电力拖动自动控制新版系统期末考试复习资料.doc

电力拖动自动控制系统复习（14电气工程本）
一． 题型
填空（20）、选取（10）、简答（30）、计算（40）
二． 各章节内容提纲
（一）绪论——基本概念
1. 运动控制系统构成（电动机、功率放大与变换装置、控制器、相应传感器）【P1】【填空】

2. 直流电机数学模型简朴，转矩易于控制。交流电机具备构造简朴等长处，但其动态数学模型具备非线性多变量强耦合性质。【P3】【填空】

3. 转矩控制是运动控制主线问题，磁链控制与转矩控制同样重要。【P5】【填空】

4. 典型生产机械负载转矩特性重要包括恒转矩负载特性、恒功率负载特性、风机与泵类负载特性。【P5】【填空】

（二）第2章
1．基本概念
（1）直流调速转速公式、办法。【P7】 【填空】
公式： 办法：1）调节电枢供电电压U；
2）削弱励磁磁通；
3）变化电枢回路电阻R
（2）可控直流电源（G-M系统、V-M系统、PWM变换器）【P9】【填空】

（3）增设平波电抗器来抑制电流脉动，总电感量计算。【P12】【选取题】
三相桥式
三相半波
单相桥式
（4）失控时间选取【p15】【选取题】

整流电路形式
最大失控时间

单相半波
20
10
单相桥式（全波）
10
5
三相半波
6.67
3.33
三相桥式
3.33
1.67

★★★★（5）PWM调速系统优越性体现【p16】【简答题】
主电路简朴，需要电力电子器件少；
开关频率高，电路容易持续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；
低速性能好，稳速精度高，调速范畴宽；
若与迅速响应电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；
电力电子器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率恰当时，开关损耗也不大，
因而装置效率较高；
直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高

（6）不可逆PWM系统中，γ与ρ关系。【P17】
γ=ρ
（7）泵升电压【P20】【填空题】
对滤波电容充电成果导致直流侧电压升高

（8）调速系统稳态性能指标S与D及互相之间关系。【P21-22】【填空题】
——额定负载时最高和最低转速 =>
最低速 => 空载转速
例：
★★★★（9）开环系统与闭环系统比较（4点结论）【P29-30】【简答题】
闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多。
闭环系统静差率要比开环系统小得多。
当规定静差率一定期，闭环系统可以大大提高调速范畴。
要获得上述三项优势，闭环系统必要设立放大器。

★★★★（10）闭环系统能减少稳态转速降实质问题是什么？结合图形分析【P31】【简答题】
闭环系统可以减少稳态速降实质在于它自动调节作用，在于它能随着负载变化而相应地变化电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降。

（11）反馈控制规律（3点）【P31】【简答题】
比例控制反馈控制系统是被调量有静差控制系统
反馈控制系统作用是：抵抗扰动，服从给定
系统精度依赖于给定和反馈检测精度

（12）积分与比例积分调节器作用，无静差实现。【P35】【填空题】
比例调节器输出只取决于输入偏差量现状，
而积分调节器输出则包括了输入偏差量所有历史。

（13）香农采样定理【P41】

（14）数字测速办法及特点（3类）【P42-44】【简答/填空题】
1、M法测速 高速段
2、T法测速 低速段
3、M/T法测速 高低速

★★★★（15）电流截止负反馈系统稳态构造图及静特性名称及图形【P48】【简答题】
1、稳态构造图如下：（3分）

2、静特性方程：
当 Id ≤ Idcr （2分）
当 Id > Idcr （2分）

（16）截止电流和堵转电流选取【填空题】

带有电流截止负反馈单闭环直流调速系统其静特性普通被称为 挖土机 特性，其中堵转电流普通取Idbl =（1.5～2）IN，临界截止电流普通取Idcr =（1.1～1.2）IN。

