课程名称：创新性实践
报告名称：基于PROFIBUS-DP电力拖动控制系统的设计
专业名称：自动化
班级： 090443
小组成员：陈典、张鹏磊、张思听、邓超峰、赖薇、朱继生指导老师: 彭元修
二O一二年十月十二日
创新性实践课程设计任务书
2012－2013学年第一学期第10周－11周
题目基于PROFIBUS-DP电力拖动控制系统设计
内容及要求
1、要求系统用PROFIBUS-DP搭建成网络；
2、软件设计,用STEP7、WinCC完成；
3、软件能在硬件通信。能在硬件系统中完整运行。
进度安排
1、方案论证2天
2、分析、设计4天
3、加载到硬件系统调试、运行2天
4、检查、整理、写设计报告、小结2天
合计10天
学生姓名：陈典、张鹏磊、张思听、邓超峰、朱继生、赖薇
指导时间：2012年11月中旬指导地点：F213
任务下达2011年11月5日任务完成2011年11月19日
考核方式 1.评阅□ 2.答辩□ 3.实际操作□ 4.其它□指导教师彭元修系（部）主任王长坤
注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
摘要
在许多工业控制系统中，广泛采用了交流变频器控制系统和全数字直流调速装置组成的直流调速系统。在多套拖动系统综合控制过程中，存在着多控制点而且各拖动控制装置精度分布线长和分散的特点。采用PROFIBUS-DP现场总线的电力拖动控制系统，可以把控制室内和现场操作台所装备的分布式模块连成总线网络，以数字方式进行数据的串行传输，使控制系统具有了更佳的抗干扰能力，从而进一步的增强了整个系统的可靠性，提高了系统的响应速度和控制精度。
目录
第一章概述 (1)
1.1 引言 (1)
1.1.1研究目的和意义 (1)
1.1.2 主要研究内容及设计思路 (1)
1.1.3任务分配 (1)
1.2 STEP7 (3)
1.2.1 STEP7概述 (3)
1.2.2 STEP7功能 (3)
1.3 PROFIBUS现场总线 (3)
1.3.1现场总线PROFIBUS-DP (3)
1.4 电力拖动控制系统 (4)
第二章硬件平台 (5)
2.1 S7-300PLC概述 (5)
2.1.1 300系列PLC简介 (5)
2.1.2 CPU314C-2PN/DP (6)
2.2 MM440 变频器 (7)
2.3 拖动电机额定参数 (8)
2.4 PROFIBUS—DP电力拖动控制系统硬件连接结构 (8)
第三章软件设计 (9)
3.1 PROFIBUS-DP网络 (9)
3.1.1 PROFIBUS—DP总线网络 (9)
3.1.2网络连接模式 (9)
3.2软件流程图 (10)
3.3 MM440变频器参数配置 (10)
3.4组态软件WinCC应用 (11)
3.5 控制系统的软件设计 (11)
3.5.1软件的功能 (11)
3.5.2软件功能的实现 (11)
第四章网络组态 (13)
4.1搭建PROFIBUS-DP网络参数配置 (13)
4.2组态控制系统网络 (13)
4.3建立上位机WinCC项目 (14)
4.4基于PROFIBUS-DP的电力拖动控制系统网络 (15)
第五章结论 (16)
第六章心得体会 (17)
参考文献 (23)
第一章概述
1.1 引言
1.1.1研究目的和意义
本文通过对PROFIBUS现场总线和传统电力拖动控制系统的研究，希望能够把现在较为成熟的现场总线技术应用到电力拖动控制系统中。鉴于传统的电力拖动控制系统在实际工业控制中，多存在多套拖动系统综合控制，而在此过程中，存在着多控制点而且各拖动控制装置精度分布线长和分散的特点。因此，在很多情况下有需要时可以使用PROFIBUS总线和S7-300PLC组成的控制系统，从而进一步提高系统的可靠性和稳定性，同时利用S7-300PLC的高性能实现多机群控。
采用PROFIBUS-DP现场总线的电力拖动控制系统，可以把控制室内和现场操作台所装备的分布式模块连成总线网络，以数字方式进行数据的串行传输，使控制系统具有了更佳的抗干扰能力，从而进一步的增强了整个系统的可靠性，提高了系统的响应速度和控制精度。
1.1.2 主要研究内容及设计思路
本文主要通过研究PROFIBUS现场总线和传统电力拖动控制系统，把现在较为成熟的现场总线技术应用到电力拖动控制系统中，怎样实现多机群控、怎样搭建PROFIBUS-DP网络，对软件的和设计，实现基于PROFIBUS-DP的电力拖动控制系统的完整设计。
要建立一个较为完善的基于PROFIBUS-DP的电力拖动控制系统，需要对PROFIBUS现场总线和电力拖动系统有一个比较深刻的了解，首先要搭建一个PROFIBUS-DP网络，对各参数进行设置。分别建立基于SIMATIC S7-300一级主站和从站，然后再在网络上挂上MICROMASTER4XX系列变频器，本文采用的是MM440变频器，用变频器驱动各电机进行控制，以数字方式进行数据的串行传输控制。
1.1.3任务分配
陈典：上位机与硬件的通信设计张鹏磊：软件软件程序的编写设计张思听：软件流程及硬件组态设计朱继生：程序的装载和调试运行赖薇：资料的收集及报告书撰写邓超峰：硬件的线路的分布设计
1.2 STEP7
1.2.1 STEP7概述
STEP7编程软件用于SIMATIC S7/M7/C7和基于PC的WinAC，是提供他们编程、监控和参数设置的标准软件包，是属于SIMATIC工业软件的一部分。STEP7标准软件包由两大部分构成：第一部分为STEP7 Micro/DOS和STEP7 Micro/Win，用于SIMATIC S7-200的简化单机应用应用程序；第二部分为STEP7，用于SIMATIC S7-300/400、SIMATIC M7-300/400以及SIMATIC C7上。
1.2.2 STEP7功能
STEP7主要完成以下任务：工程管理里、硬件配置与参数设置、网络配置、编程、测试、启动、维护、文件建档、运行和诊断等。基本编程语言主要由有梯形图（LAD）、功能块图(FBD)和语句表(STL), 硬件组态主要有两大部分工作，分别为“组态”和“分配参数”。用户程序由用户在STEP7中生成，然后将它下载到CPU中。而程序的下载与上传的前提是PLC已经建立了一个在线连接，以便上传与下载程序。在STEP7中程序的调试有多种，主要使用变量表调试程序和在程序状态调试程序。
1.3 PROFIBUS现场总线
PROFIBUS 总线是西门子公司开发的开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准，具有协议简单开放、容错能力强、安全性好、成本低等优势，广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化，可承担现场、控制、监控三级通信。
1.3.1现场总线PROFIBUS-DP
PROFIBUS-DP 是一种高速低成本通信网络，使用 PROFIBUS-DP 可取代 24VDC 或4-20MA 信号传输，尤其适用于可编程控制器 PLC 与现场分散外设间的通讯。PROFIBUS—DP现场总线的硬件由主设备、从设备和网络等三部分组成。主设备用以控制总线上的数据传输，可与从设备及在总线上所挂的各拖动装置直接交换信息，从设备只能与主设备交换信息，并通过主设备控制各拖动装置。
1.4 电力拖动控制系统
在许多工业控制系统中，广泛采用了交流变频器控制系统和全数字直流调速装置组成的直流调速系统。在多套拖动系统综合控制过程中，存在着多控制点而且各拖动控制装置精度分布线长和分散的特点。
第二章硬件平台
本文所做的研究是基于下述硬件平台展开的。在本实验室里，拥有工控机、S7-300PLC（处理模块CPU314-2PN//DP）、变频器MM440、触摸屏、实验用小型拖动电机等。
2.1 S7-300PLC概述
目前，世界上有200多家厂商生产PLC，其中，德国西门子（SIEMENS）公司的PLC 产品里面有SIMATIC S7 M7和C7等几大系列。S7是具有传统意义上的PLC 产品，其中S7-300是针对低性能要求的模块式中小型PLC，最多可以扩展32个模块。300系列的PLC 是一种通用型的PLC，，具有模块化，无风扇结构，易于实现分布式的配置以及易于掌握的特点，这使它能够适应自动化工程中的各种应用场合，执行各种控制任务，因此在实践中成为一种既经济又可靠的控制装置。S7-300PLC采用模块化的结构，各种模块能以不同的放肆组合在一起，模块式PLC由机架和模块组成。品种繁多的CPU模块、信号模块和功能模块能完成各种领域的自动控制任务，用户可以根据系统的具体情况选择、更换合适的模块。同样可以扩展PLC 。简单实用的分布式结构和强大的通信联网能力，使其应用十分广泛。
