直流調速系統(tǒng)復習題庫

1、一、填空題1 .雙閉環(huán)的調速系統(tǒng)的特點是：利用（ASR的飽和非線性）實現(xiàn)了（ “準時間最優(yōu)”）控 制，同時帶來了（轉速超調）。2 .在設計雙閉環(huán)系統(tǒng)的調節(jié)器時，先設計（內環(huán)的 ACR,然后設計（外環(huán)的ASR。3 .在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電流調節(jié)器主要是對（電網(wǎng)電壓波動）起調解作用；而轉速調 節(jié)器主要是對（負載擾動）起抗擾調節(jié)作用。4 .變電壓調速是直流調速系統(tǒng)用的主要方法，調節(jié)電樞電壓常用的三種可控制電源分別 為（旋轉變流機組）、（靜止可控整流器）及（脈寬調制器和直流斬波變換器）。5 .直流電動機的調速方法有三種，即為（改變電樞電壓調速）、（弱磁調速）和（電樞回 路用電阻）調速。6 .直流調速系

2、統(tǒng)的靜態(tài)技術指標有（調速范圍 D）和（靜差率S）,它們的表達式分別為（D 如絲）和（s 生），它們之間的關系式為（D'0ms ）。nminnomin（1 s） nnom7 .脈中寬度調制簡稱（PWM）它是通過功率管開關作用，將（恒定直流電壓）轉換成頻 率一定，寬度可調的（方波脈沖電壓），通過調節(jié)（脈沖電壓的寬度），改變輸出電壓 的平均值的一種變換技術。8 .調速控制系統(tǒng)是通過對（電動機）的控制，將（電能）轉換成（機械能），并且控制工作機械按（給定）的運動規(guī)律運行的裝置。9 .用（直流電動機）作為原動機的傳動方式稱為直流調速，用（交流電動機）作為原動 機的傳動方式稱為交流調速。10 .電

3、氣控制系統(tǒng)的調速性能指標可概括為（靜態(tài)）和（動態(tài)）調速指標。11 .在電動機微機控制系統(tǒng)中，電動機是（被控對象），微型計算機則起（控制器）的作 用。12 .總的來說，在電動機微機控制系統(tǒng)中，計算機主要完成（實時控制）、（監(jiān)控）和（數(shù)據(jù)處理）等工作。13 .模擬信號到數(shù)字信號轉換包括（采樣）和（量化）兩個過程。14 . PID控制中P、I、D的含義分別是（比例）、（積分） 和（微分）。15 .脈沖式傳感器檢測轉速的方法有（M法測速）、（T法測速）和（M/T法測速）。16 .從系列數(shù)據(jù)中求取真值的軟件算法，通常稱為（數(shù)字濾波算法）。17 .與模擬控制系統(tǒng)相比，微機數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點是（離散化）

4、和（數(shù)字化）。18 .數(shù)字控制直流調速系統(tǒng)的組成方式大致可分為三種：1.數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)2.數(shù)字電路控制系統(tǒng)3.計算機控制系統(tǒng)19 .常規(guī)PID控制算法中可分為（位置式 PID算法）和（增量式PID算法）。20 .微機數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)硬件結構主要包括以下部分：（主電路）、（檢測電路）、（控制電路）、（給定電路）和（顯示電路）。二、判斷題1.雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，給定信號 Un不變，增加轉速反饋系數(shù)a,系統(tǒng)穩(wěn)定運行時轉速反 饋電壓Ufn不變。V2,雙閉環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，兩個 PI調節(jié)器的偏差輸入均不為零。X3 . I型系統(tǒng)工程最佳參數(shù)是指 K=1/ (2T)或七=0. 707。V4 .

5、雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的設計過程中，一般把h=4定義為按M (min)法設計的“三階工程最佳” 參數(shù)配置。X5 .在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的設計過程中，若按“三階工程最佳”設計系統(tǒng)時，系統(tǒng)的超調量 為% V6 .在設計雙閉環(huán)調速系統(tǒng)時，應先設計轉速調節(jié)器再設計電流調節(jié)器。x7 .在雙閉環(huán)系統(tǒng)調試中，若兩個調節(jié)器采用PI調節(jié)器，Uim固定，想得到恒定的電流Idm只需調節(jié)轉速反饋系數(shù)a即可。x8 .在雙閉環(huán)系統(tǒng)調試中，若兩個調節(jié)器采用 PI調節(jié)器，UnnS定，想得到固定的轉速n 只需調節(jié)B即可。x9 .轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)當給定輸入變化時，輸出轉速不變化。x10 .積分或比例積分調節(jié)器的輸出具有記憶和保持功能。V1

