一.填空题 1. 采用 PWM 的变频调速系统,不仅要实现 调压调频 ① 的要求,更 重要的是抑制逆变器输出电压或电流中的 谐波分量 ② 2. 单闭环比例控制直流调速系统能够减少 稳态速降 ① 。 的实质在 于它的自动调节作用,它随负载的变化而相应的改变 电枢电压 ② 以补偿电枢回路电阻压降的变化。 3. 提高运动控制系统动态性能的关键在于电动机的 电磁转矩电压电流频 率① 控制,使 转速转角转角速转差率 ② 按期望的规律 变化。 4. PWM 变换器是采用 脉冲宽度调制 ① 的方法,控制开关器件的通 断,把恒定的 直流电压电源 ② 调制成频率一定、宽度可变的 ③ 脉冲电压 序列。 5. 异步电动机变压变频调速控制特性曲线中,基频以下的调速称为 恒转矩 ① 调速。基频以上称为 ② 恒功率 调速。 6. 运动控制系统的本质是反馈控制,即根据 给定 ① 和 ② 的偏差实施控制,最终缩小或消除偏差。 输出 7. 提高运动控制系统的动态性能的关键在于电动机的 ① 的控制, 使 ② 按期望的规律变化。 8. 调速系统静态指标代表调速系统在稳定运行中的各种性能,主要指 调速 范围 ① 和 静差率 ② 。 9. 直流电动机调节转速的方式有 励磁调速 ① 、 电枢电压调速 ② 和 电枢回路电阻调速 ③ 。 10. 交流异步电动机变频调速系统的控制方式有 ② 恒电流控制 和 恒电流控制 ③ 称为恒转矩控制。 ① 恒磁通控制 、 三种,其中恒磁通控制又 11. 对于同一个调速系统,它的特性硬度是一定的,因此,如果对静差率的要求 越严,系统允许的调速范围也越 小 ① 。 12. 晶闸管整流器的输出电压是靠改变 触发器触发角① 来调节的, 这种控制有两个特征:一是 触发周期一定 ② ;二是 相控特征 ③ 。 13. 运动控制系统中常用的速度检测元件有 直流测速机 ① 、交 流测速机 ② 和 光电编码器 ③ 等。 14. 闭环系统静特性是系统靠反馈调节而产生的外特性,它的硬度与 反馈调节 ① 的精度有关,是可以靠改变系统的 ② 控制器参数 而改 变的。 15. 恒压频比控制方式是指给异步电动机供电的 电压 ① 和 频率 ② 之比为常数。 16. PI 调节器的特点是:比例部分能迅速反映偏差,产生强迫的 激励电压 ① ,使动态恢复过程 加两块 ② ,积分部分用于消除 ③ 静态偏差 。 17. 异步电动机调速的方法有 变极对数调速 ① 、 变频调速 ② 和 ③ 变转差率调速 。 18. 除给定信号外,作用在控制系统各环节上的一切会引起输出量变化的因素都 称为 干扰作用 ① 。 19. 双闭环直流调速系统在负载电流小于 Idm 时,表现为转速 无静差 ① ,这时 转速负反馈 ② 起主要作用。 20. 转速反馈控制的直流调速系统在 过载 ① 和 堵转 ② 时必须限制电枢电流。 21. 运动控制装置由 电力电子功率转换器 ① 、 控制器 ② 及相关的 ③ 传感器 组成,实现对电动机电压、电流、频率等输入 电量的控制。 22. 运动控制系统中 ① 、 ② 和 ③ 是被控 物理量,闭环控制中这些物理量的信号需要被检测与反馈。 23. 双闭环直流调速系统的起动过程分为 电流上升阶段 ① 、恒 流升速阶段 ② 和 转速调节阶段 ③ 三个阶段。 24. 调速系统的硬度是指机械特性的 静差率 同转速下的机械特性是 互相平行 ② ① ,变压调速系统在不 的。 25. 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时所对应的 转 速降落 ① 与 空载转速 ② 之比称为静差率。 26. 晶闸管对 过电压 ① 、 过电流 ② 、 过高的 ③ 和 ○4 都十分敏感,其中任意指标超过允许值都可能在很短时间 内损坏晶闸管。 27. 调速系统对给定信号的跟随性能一般是在阶跃给定信号下,系统响应的 ① 最大超调量 、 调整时间 ② 和 振荡次数 ③ 三个指标来衡量。 28. 以电动机的转速为被控制量的系统叫 调速系统 ① ;以工作机械 的角位移或直线位移为被控制量的系统叫 位置伺服系统 ② ;又 叫做 ③ 位置随动系统 。 