中南大学2013运控试卷(完整版)

一、填空题1.为使异步电动机调速具有高动态性能，对其动态模型的控制可采用按转子磁链定向矢量控制系统，另外还可以采用按定子磁链控制的直接转矩控制系统。2.带二极管整流器的SPWM变频器是以正弦波为逆变器输出波形，是一系列的幅度不变，宽度可变矩形波。3.三相PWM输出共有8个空间电压矢量，其中6个为基本电压矢量，它们的幅值等于直流母线电压，空间角度互差60，另两个为零矢量。4.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。5.转速、电流双闭环调速系统，突加给定的走动过程分为三人阶段：I、电流上升阶段，II、恒流升速阶段，III、转速调节阶段。转速调节器ASR在I、II阶段处于饱和状态，其限幅值Uim*=Bldm，这时转速环为开环状态；转速调节器ASR和电流调节器ACR均能起线性调节作用的是在转速调节（orIII）阶段。6.交流调速系统按对转差功率的处理方式分为三类：转差功率消耗型、回馈型、不变型。7.在转速、电流双闭环调速系统中，出现电网波动时，电流ACR调节器起主要作用；出现负载扰动时，转速ASR调节器起主要作用。8.、异步电动机三相模型的非线性强耦合性质主要体现在转矩方程和磁链方程。9.异步电机三相动态模型结构复杂，采用3/2变换和旋转变换可简化动态数学模型，坐标变换的原则是磁动势等效，功率相等。10.按转子磁链定向，可将定子电流的励磁分量和转矩分量解耦，从而可以变成单变量系统，可单独闭环控制。二、选择题1.直流电动机反并联晶闸管整流电源供电的可逆调速系统给定为零时，主要停车过程是（C）A,本桥逆变，回馈制动B,它桥整流，反接制动C,它桥逆变，回馈制动D,自由停车2.SPWM技术中，载波是频率比期望高得多的（C）A,正弦波B,方波C,等腰三角波D,锯齿波3,下列不属于异步电动机动态数学模型特点的是（B）A,高阶B,低阶C,非线性D,强耦合4，调速系统的静差率指标应以何时所能达到的数值为准（C）A,平均速度B,最高速C,最低速D,任意速度5，采用比例积分调节器的闭环调速系统一定属于（A）A,无静差调速系统B,有静差调速系统C,双闭环调速系统D,交流调速系统6，异步电动机数学模型的组成不包括（D）A,电压方程B,磁链方程C,转矩方程D,外部扰动7，a=b配合控制有环流可逆调速系统的主回路中（D）A,既有直流环流又有脉动环流B,有直流环流但无脉动环流C,既无直流环流又无脉动环流D,无直流环流但有脉动环流8，下列异步电动机调速方法属于转差功率馈送型的调速系统是（B）A,降电压调速B,串级调速C,变极调速D,变压变频调速9，当理想空载转速n0相同时，闭环系统的静差率Sb与开环下的Sk之比为（D）A,1B,0C,1+KD,1/(1+K)(K为开环放大倍数)10，双闭环直流调速系统的起动过程中不包括（D）A,转速调节阶段B,电流上升阶段C,恒流升速阶段D,电流下坠阶段三、简答题1.在交流异步电动机变压调速系统中，怎样解决调速范围小和机械特性软的问题？在交流异步电动机调速系统中，由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，机械特性曲线软，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2:1以上的场合应该采用反馈控制以达到自动调节转速目的。2.在双闭环调速系统中，转速调节器和电流调节器其输出幅值应按什么要求整定？如果转速负反馈断线，系统重新进入稳定后，ASR和ACR各起什么作用？ASR的输出限幅按电动机允许的最大电流整定，ACR输出限幅按电动机允许的最大电压整定。如转速负反馈断线，则ASR和ACR都饱和，输出最大限幅值，电机在Ud0max作用下运行。3.逻辑无环流双闭环调速系统正反组切换的条件，试说明理由。正反组切换条件为Ui*极性的改变与零电流检测信号出现这2个条件。因为正转运行和反向制动都需要电机产生正的转矩，此时Ui*为负，而反转运行和正转制动都需要电机产生负的转矩，此时Ui*为正，Ui*极性恰好反映了电机电磁转矩方向的变化。以正向制动为例，在实际电流方向未变之前，仍需要保持正组开放，以便本组逆变，只有在实际电流降到零时，才发出切换命令封锁正组，开放反组。4.异步电动机适量控制的关键技术？坐标变换，转换模型，采用转子磁链定向进行解耦。四、计算题1.如下图，转速、电流闭环调速系统中，ASR、ACR均采用PI调节器。已知参数：电动机：3.7NPKW，220NUV，20NIA，1000/minNnr，电枢回路总电阻1.5R，设**10nmimUUV，电枢回路最大电流为30dmIA，电力电子变换器的放大系数40sK。(1)电流反馈系数和转速反馈系数。(2)突增负载后又进入稳定运行状态，则ACR的输出电压Uc、变流装置输出电压Ud，电动机转速n，较之负载变化前是增加、减少，还是不变？为什么？(3)如果速度给定Un*不变时，要改变系统的转速，可调节什么参数？(4)若要改变系统起动电流应调节什么参数？此时，设Un*为正电压信号，在右图ASR中应调节哪个元件？(5)当电动机在最高转速发生堵转时的Ud,Ut*,Ut,Uc值。解：（1）**100.01/1000nnmcNUUVrpmnn100.33V/A30imdmUI（2）*/eLendLLdLcdscssCnIRCUIRTIUUKUKKUn*=不变，n=不变。（3）因为Un*=Um（公式没看清楚）,所以调节可以改变转速n。（4）因为Ui*=Ui=dI,起动时转速调节器ASR饱和，输出限幅值Unm*=dmI所以改变ASR限幅值可以改变起动电流dmI，Un*为正时，起动时ASR输出为负，所以应调节RP5来改变起动电流。不能改变电流反馈系数，因为它还影响电流环的动特性。（5）***10,0,10,30*1.545,30*151.1340nnnniiddmdeddlcsssUUnUVUVUUVUIRVUCnIRIRUVKKK2.设某控制系统被控对象的传递函数为：11234(1)(1)(1)(1)KWTSTSTSTSK1=2,T1=0.4s,T2=0.08s,T3=0.015s,T4=0.005s,要求阶跃输入时系统超量%5%。求：分别I、PI和PID调节器矫正成典型I型系统，试设计各调节器参数并计算调节时间ts。解：1）用I调节器校正时，调节器传递函数为IIKWs按典型I型系统校正，校正后开环传递函数为：1()1IKKWssTs，式中T=T1+T2+T3+T4=0.5s1110.522*2*0.5IKKT,调节时间66*0.53stTss2）用PI调节器校正时，调节器的传递函数为：111()PIPIsWsKs取110.4Ts，并将T2、T3、T4看成小时间常数，令T=T2+T3+T4=0.08s+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11()1(1)PIKKKWssTssTs，同样，取1112PIKKKT则，110.4122*2*0.1PIKKT调节时间66*0.10.6stTss3）用PID调节器校正时，调节器的传递函数为：12(1)(1)PIDssWs取110.4Ts,220.08Ts,令T=T3+T4=0.015s+0.005s=0.02s则按典型I型系统校正后系统开环传递函数为11()1(1)KKWssTssTs，同样，取112KKT则=21KT=2*2*0.02s=0.08s调节时间66*0.020.12stTss比较采用不同调节器的st，可见用PID调节器矫正效果最好。