电力拖动自动控制系统复习题.docx

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电力拖动自动控制系统复习题

电力拖动自动控制系统复习题一、填空题1.直流调速系统用的可控直流电源有：

旋转变流机组（G-M系统）、静止可控整流器（V-M统）、直流斩波器和脉宽调制变换器（PWM）。

2.转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、准时间最优控制和转速超调。

3.交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒电流控制三种。

4.变频器从结构上看，可分为交交变频、交直交变频两类，从变频电源性质看，可分为电流型、电压型两类。

5.相异步电动机的数学模型包括：

电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。

6.异步电动机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。

7.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。

8.调速系统的稳态性能指标包括调速范围和静差率。

9.反馈控制系统的作用是：

抵抗扰动，服从给定。

10.VVVF控制是指逆变器输出电压和频率可变的控制11、转速、电流双闭环调速系统当中，两个调节器采用串级联接，其中转速反馈极性为负反馈、电流反馈极性为负反馈。

12、直流斩波器的几种常用的控制方法：

①T不变，变ton——脉冲宽度调制（PWM）；②ton不变，变T——脉冲频率调制（PFM）；③ton和T都可调，改变占空比——混合型。

13、转速、电流双闭环系统，采用PI调节器，稳态运行时，转速n取决于给定电压、ASR的输出量取决于负载电流。

14.各种电力拖动自动控制系统都是通过控制电动机转速来工作的。

15.V-M系统中，采用三相整流电路，为抑制电流脉动，可采用的主要措施是设置平波电抗器。

16、在单闭环调速系统中，为了限制全压启动和堵转电流过大，通常采用电流截止负反馈。

17、在α＝β配合控制的直流可逆调速系统中，存在的是直流平均环流，可用串接环流电抗器抑制。

18、采用PI调节器的转速、电流双闭环系统启动时，转速调节器经历不饱和、饱和、退饱和三种状态。

二、选择题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（）。

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6．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（B）A．PIDB．PIC．PD．PD7．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，则静差率（A）A．越小B．越大C．不变D．不确定8．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）A．降电压调速B．串级调速C．变极调速D．变压变频调速9．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10．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（C）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11、SPWM技术中，调制波是频率和期望波相同的（A）。

A、正弦波B、方波C、等腰三角波D、锯齿波12、无静差单闭环调速系统，稳态时，转速的给定值与反馈值相同，此时调节器的输出（D。

）A、为0B、正向逐渐增大C、负向逐渐增大D、保持恒定终值不变13、下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是（C）。

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14、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

15、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16、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17、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18、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三、判断题1、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。

（√）2、改变电流相序可以改变三相旋转磁通势的转向。

（√）3、当闭环系统开环放大系数大于系统的临界放大系数时，系统将稳定。

（×）4、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。

（√）5、在电机调速控制系统中，系统无法抑制电机励磁电压变化的扰动。

（√）6、控制系统能够正常运行的首要条件是准确性。

（×）7、开环系统的静特性可以比闭环系统硬得多。

（×）8、微机数字调速系统中，采样频率应不小于信号最高频率的2倍。

（√）9、一般的间接变频器中，逆变器起调频与逆变作用。

（×）10、无静差调速系统中，调节器一般采用PI调节器调节器。

（√）四、问答题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：

nmaxD=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Us=常值f1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著，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。

5、在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响？

并说明理由。

答：

系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。

因此转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。

6、晶闸管-电动机系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路？

P102答：

当电动机需要回馈制动时，由于反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过VF流通的，这时，可以通过控制电路切换到反组晶闸管装置VR，并使它工作在逆变状态，产生逆变电压，电机输出电能实现回馈制动。

7、解释待正组逆变和反组逆变，并说明这两种状态各出现在何种场合下。

答：

正组逆变电枢端电压为负，电枢电流为正，电动机逆向运转，回馈发电，机械特性在第四象限。

反组逆变电枢端电压为正，电枢电流为负，电动机正向运转，回馈发电，机械特性在第二象限。

8、有静差系统与无差系统的区别。

答：

根本区别在于结构上（控制器中）有无积分控制作用，PI控制器可消除阶跃输入和阶跃扰动作用下的静差，称为无静差系统，P控制器只能降低静差，却不能消除静差，故称有静差系统。

9、简述泵升电压产生的原因及其抑制措施。

P99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。

10、什么叫环流?

