2023電力拖動(dòng)自控系統(tǒng)課程綜合考試題庫含答案

2023電力拖動(dòng)自控系統(tǒng)課程綜合

考試題庫含答案

一、填空題

1、直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式是晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為

V-M系統(tǒng)系統(tǒng)。

2、在隨動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)校正中，常用的有串聯(lián)校正—、并

聯(lián)校正和―復(fù)合校正O

3、在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，常常會(huì)用到PD、PI和PID,依次代表比

例微分—、—比例積分—和—比例積分微分三種調(diào)節(jié)器。

二、選擇題

1、位置信號(hào)檢測(cè)裝置是構(gòu)成位置閉環(huán)控制所必不可少的環(huán)節(jié)。下列位

置檢測(cè)裝置中，不屬于電磁感應(yīng)的是（光電碼盤）

A、自整角機(jī)B、光電碼盤C、旋轉(zhuǎn)變壓器D、感應(yīng)同

步器

2、調(diào)速系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)在控制中十分常用，兩者的主要性能不同。對(duì)

隨動(dòng)系統(tǒng)來說，主要是要求輸出量準(zhǔn)確地跟隨給定量的變化，因此它的

（跟隨性能）成了主要指標(biāo)。

A、快速性B、靈活性C、跟隨性能D、準(zhǔn)確性

3、對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)而言，控制精度依賴于給定和反饋檢測(cè)精度，而反饋電

路對(duì)干擾并不全起作用，主要

對(duì)干擾(電壓擾動(dòng))起作用。

A、電壓擾動(dòng)B、給定電源擾動(dòng)

C、反饋電路元件的本身影響D、測(cè)速電機(jī)誤差

三、簡(jiǎn)答題

1、直流電機(jī)常用的調(diào)速方法有那些？試寫出各自的適用范圍。

答：有三種方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：

(1)調(diào)節(jié)電樞供電電壓U;

(2)減弱勵(lì)磁磁通；

(3)改變電樞回路電阻R。

對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說,以調(diào)節(jié)電樞供電電壓

的方式為最好。

改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；

減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，

在基速(即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速)以上作小范圍的弱磁升速。

因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。

2、直流調(diào)速系統(tǒng)常用的可控直流電源有那些？試做詳細(xì)說明。

答2:旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組——用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得

可調(diào)的直流電壓。

靜止式可控整流器——用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。

直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器一一用恒定直流電源或不控整流電源供

電，利用電力電子開關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電

壓。

3閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)。

答3:閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在于

它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降。

4、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用。

答4:(1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地

跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則

可實(shí)現(xiàn)無靜差。

(2)對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。

(3)其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。

5、試?yán)L出轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和動(dòng)態(tài)結(jié)

構(gòu)圖。

6、試寫出微機(jī)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，并做簡(jiǎn)單解釋。

答6:由于計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，因此，與模擬控制系統(tǒng)相比，微

機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是離散化和數(shù)字化：

為了把模擬的連續(xù)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，必須首先在具有一定周期的采樣時(shí)

刻對(duì)它們進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，形成一連串的脈沖信號(hào)，即離散的模擬信號(hào),

這就是離散化。

采樣后得到的離散信號(hào)本質(zhì)上還是模擬信號(hào)，還須經(jīng)過數(shù)字量化，即用

一組數(shù)碼(如二進(jìn)制碼)來逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字

信號(hào)，這就是數(shù)字化。

7.某雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，ASR、ACR均采用近似PI調(diào)節(jié)器,試問①調(diào)試

中怎么才能做到Uim*=6V時(shí)，1dm=20A;如欲使Unm*=10V時(shí),

n=1000r/min,應(yīng)調(diào)什么參數(shù)？②如發(fā)現(xiàn)下垂特性不夠陡或工作段特

性不夠硬，應(yīng)調(diào)什么參數(shù)？

答7:①應(yīng)修改轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)②電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大

倍數(shù)。

8.試說明雙極式H型PWM變換器的優(yōu)點(diǎn)。

答8:（1）電流一定連續(xù)；（2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限中運(yùn)行；（3）

電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；（4）低速時(shí)，每個(gè)晶體

管的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證晶體管可靠導(dǎo)通；（5）低速平穩(wěn)性

好，調(diào)速范圍可達(dá)20000左右。

9、電流波形連續(xù)和斷續(xù)對(duì)開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的影響較大，

