1、第 1 页 共 10 页南阳理工学院 2011-2012 学年第二学期试卷（A 卷）课程：电力拖动自动控制系统考核方式：（闭卷）课程性质：专业必修课 适用对象：11 级电气工程及其自动化专升本题号 一 二 三 四 五 总分 复核人满分 20 10 20 32 18 100得分评卷人 得分一、填空题：（每空 1 分，共 20 分）1运动控制系统的本质是反馈控制，控制对象为 。2调节直流电动机转速的三种方法：改变电枢回路电阻调速、减弱磁通调速和 。3. 调速系统的两个稳态性能指标是 和 。4. 在相同的理想空载转速条件下，闭环系统的转速静差率是开环系统的 。5. 为了解决直流电机调速系统的启动和堵
2、转时电流过大问题，只在电流大到一定程度时才出现的电流负反馈称为 。6. 交直交变频器先将恒压恒频的交流电整成直流，再将直流电逆变成电压与频率均可调的交流，称为 变频 。7. CFPWM 技术以控制 接近正弦波为目标。8. 异步电动机三相原始动态模型比较复杂，在实际应用中必须予以简化，简化的基本方法是 。9. 异步电动机动态数学模型具有 、 和多变量的性质。10. 异步电动机动态模型由电压方程、 方程、 方程和 方程组成。11. PWM 逆变器输出的电压矢量中有 个有效工作空间矢量，有 个零矢量。12. 转速、电流双闭环调速系统中，电流环按典型 型系统设计，抗扰能力稍差，超调量小。13. 典型型
3、系统要兼顾快速、稳定性，可取 KT 为 。14. 无静差调速系统的 PI 调节器中 P 部分的作用是 。15. 三相异步电动机定子三相绕组在空间互差 120，转子也可等效为空间互差 120的 3 个绕组，各绕组间存在严重的 。第 2 页 共 10 页评卷人 得分二、判断题：（正确的打“”，错误的打“”） （每题 1 分，共 10 分）1转速、电流双闭环调速系统在正常运行时，转速调节器是不会达到饱和状态的。 （ ）2. 反馈控制系统的一个突出优点是，所有的扰动量对被调量的影响都将受到抑制。 （ ）3. 闭环系统静特性比开环系统机械特性硬的多。 （ ）4. 无静差调速系统的 PI 调节器中 I 部
4、分的作用是消除稳态误差。 （ ）5. 多环系统的设计步骤是先设计内环，再把内环简化为外环中的一个环节，然后设计外环。（ ）6. 反馈控制系统可以鉴别是正常的调节给定电压还是给定电源的变化。 （ ）7. 转速、电流双闭环直流调速系统的启动过程比单闭环直流调速系统快。 （ ）8. 零矢量的插入有效地解决了定子磁链矢量幅值与旋转速度的矛盾。 （ ）9. 一般的间接变频器中，逆变器起控制作用。 （ ）10. 基于异步电动机动态数学模型的高性能交流调速系统主要有矢量控制系统和直接转矩控制系统。 （ ）评卷人 得分三、简答题：（每题 5 分，共 20 分）1简述单闭环有静差调速系统的 3 个基本特征。2简
5、述异步电动机按转子磁链定向矢量控制系统的特点。第 3 页 共 10 页3. 简述电压空间矢量 PWM 控制（SVPWM）的原理。4. 根据双闭环直流调速系统启动过程的转速、电流波形，简述启动时 3 个阶段的特点。第 4 页 共 10 页评卷人 得分四、分析题：（每题 8 分，共 32 分）1. 根据图形分析异步电动机基频以下和基频以上调速的特点。2. 分析单闭环无静差调速系统在稳定的情况下，负载突然增加时的动态调节过程，系统中每个量变换的波形如图所示。sUsNUNf1 1fsUmmNm恒 转 矩 调 速 恒 功 率 调 速0第 5 页 共 10 页3. 简述异步电动机矢量控制系统经过坐标变换等
6、效成直流调速系统的过程。4. 根据 SVPWM 原理，用相邻的 2 个有效工作矢量，可合成任意的期望输出电压矢量，使磁链轨迹接近于圆。若按照零矢量分布的方法插入零矢量，应如何安排各矢量的作用时间，例选用两个基本电压矢量 u1 和 u2。 （画图表示）3/2变 换 旋 转变 换VRCisismistisiBAi r等 效 直流 电 动机 模 型电 流跟 随控 制逆旋 转变 换VR-12/3变 换 *AiB*Ci*si*si*smi*sti控 制器*r * smisti r等 效 直流 电 动机 模 型*smi*sti控 制器*r1*第 6 页 共 10 页1有一单位负反馈系统，已知系统的开环传递
7、函数为 ，要求将系统校正成典型型系统，试选择调节器类型并计算参数。 （8 分）五、计算题：（每题分数见题后，共 18 分） 评卷人 得分)105.)(2.()ssG(0)s )4(s)1(s )3(s)2(s)1(s)2(s)3(s)4(s1u5u23u64O第 7 页 共 10 页2. 某直流电动机的额定数据如下，额定功率 PN=60kW，额定电压 UN220V，额定电流IN=305A，额定转速 nN=1000r/min，采用 V-M 系统，主电路总电阻为 R=0.18，电动机电势系数 Ce=0.2Vmin/r。如果要求调速范围 D=20，静差率 S5%。（1）若采用开环调速系统能否满足要求
8、？（2）若要满足这个要求，系统的额定速降 nN 最多允许多少？（10 分）第 8 页 共 10 页南阳理工学院课程考试参考答案与评分标准考试课程：电力拖动自动控制系统 学年学期：2011-2012-2 试卷类型：A 考试时间：2012-06-20一、填空题（每空 1 分，共 20 分）1. 电动机2. 改变电枢电压调速法。3. 调速范围，静差率4. 1/(1+K)5. 电流截止负反馈6. 间接变频7. （输出）电流8. 坐标变换9. 非线性、强耦合10. 转矩、磁链、运动 11. 6 个，2 个12. 13. 0.514. 快速响应15. 交叉耦合二、 判断题（每题 1 分，共 10 分）1.
