2010自控系統(tǒng)考試題B卷答案

1、電氣信息工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 級(jí) 班 姓名: 學(xué)號(hào): 2010 2011 學(xué)年秋季學(xué)期期末考試試題。-密-封-線(xiàn)- 北方民族大學(xué)試卷課程代碼：01100150 課程：電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（B卷答案） 123456789101112總成績(jī)復(fù)核得分閱卷教師說(shuō)明：本試卷適用于2007級(jí)自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，也適用于重修的學(xué)生。學(xué)生可以使用計(jì)算器。1、 寫(xiě)出單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速方程式，那個(gè)參數(shù)的變化可以使穩(wěn)態(tài)速降降低很多？（5分）（3分）閉環(huán)后，K值越大，使轉(zhuǎn)速降落越小。（3分）2、 調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？分別寫(xiě)出開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率和閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率。（5

2、分）答：最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍（2分）負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱(chēng)作靜差率 開(kāi)環(huán)時(shí)的調(diào)速范圍與靜差率：（2分）閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍和靜差率分別為：（2分）3、 在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，畫(huà)出各環(huán)節(jié)的電壓信號(hào)的變化趨勢(shì)，并解釋系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的（5分）答案：突加負(fù)載后引起電流增大：各環(huán)節(jié)的信號(hào)變化如下：Id­®n¯®Un¯®DUn­® Uc­® Ud0­®n­（趨勢(shì)3分）閉環(huán)

3、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。（2分）4、在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，那些擾動(dòng)系統(tǒng)有抑制作用，那些擾動(dòng)系統(tǒng)無(wú)法抑制？為什么？畫(huà)出單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，并將各擾動(dòng)標(biāo)在圖中。（10分）答案：反饋控制系統(tǒng)對(duì)被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)都有抑制功能（4分）。但是，如果在反饋通道上的測(cè)速反饋系數(shù)受到某種影響而發(fā)生變化，它非但不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)增大被調(diào)量的誤差（2分）。（圖4分）5、用數(shù)學(xué)公式解釋?zhuān)簽槭裁丛陂]環(huán)控制系統(tǒng)中，為滿(mǎn)足系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，要求開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K值越大越好，而為了滿(mǎn)足穩(wěn)定性要

4、求，根據(jù)勞斯穩(wěn)定性判據(jù)，K值又不能太大？（10分）答案：1）由單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速方程式（公式2分）當(dāng)K值越大是ncl就越小，所以K值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降就越小，穩(wěn)態(tài)精度就越高。（2分）2）為了分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，由反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)（有公式4分）式中 K = Kp Ksa / Ce 得到反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特征方程為 （有公式2分）根據(jù)勞斯-古爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是 （有公式3分）整理后得 （有公式2分）所以K值不能大與某個(gè)值。否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。6、在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，分別采用比例控制、積分控制、比例積分控制，那些有靜差？那些無(wú)靜差？為什

5、么要有靜差？為什么能做到無(wú)靜差？（5分）解：比例控制為有靜差，積分控制、比例積分控制為無(wú)靜差（2分）在比例控制中Un=U*n-Un,Uct=Kp×Un，如果Un=0，則調(diào)節(jié)器輸出為0，無(wú)調(diào)節(jié)的作用，所以Un0，為有差（3分）。積分控制、比例積分控制能做到無(wú)靜差是因?yàn)楹蟹e分器，積分器在其輸入U(xiǎn)n=0時(shí)，只要曾經(jīng)有過(guò)U*n-Un不為0，保持以前的累積值，使調(diào)節(jié)器輸出不會(huì)為0，則積分器就有輸出，積分器的輸出為以前的累加值，仍然有輸出，所以是無(wú)靜差的。（5分）7、PWM直流電機(jī)控制電路如右圖所示，解釋實(shí)現(xiàn)電 機(jī)雙向控 制時(shí)VT1-VT4如何變化的，并畫(huà)出VT1-VT4的波形。（5分）答案：