6、1 .轉速單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)與無靜差系統(tǒng)的主要區(qū)別是看調節(jié)器采用什么類型。V12 .閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性與開環(huán)系統(tǒng)的機械特性比較，其系統(tǒng)的靜差率減小，穩(wěn)速精度變低。X13 .轉速閉環(huán)系統(tǒng)對一切擾動量都具有抗干擾能力。x14 .實際工程中，無靜差系統(tǒng)動態(tài)是有靜差的，嚴格的講“無靜差”只是理論上的。V15 .積分調節(jié)器輸入偏差電壓為零時，其輸出電壓也為零。X16 .在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的設計過程中，若按“ I型系統(tǒng)工程最佳”設計系統(tǒng)時，系統(tǒng)的 超調量為5% X17 .在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電流調節(jié)器對負載擾動沒有抗擾調節(jié)作用。V18 .雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電動機起動過程主要是轉速調節(jié)器起作用；穩(wěn)定運行過程主要是

7、電流調節(jié)器起作用。x19 .雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，ASR勺輸出量U*i是由其輸入2定電壓 U*n和轉速反饋電壓Un決定的。X20 .在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的設計過程中，通常將電流環(huán)校正為I系統(tǒng)，將轉速環(huán)校正為II型系統(tǒng)。V21 .雙極性可逆PW度換器中的占空比=0時，電機停止，即電樞兩端的瞬時電壓、電流為零。X22 .數(shù)字控制器用于實時、在線控制方式，因此必須采用簡單、可靠和足夠精確的方法 來實現(xiàn)。(，)23 .數(shù)字控制器用于實時、在線控制方式，因此其算法越先進、越復雜越好。(X )24 .位置式PID算法比增量式PID算法更容易產生積分飽和現(xiàn)象，且不便于計算機編程，所以工程實踐中已很少采用了。（，）2

8、5 .微機控制直流脈寬調速系統(tǒng)中，轉速、電流調節(jié)主要是軟件定時中斷完成的。V三、選擇題1 .限止電流沖擊的最簡單方法是采用（B）（A）轉速微分負反饋（B）電流截止負反饋（C）電壓負反饋（D）帶電流正反饋的電壓負反饋2 .雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，在恒流升速階段時，兩個調節(jié)器的狀態(tài)是（A）。（A） ASR®和、ACR飽和（B） ACRS和、AS林飽和（C） AS旺ACRIB飽和（D） ACRffi ASFtB不飽和3 .在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性的平直段， ASRT作在（A）狀態(tài)、ACRT作在（A ）狀態(tài); 而在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性的下垂段，ASRT作在（C）狀態(tài)、ACRT作在（B）狀態(tài)（A）

9、 ASRT作在線性狀態(tài)（B） ACRT作在線性狀態(tài)（C） ASR工作在限幅狀態(tài)（D） ACRT作在限幅狀態(tài)4 .在PW瞰術中，改變占空比P值，可以實現(xiàn)調壓的目的， 試選擇：Ton保持一定，使Toff 在0oo范圍內變化，屬于（B）； Toff保持一定，使Ton在08范圍內變化，屬于（C）； Ton+Toff=T保持一定，使Ton在0T范圍內變化，屬于（A）（A）定頻調寬法（B）定寬調頻法（C）調寬調頻法5 .無靜差調速系統(tǒng)中，調節(jié)器一般采用（C）調節(jié)器。（A） P調節(jié)器（B） PD調節(jié)器（C） PI調節(jié)器6 .將品閘管看成一階慣性環(huán)節(jié)的工作近似條件為（A）o(A)c 3Ts(B)c 2Ts(C

10、)(D)1Ts7 .下列各項指標中，反應系統(tǒng)抗干擾性能指標的是（D）。（A） t r（B） t s（C） （T（D） t f8 .在速度負反饋單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，當下列（C）參數(shù)變化時系統(tǒng)無調節(jié)能力。（A）放大器的放大倍數(shù)Kp （B）負載變化（C）轉速反饋系數(shù)（D）供電電網(wǎng)電壓9 .在轉速負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)中，突減負載后又進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，此時晶閘 管裝置的輸出電壓Ud較之負載變化前是（B）;在無靜差調速系統(tǒng)中，突加負載后進 入穩(wěn)態(tài)時轉速n較之負載變化前是（C）,整流裝置的輸出電壓Ud是（A）。（A）增加（B）減少（C）不變（D）先增加后減少10 .為了增加系統(tǒng)響應的快速性，我們應該在系

