止频率KT=0.5K=5

②过渡过程时间ts=

=6T=0.6S

上升时间tr=

取ξ=0.707

③上升时间tr<0.25s=

ξ=

wn=

=

则K=wc=wn[

σ=

=

2-11有一个系统,其控制对象的传递函数为Wobj（S）=

=

，要求设计一个无静差系统,在阶跃输入下系统超调量σ≤5%（按线性系统考虑）,试决定调节器的结构,并选择其参数。

解:

要求设计一个无静差系统,调节器结构选用I调节器,WI（S）=

WI（S）Wobj（S）=

为典型Ⅰ型系统.