2.1.1 300系列PLC简介
S7-300PLC是模块化的PLC，它由以下及部分组成：
1 .中央处理单元（CPU）
功能：执行用户程序；为S7-300背板总线提供 5V电源；在MPI网络中
通过MPI与其他的MPI网络节点进行通信。
各种CPU有不同的性能，例如有的CPU集成有数字量和模拟量的输入输出点，有的额CPU集成了PROFIBUS-DP等通信接口，CPU前面板上有状态故障指示灯、模式开关、24V电源端子、电池盒与存储器模块盒（有的没有）。
2.负载电源模块（PS）
负载电源模块用于将AC220V电源转换为DC 24V电源，提供S7-300CPU和24V直流负载电路（信号模块、传感器、执行器等）使用.
3.信号模块（SM）
信号模块包括数字量输入输出模块，数字量I/O模块、模拟量输入输出模块、模拟量I/O模块。他们使不同级的过程信号电压或电流与PLC内部的信号电平相
匹配，。信号模块主要有数字量输入模块（SM321）和输出模块（SM322），模拟量输入模块（SM331）和模拟量输出模块(SM332)。
4.功能模块（FM）
功能模块主要用于时间要求苛刻、储存容量要求较大的过程信号处理任务。
5.通信处理器（CP）
通信处理器用于PLC 之间、PLC与计算机和其他智能设备之间的通信，可以将PLC接入PROFIBUS-DP和工业以太网，或用于实现点对点通信等。
6.接口模块（IM）
接口模块用于多机架配置时连接主机架(CR)和或扩展机架(ER).S7-300通过分布式的主机架和3个扩展机架，最多可以配置32个信号模块、功能模块和通信处理器。
2.1.2 CPU314C-2PN/DP
1.CPU的属性：
产品CPU314C-2PN/DP
9针DP接口（X1）X
9针DP接口（X2）X
数字量输入24
数字量输出16
模拟量输入4+1
模拟量输出 2
工艺功能
4个计数器
一个用于定位的通道
表1 CPU314C-2PN/DP的属性
2. CPU314C-2PN/DP的集成I/O寻址:
输入/输出默认地址注释
24个数字量输入136.0到138.7，其中16
个输入用于工艺功能；
136.0到137.7
可以为所有数字量输入
分配中断功能。
可选的工艺功能：
计数
频率测量
脉冲宽度调制
定位
16个数字量输出136.0到137.7，其中4个输入用于工艺工能；136.0到136.3
4+1个模拟量输入800到809
2个模拟量输出800到803
表2 CPU314C-2PN/DP的集成I/O
3. 图1 CPU314C-2PN/DP集成I/O的方框图
图1集成数字量/模拟量I/O的方框图图2集成数字量I/O的方框图2.2 MM440 变频器
MICROMASTER 440变频器简称MM440变频器，是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列，本系列有多种型号供用户选用，恒定转矩（CT）控制方式额定功率范围从10W~200KW，可变转矩(VT)控制方式可达到250KW。用其稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、超强的过载能力、创新的BiCo（内部功能互联）功能以及无可比拟的灵活性，在变频器市场占据着重要的地位。
西门子变频器MicroMaster440是全新一代可以广泛应用的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。创新的BiCo（内部功能互联）功能有无可比拟的灵活性。
主要特征：
200V-240V ±10%，单相/三相，交流，0.12kW-45kW； 380V-480V±10%，三相，交流，0.37kW-250kW；矢量控制方式，可构成闭环矢量控制，闭环转矩控制；高过载能力，内置制动单元；三组参数切换功能。控制功能：线性v/f控制，平方v/f控制，可编程多点设定v/f控制，磁通电流控制免测速矢量控制，闭环矢量控制，闭环转矩控制，节能控制模式；标准参数结构，标准调试软件；数字量输入6个，模拟量输入2个，模拟量输出2个，继电器输出3个；独立I/O
端子板，方便维护；采用BiCo技术，实现I/O端口自由连接；内置PID控制器，
参数自整定；集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP/Device-Net通讯模块；具有15个固定频率，4个跳转频率，可编程；可实现主/从控制及力矩控制方式；在电源消失或故障时具有"自动再起动"功能；灵活的斜坡函数发生器，带有起始段和结束段的平滑特性；快速电流限制（FCL），防止运行中不应有的跳闸；有直流制动和复合制动方式提高制动性能。保护功能：过载能力为200%额定负载电流，持续时间3秒和150%额定负载电流，持续时间60秒；过电压、欠电压保护；变频器、电机过热保护；接地故障保护，短路保护；闭锁电机保护，防止失速保护；采用PIN编号实现参数连锁。
2.3 拖动电机额定参数
型号Y90L-4
额定电压380V
额定功率 1.5KW
额定频率50HZ
额定转速1400r/min
额定电流 3.7A
功率因数0.79
接线方式Y
2.4 PROFIBUS—DP电力拖动控制系统硬件连接结构
图3 PROFIBUS-DP总线系统结构
第三章软件设计
3.1 PROFIBUS-DP网络
3.1.1 PROFIBUS—DP总线网络
在这套基于PROFIBUS—DP总线的拖动控制系统中，我们采用了SIMENS公司的相关产品作为PROFIBUS—DP网的典型配置，如上章图1所示。DP主站和从站均选用SIMATICS S7—300PLC,处理模块为新型紧凑型的CPU314C-2PN/DP。该PLC是适应性较强的模块化PLC系统，它具有组态灵活、易于实现分布的特点，已成为各种机床制造、造纸、水处理等项目经济方便地实现小规模控制系统的首选产品。在总线上同时还挂有多套拖动设备：全部选用MM440全数字型交流调速装置加上CB通信板(PROFIBUS通通信模块)，分别控制多台交流鼠笼型异步电动机，实现交流变频调速控制。
主站PLC负责读取多台从站PLC的信息，而从站PLC负责读取悬挂在总线上的所有分布式模块的数字量和模拟量信息，同时进行数字量和模拟量信息的传送，包括与多套拖动装置之间的信息交换。以组态软件WinCC组建的上位机系统作为监控平台，用于系统操作和监视等。从站PLC负责与主站PLC进行信息交换并通过主站PLC实现对悬挂在总线上的拖动系统的控制，同时进行系统的数据通信。
3.1.2网络连接模式
在本分布式自动电力拖动系统中，以装载有WinCC的工控机作为上位机，在上位机中建立分布式控制画面，每一个拖动电机对应一块监控画面，在监控画面中显示电机的转动情况，这些信息收集于PLC主站，再由主站通过信息交换反馈给上位机，主站起到一个桥梁纽带的作用，一方面要与上位机通信，同时也要与PLC从站通信，发送各种有效的指令，对从站反馈回来的信息进行处理送给上位机用以显示，以便用户直观的了解到电机的运转情况。从站负责收集变频器的各项参数并接受到主站的指令执行命令，因为由多个从站，属于分布式的控制，从站中有事先编辑好的程序块，当接收到来至总站的命令的时候执行对变频器的控制，以便驱动电机运转。
主站与上位机机之间通过工业以太网连接，实现通信，而由于电机较多，需要实行分布式的控制，所以优先建立PROFIBUS-DP网络，主站与从站之间建立PROFIBUS网络，通过PROFIBUS电缆连接。
3.2软件流程图
WinCC项目登陆
连接主站S7-300PLC
诊断连接
是否成功
发送指令到主站S7-300PLC 读取主站控制器信
息
监控画面显示信息
进入主站S7-300PLC处
理中心
选择分布式从站PLC执行指
令
读取从站信息
送处理中心处理信息
发送给WinCC监控系统
是
否退出
开始
等待
是否收
到来至WinCC
的指令
是
重
新
进
入
等
待
状
态
开始
等待
进入从站S7-300PLC处
理中心