11、統(tǒng)中引入（ A ）環(huán)節(jié)進行調節(jié)。（A）比例 （B）積分（C）微分11 .雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，穩(wěn)定運行時 ASR的輸出量U*i是由（B ）決定的。（A）輸入給定電壓U*n（B）負載電流IdL（C）轉速反饋電壓Un12 . I型系統(tǒng)工程最佳參數(shù)是指選用（ D ）。（A） K T =（B） E =0. 5（C） E= （D） K T =13 .雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的設計過程中，按M（min）法設計的“三階工程最佳”參數(shù)配置是（B ），（A） h=4（B） h=5（C） h=6 （D） h=14 .在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電流調節(jié)器主要對以下哪種擾動有抗擾調節(jié)作用。（B ）（A）給定電壓擾動（B）電網(wǎng)電壓擾動（C

12、）負載擾動15 .在雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，轉速調節(jié)器主要對以下哪種擾動有抗擾調節(jié)作用。（C ）（A）給定電壓擾動（B）電網(wǎng)電壓擾動（C）負載擾動16 .下列不屬于直流調速系統(tǒng)的靜態(tài)技術指標的是（B ）。（A） 調速范圍（B）超調量（C）靜差率17 .下列不屬于直流調速系統(tǒng)的跟隨性能指標的是（ A ）0（A）恢復時間tf（B）超調量（T（C）調節(jié)時間ts （D）上升時間tr18 .為了消除靜差，提高系統(tǒng)的控制精度，我們應該在系統(tǒng)中引入（ B ）環(huán)節(jié)進行調節(jié)。（A） 比例（B）積分（C） 微分（D） 慣性19 .為了加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間，我們應該在系統(tǒng)中引入（ C ）環(huán)節(jié)進行 調節(jié)。（A）

13、 比例（B）積分（C） 微分（D） 慣性20 .下列PWMB節(jié)器中，能實現(xiàn)直流電機的四象限運行的是（ C）。（A）簡單不可逆型（B）帶制動不可逆型（C）雙極式可逆型四、簡答題1 .在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，轉速調節(jié)器有哪些作用？其輸出限幅值應按什么要 求來整定？答：1）轉速調節(jié)器的作用：a.使轉速n跟隨給事實上電壓Un變化，實現(xiàn)轉速無靜差調節(jié)；b.對負載變化起抗擾作用；c.其飽和輸出限幅值用為系統(tǒng)允許最大電流的給定，起飽和非線性控制，以實現(xiàn)系 統(tǒng)在最大電流約束下起動過程。2）其輸出限幅值應按最大電流值Idm和B值整定，即UimIdm。2 .在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電流調節(jié)器有哪些作用

14、？其限幅值應如何整定？答：1）電流調節(jié)器的作用：a.起動時，實現(xiàn)最大允許電流條件下的恒流升速調節(jié)一一準時間最優(yōu)；b.在轉速調節(jié)過程中，使電流跟隨其給定電壓 Un變化；c.對電網(wǎng)電壓波動及時起抗擾作用；d.當電動機過載甚至于堵轉時，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保 護作用。如果故障消失，系統(tǒng)能自動恢復正常。2）電流調節(jié)器輸出限幅值應按下式整定：Uctm1dmR ,并保證最小控制角的Ks限制。3 .畫出轉速電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)起動時的轉速n和電樞電流Id的對應波形。并回答起動過程按Id分哪幾個階段？以及轉速調節(jié)器的在各階段的工作狀態(tài)？在圖中分別注明 時間。答：起動曲線見P40。分三個階段：

15、第一階段0ti是電流上升階段，轉速調節(jié)器迅速從不 飽和進入飽和狀態(tài)；第二階段tit2階段是恒流升速階段，轉速調節(jié)器飽和輸出限幅 值；第三階段t2t4階段是轉速調節(jié)階段，轉速調節(jié)器退飽和工作。4 .閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性優(yōu)于開環(huán)系統(tǒng)的機械特性，表現(xiàn)在哪些方面。答：如下四方面：(1)在相同的負載下，閉環(huán)系統(tǒng)的轉速降落僅為開環(huán)系統(tǒng)轉速降落的1/ (1 + K)；(2)在相同的理想空載轉速時，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率是開環(huán)系統(tǒng)靜差率的1/ (1 + K);(3)在靜差率相同時，閉環(huán)系統(tǒng)的調速范圍是開環(huán)系統(tǒng)調速范圍的(1+K)倍；(4)閉環(huán)系統(tǒng)設置放大器后，才能獲得以上各方面好的性能。5 .試回答雙極式和單極式 H型

