2010自控系统考试题B卷答案.doc

电气信息工程学院 专业 级 班 姓名: 学号:
2010 —2011 学年 秋季学期期末考试试题。
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北方民族大学试卷
课程代码：01100150 课程：电力拖动自动控制系统（B卷答案）

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总成绩
复核
得分

阅卷
教师

说明：本试卷适用于2007级自动化、电气工程及其自动化专业的学生，也适用于重修的学生。学生可以使用计算器。
1、 写出单闭环转速负反馈控制系统的转速方程式，那个参数的变化可以使稳态速降降低很多？（5分）

（3分）

闭环后，K值越大，使转速降落越小。（3分）
2、 调速范围和静差率的定义是什么？分别写出开环系统的调速范围、静差率和闭环系统的调速范围、静差率。（5分）
答：最高转速和最低转速之比叫做调速范围（2分）
负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落与理想空载转速之比，称作静差率
开环时的调速范围与静差率：（2分）
闭环系统的调速范围和静差率分别为：（2分）
3、 在转速负反馈单闭环无静差调速系统中，突加负载后又进入稳定运行状态，画出各环节的电压信号的变化趋势，并解释系统是如何实现转速调节的（5分）
答案：突加负载后引起电流增大：各环节的信号变化如下：
Id­®n¯®Un¯®DUn­® Uc­® Ud0­®n­（趋势3分）
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。（2分）
4、在转速负反馈单闭环调速系统中，那些扰动系统有抑制作用，那些扰动系统无法抑制？为什么？画出单闭环转速负反馈调速系统结构图，并将各扰动标在图中。（10分）
答案：反馈控制系统对被反馈环包围的前向通道上的扰动都有抑制功能（4分）。但是，如果在反馈通道上的测速反馈系数受到某种影响而发生变化，它非但不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差（2分）。（图4分）

5、用数学公式解释：为什么在闭环控制系统中，为满足系统的稳态精度，要求开环放大系数K值越大越好，而为了满足稳定性要求，根据劳斯稳定性判据，K值又不能太大？（10分）
答案：1）由单闭环转速负反馈控制系统的转速方程式（公式2分）
当K值越大是△ncl就越小，所以K值越大，系统的稳态速降就越小，稳态精度就越高。（2分）
2）为了分析系统的稳态，由反馈控制闭环直流调速系统的开环传递函数（有公式4分）
式中 K = Kp Ksa / Ce

得到反馈控制闭环直流调速系统的特征方程为 （有公式2分）

根据劳斯-古尔维茨判据，系统稳定的充分必要条件是 （有公式3分）
整理后得 （有公式2分）
所以K值不能大与某个值。否则系统不稳定。
6、在转速负反馈单闭环调速系统中，分别采用比例控制、积分控制、比例积分控制，那些有静差？那些无静差？为什么要有静差？为什么能做到无静差？（5分）
解：比例控制为有静差，积分控制、比例积分控制为无静差（2分）
在比例控制中ΔUn=U*n-Un,Uct=Kp×ΔUn，如果ΔUn=0，则调节器输出为0，无调节的作用，所以ΔUn≠0，为有差（3分）。积分控制、比例积分控制能做到无静差是因为含有积分器，积分器在其输入ΔUn=0时，只要曾经有过U*n-Un不为0，保持以前的累积值，使调节器输出不会为0，，则积分器就有输出，积分器的输出为以前的累加值，仍然有输出，所以是无静差的。（5分）

7、PWM—直流电机控制电路如右图所示，解释实现电 机双向控 制时VT1-VT4如何变化的，并画出VT1-VT4的波形。（5分）
答案：当VT1、3通时，VT2、4断，
当VT1、3断时，VT2、4通。（2分）
（3分）

8、控制系统的伯特图如图所示。（5分）
L/dB
低频段
中频段
高频段
-20dB/dec
ωc
ω/s-1
1）请回答图中三个频段对系统性能的影响。
2）请回答图截止频率对系统性能的影响。
答案1）低频段的斜率陡、增益高，系统的稳态精度高（1分）
2）中频段以-20dB/dec的斜率穿越0dB线，系统的稳态性好（2分）
3）高频段衰减越快，即高频特性负分贝值越低，系统的抗高频干扰的能力越强。（1分）
4）截止频率ωc越高，系统的快速性越好。（1分）
9、为什么要增加电流截止负反馈？画出带电流截止负反馈的单闭环调速系统的稳态结构图，并给出带电流截止负反馈稳态转速方程式。（10分）
解：当直流电机在全电压起动时，如没有限流措施，会产生很大的冲击电流，采用转速负反馈后，系统在突加给定电压后，由于惯性，转速不能立即建立起来，此时反馈电压仍为0，偏差电压=给定电压，使电枢电压为最大值，电流过大。通过增加电流截止负反馈保证电流基本不变，使它不超过允许值，当正常时，电流截止负反馈不起作用。（说明和图3分，公式各2分）
Id ≤ Idcr 时

Id > Idcr时

10、在转速、电流双闭环调速系统中，ASR起什么作用？如果ASR和ACR采用PI调节器，改变电机的起动电流,应该调节什么参数?转速反馈系数增大，转速如何变化？画出双闭环环调速系统的动态结构图。（15分）
答案：1）转速调节器的作用：（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速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。（3分）
（2）对负载变化起抗扰作用。（2分）（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。（2分）
2）调节ASR的限幅输出就可以调节起动电流或改变电流反馈系数。（2分）
3）由公式： 当给定不变，转速反馈系数增大，转速减小。（2分）
（4分）
11、反并联可逆系统的基本组成电路如图所示，请回答如下问题：（10分）
（1）当电机正转时，两组整流装置各为什么工作状态？
（2）如采用α=β工作制时，正反组的控制触发角应如何变化？
（3）在什么条件下可以实现回馈制动？
答案：1）电动机正转时，由正组晶闸管装置VF供电，正组晶闸管装置工作在整流状态，反组VR则工作在逆变状态。（3分）
2）由于两组晶闸管装置相同，两组的最大输出电压 Ud0max 是一样的，因此，当直流平均环流为零时，应有cosa r = – cosa f或a r + a f = 180 （2分）
3）如采用α=β工作制，当任何一组的触发角在0<a<90°时晶闸管装置工作在整流状态，另一组的触发角在90 <β<180时晶闸管装置工作在逆变状态。（3分）
正组回馈制动：反组工作在整流状态。正组工作在逆变状态 90<a<180，0<β<90 ，要求正组的输出电压Udo要小于反电势E（2分）

12、一个V-M系统，已知电动机参数为：PN=5KW、UN=220V、IN=20A，额定转速nN=1400r/min、Ra=1Ω,整流装置内阻Rpe=1Ω,触发整流环节的放大系数KS=40。要求调速范围D=30，静差率S≤10%。（15分）
试求：1）计算开环系统的稳态速降和满足调速要求所允许的稳态速降。 （4分）
2）如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分）
3）调整该系统，使给定U*n=10V时转速1200r/mim,此时转速负反馈系数α为多少？（认为U*n≈Un）（4分）
4）计算所需的放大器放大系数KP 。（4分）
解： 1）开环系统的稳态速降为：（4分）

满足调速要求所允许的稳态速降为：

2）转速负反馈系统的稳态结构图：（3分）
Ks
Kp
1
Ce
α
U*n
Un
n
IR
-
-

3) 当U*n=10V时转速n=1000r/m，则转速负反馈系数α为 （3分）

4）闭环系统的开环放大系数K为：（3分）

所需的放大器放大系数KP为：（2分）

计算过程和公式正确给全分