電流連續(xù)段特性較硬，改變控

制角可得到一簇彼此平行的直線；斷續(xù)段則呈現(xiàn)非線性，理想空載轉(zhuǎn)速

高，特性軟，內(nèi)阻大。為了工作在電流連續(xù)區(qū)，須采取什么措施？

答9:電流脈動(dòng)會(huì)產(chǎn)生以下兩個(gè)方面的問題：

Q）脈動(dòng)電流產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利。

（2）脈動(dòng)電流造成較大的諧波分量，流入電源后對(duì)電網(wǎng)不利，同時(shí)也增加

電機(jī)發(fā)熱。

V-M系統(tǒng)抑制電流脈動(dòng)的主要措施:

Q)增加整流電路的相數(shù)。

(2)設(shè)置平波電抗器。

當(dāng)V-M系統(tǒng)主電路串接的電抗器有足夠大的電感量，而且電動(dòng)機(jī)的負(fù)

載電流也足夠大時(shí)，整流電流的波形便可能是連續(xù)的

四、繪圖題

1、試畫出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖和穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。

答：

五、計(jì)算題

1、旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)為1024，倍頻系數(shù)為4,高頻時(shí)鐘脈沖頻率

fO=lMHz，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)和高頻時(shí)鐘個(gè)數(shù)均采用16位計(jì)

數(shù)器,M法和T法測(cè)速時(shí)間均為0.01s,求轉(zhuǎn)速n=1500r/min和

n=150r/min時(shí)的測(cè)速分辨率和誤差率最大值。

答：電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈共產(chǎn)生Z=4x2048=8192

(1)M法測(cè)速

測(cè)速分辨率

當(dāng)n=1500r/min時(shí),

測(cè)速誤差最大值

當(dāng)n=150i7min時(shí)，

測(cè)速誤差最大值

(2)T法測(cè)速

當(dāng)n=1500i7min時(shí)，

測(cè)速分辨率

測(cè)速誤差最大值

當(dāng)n=150r/min時(shí),

測(cè)速誤差最大值

2、被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為

式中，

K1=2;Tl=0.4s;T2=0.08s;T3=0.015s;T4=0.005so

要求階躍輸入時(shí)系統(tǒng)的超調(diào)量Q%<5%。試用PID調(diào)節(jié)器分別校正成典

型I系統(tǒng)和典型口系統(tǒng)。

答：

解：①用PID調(diào)節(jié)器校正時(shí)，其傳遞函數(shù)為

取，，令則按典型I型系統(tǒng)校正時(shí)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為

同樣，取，則

調(diào)節(jié)時(shí)間

②用PID調(diào)節(jié)器校正時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

取，令，

則上式近似為

需檢驗(yàn)近似條件。此時(shí)，則當(dāng)h=4時(shí)，，當(dāng)h=10時(shí)，。可見，滿足

近似條件，所以可以用PID調(diào)節(jié)器將系統(tǒng)校正成典型II型系統(tǒng)。

3、有一V-M調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)參數(shù)為Pnom=2.5kw.Unom=220V、

,整流裝置內(nèi)阻

Inom=15ASnnom=1500r/minsRa=2QRrec=l

Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大系數(shù)Ku=30,要求調(diào)速范圍D=20,轉(zhuǎn)差率

試：

s=10%o

(1)計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降和調(diào)速要求所允許的穩(wěn)態(tài)速降。

(2)采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。

(3)調(diào)整該系統(tǒng)，使時(shí)轉(zhuǎn)速n=1000r/min，此時(shí)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)應(yīng)為多

少？(可認(rèn)為)

(4)計(jì)算所需的放大器放大系數(shù)。

答：計(jì)算電動(dòng)機(jī)的Ce

由可得

開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)壓降為

滿足調(diào)速要求所允許的穩(wěn)態(tài)壓降為

采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖所示。

當(dāng)時(shí)n=1000r/min,則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為

閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為

則所需的放大器放大系數(shù)為

改用電壓反饋后，電動(dòng)機(jī)電樞電阻Ra造成的穩(wěn)態(tài)速降已經(jīng)是

可見，不可能達(dá)到題中提出的調(diào)速要求。

采用電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性方程為

式中

其中電壓反饋系數(shù)為

所以

六、分析題

1、試分析雙極性H型變換器是如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可逆的？并畫出相應(yīng)的電

壓、電流波形。

答:雙極式可逆PWM變換器的電流波形和不可逆但有制動(dòng)電流通路的

PWM變換器也差不多，怎樣才能反映出"可逆"的作用呢？這要視

正、負(fù)脈沖電壓的寬窄而定。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，ton>T/2,則電樞兩

端的平均電壓為正，在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)正脈沖較窄時(shí),ton<T

/2,平均電壓為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。如果正、負(fù)脈沖寬度相等，ton=T

/2,平均電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。

2、有一個(gè)V—M調(diào)速系統(tǒng)，電機(jī)參數(shù)為：Pn=10KW,Un=220V,

In=55A,nn=1000r/min