并说明有环流可逆系统的适用场合。

P103答：

只限于两组晶闸管之间流通的短路电流称为环流。

适用于中小容量系统,有较高快速性能要求的系统。

11、在转速、电流双闭环调速系统中，出现电网电压波动与负载扰动时，哪个调节器起主要调节作用？

答：

电网电压波动时，ACR起主要调节作用;负载扰动时，ASR起主要抗扰调节作用。

五、计算题1、某直流调速系统的电动机额定转速为nN=1430r/min,额定速降△nN=115r/min，当要求静差率s≤30％时，允许多大的调速范围？

如果要求静差率s≤20％，试求最低运行速度及调速范围。

解：

要求s≤30%时，调速范围为

若要求s≤20%时，最低空载转速为最低运行转速为调速范围为2、某一调速系统，测得的最高转速特性为nmax=1500r/min，最低转速特性为nmin=150r/min，带额定OO负载时的速度降落Δn=15r/min，且在不同转速下额定速降Δn不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？

系NN统允许的静差率是多少？

解：

思路一：

系统能够达到的调速范围为：

3.在转速、电流双闭环系统中，两个调节器ASR、ACR均采用PI调节器。

已知参数：

电动机：

Pnom=3.7kW，Unom=220V，Inom=20A，nnom=1000r/min，电枢回路总电阻R=1.5Ω，设Unm*=Uim*=Ucm=8V，电枢回路最大电流Idm=40A，电力电子变换器的放大系数Ks=40.试求：

（1）电流反馈系数β和转速反馈系数α；

（2）当电动机在最高转速发生堵转时的Ud0、Ui、Uc值。

解：

（1）β=Uim*/Idm=8/40=0.2α=Unm*/nnom=8/1000=0.008

（2）Ud0=IdmR=40×1.5=60VUi=Uim*=8V（极性相反）Uc=Ud0/Ks=60/40=1.5A

4.已知某调速系统电动机数据为：

PN=18KW,UN=220V,IN=94A,nN=1000r/min，Ra=0.15Ω整流装置内阻Rrec=0.3Ω触发整流环节的放大倍数Ks=40.最大给定电压Unm*=15V,当主电路电流达到最大值时，整定电流反馈电压Uim=10Va计算：

（1）转速反馈系数。

（2）调节器放大系数Kp。

5、如图所示的系统，要求σ≤5%，试设计调节器。

解：

根据题意，该系统可以校正为典型Ⅰ型系统，也可以校正为典型Ⅱ型系统后加给定滤波器。

校正成典型Ⅱ型系统时，若取h=5，则T1=0.1，hT1=5×0.01=0.05，T1＞hT2。

因此可以把大惯性环节1/（0.1s+1）近似处理为积分环节1/（0.1s），故系统控制对象的传递函数为采用PI调节器校正，则开环传递函数为按Mpmin准则

故调节器参数这时超调量σ=37.6%，为了减小超调量，输入通道加一给定滤波器取滤波时间常数T0=τ=0.05，超调量σ=2.8%＜5%，满足要求。

最后还要校验一下近似条件是否满足、即，满足近似条件。

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、光电式旋转编码器、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。

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

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换流。

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。

17．SPWM控制技术包括单极性控制和双极性控制两种方式。

18．PWM逆变器根据电源类型不同可以分为电压型和频率型。

19．VVVF控制是指逆变器输出电压和频率可变的控制。

20．转速单闭环直流控制系统可以通过引入电流环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。

23．调速系统的稳态性能指标包括调速范围和静差率。

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。

26．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。

27．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。

28．电流调节器可以对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

交流1带二极管整流器的SPWM变频器是以正弦波为逆变器输出波形，是一系列的（A）矩形波。

A幅值不变，宽度可变B幅值可变，宽度不变C幅值不变，宽度不变D幅值可变，宽度可变2绕线式异步电动机双馈调速，如原处于低同步电动运行，在转子侧加入与转子反电动势相位相同的反电动势，而负载为恒转矩负载，则（B）A，输出功率低于输入功率B，输出功率高于输入功率0S1S0C，输出功率高于输入功率D，输出功率低于输入功率0S1S03普通串级调速系统中，逆变角，则（C）。