执行子程序驱动变
频器MM440
变频器调节拖动电机运转
读取变频器参数
送从站处理中心处理信息
发送给主站PLC
否
是
重
新
进
入
等
待
状
态
是否收
到来至主站的
指令
否
图4（1）上位机程序流程图（2）主站框架程序流程图（3）从站框架程序流程图
3.3 MM440变频器参数配置
MM440交流变频器与SIMATICS s7—300通信，必须完成下列变频器功能码
的设置：
表3.MM440变频器参数配置
编号设定值功能说明
P918 1~125 装置的PROFIBUS—DP地址每台地址不同
P1000 66 频率设定值的选择频率设定值来自CB 安装在计算机上P700 6 命令源的选择命令源来自CB通信板
P2040 0 通信板报文停止时间---
P2041．00 3 选择PPO类型PPO3 P719 66 命令和频率设定值选择命令和频率设定值来自cB通信板
3.4组态软件WinCC应用
工业组态软件WinCC提供了各种PLC的驱动程序，在本系统中需建一个PROFIBUS—DP的二级主站。所以选择支持S7协议的通信驱动程序SIMATICS S7 protocol suite，在其中的“PROFIBUS下连接S7—300PLC，设置参数时必须与PLC中的设置相同。在编程软件STEP7中完成硬件网络组态，分别为总线上所挂的四套拖动装置分配网络地址，该地址必须与拖动装置CB板中的设置相同”。3.5 控制系统的软件设计
本系统主要采用了SIMENS公司的WinCC组态软件。WinCC是一个集成的人机界面软件系统，在本系统中利用WinCC组建的上位机系统与S7—300PLC MM440交流调速装置组成的分布式自动化控制系相组合，实现各种功能。
上位机硬件系统由一台工控机及相应的硬件设备组成。上位机软件系统是在Windows NT系统平台下，将WinCC安装在计算机上，授权后，即可启动运行。软件的功能
3.5.1软件的功能
根据工艺和控制要求，可在上位机完成以下功能：
1）数据通信：通过PROFIBUS-DP网络，实现与PLC之间的数据交换。2）数据处理：根据各种工艺要求，可以非常方便的在计算机屏幕上设置或修改交直流电力拖动的参数。
3）工艺画面的显示：可根据工艺要求，通过画面显示主要控制对象的工艺关系及当前状态。
4)实时曲线显示：在此画面中可对观察对象进行选择，包括对各电动机的转速曲
线、电流曲线显示，既可监视当前实时曲线，又可查询历史曲线。
5)报警处理：对需要报警的信号进行实时报警和处理。
6)工艺参数设定：按工艺要求对产品品种、成品规格等许多工艺参数进行设定。
3.5.2软件功能的实现
1)与PLC的连接：启动WinCC并建立目后，在树形视图中的“标签管理”行，通过选择PLC的系列进行连接，并通过内部标签的建立和分配实现WinCC与PLC 的连接。
2)工艺画面的建立：启动树形视图中的“图形编辑器”，借助软件提供的绘图工具，绘出所需工艺画面，并通过标签的连接，将画面中图形部件与现场中的工
况连接，实现画面的实时动态显示。
3)测量值的显示：启动树形视图中的“标签登录”编辑器，可以完成分类归档及建立各种图表和图形曲线报工作。
第四章网络组态4.1搭建PROFIBUS-DP网络参数配置
图5 PROFIBUS-DP网络参数配置4.2组态控制系统网络
图6 组态PROFIBUS-DP网络
4.3建立上位机WinCC项目
图7 创建WinCC项目
图8 给WinCC项目添加驱动
图9 为WinCC项目配置连接参数
4.4基于PROFIBUS-DP的电力拖动控制系统网络
图10 完成基于PROFIBUS-DP的电力拖动控制系统初步网络
第五章结论
本次课设完成了搭建初步的PROFIBUS-DP网络系统，组态了一个基本的网络，但是对其中的参数的设置只是一个不真实的反应，没有硬件的支撑，这是一个比较空泛的软件系统，但是本次课设为完善基于PROFIBUS-DP的电力拖动系统做好了充分的准备，本次完成的虽然是一小部分，但是却是开始的最基本的一部分。后面的课设将会逐步的完善该系统，达到本课设要求的基本的要求，同时将也会创新出新的东西，更加完美的把PROFIBUS-DP现场总线技术应用到电力拖动系统当中去。
第六章心得体会
姓名：___________ 学号：__________
一、简答题（每小题6分，共42分） 1、调速系统的静态性能指标有哪些？它们是怎么定义的？它们之间有什么关系？ 2、在转速、电流双闭环调速系统中，若电流调节器采用PI 调节器，其作用是什么？其输出限幅值应如何整定？ 3、典型I 型系统和典型Ⅱ型系统在稳态误差和动态性能上有什么区别？ 4、双闭环系统的起动过程有何特点？为什么一定会出现转速超调？ 5、在逻辑控制的无环流可逆调速系统中，实现无环流的原理是什么？ 6、异步电动机串级调速机械特性的特征是什么？ 7、交流异步电动机数学模型具有哪些性质？ 二、选择题（每小题3分，共18分） 8、关于变压与弱磁配合控制的直流调速系统中，下面说法正确的是（ ）。 A 当电动机转速低于额定转速时，变压调速，属于恒转矩性质调速。 B 当电动机转速高于额定转速时，变压调速，属于恒功率性质调速。 C 当电动机转速高于额定转速时，弱磁调速，属于恒转矩性质调速。 D 当电动机转速低于额定转速时，弱磁调速，属于恒功率性质调速。 9、在晶闸管反并联可逆调速系统中，βα=配合控制可以消除（ ）。 A 直流平均环流 B 静态环流 C 瞬时脉动环流 D 动态环流 10、在三相桥式反并联可逆调速电路和三相零式反并联可逆调速电路中，为了限制环流，需要配置环流电抗器的数量分别是（ ）。 A 1个和2个 B 2个和1个 C 2个和4个 D 4个和2个 11、交流异步电动机采用调压调速，从高速变到低速，其转差功率（ ）。 A 不变 B 全部以热能的形式消耗掉了 C 大部分回馈到电网中 12、异步电动机串级调速系统中，串级调速装置的容量（ ）。 A 随调速范围的增大而增大 B 随调速范围的增大而减小 C 与调速范围无关 D 与调速范围有关，但关系不确定 13、在恒压频比控制（即1ωs U =常数）的变频调速系统中，在基频以下变频调速时进行定子电压补偿，其目的是（ ）。 A 维持转速恒定 B 维持定子全磁通恒定 C 维持气隙磁通恒定 D 维持转子全磁通恒定 三、计算题（共40分） 14（20分）、某转速负反馈单闭环直流调速系统的开环放大系数K=20；电动机参数为：U N =220V 、I N =68.6A 、R a =0.23Ω、n N =1500 r/min 、GD 2 =10 N ·m 2；电枢回路总电阻R Σ=0.5Ω（包括R a ）, 电枢回路总电感L ∑=30 mH ；晶闸管整流装置采用三相桥式电路。试求： （1）满足静差率S ≤5%的调速范围有多大？ （2）电动机带额定负载运行的最低速是多少？ （3）画出转速单闭环调速系统的动态结构图。 （4）判断该系统动态是否稳定。 15（20分）、单闭环负反馈系统调节对象的传递函数为： ) 1005.0)(1045.0)(16.0(20 ) (+++s s s s W obj 试用PI 调节器将其校正成典型Ⅰ型系统，写出调节器传递函数。画出调节器电路图，计算调节器RC 元件参数。若在设计过程中对调节对象的传递函数进行了近似处理，说明是何种近似。 ( 要求:阻尼比 ξ=0.707, 调节器输入电阻R 0=40K Ω) 2008 ——2009 学年第 一 学期 《电力拖动控制系统》课程考试试卷（ A ）卷答案及评分标准 一、简答题（每小题6分，共42分） 1、调速系统的静态性能指标有 ①转速降N n n n -=?0 ②调速范围m in m in m ax n n n n D N == ③静差率0 n n s ?= 它们之间的关系为：) 1(s n s n D N -?= 2、（6分）答：电流调节器（ACR ）的作用：1）对电网电压波动起及时抗扰作用；2）起动时保证获得允许的最大电流dm I ；3）在转速调节过程中，使电流跟随给定电压*i U 变化；4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。 电流调节器（ACR ）的输出限幅值：s dm e s d0cm K R I n C K U U N += = 3、（6分）答：稳态误差：对于典型I 型系统，在阶跃输入下，稳态时是无差的；但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与K 值成反比；在加速度输入下稳态误差为∞ 。对于典型II 型系统，在阶跃和斜坡输入下，稳态时均无差；加速度输入下稳态误差与开环增益K 成反比。 动态性能：典型 I 型系统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰性能稍差；典型Ⅱ型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。 4、（6分）解：(1) 特点：1)饱和非线性控制 2) 转速超调（退饱和超调）3)准时间最
