中南大学2013运控试卷（完整版）

一、填空题

1. 为使异步电动机调速具有高动态性能，对其动态模型的控制可采用按 转子磁链

定向矢量控制系统，另外还可以采用按定子磁链控制的 直接转矩 控制系统。 2. 带二极管整流器的SPWM变频器是以正弦波为逆变器输出波形，是一系列的 幅度

不变， 宽度 可变矩形波。

3. 三相PWM输出共有8个空间电压矢量，其中6个为 基本电压矢量，它们的幅值

等于 直流母线电压，空间角度互差 60 ，另两个为 零矢量。

4. 常见的调速系统中，在基速以下按 恒转矩 调速方式，在基速以上按 恒功率 调

速方式。

5. 转速、电流双闭环调速系统，突加给定的走动过程分为三人阶段：I、电流上升阶

段，II、恒流升速阶段，III、转速调节阶段。转速调节器ASR在I、II阶段处于 饱和 状态，其限幅值Uim*= Bldm，这时转速环为 开环 状态；转速调节器ASR和电流调节器ACR均能起线性调节作用的是在 转速调节（or III）阶段。 6. 交流调速系统按对转差功率的处理方式分为三类： 转差功率消耗型、回馈型、不

变型。

7. 在转速、电流双闭环调速系统中，出现电网波动时，电流ACR调节器 起主要作用；

出现负载扰动时，转速ASR调节器 起主要作用。

8. 、异步电动机三相模型的非线性强耦合性质主要体现在 转矩 方程和 磁链 方程。 9. 异步电机三相动态模型结构复杂，采用 3/2 变换和 旋转 变换可简化动态数学

模型，坐标变换的原则是 磁动势 等效， 功率 相等。

10. 按转子磁链定向，可将定子电流的 励磁分量 和 转矩分量 解耦，从而可以变成

单变量系统，可单独闭环控制。

二、选择题

1. 直流电动机反并联晶闸管整流电源供电的可逆调速系统给定为零时，主要停车过程

是（ C ）

A, 本桥逆变，回馈制动 B, 它桥整流，反接制动 C, 它桥逆变，回馈制动 D, 自由停车

2. SPWM技术中，载波是频率比期望高得多的 （ C ）

A, 正弦波 B, 方波 C, 等腰三角波 D, 锯齿波 3, 下列不属于异步电动机动态数学模型特点的是（ B ） A, 高阶 B, 低阶 C, 非线性 D, 强耦合

4， 调速系统的静差率指标应以何时所能达到的数值为准（ C ） A, 平均速度 B, 最高速 C, 最低速 D, 任意速度 5， 采用比例积分调节器的闭环调速系统一定属于（ A ）

A, 无静差调速系统 B, 有静差调速系统 C, 双闭环调速系统 D, 交流调速系统 6， 异步电动机数学模型的组成不包括（ D ）

A, 电压方程 B, 磁链方程 C, 转矩方程 D, 外部扰动 7， a=b 配合控制有环流可逆调速系统的主回路中（ D ） A, 既有直流环流又有脉动环流 B, 有直流环流但无脉动环流 C, 既无直流环流又无脉动环流 D, 无直流环流但有脉动环流 8， 下列异步电动机调速方法属于转差功率馈送型的调速系统是（ B ） A, 降电压调速 B, 串级调速 C, 变极调速 D, 变压变频调速

9， 当理想空载转速n0相同时，闭环系统的静差率Sb与开环下的Sk之比为（ D ） A, 1 B, 0 C, 1+K D, 1 / ( 1 + K ) ( K 为开环放大倍数 ) 10，双闭环直流调速系统的起动过程中不包括（ D ）

A, 转速调节阶段 B, 电流上升阶段 C, 恒流升速阶段 D, 电流下坠阶段

三、简答题

1. 在交流异步电动机变压调速系统中，怎样解决调速范围小和机械特性软的问题？

在交流异步电动机调速系统中，由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，机械特性曲线软，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。 为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机串联频敏电阻。

为了扩大稳定运行范围，当调速在2:1以上的场合应该采用反馈控制以达到自动调节转速目的。

2. 在双闭环调速系统中，转速调节器和电流调节器其输出幅值应按什么要求整定？如

果转速负反馈断线，系统重新进入稳定后，ASR和ACR各起什么作用？ ASR的输出限幅按电动机允许的最大电流整定，ACR输出限幅按电动机允许的最大电压整定。如转速负反馈断线，则ASR和ACR都饱和，输出最大限幅值，电机在U d0max作用下运行。

3. 逻辑无环流双闭环调速系统正反组切换的条件，试说明理由。

正反组切换条件为Ui*极性的改变与零电流检测信号出现这2个条件。因为正转运行和反向制动都需要电机产生正的转矩，此时Ui*为负，而反转运行和正转制动都需要电机产生负的转矩，此时Ui*为正，Ui*极性恰好反映了电机电磁转矩方向的变化。以正向制动为例，在实际电流方向未变之前，仍需要保持正组开放，以便本组逆变，只有在实际电流降到零时，才发出切换命令封锁正组，开放反组。 4. 异步电动机适量控制的关键技术？