A转速上升，功率因数下降B转速下降，功率因数上升C转速上升，功率因数上升D转速下降，功率因数下降4绕线式异步电动机双馈调速，如原处于低同步电动运行，在转子侧加入与转子反电动势相位相同的反电动势，而负载为恒转矩负载，则（C）Ａ，输出功率低于输入功率B，输出功率高于输入功率nnnn11C，输出功率高于输入功率D，输出功率低于输入功率nnnn11（注：

为电动机实际转速，为电动机同步转速）nn15与矢量控制相比，直接转矩控制（D）A调速范围宽B控制性能受转子参数影响大C计算复杂D控制结构简单6异步电动机VVVF调速系统的机械特性最好的是（C）UEA恒控制B恒控制11g1EIC恒控制D恒控制r1117异步电动机VVVF调速系统中低频电压补偿的目的是（A）A补偿定子电阻压降B补偿定子电阻和漏抗压降C补偿转子电阻压降D补偿转子电阻和漏抗压降8异步电动机VVVF调速系统的机械特性最好的是（D）A恒压频比控制B恒定子磁通控制C恒气隙磁通控制D恒转子磁通控制三简答题（10分）1、下图为异步电动机矢量控制原理结构图，A，B，C，D分别为坐标变换模块，请指出它们分别表示什么变换？

（8分）这些变换的等效原则是什么（2分）？

~给定**i*i信号iiiiAAmm等效直流电*ii电流控制BB*iB控制器CAiD动机模型*iiβC变频器C+*iitt异步电动机1反馈信号1解：

A矢量旋转逆变换，B二相静止坐标变成三相静止坐标变换VRC三相静止坐标系变成二相静止坐标变换D矢量旋转变换VR，将二相静止坐标下的互相垂直的交流信号变换成二相旋转的互相垂直的直流信号。

等效变换的原则是旋转磁场等效或磁动势等效2、下图为异步电动机矢量变换与电流解耦数学模型，A，B分别为坐标变换模块，请指出它们分别表示什么变换？

（8分）这些变换的等效原则是什么（2分）？

iisαΨismArLmTp1irABTBLiiisβstTCnLepmn×pLJp解：

A三相静止坐标系变r成二相静止坐标变换B矢量旋转变换VR将二相静止坐标下的互相垂直的交流信号变换成二相旋转的互相垂直的直流信号。

其等效变换的原则是旋转磁场等效或磁动势等效。

五简述题下图为调速范围D≤3的串级调速系统主回路单线原理框图，试说明起动时各电器开关正确的合闸顺序和停机时的分闸顺序，并说明理由。

（15分）间接起动操作顺序1.先合上装置电源总开关S，使逆变器在min下等待工作。

2.然后依次接通接触器K1，接入起动电阻R,再接通K0，把电机定子回路与电网接通，电动机便以转子串电阻的方式起动。

3.待起动到所设计的nmin（smax）时接通K2，使电动机转子接到串级调速装置，然后断开K1,切断起动电阻，此后电动机就可以串级调速方式继续加速到所需的转速运行。

停车操作顺序1.由于串级调速没有制动能力，应先将转速降至nmin,再合上K1，然后断开K2，使电动机转子回路与串级调速装置脱离；2.最后断开K0，以防止当K0断开时在转子侧感生断闸高电压而损坏整流器与逆变器。

直流K22已知控制对象开环传递函数，试加入串联调节器将其校正为开环典型I型系统，G（s）,TTW（s）21c（Ts1）（Ts1）12KK2W（s）G（s）W（s）W（s）cobcs（Ts1）（Ts1）（Ts1）12（Ts1）（Ts1）Ks112并求调节器结构和参数（15分）W（s）Kcpis（Ts1）Ks2TTs1Ts1,T2122KK12piW（s）obs（Ts1）1KKKK12pi2piKTTT12T2Kpi2TK2TK1212所以，调节器的结构为PI调节器，参数如上式。