16、PW度換器的優(yōu)缺點。答：(1)雙極式H開PW般換器的優(yōu)點是：1)電流一定連續(xù)；2)電動機停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；3)低速時每個晶體管的驅動電壓脈沖仍較寬，有利于晶體管可靠導通，低速平穩(wěn)性好，調速范圍寬；4)控制簡單，易于實現(xiàn)。其缺點是：1)工作過程中，四個晶體管都處于開關狀態(tài)，開關損耗大，而且容易發(fā) 生上、下兩管直通事故，降低裝置的可靠性；2)電樞電流波動較大。(2)單極式H形PW度換器的優(yōu)點是：1)由于一個晶體管常通，一個晶體管截止，頻繁交替通斷的管子少，有利于減少開關損耗；2)電樞電流波動比雙極式小。其缺點是：1)仍有兩個晶體管處于交替導通狀態(tài)，仍有發(fā)生直通的可能性；2)調速范

17、圍較雙極式的窄?？刂破鞲鳝h(huán)節(jié)的作用是什么？答：PID控制器各環(huán)節(jié)的作用是：(1)比例環(huán)節(jié)P:成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號，偏差一旦出現(xiàn)，控制器立即產 生控制作用，以便減少偏差，保證系統(tǒng)的快速性。(2)積分環(huán)節(jié)I :主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的控制精度和無差度。(3)微分環(huán)節(jié)D:反映偏差信號的變化趨勢，并能在偏差信號變得過大之前，在系統(tǒng) 中引入一個早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調節(jié)時間。7 .與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器有哪些優(yōu)點？答：與模擬濾波器相比，數(shù)字濾波器的優(yōu)越性表現(xiàn)在以下三個方面：(1)數(shù)字濾波器是用程序實現(xiàn)的，不需要增加任何硬設備，也不存在阻抗匹配問題， 可以多個通道共

18、用。(2)數(shù)字濾波器可以對頻率很低的信號實現(xiàn)濾波， 而模擬濾波電路由于受電容容量的 影響，頻率不能太低。(3)數(shù)字濾波器靈活性好，可以用不同的濾波程序實施不同的濾波方法。8 .轉速和電流調節(jié)器均采用PI調節(jié)器的雙閉環(huán)系統(tǒng)起動過程的特點是什么？答：(1)轉速環(huán)出現(xiàn)飽和開環(huán)和退飽和閉環(huán)兩種狀態(tài)。轉速開環(huán)時，系統(tǒng)為恒值電流調 節(jié)單環(huán)系統(tǒng)。轉速閉環(huán)時，系統(tǒng)為無靜差調速系統(tǒng)，電流內環(huán)為電流隨動系統(tǒng)。(2)轉速環(huán)從開環(huán)到閉環(huán)發(fā)揮調節(jié)作用，具轉速一定出現(xiàn)超調，只有靠超調才能使ASR退飽和，才能進行線性調節(jié)。(3)恒電流轉速上升階段，取Id為I dm,充分發(fā)揮了電動機的過載能力，實現(xiàn)了電流受限 制條件下的最短

19、時間控制即“時間最優(yōu)控制”。9 .微機數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點是什么？由此引起的負面效應是什么？答：微機數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點是離散化和數(shù)字化。離散化和數(shù)字化的結果導致了時間上和量值上的不連續(xù)性，從而引起下述的負面效應：(1) A/D轉換的量化誤差：模擬信號可以有無窮多的數(shù)值，而數(shù)碼總是有限的，用數(shù)碼 來逼近模擬信號是近似的，會產生量化誤差，影響控制精度和平滑性。(2) D/A轉換的滯后效應：經(jīng)過計算機運算和處理后輸出的數(shù)字信號必須由數(shù)模轉換器 D/A和保持器將它轉換為連續(xù)的模擬量，再經(jīng)放大后驅動被控對象。但是，保持器會提高 控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)分母的階次，使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量減小，甚至會破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定