第一章：闭环控制的直流调速系统00000 1-1 为什么PWM-电动机系统比晶闸管-电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM系统与V-M系统相比，在很多方面有较大的优越性： （1）主电路线路简单，需用的功率器件少； （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右； （4）若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； （5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也大， 因而装置效率较高； （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高； 1-2 试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的。答：如图P13，1-17，制动状态时，先减小控制电压，使U g1的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压U d降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成E＞U d，很快使电流i d反向，VD2截止，在t on≤t＜T时，U g2变正，于是VT2导通，反向电流沿回路3流通，产生能耗制动作用。在T≤t＜T+t on(即下一周期的0≤t＜T on)时，VT2关断，-i d沿回路4经VD1续流，向电源回馈制动，与此同时，VD1两端压降钳住VT1使它不能导通。在制动状态中，VT2和VD1轮流导通，而VT1始终是关断的。 有一种特殊状态，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT1关断后i d经VD2续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD2两端电压也降为零，VT2便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。 1-3 调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系?为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”?答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母
西交《电力拖动自动控制系统》在线作业 试卷总分:100 得分:0 一、单选题(共30 道试题,共60 分) 1.转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是( )。 A.PID B.PI C.P D.PD 正确答案:B 2.静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,静差率( )。 A.越小 B.越大 C.不变 D.不确定 正确答案:A 3.下列异步电动机调速方法属于转差功率消耗型的调速系统是( )。 A.降电压调速 B.串级调速 C.变极调速 D.变压变频调速 正确答案:D 4.可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行,实现无静差调速的是( )。 A.比例控制 B.积分控制 C.微分控制 D.比例微分控制 正确答案:B 5.控制系统能够正常运行的首要条件是( )。 A.抗扰性 B.稳定性 C.快速性 D.准确性 正确答案:B 6.在定性的分析闭环系统性能时,截止频率ωc越低,则系统的稳定精度( )。
A.越高 B.越低 C.不变 D.不确定 正确答案:A 7.常用的数字滤波方法不包括( )。 A.算术平均值滤波 B.中值滤波 C.中值平 D.均滤波几何平均值滤波 正确答案:D 8.转速电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是( )。 A.ACR B.AVR C.ASR D.ATR 正确答案:A 9.双闭环直流调速系统的起动过程中不包括( )。 A.转速调节阶段 B.电流上升阶段 C.恒流升速阶段 D.电流下降阶段 正确答案:D 10.直流双闭环调速系统中出现电源电压波动和负载转矩波动时,( )。 A.ACR抑制电网电压波动，ASR抑制转矩波动 B.ACR抑制转矩波动，ASR抑制电压波动 C.ACR 放大转矩波动，ASR抑制电压波动 D.ACR放大电网电压波动，ASR抑制转矩波动 正确答案:A 11.下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是( ) A.饱和非线性控制 B.转速超调 C.准时间最优控制 D.饱和线性控制
判断题 采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√）只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√）直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 静差率和机械特性硬度是一回事。（×） 使用PI调节器构成的无静差调速系统稳态精度不受反馈检测装置的影响。 电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压的大小并非仅取决于速度给定的大小。（√） 转速、电流反馈控制无静差可逆调速系统稳态时电力电子装置控制电压的大小取决于电流调节器输入信号的大小。（×） 反馈控制系统的精度只取决于给定的精度。（×） 双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（×） 对于有环流可逆V-M系统，在一般情况下允许两组晶闸管同时处于整流状态。（×）逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（×） 可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（×） 与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（×） α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） α=β配合工作制的有环流可逆调速系统的正向制动过程中，转速调节器饱和，电流调节器不饱和。（×） 转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（×） 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 闭环系统可以改造控制对象。（√） 闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。 V-M系统中平波电抗器的电感量一般按照额定负载时保证电流连续的条件来选择。（×）直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。（√） 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。（×） 电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。（√）
