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自动控制系统习题库湖南化工职业技术学院学历

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2020年4月19日
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第一章 闭环控制的直流调速系统

1－1为什么PWM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能?
答: PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性:
( 1) 主电路线路简单, 需用的功率器件少。
( 2) 开关频率高, 电流容易连续, 谐波少, 电机损耗及发热都较小。
( 3) 低速性能好, 稳速精度高, 调速范围宽, 可达1: 10000左右。
( 4) 若与快速响应的电动机配合, 则系统频带宽, 动态响应快, 动态抗扰能力强。
( 5) 功率开关器件工作在开关状态, 导通损耗小, 当开关频率适当时, 开关损耗也不大, 因而装置效率较高。
( 6) 直流电源采用不控整流时, 电网功率因数比相控整流器高。

1－2试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时, 两个VT是如何工作的。

１－３调速范围和静差率的定义是什么? 调速范围、 静差速降和最小静差率之间有什么关系? 为什么说”脱离了调速范围, 要满足给定的静差率也就容易得多了”?

1—8转速单闭环调速系统有那些特点? 改变给定电压能否改变电动机的转速? 为什么? 如果给定电压不变, 调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速? 为什么? 如果测速发电机的励磁发生了变化, 系统有无克服这种干扰的能力?
答: ( 1) 转速单闭环调速系统有以下三个基本特征
①只用比例放大器的反馈控制系统, 其被被调量仍是有静差的。
②反馈控制系统的作用是: 抵抗扰动, 服从给定。扰动性能是反馈控制系统最突出的特征之一。
③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。
( 2) 改变给定电压会改变电动机的转速, 因为反馈控制系统完全服从给定作用。
( 3) 如果给定电压不变, 调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化, 它不能得到反馈控制系统的抑制, 反而会增大被调量的误差。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。
1—9在转速负反馈调速系统中, 当电网电压、 负载转矩、 电动机励磁电流、 电枢电阻、 测速发电机励磁各量发生变化时, 都会引起转速的变化, 问系统对上述各量有无调节能力? 为什么?
答: 当电网电压发生变化时, 系统对其有调节能力。因为电网电压是系统的给定反馈控制系统完全服从给定。
负载转矩、 电动机励磁电流、 电枢电阻变化时系统对其有调节能力。因为她们的变化最终会影响到转速, 都会被测速装置检测出来。再经过反馈控制作用, 减小它们对稳态转速的影响。测速发电机励磁各量发生变化时, 它不能得到反馈控制系统的抑制, 反而会增大被调量的误差。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。

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1-17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。
1-18采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统, 稳态运行时的速度是否有静差? 为什么? 试说明理由。
答: 采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统, 稳态运行时的速度是无静差的。电压负反馈实际是一个自动调压系统, 只有被包围的电力电子装置内阻引起的稳态速降被减小到1/( 1+K) , 它的稳态性能比带同样放大器的转速负反馈系统要差。但基本控制原理与转速负反馈类似。它与转速负反馈一样能够实现无静差调节。

第二章 转速、 电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法

第4章 可逆直流调速系统和位置随动系统

4-1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?
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经过VF流通的, 这时, 能够经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。
4-2试画出采用单组晶闸管装置供电的V-M系统在整流和逆变状态下的机械特性, 并分析这种机械特性适合于何种性质的负载。
解; 机械特性图如下:
4-6试分析位置随动系统和调速系统在哪些方面是不同的。
答: 位置随动系统与调速系统的主要区别在于, 调速系统的给定量一经设定, 即保持恒值, 系统的主要作用是保证稳定和抵抗扰动; 而位置随动系统的给定量是随机变化的, 要求输出量准确跟随给定量的变化, 系统在保证稳定的基础上, 更突出需要快速响应。位置随动系统的反馈是位置环, 调速系统的反馈是速度环。

第5章闭环控制的异步电动机变压调速系统
——一种转差功率消耗型调速系统

概念题:
直流电动机的转速可经过三种方法来调节即: 调节电枢供电电压、 减弱励磁磁通、 改变电枢回路电阻。
晶闸管具有单向导电性。
电动机的机械特性越越好。
调速系统的两项稳态性能指标是调速范围和静差率。
满足给定稳态精度要求的闭环调速系统经常不能稳定, 因此还须加动态校正环节。
伯德图是调速系统校正环节设计中最常见的工具。
电动机调速系统的伯德图中频段须有足够宽的-20DB/DEC的斜率段, 表示稳定性好; 截止频率高表示快速性好; 低频特性陡, 增益高, 表示稳态精度好; 高频衰减快说明抗高频干扰能力强。
PI调节器的传递函数有
PI调节器的能够消除调速系统的静差。
双闭环调速系统中两个调节器都采用PI调节器。
带PI调节器的双闭环调速系统在启动过程中转速一定会有超调。
双闭环调速系统中转速调节器的作用:
( 1) 使转速n跟随给定电压U*m变化, 稳态无静差。
( 2) 对负载变化起抗扰作用。
( 3) 其输出限幅值决定允许的最大电流。
或
1．对转速的抗扰调节
2.使转速无静差
3. 其输出限幅值决定允许的最大电流

双闭环调速系统中电流调节器的作用:
( 1) 对电网电压波动起及时抗扰作用。
( 2) 起动时保证电机获得允许的最大电流。
( 3) 在转速调节过程中, 使电流跟随其给定电压U*i变化。
( 4) 当电机过载甚至于堵转时, 限制电枢电流的最大值, 从而起到快速的安全保护作用。如果故障消失, 系统能够自动恢复正常。
或
1.电流跟随
2.过流自动保护
3.及时抑制电压波动

调节器的一般设计方法是: 先内环后外环。
调节器的结构和参数取决于稳态精度和动态校正的要求。
晶闸管产生逆变的两个必要条件: P105
环流是影响晶闸管可逆调速系统安全工作并决定可逆系统性质的最大、 主要问题。
P105逆变颠覆:
环流对晶闸管调速系统有好处也有坏处, 坏处更大。
晶闸管—电动机调速系统存在电流的谐波分量, 因而在深调速时转矩脉动大, 限制了调速范围。
。。。。深调速时功率因数低。
。。。。。要克服上述困难, 须加大平波电抗器的电感, 但电感大又限制了系统的快速性。
PWM的优点: P127
位置随动系统中常见的位移检测装置有自整角机、 旋转变压器、 感应同步机、 光电编码盘等。
自整角机的角差输入输出电压的关系是正弦函数, 只有在角差很小的范围内才能看成是一个线性环节。
位置随动系统的稳态误差包括检测元件的检测误差、 由系统结构和特征参数决定的原理误差( 系统误差) 和扰动误差。检测误差往往占稳态误差的主要成分, 因此要得到高精度的随动系统首先必须有高精度的检测元件。位置随动系统特别强调应该具有快速的跟踪能力。

交流调速的方法有: 降电压调速;
电磁转差离合器调速
绕线转子异步电动机转子串电阻调速
绕线转子异步电动机串级调速
变极对数调速
变频调速等。