電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)試卷A(升)(已改)

1、 南陽理工學(xué)院2011-2012學(xué)年第二學(xué)期試卷（A卷） 課程：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)考核方式：（閉卷）課程性質(zhì)：專業(yè)必修課 適用對(duì)象：11 級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化專升本題號(hào)一二三四五總分復(fù)核人滿分2010203218100得分一、填空題：（每空1分，共20分）評(píng)卷人得分1運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的本質(zhì)是反饋控制，控制對(duì)象為 。2調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的三種方法：改變電樞回路電阻調(diào)速、減弱磁通調(diào)速和 。 3. 調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)是 和 。 4. 在相同的理想空載轉(zhuǎn)速條件下，閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速靜差率是開環(huán)系統(tǒng)的 。 5. 為了解決直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大問題，只在電流大到一定程度時(shí)才出現(xiàn)的電流負(fù)反

2、饋稱為 。 6. 交直交變頻器先將恒壓恒頻的交流電整成直流，再將直流電逆變成電壓與頻率均可調(diào)的交流，稱為 變頻 。 7. CFPWM技術(shù)以控制 接近正弦波為目標(biāo)。 8. 異步電動(dòng)機(jī)三相原始動(dòng)態(tài)模型比較復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中必須予以簡化，簡化的基本方法是 。9. 異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型具有 、 和多變量的性質(zhì)。10. 異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型由電壓方程、 方程、 方程和 方程組成。11. PWM逆變器輸出的電壓矢量中有 個(gè)有效工作空間矢量，有 個(gè)零矢量。12. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)按典型 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抗擾能力稍差，超調(diào)量小。13. 典型型系統(tǒng)要兼顧快速、穩(wěn)定性，可取KT為 。14. 無靜差調(diào)

3、速系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器中P部分的作用是 。15. 三相異步電動(dòng)機(jī)定子三相繞組在空間互差120°，轉(zhuǎn)子也可等效為空間互差120°的3個(gè)繞組，各繞組間存在嚴(yán)重的 。二、判斷題：（正確的打“”，錯(cuò)誤的打“×”）（每題1分，共10分）評(píng)卷人得分1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。（ ）2. 反饋控制系統(tǒng)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是，所有的擾動(dòng)量對(duì)被調(diào)量的影響都將受到抑制。（ ）3. 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬的多。（ ）4. 無靜差調(diào)速系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器中I部分的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差。（）5. 多環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟是先設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)，再把內(nèi)環(huán)簡化為外環(huán)中的

4、一個(gè)環(huán)節(jié)，然后設(shè)計(jì)外環(huán)。（ ）6. 反饋控制系統(tǒng)可以鑒別是正常的調(diào)節(jié)給定電壓還是給定電源的變化。（ ）7. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過程比單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)快。（ ）8. 零矢量的插入有效地解決了定子磁鏈?zhǔn)噶糠蹬c旋轉(zhuǎn)速度的矛盾。（ ）9. 一般的間接變頻器中，逆變器起控制作用。（ ）10. 基于異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)主要有矢量控制系統(tǒng)和直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。（ ）三、簡答題：（每題5分，共20分）評(píng)卷人得分1簡述單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的3個(gè)基本特征。2簡述異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。3. 簡述電壓空間矢量PWM控制（SVPWM）的原理。4. 根據(jù)雙閉環(huán)

5、直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過程的轉(zhuǎn)速、電流波形，簡述啟動(dòng)時(shí)3個(gè)階段的特點(diǎn)。四、分析題：（每題8分，共32分）評(píng)卷人得分1. 根據(jù)圖形分析異步電動(dòng)機(jī)基頻以下和基頻以上調(diào)速的特點(diǎn)。 2. 分析單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定的情況下，負(fù)載突然增加時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程，系統(tǒng)中每個(gè)量變換的波形如圖所示。 3. 簡述異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)經(jīng)過坐標(biāo)變換等效成直流調(diào)速系統(tǒng)的過程。4. 根據(jù)SVPWM原理，用相鄰的2個(gè)有效工作矢量，可合成任意的期望輸出電壓矢量，使磁鏈軌跡接近于圓。若按照零矢量分布的方法插入零矢量，應(yīng)如何安排各矢量的作用時(shí)間，例選用兩個(gè)基本電壓矢量u1和u2。（畫圖表示） 五、計(jì)算題：（每題分?jǐn)?shù)見題后，共18分）

6、評(píng)卷人得分1有一單位負(fù)反饋系統(tǒng)，已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 ，要求將系統(tǒng)校正成典型型系統(tǒng)，試選擇調(diào)節(jié)器類型并計(jì)算參數(shù)。（8分）2. 某直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)如下，額定功率PN=60kW，額定電壓UN220V，額定電流IN=305A，額定轉(zhuǎn)速nN=1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻為R=0.18，電動(dòng)機(jī)電勢(shì)系數(shù)Ce=0.2V·min/r。如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率S5%。（1）若采用開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能否滿足要求？（2）若要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降nN最多允許多少？（10分）南陽理工學(xué)院課程考試 參考答案與評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)考試課程：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 學(xué)年學(xué)期：2011-201

