第3章__转速、电流反馈控制的直流调速系统

机械电子工程专业《电力传动控制系统》期末考试复习题，模拟题《电力传动控制系统》作业一(绪论、第一篇)一、 选择题（每小题2分，共计20分）1、负载转矩的大小恒定，方向不变，称作（ D ）。

A ．反抗性恒转矩B ．风机、泵类负载C ．恒功率负载D ．位能性恒转矩负载2、忽略传动机构的损耗，多轴电力传动系统的等效原则是折算前后（ A ）。

A ．传递的功率及储存的动能相同B ．传递的功率相同、储存的动能不同C ．传递的功率不同、储存的动能相同D ．传递的功率及储存的动能都不同3、电力传动系统稳定运行的充分必要条件是（ C ）。

A ．e L 0T T -=、e L d d 0d d T T n n -= B ．e L 0T T -<、e L d d 0d d T T n n-= C ． e L 0T T -=、e L d d 0d d T T n n -< D ．e L 0T T -<、e L d d 0d d T T n n -< 4、直流电机的励磁方式如下图所示，其中（ A ）是他励式。

5、直流电动机带载运行时，（ B ）。

A ．只产生力矩、不产生感应电动势B ．即产生力矩、又产生感应电动势C ．不产生力矩、只产生感应电动势D ．即不产生力矩、又不产生感应电动势6、人为改变直流电动机参数引起的机械特性称人为机械特性，可以改变的参数为（ D ）。

A ．改变电枢电压U aB ．改变励磁电流I fC ．电枢外接电阻RD ．以上三者均可7、三相交流产生圆形旋转磁场的必要条件是（ C ）。

A ．三相绕组在空间对称B ．通入三相对称电流C ．三相绕组在空间对称、通入三相对称电流D ．以上三者均不是8、异步电动机等效电路，需要对转子电路做（ C ）III f I I f1A B C DA ．频率折合B ．匝数折合C ．频率折合和匝数折合D ．不需要任何折合9、异步电动机的机械特性为一条（ D ）A ．上翘的直线B ．水平的直线C ．下垂的直线D ．非线性的曲线10、同步电动机的机械特性为一条（ C ）A ．上翘的直线B ．水平的直线C ．下垂的直线D ．非线性的曲线二、 填空题（每题2分，共计28分）1、 当T e = T L 时，电动机 运行，为稳态或静态。

绪论1、运动控制系统：以机械运动的驱动设备——电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。

工作原理：通过控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。

2、分类（1）按被控量分：以转速为被控量的系统——调速系统以角位移或直线位移为被控量的系统——位置随动(伺服)系统。

（2）按驱动电机的类型分：直流电机带动生产机械——直流传动系统交流电机带动生产机械——交流传动系统（3）按控制器类型分：以模拟电路构成的控制器——模拟控制系统以数字电路构成的控制器——数字控制系统（4）按控制系统中闭环的多少分：单环、双环、多环控制系统3、运动控制系统的功率放大与变换装置：一方面按控制量的大小将电网中的电能作用于电动机上，调节电动机的转矩大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换成电动机所需的交流电或直流电；4、反抗性恒转矩负载不是转矩作用方向和运动方向相反吗？那为什么n>0时T>0,n<0时T<0?答：n>0,T>0 和n<0,T<0意味着电机目前处于正转电动和反转电动状态，这个和负载转矩没有关系。

第二章转速反馈控制的直流调速系统1、直流电动机的稳态转速调节转速方法Φ-=eKIRUn2、直流电动机点数两端的平均电压 三种改变输出平均电压的调制方法：（1）T 不变，变 ton —脉冲宽度调制(PWM)（2）ton 不变，变 T —脉冲频率调制(PFM)（3）ton 和 T 都可调，改变占空比—混合调制(两点式控制)。

当负载电流或电压低于某一最小值，开关器件导通，当高于某一最大值时，使开关器件关断。

3、UPE 是由电力电子器件组成的变换器，其输入接三组(或单相)交流电源，输出为可控的直流电压，控制电压为Uc 。

UPE 变换器的器件选择：中、小容量系统,多采用IGBT 或P-MOSFET 构成较大容量系统,采用GTO 、IGCT 电力电子开关器件特大容量系统,则常用晶闸管触发与整流装置4、 系统稳态参数计算例： 用线性集成电路运算放大器作为电压放大器的转速负反馈闭环直流调速系统如图1-28所示，s s ond ρU U T t U ==5、PID调节器的类型和功能比例微分(PD)：由PD调节器构成的超前校正,可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性, 但稳态精度可能受到影响；比例积分(PI)：由PI调节器构成的滞后校正,可以保证稳态精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的；比例积分微分(PID)：PID调节器实现的滞后—超前校正则兼有二者的优点,可以全面提高系统的控制性能，但具体实现与调试要复杂一些。