29. 电机的机械特性是指电机的 ① 转矩 和 转速 ② 之 间的关系。 30. 运动控制系统中常用的位置检测元件有 ① 、 ② 、 ③ 光电编码器 、感应同步器和磁尺等。 31. 在异步电机中,定子三相对称绕组通过三相对称电流在空间产生旋转磁场, 该磁场在转子绕组上感应 电动势 ① 并产生转子电流,转子三相 对称绕组流过 ② 三相对称电流 形成转子三相合成旋转 电 动势 ③ 。 32. 变频调速系统主要由 ① 变频器 、 控制器 ② 和 工作机械装置 ③ 组成。 33. 运动控制系统在过渡过程中的性能指标称为动态指标,动态指标包括 跟 随性能指标 ① 和 抗扰性能指标 ② 。 34. 利用 SPWM 控制变频器中逆变器的输出电压,可以有效抑制 谐波 ① ,并可同时控制 ②频率 和电压。 35. 系统的调速范围是 1000-100r/min。要求静差率 s=2%,那么系统允许的静差 转速降是 ① 2.04 。 36. 可控直流电源主要有两大类,一类是 ① ;另一类是 ② 。 37. 运动控制系统由 ① 、 控制器 ② 和被拖动的工作机 械组成。 38. V-M 系统通过改变触发器的输出 ① 来调节整流器的 ② 从而实现调节电机转速的目的。 39. 双闭环直流调速系统在负载电流小于 Idm 时,表现为转速 无静差 ① ,这时 转速团结桥 ② 起主要作用。 40. 电力拖动系统是将电能转变为机械能的系统,用于完成生产机械的 启动 ① 、 停止 ② 和 调速 ③ 等任务。 41. 常用的可控直流电源有 可控式整流器 ① 、 旋转变压器 ② 和 ③ 直流占波器 。 42. 在双闭环直流调速系统中, ① 转速 调节器是调速系统的主导调 节器,它使 转速 ② 很快地跟随 给定电压 ③ 的变化。 43. 闭环运动控制系统具有自动控制和闭环调节的功能,它把 ① 实 时测量到的参数作为 ② 信息量,与位置或速度控制指令进行比 较产生误差信号输出。 44. 根据生产工艺的要求,运动控制系统可分为 调速 ① 和 位置伺 服② 。 45. 典型的负载转矩可分为 ① 恒转矩辅助 、 恒功率 ② 及 ③ 平方转矩 三类。 二、单项选择题 1.无静差调速系统的最高转速 nm a x ,最高给定电压 U * nm ax ,其速度反馈系数为 B。 nm a x A. U* nmax U* nmax B. nm a x C. nm ax ? U * nm a x D.不确 定 2.SPWM 技术中,调制波是频率和期望波相同的 A。 A.正弦波 B.方波 C.等腰三角波 D.锯齿波 3.通常 PWM-M 系统采用以下哪种方法来调压 A 。 A.定宽调频法 B.调宽调频法 C.定频调宽法 D.以上都不是 4.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 5.单闭环直流调速系统起动时,会发生以下哪些现象 AC 。 A.PI 调节器输出比例控制作用由强变弱。 B.PI 调节器输出比例控制作用由弱变强。 C.如果系统在起动过程中 ASR 出现饱和,电动机转速会出现超调。 D.如果系统在起动过程中 ASR 出现饱和,电动机转速不会出现超调。 6.异步电动机变压变频调速时,采用 B 控制方式,可获得一线性机械 特性。 A. u1 / f1 ? 常值 B. E g / f1 ? 常值 C. Es / f1 ? 常值 D. Er / f1 ? 常值 7.以下哪种设备是恒转矩负载 B 。 A.各类机床的主运动 B.传送带 C.升降机 D.通风设备 8.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 。 A.越小 B.越大 C.不变 D.不确定 9.双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于 Idm 时,表现为 B 。 A.转速有静差,转速负反馈起主导作用。 B.转速无静差,转速负反馈起主导作用。 