电力传动电力拖动控制系统B卷附参考答案x
时间：2020-09-25 12:26:15 来源：勤学考试网 本文已影响 人 
2014— 2015 学年第二学期期末考试
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课程名称：电力传动控制系统
开 卷 B
卷
120 分钟
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考试班级：
考试方式 ：开卷 [ √ ]
闭卷 [ ]
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题号
一
二
三
四
合计
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满分
20
20
30
30
100
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实得分
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评阅人
得分
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一、选择题（共 20 分，每题 2 分）
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名
姓
1、直流 P W M变换器—电动机系统与晶闸管—电动机系统相比， B 。
A 、前者调速范围宽但谐波大 B 、前者调速范围宽且谐波少
C、后者调整范围宽但谐波大
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号
学
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级
班
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 。
A、越小 B 、越大 C、不变
3、在可逆直流调速系统当中，抑制瞬时脉动环流的措施为 A 。
A、采用均衡电抗器 B 、采用平波电抗器 C 、采用 α=β 配合控制
4、带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 、保持原先的值不变
5、无静差调速系统的 PI 调节器中 P 部份的作用是 B 。
A、消除稳态误差 B 、加快动态响应 C 、既消除稳态误差又加快动态响应
6、转速、电流双闭环调速系统中， 在恒流升速阶段时， 两个调节器的状态是 A 。
A、 ASR饱和、 ACR不饱和 B 、 ACR饱和、 ASR不饱和 C 、 ASR和 ACR都饱和
7、控制系统能够正常运行的首要条件是 B 。
A 、准确性 B 、稳定性 C 、快速性
8 、在直流电机调速系统中，系统无法抑制 B 的扰动。
A 、电网电压 B 、电机励磁电压变化 C 、运算放大器参数变化
9、α =β 配合控制双闭环可逆直流调速系统制动过程主要阶段是 C 。
A、本组逆变阶段 B 、它组反接制动阶段 C 、它组逆变阶段
10、在转速、电流双闭环调速系统中，以下哪一项影响最大电流 Idm 的设计 C
。
A、运算放大器 B 、稳压电源 C 、 电动机允许的过载能力
评阅人
得分
二 、判断题 （共 20
分，每题 2
分）
吗
1、双闭环调速系统中，给定信号 U *n 不变，增加转速反馈系数α，系统稳定运行时转速
反馈电压 U n 不变。
（ 对
）
2、 I 型系统工程最佳参数是指参数关系选用
K=1/ （2T）或ξ =。
（
对）
3、双闭环调速系统的设计过程中，一般把
h=4 定义为按闭环幅频特性峰值
M r min 最小
准则设计的“三阶工程最佳”参数配置。
（
错
）
4、在双闭环调速系统的设计过程中，若按“三阶工程最佳”设计系统时，系统的超调
量为 %。
（
对 ）
5、在双闭环系统调试中，若两个调节器采用
PI 调节器， U nm 固定，想得到固定的转速
n 只需调节给定电压 U n* 即可。
（
对
）
6、积分或比例积分调节器的输出具有记忆和保持功能。
（
对
）
7、转速闭环系统对一切扰动量都具有抗干扰能力。
（
错）
8、比例积分调节器输入偏差电压为零时，其输出电压也为零。
（
错 ）
9、在双闭环调速系统的设计过程中，通常将电流环校正为典型
I 型系统，将转速环校
正为典型 II 型系统。
（
对）
10、位置式 PI 调节器算法比增量式 PI 调节器算法更容易产生积分饱和现象，
必须同时
设置积分限幅和输出限幅， 缺一不可。
（
对
）
吗
评阅人 得分
三、简答题（共 30 分，每题 6 分）
1、直流 PWM变换器中，泵升电压是怎样产生的对系统有何影响如何抑制
答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时， 由于二极管整流器的单向导电性， 使得电动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只能向滤波电容充电，
造成电容两端电压升高。
泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。
应合理选择滤波电容的容量，或采用泵升电压限制电路。
2、在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精
度的影响试说明理由。
答：仍然受影响。
因为无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零， 因此若给定
电源发生偏移， 或者测速发电机精度受到影响而使反馈电压发生改变， 系统仍会认为是给
定或转速发生改变，从而改变转速，以达到电压偏差为零。
3、单闭环调速系统能减少或消除转速稳态误差的实质是什么
答：比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节
负载的变化而相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化。
，在于它能随着
4、在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数若要
改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数
答：在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速
, 应调节的参数有：转速给
定电压 U n*
，因为转速反馈系统的转速输出服从给定。?