，1如下图，转速、电流双闭环调速系统中，ASR、ACR均采用PI调节器。

已知参数：

电动机：

，VP3.7KWU220NN**I30AUU10V，，电枢回路总电阻，设，电枢回路最大电流为，电I20An1000r/minR1.5NNdmnmim力电子变换器的放大系数。

K40s试求：

（1）电流反馈系数和转速反馈系数；（5分）

（2）突增负载后又进入稳定运行状态，则ACR的输出电压、变流装置输Uc出电压，电动机转速，较之负载变化前是增加、减少，还nUd是不变？

为什么？

（5分）*（3）如果速度给定不变时，要改变系统的转速，可调节Un什么参数？

（5分）（4）若要改变系统起动电流应调节什*么参数？

此时，设为正电压信号，在右图ASR中应调节中哪个电位Un器？

（5分）（5）当电动机在最高转速发生堵转时*的值；（10分）U,U,U,Udiic**UU10nnm0.01V/rpmnn1000m解：

（1）*U10im0.33V/AI30dm评分标准：

各2.5分，公式对数值结果错扣1分，量纲错扣0.5分，公式错不给分。

*CnIRCUIReLendLTIUUKULdLcdsc

（2）KKss*Uc,ncn*U*n（3）因为所以调节可以改变转速。

nUUn,n,nn**（4）因为，起动时转速调节器ASR饱和，输出限幅值，所以改变ASR限幅值可以改变起动电流UUIUIiidimdm*，为正时，起动时ASR输出为负，所以应调节来改变起动电流。

不能改变电流反馈系数，因为它还影响电UIRP5dmn

流环的动特性。

（5）*UUnnn**U10V,U0V,|U||U|10V,nniiUIR301.545V,ddmUCnIRIR301.5deddlU1.13VcKKK40sss评分标准：

分析出起动ASR饱和，结果全对，满分；没有分析出起动ASR饱和，没写公式扣3分，其它扣4-5分。

2双闭环调速系统中如反馈断线会出现什么情况，正反馈会出什么情况？

U0答：

反馈断线后，，ASR饱和，输出为限幅值，转速环开环，相当于堵转，电流给定为ASR的输出最大值，n电流闭环，按最大电流值恒流加速，转速上升，但由于转速反馈断线，触发移相控制电压增大到极限，触发角最小移至，转速达到最高值。

minUIRUcosIRddld0mindln，同样，正反馈时，也是一样。

CCee五（10分）下图所示为控制系统实验装置中的过流保护单元电路原理图，试简述其工作原理。

解：

当主电路电流超过某一数值后（2A左右），由9R3，9R2上取得的过流信号电压超过运算放大器的反向输入端，使D触发器的输出为高电平，使晶体三极管V由截止变为导通，结果使继电器K的线圈得电，继电器K由释放变为吸引，它的常闭触点接在主回路接触器的线圈回路中，使接触器释放，断开主电路。

并使发光二极管亮，作为过流信号指示，告诉操作者已经过流跳闸。

SA为解除记忆的复位按钮，当过流动作后，如过流故障已经排除，则须按下以解除记忆，恢复正常工作。

六设计题1校正为典型I型系统的几种调节器选择校正为典型II型系统的几种调节器选择

评分标准写出结构为PI，并计算参数给全分；如只计算，而没有计算扣5分；如将写错者，扣2分；T,KK1pipi没写出结构，扣5分。

4计算电机空载时恒流升速到额定转速时间2nGDNTe375t22CnncnGDGDReNNeNtT/Rm2375TII375cceNNem2电流断续时KZ—D系统的机械特性变软，相当于电枢回路的电阻值增大。

4脉宽调速系统中，开关频率越高，电流脉动越小，转速波动越小，动态开关损耗越大。

5采用转速—电流双闭环系统能使电动机按允许的最大加速度起动，缩短起动时间。

7典型I型系统的超调量比典型II型系统小，抗扰动性能比典型II型系统差。