C.转速有静差,电流负反馈起主导作用。 D.转速无静差,电流负反馈起主导作用。 10.用交流电动机和直流发电机组成机组,以获得可调的直流电压,这种供 电方式的电源称为 A 。 A.旋转变流机组 B.静止可控整流器 C.直流斩波器 D.脉宽调制变换器 11.转速单闭环调速系统对下列哪些扰动无克服能力 。 A.比例调节器 B.微分调节器 C.PI 调节器 D.PD 调节器 12.以下哪些情况适合应用交流调速系统 。 A.特大容量的传动设备 B.较高转速的传动系统 C.对功率密度、体积/重量要求高的系统 D.防火、防爆场合 13.典型Ⅰ型系统和典型Ⅱ型系统相比 C 。 A.前者跟随性能和抗扰性能均优于后者。 B.前者跟随性能和抗扰性能不如后者。 C.前者跟随性能好,抗扰性能差。 D.前者跟随性能差,抗扰性能好。 14.转差频率控制变频调速系统的基本思想是控制 C 。 A.电机的调速精度 B.电机的动态转矩 C.电机的气隙磁通 D.电机的定子电流 15.下列调节器能消除被控制量稳态误差的为 C 。 A.比例调节器 B.微分调节器 C.PI 调节器 D.PD 调节 器 16.运动控制系统能正常运行的首要条件是 B 。 A.抗干扰性 B.稳定性 C.快速性 D.准确性 17.无静差调速系统的调节器中P部分的作用是 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。 C.既消除稳态误差,又加快动态响应。 D.加快动态响应。 18.双闭环调速系统,ASR、ACR 均采用 PI 调节器,下列说法正确的是 C 。 A.电动机电枢电流最大时,电枢电流等于负载电流。 B.电动机电枢电流小于负载电流,转速最高。 C.电动机转速最高时,电枢电流等于负载电流。 D.恒流升速时,电动机电枢电流等于负载电流。 19.下列哪几种方法属于转差功率消耗型调速 D 。 A.调压调速 B.串电阻调速 C.电磁离合器调速 D.变频调速 20.下列异步电动机调速方法属于转差功率不变型的系统是 D 。 A.降电压调速 B.串级调速 C.变极调速 D.变压变频调速 21.一般间接变频器中,逆变器起 B 作用。 A. 调压 B.调频 C. 调压与逆变 D.调频与逆变 22.下列异步电动机调速方法中,应用最广泛的是 C 。 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 23.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.大于零的值 C.小于零的值 D.保持原先的值不变 24.转速单闭环调速系统对下列哪些扰动无克服能力 D 。 A.电枢电阻 B.负载转矩 C.电网电压 D.速度反馈电位器 25.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 B。 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。 C.反馈控制系统的作用是抵抗扰动、服从给定。 D.系统精度依赖于给定和反馈检测的精度。 26.SWPM 逆变器是利用正弦波信号与三角波信号相比较后而获得的一系列 A 的脉冲信号。 A.等幅不等宽 B.等宽不等幅 C.等幅等宽 D.不等宽不等幅 27.双闭环直流调速系统的起动过程不包括 D 。 A.转速调节阶段 B.电流上升阶段 C.恒流升速阶段 D.电流下降阶段 28.下列那种控制规律可以提高系统的稳态性能,但不利于系统的稳定性 A。 A.比例控制 B.积分控制 C.微分控制 D.比例微分控制 29.调速系统的动态性能就是控制 B 的能力。 A.磁场 B.转矩 C.转速 D.转差率 30.转速电流双闭环调速系统中的两个调节器通常采用的控制方式是 B。 A.PID B.PI C.P 31.下列不属于双闭环直流调速启动过程特点的是 A.饱和非线性控制 B.转速超调 D.PD D。 C.准时间最优控制 D.饱和线性控制 32.