9、 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 三、 简答题（每题 5 分，共 20 分）1.答：系统有静差，有静差调速系统稳定时系统有静差，正是依靠被调量的偏差调节的；抑制扰动，跟随给定；系统的精度依赖于给定精度和反馈环节的精度。2.答：按转子磁链定向，实现了定子电流励磁分量和转矩分量的解耦，需要电流闭环控第 9 页 共 10 页制；转子磁链系统的控制对象是稳定的惯性环节，可以采用磁链闭环控制，也可以是开环控制；采用连续的 PI 控制，转矩与磁链变换平稳，电流闭环控制可有效地限制启、制动电流。3.答：把逆变器和交流电动机视为一体，以圆形旋转磁场为目标来控制逆变器的工作，这种控制方式
10、称作“磁链跟踪控制” 。磁链轨迹的控制是通过交替使用不同的电压空间矢量实现的，所以又称为“电压空间矢量 PWM（SVPWM）控制” 。它是按空间矢量平行四边形的合成法则，以相邻的两个任意有效工作矢量合成期望的输出电压。4.答：（1）0t1 是电流上升阶段，电动机由于机械惯性的作用转速不能马上建立起来，随着电枢电流的增加转速上升的很慢，电流上升到 Idm 时，这一阶段结束。（2）t1t2 是恒流升速阶段，这一阶段是启动的主要阶段，电枢电流基本上保持 Id不变（接近于 Idm） ，转速具有最大的加速度，呈线性快速上升。（3）t2 以后是转速调节阶段，在这一阶段开始时，转速达到给定值，但转速继续上升
11、，会出现转速的超调，使转速控制器推出饱和，这一阶段为进入稳态阶段打下了基础。四、 分析题（每题 8 分，共 32 分）1.分析：基频以下运行时，若磁通太弱，就没有充分利用电机的铁心，是一种浪费，若磁通过大，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机，最好是保持每极磁通量 m 为额定值 mN 不变，因此，当频率f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时降低 Eg,使 Eg/f1=常值，采用恒压频比的控制方式。 （4 分）基频以上时调速时，由于受到电机绝缘耐压的限制，Us=UsN 不变，由于频率提高而定子电压不变，气隙磁通势必减弱，允许输出转矩减小，但转速却升高了，可以
12、认为允许输出功率基本不变，所以基频以上的变频调速属于弱磁恒功率调速。 （4 分）2.分析：0t1 这一时间段，系统正在稳态运行，转速为 n1，因为是无静差调速系统所以 Un=0，Uc=Uc1。 （2 分）t1t2 这一时间段是系统的动态调节阶段，t1 时刻系统所带负载增加，此时电动机的转速下降，Un=U N*-n0，Uc 上升。 （3 分）t2 时刻系统重新进入稳态阶段，此时 Un=0，转速 n2=n1。 （3 分）3.分析：异步电动机经过坐标变换等效成直流电动机后，就可以模仿直流电动机进行控制，即先用控制器产生按转子磁链定向坐标系中的定子电流励磁分量和转矩分量给定值 ism*和 ist*，经
13、过反旋转变换 VR-1得到 isa*和 is *，再经过 2/3 变换得到 iA*，iB *和 ic*，然后通过电流闭环控制，输出异步电动机调速所需的三相定子电流。 （4 分）若忽略变频器可能产生的滞后，再考虑到 2/3 变换器与电机内部的 3/2 变换环节相抵消，控制器后面的反旋转变换器 VR-1与电机内部的旋转变换环节 VR 相抵消，图 1 中的虚线框的部分可以用传递函数为 1 的直线代替，则矢量控制系统就相当第 10 页 共 10 页于直流调速系统了。 （4 分）4.分析：按照零矢量分布的方法插入零矢量如图：五、 计算题（每题分数见题后，共 18 分）1. 解：根据系统的调节对象类型选择
14、 PI 调节器进行串联校正，设 PI 调节器的传递函数为2. 解：（1）当电流连续时，V-M 系统的额定速降为n N= )3(min)/(275.0183分rCRIed开环系统在额定转速时的静差率为)(%6.2751分NNns在额定转速时已不能满足 s5%的要求。（2）如要求 D=20，s5%，则要求)4(min/r2.630.5-12)-(n 分）（）（ DN0T20t10101101021t 21t22t 22t2u u2u7uAuBuCuu 0040t 40t3 分1 分1 分分1 分2 分 分 ）（数 为则 所 用 调 节 器 的 传 递 函 分分则 有 分则 分 1.0)(a)(25215.0)1(0.25 )4()105)0.)(.(a)s( )1(ssGkpkp ssssGkp