20、性。隨著微電子技術的進步，微處理器的運算速度不斷提高，其位數(shù)也不斷增加，上述兩個 問題的影響已經(jīng)越來越小。10 .試述PWIMI速系統(tǒng)的優(yōu)越性。答：(1)主電路線路簡單，需要的功率器件少；(2)開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較??；(3)低速性能好，穩(wěn)速精度高，調速范圍寬；(4)系統(tǒng)頻帶寬，動作響應快，動態(tài)抗干擾能力強；(5)功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率高。11.推導增量式數(shù)字PID控制算法的差分方程公式。并問：與位置式PID算法相比，增量式PID算法主要優(yōu)點是什么？解：設模擬PID調節(jié)器的約束方程為：u(t)1 td

21、e(t)iKp e(t) e(t) dx TdT 0dt令對應數(shù)字PID調節(jié)器的采樣周期為T ,使用一階后向差分公式和內接矩形數(shù)值積分公 式，對上式連續(xù)兩次作后向離散化近似變換，得u(k)Kp e(k)e(k) e(k) e(k 1)Ti j oTKpe(k)kKi e(k) Kde(k) e(k 1) j 0u(k 1)T k 1TdKp e(k 1) e(k) -e(k 1) e(k 2)1 j 0Tk 1Kpe(k 1) Ki e(k) Kde(k 1) e(k 2) j 0其中Ki千，Kd手。由此得增量式數(shù)字PQ控制算法的差分方程公式為:u(k) Kpe(k) e(k 1) Ke(k)

22、 Kde(k) 2e(k 1) e(k 2)與位置式PID算法相比，增量式PID算法主要優(yōu)點在于不容易產生積分飽和現(xiàn)象，需站 用得存儲單元更少，計算機編程也更方便。五、應用題例、P11例設控制對象的傳遞函數(shù)為Wobj(s) K,式中Ki=2;j(TiS 1)(T2s 1)(T3s 1)(T4s 1)Ti=； T2=; T3=; T4=o要求階躍輸入時系統(tǒng)超調量(T %<5%用PI調節(jié)器將系統(tǒng)設計成典型I型系統(tǒng)，試設計調節(jié)器參數(shù)并計算調節(jié)時間ts。1解：用PI調節(jié)器校正時，調節(jié)器傳遞函數(shù)為 Wpi(s) KpiiS取i Ti 0.4s,并將T2、T3、T4看成小時間常數(shù)，令T T2 T3

23、T4 0.08s 0.015s0.005s 0.1s則按典型I型系統(tǒng)校正時系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為W(s) KJs 1iS (T1SKi1)(Ts 1)K pi K1iS(Ts 1)寸KpiK1M K p-工，則 2TKpi2K1T0.42 2 0.1調節(jié)時間所以PI調節(jié)器的參數(shù)0.4s, Kpi 1;調節(jié)時間 ts0.6sts 6t 6 0.1s 0.6s3 . P59. 3-9 。4 .已知電流環(huán)的動態(tài)結構圖如圖 3所示，將該系統(tǒng)校正為典型I型系統(tǒng)，確定電流調節(jié)器參數(shù)。(提示：取工程最佳己=時，KIT2i=;注意小慣性環(huán)節(jié)降階處理的條件解：(1)對動態(tài)結構圖進行等效變換如下圖:Ui0. MI(2

24、)進行小慣性時間常數(shù)的近似處理：Ti Toi Ts 0.002 0.00170.0037(S);則動態(tài)結構圖化簡為如下圖:Ui(3)選擇PI調節(jié)器:_:S 1Wacr(S)Ki 確定ACR勺超前時間常數(shù)為:i T 0.03S取工程最佳，有Ki12Ti1 135.14 (1/S) 2 0.0037又因為KiKKiR所以有ACR勺比例系數(shù)為:KiKi iR 0.03 0.5 135.141.013Ks40 0.05(4)校驗近似條件:_ 1ci KI 135.14S而 31c 13 , 180.8S 1.0.0017 0.002ci ,滿足近似條件。六、綜合題1.如圖1如示轉速反饋直流調速系統(tǒng)中，已知PN=10Kw U=220V I=55A, nN=1000r/min ,電樞電阻RaqQ , V-M系統(tǒng)主電路總電阻R=Q0生產機械要求調速范圍 D=10,靜差率s05%(1)試計算額定轉速降和閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)；(2)畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖；答：(1)1)為了滿足D= 10,靜差