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1、 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2010203218100得分一、填空题：（每空1分，共20分）评卷人得分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
2、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. 典型型系统要兼顾快速、稳定性，可取KT为 。14. 无静差调
3、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 。二、判断题：（正确的打“”，错误的打“”）（每题1分，共10分）评卷人得分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.
4、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。（ ）三、简答题：（每题5分，共20分）评卷人得分1简述单闭环有静差调速系统的3个基本特征。2简述异步电动机按转子磁链定向矢量控制系统的特点。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
5、，简述启动时3个阶段的特点。四、分析题：（每题8分，共32分）评卷人得分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。 3. 简述异步电动机矢量控制系统经过坐标变换等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） 五、计算题：（每题分数见题后，共18分）评卷人得分1有一单位负反馈系统，已知
6、系统的开环传递函数为 ，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）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？（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）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-
7、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. 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，
8、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
9、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，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，
10、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=UN*-n0，Uc上升。（3分） t2时刻系统重新进
11、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：3分1分1分1分1分2分 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 nN= 开环系统在额定转速时的静差率为 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 第 10 页 共 10 页