第三章 直流调速系统1、开环系统额定静态速降是由什么因素决定的？ 开环系统的静态速降为e d I n C R=∆，其中C 。

为电机所固有的常数，因此开环系统额定静态速降主要由电机的额定电流、电枢回路总电阻决定。

2．试概述闭环调速系统的主要特点。

改变给定电压是否能够改变电动机的转速？ 如果给定电压不变，调整反馈电压的分压比能否改变转速？为什么？如果测速机励磁发生变化，系统有没有克服这种扰动的能力？（1）闭环调速系统的主要特点：a 当给定电压gd U 不变时，加入转速负反馈将使转速大大降低，理想空载转速。

ob n 只是开环k +11，即ok ob n k n +=11。

如果还要维持系统的运动速度基本不变，即ok ob n n =,那么闭环时的U 。

必须比开环时相应提高（k +1）倍。

b ．当负载相同时，闭环系统的静态速降b n ∆将大大减速小，将大大减小，只是开环系统静态速降的k +11。

c ．如果电动机的最高转速相同，对静差率的要求相同，则闭环系统的调速范围是开环系统的（k +1）倍。

（2）给定电压是系统的参考输入量，改变给定电压能够改变电动机的转速。

调整反馈电压的分压比，相当于改变了反馈系数，能够改变电动机的转速。

（3）测速机励磁发生变化引起的扰动，不在反馈环所包围的前向通道中，所以闭环系统没有克服这种扰动的能力？3．转速负反馈系统能减小稳态速降的原因是什么？转速负反馈系统能减小稳态速降的原因是闭环系统的自动调节作用。

在开环系统中，当负载电流增大时，电枢电流d I 在电阻R 上的压降也增大，转速就要降下来。

现在引人了转速负反馈，转速稍有降落，反馈电压人就感觉出来了。

因给定电压gd U 不变，因此加到触发器上的控制电压)(fn gd P C U U K U -=便自动增加了，它可使晶闸管整流电压gd U 增加，电动机转速便相应回升。

由于电枢电压的增量do U ∆补偿do U ∆压降，就使转速基本维持不变。

1、不属于电力拖动自动控制系统构成单元的是（）。

CA、电动机B、功率放大与变换装置C、柴油机D、传感器2、电动机转速与转角控制的根本是（）控制，但同时也需要做好（）控制。

BA、磁链、转矩B、转矩、磁链C、手动、自动D、自动、手动3、直流电力拖动控制系统和交流电力拖动控制系统比较，（）流电力拖动控制系统的数学模型简单；（）流电力拖动控制系统调节器的设计简单。

CA、直、交B、交、直C、直、直D、交、交4、船舶电力推进是通过（）拖动螺旋桨的系统。

DA、柴油机B、汽轮机C、燃气轮机D、电动机5、（）电动机的转速与电源频率保持严格对应关系，机械特性硬。

CA、直流B、异步C、同步D、永磁6、典型机械负载中，起重机提升重物属于（）负载。

BA、反抗性恒转矩B、位能性恒转矩负载C、通风机类D、恒功率负载7、典型机械负载中，船舶螺旋桨属于（）负载。

CA、反抗性恒转矩B、位能性恒转矩负载C、通风机类D、恒功率负载8、根据转速-转矩四象限，电动机在第四象限为（）状态。

DA、正向电动B、反向电动C、正向制动D、反向制动9、转速-转矩四象限中的第三象限，电动机电磁转矩与转速方向相（），为（）性质。

AA、同、驱动B、反、驱动C、同、制动D、反、制动10、根据运动方程式，转速变化是因为（）。

DA、电磁转矩为驱动转矩B、电磁转矩为制动转矩C、电磁转矩等于阻转矩D、电磁转矩不等于阻转矩11、吊车电动机提升下放重物时，电动机所承担的机械负载属于典型机械负载中的（）负载。

BA、反抗性恒转矩B、位能性恒转矩C、通风机类D、恒功率负载第二章转速反馈控制的直流调速系统转速反馈控制的直流调速系统测验1、直流调速系统要求一定范围内无级平滑调速，以（）调速方式为最好。