习题解答（供参考） 习题二 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.02(100.98) 2.04(1) n n s n rpm D s ?= =??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=Ω。相控整流器内阻Rrec=Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？ 解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?=
378(0.0230.022)0.1478115N n I R rpm ?==?+= (1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-= 某龙门刨床工作台采用 V-M 调速系统。已知直流电动机 60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=Ω,Ce=?min/r,求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？ （3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压* 8.8u U V =、比例调节器放 大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=。求：（1）输出电压d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若把反馈系数 减至γ=，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少？ 解：（1）* (1)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??= (2) 8.8215264d U V =??=,开环输出电压是闭环的22倍 (3) * (1)12(12150.35)15) 4.6u d p s p s U U K K K K V γ=+=?+???= 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min ，要求系统的静差率5%s ≤，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？ 解： 1）()s n s n D N N -?=1/
《运动控制系统设计》 课程设计报告 设计题目：转速、电流双闭环直流调速系统设计与实践班级：04 级自动化一班 学号: 姓名： 指导教师： 设计时间：2007.11.20 —2007.12.14
目录摘要 第一章概述 第二章设计任务及要求 2.1设计任务： 2.2设计要求： 2.3理论设计 3.1方案论证 3.2系统设计 3.2.1电流调节器设计 3.2.1.1确定时间常数 3.2.1.2 选择电流调节器结构 3.2.1.3计算电流调节器参数 3.2.1.4 校验近似条件 3.2.1.5 计算调节器电阻和电容 3.2.2速度调节器设计 3.2.2.1 确定时间常数 3.2.2.2 选择转速调节器结构 3.2.2.3 计算转速调节器参数 3.2.2.4 校验近似条件 3.2.2.5 计算调节器电阻和电容 3.2.2.6 校核转速超调量 第三章系统建模及仿真实验 4.1MATLAB 仿真软件介绍 4.2仿真建模及实验 4.2.1单闭环仿真实验 4.2.2双闭环仿真实验 4.2.3仿真波形分析 第四章实际系统设计及实验 5.1 系统组成及工作原理 5.2 设备及仪器 5.3 实验过程 5.3.1 实验内容 5.3.2 实验步骤 第五章总结与体会 参考文献
摘要 从七十年代开始，由于晶闸管直流调速系统的高效、无噪音和快速响应等优点而得到广泛应用。双闭环直流调速系统就是一个典型的系统，该系统一般含晶闸管可控整流主电路、移相控制电路、转速电流双闭环调速控制电路、以及缺相和过流保护电路等．给定信号为0～10V直流信号，可对主电路输出电压进行平滑调节。由于其机械特性硬，调速范围宽，而且是无级调速，所以可对直流电动机进行调压调速。动静态性能好，抗扰性能佳。速度调节及抗负载和电网扰动，采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。电流环校正成典型I型系统。为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型Ⅱ型系统。根据转速、电流双闭环调速系统的设计方法，用Simulink做了带电流补偿的电压负反馈直流调速系统进行仿真综合调试，分析系统的动态性能，并进行校正，得出正确的仿真波形图。 关键词：直流调速双闭环转速调节器电流调节器 第一章概述 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在V-M调速系统中设计两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套联接。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环，形成转速、电流双闭环调速系统。 采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值 I的恒流过程。按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可 dm 以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。通过系统建模和仿真，用MATLAB/Simulink工具分析设计直流电动机速度控制系统。
第二章 2-1：答：在制动阶段，VT1始终不导通。VT2导通期间，并能耗制动；VT2不导通期间， VD1续流，并回馈制动。 2-2：由 10100 1000== D ； rpm s D s n n n N N cl 04.298 .01002.01000) 1(=??≤ -= ?=?； 2-3：已知 rpm n n n N 1500max max 0=?+= rpm n n n N 150min min 0=?+= max n n N =，rpm n N 15=? 所以1115 150151500min max =--= = n n D 1.015 11148515 11=?+?= ?+?= D n n D n s N N N 2-4： r v n R I U C N a N N e min/1478.0/)(?=-= rpm C R R I n e s a N op 1.1151478.0/045.0378/)(=?=+=? 1.38.0*1.115 2.0*1430) 1(==-?=s n s n D N N 32 .57 .0*1.1153.0*1430) 1(== -?= s n s n D N N 2-5： rpm C R I n e N op 5.2742.0/18.0305/=?==? /()27.45%N op N op s n n n =?+?= rpm s D s n n n N N cl 63.295 .02005.01000) 1(=??≤ -= ?=? 2-6： v K K U K K U s p u s p dcl 121 =+= γ 264==u s p dop U K K U 22/=dcl dop U U v U K K K K U dcl s p s p u 6.41=+= γ 2-7： 10=D
《电力拖动控制线路与技能训练》教学大纲及复习习题库 版本：中国电力出版社 主编：程建龙 定价：29.80元 适用班级：13电大二 代课人：田芳于长超 出题人：田芳于长超 制定时间：2014年 审核人：