7、2-2 試卷類型：A 考試時(shí)間：2012-06-20一、填空題（每空1分，共20分）1. 電動(dòng)機(jī)2. 改變電樞電壓調(diào)速法。3. 調(diào)速范圍，靜差率4. 1/(1+K)5. 電流截止負(fù)反饋6. 間接變頻7. （輸出）電流8. 坐標(biāo)變換9. 非線性、強(qiáng)耦合10. 轉(zhuǎn)矩、磁鏈、運(yùn)動(dòng) 11. 6個(gè)，2個(gè)12. 13. 0.514. 快速響應(yīng)15. 交叉耦合二、 判斷題（每題1分，共10分）1. × 2. ×3. 4. 5. 6. ×7. 8. 9. 10. 三、 簡答題（每題5分，共20分）1.答：系統(tǒng)有靜差，有靜差調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)系統(tǒng)有靜差，正是依靠被調(diào)量的偏差調(diào)節(jié)的； 抑

8、制擾動(dòng)，跟隨給定； 系統(tǒng)的精度依賴于給定精度和反饋環(huán)節(jié)的精度。2.答：按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，實(shí)現(xiàn)了定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，需要電流閉環(huán)控制； 轉(zhuǎn)子磁鏈系統(tǒng)的控制對(duì)象是穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié)，可以采用磁鏈閉環(huán)控制，也可以是開環(huán)控制； 采用連續(xù)的PI控制，轉(zhuǎn)矩與磁鏈變換平穩(wěn)，電流閉環(huán)控制可有效地限制啟、制動(dòng)電流。3.答：把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為目標(biāo)來控制逆變器的工作，這種控制方式稱作“磁鏈跟蹤控制”。磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實(shí)現(xiàn)的，所以又稱為“電壓空間矢量PWM（SVPWM）控制”。它是按空間矢量平行四邊形的合成法則，以相鄰的兩個(gè)任意有效工作矢量合成期望的輸

9、出電壓。4.答：（1）0t1是電流上升階段，電動(dòng)機(jī)由于機(jī)械慣性的作用轉(zhuǎn)速不能馬上建立起來，隨著電樞電流的增加轉(zhuǎn)速上升的很慢，電流上升到Idm時(shí)，這一階段結(jié)束。 （2）t1t2是恒流升速階段，這一階段是啟動(dòng)的主要階段，電樞電流基本上保持Id不變（接近于Idm），轉(zhuǎn)速具有最大的加速度，呈線性快速上升。 （3）t2以后是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段，在這一階段開始時(shí)，轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值，但轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速的超調(diào)，使轉(zhuǎn)速控制器推出飽和，這一階段為進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段打下了基礎(chǔ)。四、 分析題（每題8分，共32分）1.分析：基頻以下運(yùn)行時(shí)，若磁通太弱，就沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)，若磁通過大，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致

10、過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)，最好是保持每極磁通量m為額定值mN不變，因此，當(dāng)頻率f1從額定值f1N向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低Eg,使Eg/f1=常值，采用恒壓頻比的控制方式。（4分） 基頻以上時(shí)調(diào)速時(shí)，由于受到電機(jī)絕緣耐壓的限制，Us=UsN不變，由于頻率提高而定子電壓不變，氣隙磁通勢(shì)必減弱，允許輸出轉(zhuǎn)矩減小，但轉(zhuǎn)速卻升高了，可以認(rèn)為允許輸出功率基本不變，所以基頻以上的變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。（4分）2.分析：0t1這一時(shí)間段，系統(tǒng)正在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，轉(zhuǎn)速為n1，因?yàn)槭菬o靜差調(diào)速系統(tǒng)所以Un=0，Uc=Uc1。（2分） t1t2這一時(shí)間段是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)階段，t1時(shí)刻系統(tǒng)所帶負(fù)載

11、增加，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，Un=UN*-n>0，Uc上升。（3分） t2時(shí)刻系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)階段，此時(shí)Un=0，轉(zhuǎn)速n2=n1。（3分）3.分析：異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換等效成直流電動(dòng)機(jī)后，就可以模仿直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，即先用控制器產(chǎn)生按轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量給定值ism*和ist*，經(jīng)過反旋轉(zhuǎn)變換VR-1得到isa*和is*，再經(jīng)過2/3變換得到iA*，iB*和ic*，然后通過電流閉環(huán)控制，輸出異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速所需的三相定子電流。（4分）若忽略變頻器可能產(chǎn)生的滯后，再考慮到2/3變換器與電機(jī)內(nèi)部的3/2變換環(huán)節(jié)相抵消，控制器后面的反旋轉(zhuǎn)變換器VR-1與電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)VR相抵消，圖1中的虛線框的部分可以用傳遞函數(shù)為1的直線代替，則矢量控制系統(tǒng)就相當(dāng)于直流調(diào)速系統(tǒng)了。（4分） 4.分析：按照零矢量分布的方法插入零矢量如