BA、电枢回路串电阻B、降低电枢电压C、降低励磁电压D、励磁回路串电阻2、V-M直流调速系统中采用了平波电抗器来抑制电流脉动，改善（）问题。

AA、轻载时电流断续B、低速时的高次谐波C、堵转时电流过大D、功率因数3、在V-M系统主电路的等效电路图中，不属于整流装置电阻的是（）。

电力拖动制动控制系统——运动控制系统一、名词解释VVVF：变压变频；Carrier Wave：载波；SHEPWM：消除制定次数谐波的PWM；SPWM：正弦脉宽调制；ASR：转速调节器；FBS：测速调节器；UPEM：桥式可逆电力电子变换器；APR：位置调节器；DTC：直接转矩控制；IGBT：绝缘栅双极晶体管；CHBPWM：电流滞环跟踪PWM；PWM：脉宽调制；ACR：电流调节器；SVPWM：FBC：电流反馈环节；UPE：电力电子变换器；DLC：逻辑控制环节；PID：比例积分微分。

二、勾画重点第一章、转速反馈的直流调速系统直流电动机基本方程：E a=C eΦn U=E a+I a R a T=C tΦI a T=T2+T0=T L I f=U fR f1、V-M系统的特点：1：晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性；2：在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级。

V-M系统的问题：1：由于晶闸管的单向导电性，给系统的可逆运行造成困难；2：晶闸管对过电压、过电流和过高的du/dt与di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件；3：由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备。

2、PWM的优点：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：若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗干扰能力强。

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，开关损耗也不大，装置效率较高。

6：直流电源采用不可控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

3、斩波电路三种控制方式：PWM、PFM、混合型。

4、V-M系统机械特性的特点:1：当电流连续时，特性还比较硬；2：断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。

广东省粤东高级技工学校2010-2011学年度第一学期非全日制学历班《电动机调速系统》期中/期末复习提纲第1章1、知道现代运动控制是多门学科相互交叉的综合性学科，掌握运动控制系统的构成。

运动控制系统由、、及相应的等构成。

2、运动控制系统的任务就是控制电动机的转速和转角。

理解转矩控制是运动控制的根本问题。

运动控制系统的任务就是控制电动机的转速和转角。

要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的。

由电力拖动系统的运动式可知，转速的控制是通过对电动机（）的控制来实现的。

A．电磁转矩 B．定子电流 C．温升3、掌握生产机械的负载转矩特性。

典型的生产机械的负载转矩特性有：负载特性，负载特性以及负载特性。

第一篇直流调速系统掌握直流电动机的稳态转速公式，根据公式推出三种调速方法，理解自动控制的直流调速系统为什么往往以变压调速为主。

直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？第2章转速反馈控制的直流调速系统1、晶闸管整流器－电动机系统的机械特性【图2-6】包括整流状态和逆变状态、电流连续区和电流断续区。

晶闸管直流调速系统的机械特性分为连续段和不连续段，不连续段机械特性的特点是（）。

A．机械特性硬B．机械特性软C．机械特性软、理想空载转速高2、在电流连续的情况下，可以把晶闸管和整流装置当作一个一阶惯性环节来处理。

在电流连续的条件下，可以把晶闸管出发和整流装置当作环节来处理。

3、PWM变换器的作用是把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机的转速。

理解占空比的含义、熟悉简单不可逆PWM 变换器－直流电动机系统的原理图、电压电流波形[图2-10]PWM 变换器的作用是把恒定的直流电源电压调制成 脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机的转速。

4、直流PWM 调速系统的电能回馈问题，对滤波电容充电造成直流侧电压升高，称做“泵升电压”。

5、深刻理解调速范围、静差率、机械特性的含义及相互关系。

阮毅、陈伯时《电力拖动自动控制系统（第4版）》复习要点第一章绪论1、运动控制系统的组成2、运动控制系统的基本运动方程式me L d JT T dt ω=-mm d dtθω=3、转矩控制是运动控制的根本问题。

4、负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载。

a ）位能性恒转矩负载b)反抗性恒转矩负载。

5、负载转矩与转速成反比，而功率为常数，称作恒功率负载。

6、负载转矩与转速的平方成正比，称作风机、泵类负载。

直流调速系统第二章转速反馈控制的直流调速系统1、直流电动机的稳态转速：e U IR n K -=Φ2、调节直流电动机转速的方法：（1）调节电枢供电电压；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻。