电力拖动》教学大纲 第一章异步电动机的基本控制线路及常用低压电器 掌握：低压电器的使用维护、型号命名、选择、安装。掌握手动、点动、连续等常规电路的原理、分析方法。 重难点：低压电器的范围及应用、低压电器的分类、常用低压配电电器及其使用注意事项、常用低压控制电器及其使用注意事项，电路原理分析。 第二章直流、同步电动机基本控制线路及控制线路设计方法了解：直流电动机的结构与原理 重难点：他励直流电动机的基本控制线路 删除：并励直流电动机的基本控制线路、串励直流电动机的基本控制线路第三章常用机械的电气控制线路 了解：常用控制线路电路分析、生产机械电器控制设备的维护及检修方法。重难点：生产机械电器控制设备的原理分析。 第四章电动机的自动调速及其调试与维修概述（删除）
电力拖动试题库 重点部分 绪论 一、填空 1、电源分交流电源和（）。 二、名词解释 2、电力拖动 三、简答 3、电力拖动装置一般由哪几部分组成？ 4、电力拖动装置中电动机的作用是什么？ 5、按电动机的组合数量来分，电力拖动的发展经历了哪几个阶段？ 第一章异步电动机的基本控制线路及常用低压电器 第一节三相异步电动机的手动正转控制线路 一、填空 6、低压断路器类型品种很多，常用的有（）、框架式、（）、漏电保护式。 7、低压熔断器广泛用于低压配电系统和控制系统中，主要用作（）保护。 8、低压熔断器在使用时（）联在被保护的电路中。 9、负荷开关分为（）负荷开关和封闭式负荷开关两种。 10、负荷开关一般在照明电路和功率小于（） KW的电动控制线路中。 11、低压断路器又称（）。 13、低压控制电器依靠人力操作的控制电器称为 ( ) 。 14、低压控制电器根据信号能自动完成动作的称为 ( ) 。 15、断路器的文字符号是 ( ) 。 17、熔断器文字符号是（）。 18、负荷开关分为（）负荷开关和封闭式负荷开关两种。 19、开启式负荷开关文字符号是（）。 20、封闭式负荷开关文字符号是（）。 21、组合开关文字符号是（）。
第10章习题解答 10-1 伺服系统的结构如图所示， 计算三种输入下的系统给定误差：（1）)(121* t m ?=θ；（2）)(12 * t t m ?=θ； （3）*21 (1)1()2 m t t t θ=++?。 解：系统开环传递函数500()(0.11)W s s s = + 系统给定误差 *00*2* 00() ()lim ()lim ()lim 1() ()()(0.11)lim lim 500(0.11)5001(0.11) m sr sr sr t s s m m s s s s e e t sE s W s s s s s s s s s s θθθ→∞→→→→∞===++==+++ + （1）)(121* t m ?= θ，* 1()2m s s θ= 系统给定误差2* 00()(0.11)(0.11) ()lim lim 0(0.11)5002(0.11)500 m sr s s s s s s s e s s s s θ→→++∞===++++ （2）)(12* t t m ?= θ，* 21()2m s s θ= 系统给定误差2* 00()(0.11)0.111 ()lim lim (0.11)5002[(0.11)500]1000 m sr s s s s s s e s s s s θ→→++∞===++++ （3）* 21(1)1()2 m t t t θ=++?，2* 2331111()m s s s s s s s θ++=++= 系统给定误差22* 001 (0.11)()(0.11)()lim lim (0.11)500(0.11)500 m sr s s s s s s s s s e s s s s θ→→++++∞===∞++++ 10-2 直流伺服系统控制对象如图10-8所示，机械传动机构的传动比10j =，驱动装置的放大系数40s K =及滞后时间常数0.001s T s =，直流伺服电机等效参数0.086m T s =，
交、直流调速课程设计 2004级电气工程专业电力拖动自动控制系统课程设计第五组课程设计 题目：10KW直流电动机不可逆调速系统课程：电力拖动自动控制系统专业：电气工程及其自动化指导老师：华* 组员：郑** 李** 张** 江* 日期：2007年12月24日星期一
课题：10KW直流电动机不可逆调速系统 一、技术数据: 直流电动机： 型号：Z3 —71、额定功率P N=10KW、U N=220V、额定电流I N =55A A N =1000r/min、极数2P=4、电枢电阻 R N =O.5Q、电枢电感 L D =7mH 励磁电压U L=220V、励磁电流I L=1.6A。 、要求 调速范围D=1O、S<=15%、电流脉动系数S < 10%、设计中几个重点说明 、主电路选择与参数计算 1、主电路选择原则：一般整流器功率在4KW以下采用单向整流电路，4KW 以上米用三相整流。 2、参数计算包括 整流变压器的参数计算、整流晶闸管的型号选择、保护电路的说明，参数计算与元件选择，平波电抗器电感量计算。 1.1直流电动机 型号：Z3 —71、额定功率P N=10KW、额定电压U N=220V、额定电流I N =55A 转速n N=1000r/min、极数2P=4 电枢电阻R N=O.5Q、电枢电感L D =7mH 励磁电压U L=220V、S<=15%、励磁电流I L=1.6A。 1.2电动机供电方案 据题意采用晶闸管可控整流装置供电。 本设计选用的是中直流电动机，可选用三相整流电路。又因本系统设计是不可逆系统，所以可选用三相半控桥整流电路。电动机的额定电压为220V，若用 电网直接供电，会造成导通角小，电流脉动大，并且功率因数抵，因此，还是用整流变压器供电方式为宜。 题中对电流的脉动提出要求，故使用增加电抗器。 反馈方式选择原则应是满足调速指标要求的前提下，选择最简单的反馈方
电力拖动自动控制系统运动控制系统第版习题 答案 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
习题解答（供参考） 习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.020.98) 2.04(1) n n s n rpm D s ?= =??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。 2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降 不 变，试问系统能够达到的调速范围有多大系统允许的静差率是多少 解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？ 解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?=
2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。已知直流电动机 60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2Vmin/r, 求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？ （3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) (1)]10000.050.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压* 8.8u U V =、比例调节 器放大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压 d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值开环时的输出电压是闭环是的多少倍（3）若把反 馈系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少？ 解：（1）*(1)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??=