（17）稳态计算。习题2-9类型【P58】

（三）第3章
★★★★（1）双闭环起动过程分析（各阶段名称、转速与电流图形绘制、调节器ASR\ACR状态）【P63-64】

起动电流和转速波形：
（4分）

1、电流上升阶段：ASR迅速达到限幅值，电流不久达到最大电流Idm，ACR不饱和以保证电流环调节作用。（1分）
2、恒流升速阶段：ASR饱和，转速环相称于开环，电流Id恒定略不大于Idm，以保证电流环调节作用以抵消反电动势影响，转速呈线性增长，最后打到给定值n*值。同步晶闸管也不应饱和使Udom留有余量。（1分）
3、转速调节阶段：转速浮现超调，使ASR退饱和，电流下降到略不大于IL后立即又升到Id=IL值，转速也不久达到给定值n*直到稳定。（1分）

（2）双闭环起动过程特点（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）两个调节器作用【P65】【简答题】
1、转速调节器作用
转速调节器是调速系统主导调节器，它使转速n不久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。
对负载变化起抗扰作用。
其输出限幅值决定电动机容许最大电流。
2、电流调节器作用
作为内环调节器，在转速外环调节过程中，它作用是使电流静静跟随其给定电压变化。
对电网电压波动起及时抗扰动作用。
在转速动态过程中，保证获得电动机容许最大电流，从而加快动态过程。
当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流最大值，起迅速自动保护作用。一旦故障消失，系统及时自动恢复正常。

（5）工程设计法
l 典Ⅰ型、典Ⅱ型系统传递函数，参数关系
l 二阶最佳、三阶最佳概念
l 工程近似解决办法
l 已知系统模型（传递函数），依照给出指标规定按典Ⅰ型、典Ⅱ型系统进行设计，拟定调节器构造和参数（习题3-7）【P94】
l 双闭环调速系统工程设计（习题3-8）

（四）第四章
×（1）桥式可逆PWM变换器电路分析（重载）（脉冲波形、输出电压、电流波形）【P97】
（2）γ与ρ关系及与电机运营状态关系【P98】【选取题】

（3）动力润滑概念【P98】
在电动机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正、反向时静音磨擦死区，起着所谓“动力润滑”作用。

（4）V-M可逆系统可逆线路（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四种工作状态（列表阐明）【补充内容】

（6）环流概念及分类【103】【填空题】
两组装置同步工作时，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通短路电流，称作环流。

（7）直流平均环流抑制【P103】
（8）瞬时脉动环流抑制；不能电路增设环流电抗器个数【P105-106】【选取题】【填空题】
对瞬时脉动环流抑制重要通过设立（环流电抗器）来实现；在反并联连接可逆线路中普通设立（4）个，三相零式整流电路中设立（2）个，交叉连接可逆线路中普通设立（2）个。

★★★★（9）配合控制有环流可逆V-M系统制动过程分析【补充内容】
l 制动过程名称及特点
l 各信号极性
l 正反组桥工作状态
l 能量转换问题
l 波形图

（10）逻辑无环流控制可逆V-M系统中DLC构成（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DLC普通由：电平检测、延时电路、逻辑判断、联锁保护

（五）第5章
×（1）交流调速应用领域（3点）【P113】【多选题】
1、普通性能调速和节能调速。
2、高性能交流调速系统和伺服机系统。
3、特大容量、极高转速交流调速。
（2）交流电动机转速公式【P116】
1、变化频率 2、变化极对数 3、变化转差率
（3）交流电机调速办法【P114】【填空题】
l 异步电动机调速办法： 1、转差功率消耗型 调速系统
2、转差功率馈送型 调速系统
3、转差功率不变型 调速系统
l 同步电机调速办法：只能靠变压变频调速
（4）调压调速基本特性是电动机同步转速保持为额定值不变，其气隙磁通随定子电压减少而减小，属于弱磁调速【P118】