3、V-M系统原理图4、触发装置GT 的作用就是把控制电压U c 转换成触发脉冲的触发延迟角α。

改变触发延迟角α可得到不同的U d0，相应的机械特性为一族平行的直线。

5、脉宽调制变换器的作用：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。

6、调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速n max 和最低转速n min 之比。

7、静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n 0之比。

8、调速范围、静差率和额定速降之间的关系：(1)N N n s D n s =∆-N N ND n s n D n ∆=+∆(1)N N n s n D s ∆=-9、转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图10、直流电动机的动态结构11、开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系：（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多；（2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多；（3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。

12、当负载转矩增大，闭环调速系统转速自动调节的过程：TL ↑→I d ↑→n ↓→U n ↓→∆U n ↑→U c ↑→U d0↑→n ↑13、比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。

第1章绪论1.什么是运动控制? 电力传动又称电力拖动，是以电动机作为原动机驱动生产机械的系统的总称。

运动控制系统是将电能转变为机械能的装置，用以实现生产机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其它应用的要求。

2.运动控制系统的组成：现代运动控制技术是以电动机为控制对象，以计算机和其它电子装置为控制手段，以电力电子装置为弱电控制强电的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为理论基础，以计算机数字仿真或计算机辅助设计为研究和开发的工具。

3.运动控制系统的基本运动方程式：第2章转速反馈控制的直流调速系统1.晶闸管-电动机（V-M ）系统的组成：纯滞后环节，一阶惯性环节。

2.V-M 系统的主要问题：由于电流波形的脉动，可能出现电流连续和断续两种情况。

3.稳态性能指标：调速范围D 和静差率s 。

D =??(1-??)，额定速降??，D =????，s =????04.闭环控制系统的动态特性；静态特性、结构图？5.反馈控制规律和闭环调速系统的几个实际问题，积分控制规律和比例积分控制规律。

积分控制规律：t 0n cd 1tU U 比例积分控制规律：稳态精度高，动态响应快6.有静差、无静差的主要区别：比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。

比例积分放大器的结构：PI 调节器7.数字测速方法：M 法测速、T 法测速、M/T 法测速。

8.电流截止负反馈的原理：采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。

电流截止负反馈的实现方法：引入比较电压，构成电流截止负反馈环节9.脉宽调制：利用电力电子开关的导通与关断，将直流电压变成连续可变的电压，并通过控制脉冲宽度或周期达到变压变频的目的。

10.直流蓄电池供电的电流可反向的两象限直流斩波调速系统,已知:电源电压Us=300V,斩波器占空比为30%,电动机反电动势E=100V,在电机侧看,回路的总电阻R=1Ω。

实验四转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真一、实验目的熟练使用MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真。

学会用MATLAB下的SIMULINK软件建立转速、电流反馈控制的直流调速系统的仿真模型和进行仿真实验的方法。

二、实验器材PC机一台，MATLAB软件三、实验参数采用转速、电流反馈控制的直流调速系统，按照要求分别进行仿真实验，输出直流电动机的电枢电流I d和转速n的响应数据，绘制出它们的响应曲线，并对实验数据进行分析，给出相应的结论。

转速、电流反馈控制的直流调速系统中各环节的参数如下：直流电动机：额定电压U N = 220 V，额定电流I dN =136 A，额定转速n N = 1460r/min，电动机电势系数C e= 0.132 V·min/r，允许过载倍数λ=1.5。

晶闸管整流装置的放大系数K s = 40。

电枢回路总电阻R =0.5Ω，电枢回路电磁时间常数T l = 0.03s，电力拖动系统机电时间常数T m = 0.18 s，整流装置滞后时间常数T s=0.0017s,电流滤波时间常数T oi=0.002s。

电流反馈系数β=0.05V/A（≈10V/1.5I N)。

四、实验内容1、电流环的仿真。

参考教材P90中相关内容建立采用比例积分控制的带限幅的电流环仿真模型，设置好各环节的参数。

图1电流环的仿真模型2、按照表1中的数据分别改变电流环中比例积分控制器的比例系数K p 和积分系数K i ，观察电流环输出电枢电流I d 的响应曲线，记录电枢电流I d 的超调量、响应时间、稳态值等参数，是否存在静差？分析原因。

表1 比例积分系数t/sI d /A不同比例系数Kp 和积分系数Ki 时的电枢电流曲线表1不同比例系数K p 和积分系数K i 的电枢电流数据对比分析：由表1可知，不同的比例系数K p 和积分系数K i 会影响系统的电枢电流且系统存在静差，原因是电流调节系统受到电动机反电动势的扰动，电动机反电动势是一个线性渐增的扰动量，所以系统做不到无静差。