若要改变电动机的堵转电流
, 应调节系统中的参数有：
转速的给定 U n* 、转速调节器的
放大倍数
K n
、转速调节器的限幅值、转速反馈系数
等，因为它们都在电流环之外。
5、无环流逻辑控制器
DLC中为什么必须设置封锁延时和开放延时延时过大或过小对系统
有何影响
答：设置封锁延时电路和开关延时电路后， 能够保护两组晶闸管在切换时不发生短路， 保证同一时间只有一组晶闸管开通。
延时过大会引起切换时间太长， 延时过小会造成换流逆变失败。
评阅人
得分
四、计算题 （共 30
分）
1、设控制对象的传递函数为
Wobj (s)
K1
，式中 K1 =2；
(T1s
1)(T2s 1)(T3s 1)(T4s 1)
T1 =， T2 =， T3 =， T4 =。要求阶跃输入时系统超调量
5%
用 PI 调节器将系统设计成典型
I 型系统，试设计调节器参数并计算调节时间
t s 。（ 10 分）
解：用 PI 调节器校正时，调节器传递函数为
i1
WPI (s) K pi
i s
取 i
T1
0.4s ，并将 T2
、 T3 、 T4
看成小时间常数，令
T T2
T3
T4
0.08 s
0.015s 0.005s
0.1s
则按典型 I
型系统校正时系统开环传递函数为
W (s)
i s
1
K1
K pi
K1
K pi
(T1s
1)(Ts 1)
i s (Ts 1)
i s
取 K
K pi
K1
1
，则
2T
i
0.4
1
K pi
2
2
2K1T
0.1
调节时间 ts
6T
6
0.1s 0.6s
所以 PI 调节器的参数
i
0.4s， K pi
1；调节时间 t s 0.6s 。
2、某转速、电流双闭环直流调速系统，主电路采用三相零式整流电路。已知电动机参数
为： PN
60kW ，U N
220V ，I N
308A ，nN
1000r / min ，Ce 0.196V min/ r ，
电枢回路总电阻 R=
，允许电流过载倍数
1.1，触发整流环节的放大倍数
K s
35 ，
电 磁 时 间 常 数 Tl
0.012s ， 机 电 时 间 常 数 Tm
0.12s ， 电 流 反 馈 滤 波 时 间 常 数
Toi
0.0025s ， 转 速 反 馈 滤 波 时 间 常 数 Ton
0.015s 。
额 定 转 速 时 的 给 定 电 压
(U n* )N
10V ， ASR调节器饱和输出电压
U im*
=8V， ACR调节器饱和输出电压
U cm =。
系统的静、动态设计指标为：稳态无静差，调速范围
D=10，电流超调量
i
5% ，
空载起动到额定转速时的转速超调量
n
10% 。试求：
电流调节器已按典型
I 型系统设计，并取参数
KT=。
(1)
确定电流反馈系数
和转速反馈系数
。
选择转速调节器结构，并计算其参数
(3) 考虑转速超调，试设计转速调节器
ASR，计算其参数 Rn、 Cn、 Con 。
设调节器输入电阻
R0
40k
。
（ 20 分）
解：（ 1）U im*
/ I dm
8V
/ (1.1* I N )
8V / 339 A 0.0236V / A
10/1000 0.01V min/ r
（ 2）电流调节器设计
确定时间常数： a)Ts 0.00333s
b)Toi
0.0025s
c)T i
T0 i
Ts
0.0025 0.00333
0.00583s
电流调节器结构确定：
因为 i 5% ，可按典型
I
型系统设计，选用
K i (
i S 1)
PI 调节器， WACR (S)
,
i S
电 流 调 节 器 参 数 确 定 :
i
Tl
0.012s, 选K I T i 0.5, K I
0.5 / T i
85.76s 1
，
K I i R
85.76
0.012
0.18
0.224 。
K i
35
0.0173
K s
校验等效条件：
ci
K I
85.76 s 1
a)电力电子装置传递函数的近似条件：
1
1
101.01ci
3TS
3
1
0.00333
b)忽略反电势的影响的近似条件：
3
1
3
1
79.06S 1
ci
TmTl
0.12 0.012
c)电流环小时间常数的近似条件：
1
1
1
1
115.52s 1
ci
3
TsT0i
3
0.00333
0.0025
可见满足近似等效条件，电流调节器的实现：选 R0 40 K , 则：
Ri K i R0 0.224 40K 8.96K , 取 9K.