6、當(dāng)VT1、3通時(shí)，VT2、4斷，當(dāng)VT1、3斷時(shí)，VT2、4通。（2分）（3分）8、控制系統(tǒng)的伯特圖如圖所示。（5分）L/dB低頻段中頻段高頻段-20dB/decc/s-1 1）請(qǐng)回答圖中三個(gè)頻段對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2）請(qǐng)回答圖截止頻率對(duì)系統(tǒng)性能的影響。答案1）低頻段的斜率陡、增益高，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度高（1分）2）中頻段以-20dB/dec的斜率穿越0dB線(xiàn)，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性好（2分）3）高頻段衰減越快，即高頻特性負(fù)分貝值越低，系統(tǒng)的抗高頻干擾的能力越強(qiáng)。（1分）4）截止頻率c越高，系統(tǒng)的快速性越好。（1分）9、為什么要增加電流截止負(fù)反饋？畫(huà)出帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并給出帶電流

7、截止負(fù)反饋穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速方程式。（10分）解：當(dāng)直流電機(jī)在全電壓起動(dòng)時(shí)，如沒(méi)有限流措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋后，系統(tǒng)在突加給定電壓后，由于慣性，轉(zhuǎn)速不能立即建立起來(lái)，此時(shí)反饋電壓仍為0，偏差電壓=給定電壓，使電樞電壓為最大值，電流過(guò)大。通過(guò)增加電流截止負(fù)反饋保證電流基本不變，使它不超過(guò)允許值，當(dāng)正常時(shí)，電流截止負(fù)反饋不起作用。（說(shuō)明和圖3分，公式各2分）Id Idcr 時(shí)Id > Idcr時(shí)10、在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR起什么作用？如果ASR和ACR采用PI調(diào)節(jié)器，改變電機(jī)的起動(dòng)電流,應(yīng)該調(diào)節(jié)什么參數(shù)?轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)增大，轉(zhuǎn)速如何變化？畫(huà)出雙閉環(huán)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

8、。（15分）答案：1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：（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(wú)靜差。（3分） （2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。（2分）（3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。（2分）2）調(diào)節(jié)ASR的限幅輸出就可以調(diào)節(jié)起動(dòng)電流或改變電流反饋系數(shù)。（2分）3）由公式： 當(dāng)給定不變，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)增大，轉(zhuǎn)速減小。（2分）（4分）11、反并聯(lián)可逆系統(tǒng)的基本組成電路如圖所示，請(qǐng)回答如下問(wèn)題：（10分）（1）當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，兩組整流裝置各為什么工作狀態(tài)？（2）如采用=工作制時(shí)，正反組的控制觸發(fā)角應(yīng)如何變化？（3）在什么條件下可

9、以實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)？ 答案：1）電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，由正組晶閘管裝置VF供電，正組晶閘管裝置工作在整流狀態(tài)，反組VR則工作在逆變狀態(tài)。（3分）2）由于兩組晶閘管裝置相同，兩組的最大輸出電壓 Ud0max 是一樣的，因此，當(dāng)直流平均環(huán)流為零時(shí)，應(yīng)有cosa r = cosa f或a r + a f = 180 （2分）3）如采用=工作制，當(dāng)任何一組的觸發(fā)角在0<a<90°時(shí)晶閘管裝置工作在整流狀態(tài)，另一組的觸發(fā)角在90 <<180時(shí)晶閘管裝置工作在逆變狀態(tài)。（3分）正組回饋制動(dòng)：反組工作在整流狀態(tài)。正組工作在逆變狀態(tài) 90<a<180，0<<90 ，要求正組的輸出電壓Udo要小于反電勢(shì)E（2分）12、一個(gè)V-M系統(tǒng)，已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：PN=5KW、UN=220V、IN=20A，額定轉(zhuǎn)速nN=1400r/min、Ra=1,整流裝置內(nèi)阻Rpe=1,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大系數(shù)KS=40。要求調(diào)速范圍D=30，靜差率S10%。（15分）試求：1）計(jì)算開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降和滿(mǎn)足調(diào)速要求所允許的穩(wěn)態(tài)速降。 （4分） 2）如采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫(huà)出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。（3分） 3）調(diào)整該系統(tǒng)，使給定U*n=10V時(shí)轉(zhuǎn)速1200r/mim,此時(shí)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)為多少？（認(rèn)為U*nUn）（4分）4）計(jì)算所需的放大器放大系數(shù)KP 。（4分）解： 1）