北方民族大学010年自控系统总复习题

电力拖动控制系统期末复习题

1、画出它励直流电动机供电原理图，推导出给定电压Ud0与电机转速之间的数学方程式。（

R + L Id Ud0 - E + _ Ud0?IdRn??n0op??nopCe2、 写出单闭环转速负反馈控制系统的转速方程式，并解释为什么闭环控制系统可以减少稳态速降？那个参数的变化可以使稳态速降降低很多？

RIdn???n0cl??ncl Ce(1?K)Ce(1?K)

由于闭环的原因，使系统的稳态转速降落比开环系统降低了（1+K）倍（1.5分），K值的增加可以是稳态转速降落降低很多。

3、用开环与闭环转速与电枢电压的方程式解释，在直流电动机调速系统中，为什么闭环系统的机械特性比开环的硬？

4、推导出它励直流电动机，给定电压Ud0与电机转速之间的数学方程式，并解释负载电流变化对转速的影响。它励直流电动机的调速原理？电路原理图？数学方程式？ 解：

*Ud0?IdRKpKsUnRIdn????n0op??nopCeCeCe

*KpKsUn

R

+ UL Id + E - - 由上式看出：当负载变化时，负载电流Id将随着变化，Id增大使△nOP增大，n减小，Id减小使△nOP减小，n增大，△nOP为转速降落。

5、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，写出两种系统调速范围、静差率之间

nNsD?cl开环时的调速范围 ?ncl(1?s)闭环时的调速范围 二者之间的关系 Dcl?(1?K)Dop的关系。（5分）

Dop?nNs?nop(1?s)开环调速范围和闭环调速范围的关系， Dcl?(1?K)Dop开环系统和闭环系统的静差率分别为：

二者的关系为：

scl?sop1?K6、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？

由闭环系统的机械特性方程式可以看出：当K值越大时ncl就越小，所以K值越大，系统的稳态精度就越高。但由动态结构知，反馈控制闭环直流调速系统的开环传递函数是

n?*KpKsUnCe(1?K)?RId?n0cl??nclCe(1?K)W(s)?K(Tss?1)(TmTls2?Tms?1)式中 K = Kp Ks? / Ce

反馈控制闭环直流调速系统的特征方程为

TmTlTs3Tm(Tl?Ts)2Tm?Tss?s?s?1?01?K1?K1?K

a0s3?a1s2?a2s?a3?0根据三阶系统的劳斯-古尔维茨判据，系统稳定的充分必要条件是

a0?0，a1?0，a2?0，a3?0，a1a2?a0a3?0

整理后得

Tm(Tl?Ts)?Ts2K?TlTs所以K值不能大与某个值。否则系统不稳定。

7、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，画出各环节的电压变化趋势，并解释系统是如何实现转速调节的。 突加负载后引起电流增大：各环节的信号变化如下： Id??n??Un???Un?? Uc?? Ud0??n?（趋势图）

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。

8、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？ 解：比例控制为有静差，积分控制、比例积分控制为无静差

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。 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ΔUn=0时，可以保持以前的累积值，使调节器输出不会为0，只要U*n-Un不为0，则积分器就有输出，而当U*n-Un=0

时，积分器的输出为以前的累加值，仍然有输出，输出的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定，所以是无静差的。

9、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？画出转速负反馈单闭环调速系统结构图，并将各扰动标在图中。

解：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（2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

10、控制系统的伯特图如图所示。

1）请回答图中三个段对系统对系统性能的影响。 2）请回答图截止频率对对系统性能的影响。

L/dB 低频段 中频段 -20dB/dωc 低频段 ω/s-1

解：1）低频段的斜率陡、增益高，系统的稳态精度高

中频段以-20dB/dec的斜率穿越0dB线，系统的稳态性好

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。 3）截止频率ωc越高，系统的快速性越好。

11、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。

解：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时，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，电流控制不起作用。 当Id ≤ Idcr 时 n?RIdCe(1?K)Ce(1?K)?*KpKsUn

当 Id ? Idcr时n ?*KpKs(Un?Ucom)Ce(1?K)Ce(1?K)12、某闭环调速系统的调速范围是1500～150r/min，要求系统的静差率S≤2%，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？

13、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？

14、为什么闭环控制系统可以减少稳态速降？那个参数的变化可以使稳态速降降低很多？ 15、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？ 可逆PWM变换器的工作原理？与晶闸管整流电源的区别？ 16、电流连续与断续的机械特性有何不同？

17、PWM—直流电机控制电路如图所示，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。

18、直流脉宽输出电压方程与晶闸管整流装置的电压方程有何不同？直流脉宽电源有几种典型形式？直流脉宽电源是如何实现调压的？

19、画出双闭环环调速系统的动态结构图，在转速、电流双闭环调速系统中，ACR起什么作用？如果ASR和ACR采用PI调节器，如要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？ 解：

?(R?KpKsRs)IdWASR(s) + WACR(s +*Ui - ) Uc - Un U i Ks - Tss+1 Ud0 Id -IdL n R 1/R 1/Ce Tms Tl s+1 + E ? ?

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。 （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。

2）根据PI调节器的工作原理，起动电流的大小由转速调节器的输出限幅值决定，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。

*3）由公式： Un?Un??n 当给定不变，转速反馈系数增大，转速减小。

20、画出反并联可逆系统的基本组成电路图，简述有环流可逆系统的工作原理，用正组逆变、反组整流说明如采用α=β工作制时，控制触发角应如何变化？解释正组回馈制动时两组整流桥的工作状态和要求，并在图中标出两组整流装置的电压极性。 反并联可逆系统的基本组成电路如下图

VF - Id - ???VR M -Id + +

有环流可逆系统的工作原理是：采用配合控制的策略，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。电动机反转时，由反组晶闸管装置VR供电，反组晶闸管装置VR工作在整流状态，正组VF则工作在逆变状态。 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

cos? r = – cos? f或? r + ? f = 180

如采用α=β工作制，当任何一组的触发角在0

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

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