Ci
i / Ri 0.012/ (9 103 )
1.33
F
由此
103
C0i
4T0i / R0 4 0.0025/ 40
0.25 F
3）速度调节器设计确定时间常数：
a)
电流环等效时间常数
1/ K I : 因为 K I T i 0.5
则
1/ K I 2T i
2 0.00583 0.01166s
b)
Ton
0.015s
c) T n 1/ K I Ton 0.01166 0.015 0.02666 s
速度调节器结构确定：
按照无静差的要求，应选用 PI 调节器，
K n (
n s
1)
,
速度调节器参数确定：
WASR (s)
n s
n
hT n , 取 h
5,
n
hT n
0.1333 s
K N
h 1
2 52
6
168.82 s 2
2h2T 2
n
0.02666 2
校
验
等
效
条
件
：
K n
( h 1)
CeTm
6
0.0236 0.196 0.12
2h RT n
2
5
0.01
6.94
0.18 0.02666
cn K N / 1 K N n 168.82 0.1333 22.5s 1
a)电流环近似条件： 1
K I
1
85.76
40.43s 1
cn
3
T i
3
0.00583
b)转速环小时间常数近似： 1
K I
1
85.76
25.2 s 1
cn
3
T0n
3
0.015
可见满足近似等效条件。
转速超调量的校验
(
空载 Z=0）
n %
2*(
C max
)(
z)
nN
T n
2 81.2% 1.1
308
0.18
0.02666
Cb
n*
Tm
1000
0.12
0.196
11.23%
10%
转速超调量的校验结果表明，上述设计不符合要求。因此需重新设计。
查表，应取小一些的
h，选 h=3 进行设计。
按 h=3，速度调节器参数确定如下：
nhT n
0.07998s
K N
(h
1) / 2h2 T 2
n
4 / (2
9
0.026662 )
312.656s 2
K n
(h 1) CeTm / 2h
RT n
4
0.0236
0.196
0.12/ (2
3
0.01
0.18 0.02666) 7.6
校验等效条件：
cn
K N /
1
K N
n 312.656
0.07998
25s 1
a)1/ 3(K I
/ T i )1/2
1/ 3(85.76 / 0.00583)1/2
40.43s 1
cn
b)1/ 3( K I
/ Ton )1/2
1/ 3(85.76 / 0.015)1/2
25.2 s 1
cn
可见满足近似等效条件。
转速超调量的校验：
n
2 72.2% 1.1 (308
0.18 / 0.196
1000)
(0.02666 / 0.12)
9.97% 10%
转速超调量的校验结果表明，上述设计符合要求。
速度调节器的实现：选
R0
40 K , 则 Rn
K n
R0
7.6 40
304K , 取 310K。
Cn
n / Rn
0.07998/ 310
103
0.258
F
Con
4Ton / R0
4
0.015/ 40
103
1.5
F