一般间接变频器中,逆变器起 B 作用。 A.调压 B.调频 C.调压与逆变 D.调频与逆变 33.关于电磁转矩和负载转矩的描述,正确的是 D 。 A.大小相同,方向相反。 B.大小不同,方向相同。 C.大小相同,方向相同。 D.大小不同,方向是变化的。 34.双闭环调速系统,ASR、ACR 采用 PI 调节器,下列说法正确的是 C 。 A.电动机电枢电流最大时,转速最高。 B.电动机电枢电流小于负载电流,转速最高。 C.电动机转速最高时,电枢电流等于负载电流。 D.恒流升速时,电动机电流等于负载电流。 35.闭环直流调速系统可以获得比开环直流调速系统 A 的稳态特性。 A.硬的多 B.软的多 C.视条件而定 D.无相关性 三、问答题 1. 调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系?为什么必须同时提才 有意义? 2.直流电机的调速方法有哪些,并分别说明其机械特性。 3. 试述转速调节器在双闭环直流调速系统中的作用。 (1)转速调节器是调速系统的主导调节器,它使转速 n 很快地跟随给定电压 变化,稳态时可减小转速误差,如果采用 PI 调节器,则可实现无静差。 (2)对负载变化起抗扰作用。 (3)其输出限幅值决定电机允许的最大电流。(4)变结构,实现非线性控制 4.晶闸管可控整流器组成直流电源有哪些缺点? 5.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?并说明理由。 6.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?改变转速调节器的放大倍数 Kn 行不行?改变电力电子变换器放大倍数 K s 行不行?改变转速反馈系数? 行不行?若要改变电机堵转电流,应调节系统 中什么参数? 7.泵升电压是怎样产生的,对系统有何影响,如何抑制? 8. 如果转速、电流双闭环调速系统中的转速调节器不是 PI 调节器,而改为 P 调节器,对系统动态性能会产生什么样的影响? 9.解释直流电机最大电流约束下的最佳起动。 10. 为什么异步电机的转子绕组和定子磁场存在转速差? 11.与 V-M 系统相比,直流 PWM 调速系统具有哪些优点? 12. 闭环调速系统对系统中的哪些原因引起的误差能消除,哪些不能? 13. 单闭环直流调速系统在性能上存在哪些不足? 14.直流调速系统有哪几种方案?V—M 系统何时会发生电流断续?怎样解 决?电流截止负反馈的目的是什么? 15. 为什么积分控制的调速系统是无静差的?在转速单闭环调速系统中,当 积分调节器的输入偏差电压为零时,调节器的输出电压是多少?它决定于哪些因 素? 16.在直流调速系统中为何要引入电流截止负反馈? 17. 试述并解释异步电动机调速系统的类型。 18. 异步电动机调速时,基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调 速方式,为什么?所谓恒功率或恒转矩调速方式是否指输出功率或转矩恒定?若 不是,那么恒功率或恒转矩调速究竟是指什么? 19.转速电流双闭环直流调速系统,ASR、ACR 均采用 PI 调节器,系统起动 过程中,回答下列问题: (1)起动开始时,ACR 输出为什么增加?一会儿又为什么减小? (2)为什么速度必然产生超调? (3)当速度达到最高后又开始下降,下降到给定转速的一瞬间,电动机电 枢电流比负载电流大还是小? 20.闭环直流调速系统中,试述采用 PI 调节器有何特点。 21.绘出桥式可逆 PWM 变换器电路原理图,说明其工作过程,并在图中标出 不同阶段的电流方向。(共 12 分) 四、计算题 1.一台并励直流发动机, PN ? 2.2 KW ,U N ? 110V , nN ? 900 r / min , Ra ? 0.08? (包括电刷接触电阻),? N ? 85% , I fN ? 2 A ,保持总制动转矩不变。 (1)若在电枢回路中突然串入 0.2? 