坐标变换，转换模型，采用转子磁链定向进行解耦。

四、计算题

1. 如下图，转速、电流闭环调速系统中，ASR、ACR均采用PI调节器。已知参数：电动机：PN?3.7KW，UN?220V，IN?20A，nN?1000r/min，电枢回路总电阻R?1.5?，设U*nm?U*im?10V，电枢回路最大电流为Idm?30A，电力电子变换器的放大系数Ks?40。

(1) 电流反馈系数?和转速反馈系数?。

(2) 突增负载后又进入稳定运行状态，则ACR的输出电压Uc、变流装置输出电压

Ud，电动机转速n，较之负载变化前是增加、减少，还是不变？为什么？ (3) 如果速度给定Un*不变时，要改变系统的转速，可调节什么参数？

(4) 若要改变系统起动电流应调节什么参数？此时，设Un*为正电压信号，在右图

ASR中应调节哪个元件？

(5) 当电动机在最高转速发生堵转时的Ud , Ut* , Ut , Uc 值。 解：

U*nU*nm10（1） ?????0.01V/rpmc

nnN1000??Uim10??0.33V/A Idm30Cen?ILRCeU*n/??IdLR （2） TL??IdL??Uc????Ud?KsUc?

KsKs Un*=不变， n=不变。

（3）因为Un*=?Um（公式没看清楚）, 所以调节?可以改变转速n。

（4）因为Ui*=Ui=?Id,起动时转速调节器ASR饱和，输出限幅值Unm*=?Idm所以改变ASR限幅值可以改变起动电流Idm，Un*为正时，起动时ASR输出为负，所以应调节RP5来改变起动电流。不能改变电流反馈系数，因为它还影响电流环的动特性。 （5）

U*n?Un??nU*n?10V,Un?0V,U*i?Ui?10V,Ud?IdmR?30*1.5?45V,Uc?UdCen?IdRIdlR30*15????1.13VKsKsKs40

K1

(T1S?1)(T2S?1)(T3S?1)(T4S?1)2. 设某控制系统被控对象的传递函数为：W?K1=2, T1=0.4s, T2=0.08s, T3=0.015s, T4=0.005s,

要求阶跃输入时系统超量?%<5%。求：分别I、PI和PID调节器矫正成典型I型系统，试设计各调节器参数并计算调节时间ts。 解：1）用I调节器校正时，调节器传递函数为WI?KI s 按典型I型系统校正，校正后开环传递函数为：

W(s)? KI?KIK1，式中T=T1+T2+T3+T4=0.5s

sTs?111??0.5, 调节时间ts?6T?6*0.5s?3s 2K1T2*2*0.5 2）用PI调节器校正时，调节器的传递函数为：WPI(s)?KPI 取?1?T1?0.4s，并将T2、T3、T4看成小时间常数，令 T=T2+T3+T4=0.08s+0.015s+0.005s=0.1s 则按典型I型系统校正时系统开环传递函数为 W(s)??1s?1 ?1sKPIK1KKK1，同样，取K?PI1? ??1sTs?1s(Ts?1)?12T 则，KPI??12K1T?0.4?1

2*2*0.1 调节时间ts?6T?6*0.1s?0.6s

3）用PID调节器校正时，调节器的传递函数为：WPID? 取?1?T1?0.4s,?2?T2?0.08s,令 T=T3+T4=0.015s+0.005s=0.02s 则按典型I型系统校正后系统开环传递函数为 W(s)?(?1s?1)(?2s?1)

?sK1K1K1?，同样，取K?1?

?2T?sTs?1s(Ts?1) 则?=2K1T=2*2*0.02s=0.08s 调节时间ts?6T?6*0.02s?0.12s

比较采用不同调节器的ts，可见用PID调节器矫正效果最好。

W(s)? KI?KIK1，式中T=T1+T2+T3+T4=0.5s

sTs?111??0.5, 调节时间ts?6T?6*0.5s?3s 2K1T2*2*0.5 2）用PI调节器校正时，调节器的传递函数为：WPI(s)?KPI 取?1?T1?0.4s，并将T2、T3、T4看成小时间常数，令 T=T2+T3+T4=0.08s+0.015s+0.005s=0.1s 则按典型I型系统校正时系统开环传递函数为 W(s)??1s?1 ?1sKPIK1KKK1，同样，取K?PI1? ??1sTs?1s(Ts?1)?12T 则，KPI??12K1T?0.4?1

2*2*0.1 调节时间ts?6T?6*0.1s?0.6s

3）用PID调节器校正时，调节器的传递函数为：WPID? 取?1?T1?0.4s,?2?T2?0.08s,令 T=T3+T4=0.015s+0.005s=0.02s 则按典型I型系统校正后系统开环传递函数为 W(s)?(?1s?1)(?2s?1)

?sK1K1K1?，同样，取K?1?

?2T?sTs?1s(Ts?1) 则?=2K1T=2*2*0.02s=0.08s 调节时间ts?6T?6*0.02s?0.12s

比较采用不同调节器的ts，可见用PID调节器矫正效果最好。

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