1．转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是 A．PID B．PI C．P D．PD 2．静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,静差率 A．越小B．越大C．不变D．不确定 3．下列异步电动机调速方法属于转差功率消耗型的调速系统是 A．降电压调速B．串级调速C．变极调速D．变压变频调速4．可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速的是 A．比例控制B．积分控制C．微分控制D．比例微分控制5．控制系统能够正常运行的首要条件是 A．抗扰性B．稳定性C．快速性D．准确性 6．在定性的分析闭环系统性能时，截止频率ωc越低,则系统的稳定精度 A．越高B．越低C．不变D．不确定 7．常用的数字滤波方法不包括 A．算术平均值滤波B．中值滤波 C．中值平均滤波D．几何平均值滤波 8．转速电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是 A．ACR B．AVR C．ASR D．ATR 9．双闭环直流调速系统的起动过程中不包括 A.转速调节阶段 B.电流上升阶段 C.恒流升速阶段 D.电流下降阶段 11．下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是 A．饱和非线性控制B．转速超调 C．准时间最优控制D．饱和线性控制 12．下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是 A．降电压调速B．变极对数调速 C．变压变频调速D．转子串电阻调速 13．SPWM技术中，调制波是频率和期望波相同的 A．正弦波B．方波C．等腰三角波D．锯齿波 14．下列不属于异步电动机动态数学模型特点的是 A．高阶B．低阶C．非线性D．强耦合 15．在微机数字控制系统的中断服务子程序中中断级别最高的是 A．故障保护B．PWM生成C．电流调节D．转速调节 16．比例微分的英文缩写是 A．PI B．PD C．VR D．PID 17．调速系统的静差率指标应以何时所能达到的数值为准 A．平均速度B．最高速C．最低速D．任意速度20．采用旋转编码器的数字测速方法不包括 A．M法B．T法C．M/T法D．F法 21．转速电流双闭环调速系统中转速调节器的英文缩写是 A．ACR B．AVR C．ASR D．ATR 22．下列关于转速反馈闭环调速系统反馈控制基本规律的叙述中，错误的是A．只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的 B．反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动
一、选择题 1．转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是 A ．PID B ．PI C ．P D ．PD 2．静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率 A ．越小 B ．越大 C ．不变 D ．不确定 3．下列异步电动机调速方法属于转差功率消耗型的调速系统是 A ．降电压调速 B ．串级调速 C ．变极调速 D ．变压变频调速 根据能量转换的角度看，把调速系统分为三类 第一类：转差功率消耗型，包括将电压调速，转差离合器调速，转子串电阻调速 第二类：转差功率馈送型，包括串级调速，双馈电动机调速 第三类：转差功率不变型，包括变极调速，变频变压调速 4．可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速的是 A ．比例控制 B ．积分控制 C ．微分控制 D ．比例微分控制 积分控制可以使系统在无警察的情况下保持恒速运行，实现无静差调速 5．控制系统能够正常运行的首要条件是 A ．抗扰性 B ．稳定性 C ．快速性 D ．准确性 控制系统正常工作，稳定性是首要条件。 6．在定性的分析闭环系统性能时，截止频率ωc 越低,则系统的稳定精度 A ．越高 B ．越低 C ．不变 D ．不确定 截止频率与相角裕度对应，截止频率越高，系统响应变快，但稳定性变差。 7．常用的数字滤波方法不包括 A ．算术平均值滤波 B ．中值滤波 C ．中值平均滤波 D ．几何平均值滤波 8．转速电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是 A ．ACR B ．A VR C ．ASR D ．A TR 9．双闭环直流调速系统的起动过程中不包括 A ．转速调节阶段 B ．电流上升阶段 C ．恒流升速阶段 D ．电流下降阶段 10．三相全波整流电路的平均整流电压为 A ．20.9cos U α B ．21.17cos U α C ．22.34cos U α D ．21.35cos U α 11．下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是 A ．饱和非线性控制 B ．转速超调 C ．准时间最优控制 D ．饱和线性控制 12．下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是 A ．降电压调速 B ．变极对数调速 C ．变压变频调速 D ．转子串电阻调速 13．SPWM 技术中，调制波是频率和期望波相同的 A ．正弦波 B ．方波 C ．等腰三角波 D ．锯齿波 14．下列不属于异步电动机动态数学模型特点的是 A ．高阶 B ．低阶 C ．非线性 D ．强耦合 15．在微机数字控制系统的中断服务子程序中中断级别最高的是 A ．故障保护 B ．PWM 生成 C ．电流调节 D ．转速调节 16．比例微分的英文缩写是
扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计 题目：变频液位自动控制系统 课程：电力拖动自动控制系统 专业：电气工程及其自动化 班级：电气 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期：
第一部分 任 务 书
电力拖动自动控制系统课程设计任务书 一、课程设计的目的 通过电力拖动自动控制系统的设计、了解一般交直流调速系统设计过程及设计要求，并巩固交直流调速系统课程的所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力。为今后从事技术工作打下必要的基础。 二、课程设计的要求 1、熟悉交直流调速系统设计的一般设计原则，设计内容以及设计程序的要求。 2、掌握控制系统设计制图的基本规范，熟练掌握电气控制部分的新图标。 3、学会收集、分析、运用自动控制系统设计的有关资料和数据。 4、培养独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。
三、课程设计的内容 完成某一给定课题任务，按给出的工艺要求、运用变频调速对系统进行控制。 四、进度安排：共1.5周 本课程设计时间共1.5周，进度安排如下： 1、设计准备，熟悉有关设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1.5天） 2、分析控制要求、控制原理设计控制方案（1.5天） 3、绘制控制原理图、控制流程图、端子接线图。（2天） 4、编制程序、梯形图设计、程序调试说明。（1.5天） 5、整理图纸、写课程设计报告。（1.5天） 五、课程设计报告内容 完成下列课题的课程设计及报告（课题工艺要求由课程设计任务书提供） 1、退火炉温度控制系统 2、变频液位自动控制系统设计 3、变频流量自动控制系统设计 4、变频供水系统设计 5、变频调速恒张力控制系统设计 6、变频器在温度控制系统中的应用 7、线缆设备恒张力变频器控制设计 六、参考书 1、陈伯时主编电力拖动自动控制系统(第二版) 机械工业出版社1992 2、陈伯时, 陈敏逊交流调速系统机械工业出版社1998
