电力拖动自动控制系统课后题「《电力拖动自控系统》课程综合复习资料」

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一、填空题

1、 直流调速系统的主要形式是晶闸管－电动机调速系统，简称为V－M系统系统。

2、 在随动系统动态校正中，常用的有串联校正、并联校正和复合校正。

3、在闭环调速系统中，常常会用到PD、PI和PID，依次代表比例微分、比例积分和比例积分微分三种调节器。

二、选择题

1、位置信号检测装置是构成位置闭环控制所必不可少的环节。下列位置检测装置中，不属于电磁感应的是（光电码盘）

A、自整角机 B、光电码盘 C、旋转变压器 D、感应同步器

2、调速系统和随动系统在控制中十分常用，两者的主要性能不同。对随动系统来说，主要是要求输出量准确地跟随给定量的变化，因此它的（跟随性能）成了主要指标。

A、快速性 B、灵活性 C、跟随性能 D、准确性

3、对闭环系统而言，控制精度依赖于给定和反馈检测精度，而反馈电路对干扰并不全起作用，主要

对干扰（电压扰动）起作用。

A、电压扰动 B、给定电源扰动

C、反馈电路元件的本身影响 D、测速电机误差

三、简答题

1、直流电机常用的调速方法有那些？试写出各自的适用范围。

答：有三种方法调节电动机的转速：

（1）调节电枢供电电压 U；

（2）减弱励磁磁通；

（3）改变电枢回路电阻 R。

对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。

改变电阻只能有级调速；

减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。

因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。

2、直流调速系统常用的可控直流电源有那些？试做详细说明。

答2：旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。

静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。

直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。

3闭环系统能够减少稳态速降的实质。

答3：闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，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。

4、双闭环调速系统中，转速调节器的作用。

答4：（1）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变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，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。

5、 试绘出转速、电流双闭环调速系统的原理图、稳态结构图和动态结构图。

6、 试写出微机控制系统的主要特点，并做简单解释。

答6：由于计算机只能处理数字信号，因此，与模拟控制系统相比，微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化：

为了把模拟的连续信号输入计算机，必须首先在具有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。

采样后得到的离散信号本质上还是模拟信号，还须经过数字量化，即用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将它转换成数字信号，这就是数字化。

7.某双闭环调速系统，ASR、ACR均采用近似PI调节器，试问①调试中怎么才能做到Uim*=6V时，Idm=20A；如欲使Unm*=10V时，n=1000r/min，应调什么参数？②如发现下垂特性不够陡或工作段特性不够硬，应调什么参数？

答7：①应修改转速和电流反馈系数②电流调节器和转速调节器的放大倍数。

8.试说明双极式H型PWM变换器的优点。

答8：（1）电流一定连续；（2）可使电动机在四象限中运行；（3）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；（4）低速时，每个晶体管的驱动脉冲仍较宽，有利于保证晶体管可靠导通；（5）低速平稳性好，调速范围可达20000左右。

9、电流波形连续和断续对开环V－M调速系统机械特性的影响较大，电流连续段特性较硬，改变控

制角可得到一簇彼此平行的直线；断续段则呈现非线性，理想空载转速高，特性软，内阻大。为了工作在电流连续区，须采取什么措施？

答9：电流脉动会产生以下两个方面的问题：

(1)脉动电流产生脉动转矩，对生产机械不利。

(2)脉动电流造成较大的谐波分量，流入电源后对电网不利，同时也增加电机发热。

V-M系统抑制电流脉动的主要措施：

(1)增加整流电路的相数。

(2)设置平波电抗器。

当V-M系统主电路串接的电抗器有足够大的电感量，而且电动机的负载电流也足够大时，整流电流的波形便可能是连续的

四、绘图题

1、试画出双闭环调速系统的原理图和稳态结构图。

答：

五、计算题

1、旋转编码器光栅数为1024，倍频系数为4，高频时钟脉冲频率f0=1MHz，旋转编码器输出的脉冲个数和高频时钟个数均采用16位计数器，M法和T法测速时间均为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。

答：电机每转一圈共产生Z=4×2048=8192

（1）M法测速

测速分辨率

当n=1500r/min时，

测速误差最大值

当n=150r/min时，

测速误差最大值

（2）T法测速

当n=1500r/min时，

测速分辨率

测速误差最大值

当n=150r/min时，

测速误差最大值

2、被控对象的传递函数为

式中，K1＝2；T1＝0.4s；T2＝0.08s；T3＝0.015s；T4＝0.005s。

要求阶跃输入时系统的超调量σ%<5%。试用PID调节器分别校正成典型Ⅰ系统和典型Ⅱ系统。

答：

解：①用PID调节器校正时，其传递函数为

取，，令则按典型I型系统校正时系统开环传递函数为

同样，取，则

调节时间

②用PID调节器校正时，系统的开环传递函数为

取，令，

则上式近似为

需检验近似条件。此时，则当h=4时，，当h=10时，。可见，满足近似条件，所以可以用PID调节器将系统校正成典型Ⅱ型系统。

3、有一V－M调速系统，电动机参数为Pnom=2.5kw、Unom＝220V、Inom＝15A、nnom=1500r／min、Ra=2Ω，整流装置内阻Rrec=1Ω，触发整流环节的放大系数Ku=30，要求调速范围D=20，转差率s=10%。试：

（1）计算开环系统的稳态速降和调速要求所允许的稳态速降。

（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的稳态结构图。

（3）调整该系统，使时转速n=1000r/min，此时转速反馈系数应为多少？（可认为）

（4）计算所需的放大器放大系数。

答：计算电动机的Ce

由可得

开环系统的稳态压降为

满足调速要求所允许的稳态压降为

采用转速负反馈系统的稳态结构如图所示。

当时n=1000r/min，则转速反馈系数为

闭环系统的开环放大系数为

则所需的放大器放大系数为

改用电压反馈后，电动机电枢电阻Ra造成的稳态速降已经是

可见，不可能达到题中提出的调速要求。

采用电压负反馈调速系统的稳态特性方程为

式中

其中电压反馈系数为

所以

六、分析题

1、试分析双极性H型变换器是如何实现系统可逆的？并画出相应的电压、电流波形。

答：双极式可逆PWM变换器的电流波形和不可逆但有制动电流通路的PWM变换器也差不多，怎样才能反映出“可逆”的作用呢？ 这要视正、负脉冲电压的宽窄而定。当正脉冲较宽时，ton>T／2，则电枢两端的平均电压为正，在电动运行时电动机正转。当正脉冲较窄时，ton<T／2，平均电压为负，电动机反转。如果正、负脉冲宽度相等，ton=T／2，平均电压为零，则电动机停止。

2、有一个V—M调速系统，电机参数为：Pn=10KW，Un=220V，In=55A，nn=1000r/min，电枢

电阻。若采用误差率最大值开环控制系统，只考虑电枢电阻引起的转速降。

（1）要使静差率S=0.1，求系统的调速范围D。

（2）要使调速范围D=2，其允许的静差率S为多少？

（3）若要求调速范围D=10，静差率S=0.05，则允许的转速降为多少？

答：

⑴

⑵

⑶