（5）交流力矩电机【119】
高转子电阻电动机
（6）交流调压调速主电路重要有哪些【P118】

（7）带恒转矩负载交流调压调速实质问题【P119】【填空题】
带转矩负载降压调速就是靠（增大转差功率）、（减小输出功率）来换取转速减少。

（8）变压变频调速是变化异步电动机同步转速调速办法【P122】
变压变频调速是变化异步电动机（同步转速）一种调速办法，在基频如下重要采用（电动势频率比为恒值）控制方式，当忽视定子电阻和漏感压降时可采用（恒压频比）控制方式，但在低频时要进行（低频补偿）。

（9）变压变频调速基本原理分析（基频如下和基频以上）【P123】

图4-10 系统本组逆变阶段中各处电位极性和能量流向

图4-12 系统它组逆变阶段中各处电位极性和能量流向

某闭环调速系统开环放大倍数为15时，额定负载下电动机速降为8 r/min，如果将开环放大倍数提高到30，它速降为多少？在同样静差率规定下，调速范畴可以扩大多少倍？
解：
如果将开环放大倍数提高到30，则速降为：

在同样静差率规定下，D可以扩大倍
2.9 有一V-M调速系统：电动机参数PN=2.2kW，UN=220V，IN=12.5A，nN=1500 r/min，电枢电阻Ra=1.5Ω，电枢回路电抗器电阻RL=0.8Ω，整流装置内阻Rrec=1.0Ω,触发整流环节放大倍数Ks=35。规定系统满足调速范畴D=20，静差率S<=10%。
（1）计算开环系统静态速降Δnop和调速规定所容许闭环静态速降Δncl 。
（2）采用转速负反馈构成闭环系统，试画出系统原理图和静态构造图。
（3）调节该系统参数，使当Un*=15V时，Id=IN，n=nN ，则转速负反馈系数 α应当是多少？
（4）计算放大器所需放大倍数。
解：（1）

因此，
（2）

（3）（4）

可以求得，
也可以用粗略算法：
，
，
2.10 在题2.9转速负反馈系统中增设电流截止环节，规定堵转电流，临界截止电流，应当选用多大比较电压和电流反馈采样电阻？规定电流反馈采样电阻不超过主电路总电阻1/3 ,如果做不到，需要增长电流反馈放大器，试画出系统原理图和静态构造图，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） ，

，
（2）
由于需要检测电阻值大，阐明规定电流信号值也大。要同步满足检测电阻小和电流信号大规定，则必要采用放大器，对电流信号进行放大。为此，
取，则

（3） 当时，有
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，旋转编码器输出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，求转速和时测速辨别率和误差率最大值。
解：
（1）M法：辨别率
最大误差率：
时，
时，
时，
时，
可见M法适合高速。
（2）T法：
辨别率：
时，
时，
最大误差率：，，
当时，
当时，
时，
时，
可见T法适合低速

2.已知调节器对象为试将其校正为典型I型系统，规定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，由于要校正成二阶最佳则，系统按典型1型系统校正得 , 并且.
因此可采用调节器PI调节器。由上可知
因此，即
3. 一种经整流变压器由三相全控桥式晶闸管整流装置供电转速电流双闭环直流调速系统，其基本数据如下：
直流电动机额定参数为：UN=220V，IN=136A，nN=1460r/min,Ce=0.132v.min/r，过电流倍数λ=1.5,Ks=40，R =0.5Ω，Ta=0.03s，Tm=0.18s，Toi=0.002s，Ton=0.01s，
α=0.007（r/min）β=0.05(v/A),设计指标：电流超调量σi%≤5%，空载起动到额定转速时转速超调量σn%≤10%。
（1） 电流环按典Ⅰ型系统设计，取KT=0.5(ξ=0.707)，选取调节器构造和参数。
（2） 转速环按典Ⅱ型系统设计，并按h=5设计，选取调节器构造和参数。
解： （1）电流调节器构造G(S)=Ki（τis+1）/τis
τi=Ta=0.03s

KI=1/2T∑i=129.26(s-1)
Ki= KI τiR/βKs= 0.97

（2） 电流环作为转速环一种环节则传递函数为：
，转速环按典二型系统设计，调节器采用PI调节器，传递函数为。

又h=5因此由按典二型设计原理可知：