1-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管----电动机系统能够获得更好的动态性能？ 答：PWM 开关频率高，响应速度快，电流容易连续，系统频带宽，动态 响应快，动态抗扰能力强。 1-2试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的？ 答：制动时，由于1g U 的脉冲变窄而导致d i 反向时，U g2 变正，于是VT 2导通， VT 2导通，VT 1关断。 1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围，静态速降和最小静差之间有什么 关系？为什么脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了？ 答：生产机械要求电动机提供的最高转速 max n 和最低转速min n 之比叫做调速范围， 用字母D 表示，即：min max n n D = 负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落N n ? 与理想空载转速min 0n 之比，称为系统的静差率S,即：min 0n n s N ?= 调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为： ) 1(s n s n D N N -?= 由于在一定的N n 下，D 越大，min n 越小N n ? 又一定，则S 变大。所以，如果不考虑D ，则S 的调节也就会容易， 1-4．某一调速系统，测得的最高转速特性为min /1500max 0r n =，最低转速特性为 min /150min 0r n =，带额定负载的速度降落min /15r n N =?，且不同转速下额定速降N n ?不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多大？ 解 1115 150151500min 0max 0min max =--= ?-?-= = N N n n n n n n D %10150 15min 0== ?=n n s
电力拖动自动控制系统试卷带答案
一、填空题 1. 直流调速系统用的可控直流电源有：旋转变流机组（G-M系统）、静止可控整流器（V-M统）、直流斩波器和脉宽调制变换器（PWM）。 2. 转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、准时间最优控制和转速超调。 3. 交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒电流控制三种。 4. 变频器从结构上看，可分为交交变频、交直交变频两类，从变频电源性质看，可分为电流型、电压型两类。 5. 相异步电动机的数学模型包括：电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。 6. 异步电动机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。 7. 常见的调速系统中，在基速以下按恒转矩调速方式，在基速以上按恒功率调速方式。 8. 调速系统的稳态性能指标包括调速范围和静差率。 9. 反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。 10. VVVF控制是指逆变器输出电压和频率可变的控制 11、转速、电流双闭环调速系统当中，两个调节器采用串级联接，其中转速反馈极性为负反馈、电流反馈极性为负反馈。12、直流斩波器的几种常见的控制方法：①T不变，变ton——
脉冲宽度调制（PWM）；②ton不变，变 T——脉冲频率调制（PFM）；③ton和T都可调，改变占空比——混合型。13、转速、电流双闭环系统，采用PI调节器，稳态运行时，转速n取决于给定电压、ASR的输出量取决于负载电流。 14. 各种电力拖动自动控制系统都是经过控制电动机转速来工作的。 15. V-M系统中，采用三相整流电路，为抑制电流脉动，可采用的主要措施是设置平波电抗器。 16、在单闭环调速系统中，为了限制全压启动和堵转电流过大，一般采用电流截止负反馈。 17、在α＝β配合控制的直流可逆调速系统中，存在的是直流平均环流，可用串接环流电抗器抑制。 18、采用PI调节器的转速、电流双闭环系统启动时，转速调节器经历不饱和、饱和、退饱和三种状态。 二、选择题 1. 带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为（ A ） A、零； B、大于零的定值 C、小于零的定值； D、保持原先的值不变 2. 无静差调速系统的PI调节器中P部份的作用是（ D ） A、消除稳态误差； B、不能消除稳态误差也不能加快动态响应
第一章 1、请简述《电力拖动运动控制系统》课程与《电机学》课程的关系 答：电机学是电力拖动运动控制系统的基础，电力拖动运动控制系统：了解电机的工作原理，研究如何控制电机的启动、稳速、调速和制动等电机学：研究电机的工作原理、设计和制造工艺等 2、请画出运动控制系统及其组成的框图。 答：运动控制系统由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器等构成，其框图如下： 3、请你叙述如何设计一辆电动自行车的思路。 答：由刹车开关、电池电压取样、限流保护、驱动电路、直流有刷电机、霍尔调速手柄等 =====================================================================第二章 1、请写出直流电动机的稳态转速公式，并分析转速与电枢电压的关系。
答：直流电机的稳态转速公式转速n=U-(IR+L*di/dt)/Kφ， I是电枢电流，R是电枢回路的电阻 φ是励磁磁通，k是感应电动势常数 所以从公式可以看出，要想对直流电机进行调速，一般的方法有两种：一种是对励磁磁通φ进行控制的励磁控制法，一种是对电枢电压U进行控制的电枢电压控制法。 2、什么是调速范围和静差率调速范围、静态速降和最小静差率之间有什么关系为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易多了” 3、某一直流调速系统，测得的最高转速特性为=1500 r/min, 最低转速特性 为=150 r/min。电动机额定转速为，带额定负载时的速度速降 = 15r/min，且在转速下额定速降如不变，试问系统能够达到的调速范围D 是多少系统允许的静差率s是多少
电力拖动自动控制系统课程设计
课程设计任务书 学生姓名：陈建龙专业班级：电气0701 指导教师：饶浩彬工作单位：自动化学院 题目: V-M双闭环直流可逆调速系统设计 初始条件： 1．技术数据： 直流电动机：P N=3KW , U N=220V , I N=17.5A , n N=1500r/min , R a=1.25Ω堵转电流 I dbl=2I N, 截止电流 I dcr=1.5I N，GD2=3.53N.m2 三相全控整流装置：K s=40 , R rec=1. 3Ω 平波电抗器：R L=0. 3Ω 电枢回路总电阻 R=2.85Ω，总电感 L=200mH , 电动势系数： (C e= 0.132V.min/r) 系统主电路：(T m=0.16s ，T l=0.07s) 滤波时间常数：T oi=0.002s , T on=0.01s, 其他参数：U nm*=10V , U im*=10V , U cm=10V ，σi≤5% , σn≤10 2．技术指标 稳态指标：无静差（静差率s≤10%, 调速范围D≥20 ） 动态指标：转速超调量δn≤10%，电流超调量δi≤5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s≤0.5s 要求完成的主要任务: 1．技术要求： (1) 该调速系统能进行平滑的速度调节，负载电机可逆运行，具有较宽的调速范围（D≥10），系统在工作范围内能稳定工作 (2) 系统静特性良好，无静差（静差率s≤2） (3) 动态性能指标：转速超调量δn＜8%，电流超调量δi＜5%，动态速降Δn≤10%，调速系统的过渡过程时间（调节时间）t s≤1s (4) 系统在5%负载以上变化的运行范围内电流连续 (5) 调速系统中设置有过电压、过电流等保护，并且有制动措施 2．设计内容： (1) 根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图 (2) 调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）