的电阻,问串入电阻瞬间的电磁转矩是多少?稳 定运行的转速是多少? (2)当电枢回路不串电阻而将磁通? 降低到 0.8?N 时,稳定转速是多少? 2.某一调速系统在额定负载下,最高转速特性 n omax ? 1500 r / min ,最低转速 特性为 n omim ? 150 r / min ,带额定负载时的速度降落 ?n N ? 15r / min ,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? 3.有台直流他励电动机,如图所示,其铭牌数据为: PN ? 5.5KW , U N ? U f ? 220V , nN ? 1500 r / min ,? ? 0.8 , Ra ? 0.2? , Rf ? 110 ? ,试求: ① 额定励磁电流 I fN ; ② 励磁功率 Pf ; ③ 额定转矩TN ; ④ 额定电枢电流 I aN ; ⑤ 额定电枢电流时的反电势; ⑥ 直接启动时的启动电流; ⑦ 若使启动电流为三倍的额定电流,则电枢应串入多大的启动电阻? 4.某一调速系统在高速时的理想空载转速 n01 ? 1850 r / min ,低速时的理想 空载转速 n02 ? 150 r / min ,额定负载时的转速降 ?nN ? 50r / min ,试: ① 求出调速范围 D 和低速时系统的静差度 S2 ; ② 写出系统的调速范围 D、静差度 S2 ,最高转速 nmax 和转速降 ?nN 四者之 间的关系; ③ 绘出该系统的静特性; ④ 在 nmax 与 S2 一定时,扩大调速范围的方法是什么? 5.直流电动机 PN ? 74 KW ,U N ? 220V , I N ? 378 A , nN ? 1430 r / min , Ra ? 0.023? ,相控整流器内阻 Rrec ? 0.022 ? ,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%,则系统的调速范围又为多少? 6.双闭环调速系统的 ASR 和 ACR 均为 PI 调节器,设系统最大给定电压 U * nm ? U * im ? 15V , n N ? 1500 r / min ,IN ? 20 A ,电流过载倍数为 2,电枢回路总电阻 R ? 2? , K s ? 20 , Ce ? 0.127V ? min/ r 。求: (1)当系统稳定运行在U * n ? 5V , I dl ? 10 A 时,系统的 n 、U N 、U * i 、U i 和U c 各 为多少? (2)电动机负载过大而堵转时, U * i 和 U c 各为多少? 7.某龙门刨刀工作台拖动采用直流电动机,其额定数据如下:60KW,220V, 305A,1000r/min,采用 V-M 系统,主电路电阻 R=0.18Ω ,电动机电动势系数 Ce=0.2V·min/r。如果要求调速范围 D=20,静差率 s≤5%,采用开环调速能否 满足要求?若要满足该要求,系统的额定速降 ?nN 最多为多少? 8.有一晶闸管-电动机调速系统。已知电动机:PN ? 2.8KW 、U N ? 220V 、 I N ? 15.6 A 、 nN ? 1500 r / min 、 Ra ? 1.5? ;整流装置内阻 Rrec ? 1? ;电枢回路电抗器 电阻 RL ? 0.8? ;触发整流环节的放大倍数 Ks ? 35 。 ①系统开环工作时,试计算调速范围 D=30 时的静差率 S 值。 ②当 D=30,S=10%时,计算系统允许的稳态速降。 9.有一 V-M 调速系统,电动机参数为 PN ? 2.2 KW ,U N ? 220V ,I N ? 12.5 A , nN ? 1500 r / min ,电枢电阻 Ra ? 1.2? ,整流装置内阻 Rrec ? 1.5? ,触发整流环节的放 大倍数 K s ? 35 ,要求系统满足调速范围 D ? 20 ,静差率 S ? 10%。 (1)计算开环系统的静差速降 ?nop 和调速要求所允许的闭环静态速降 ?ncl 。 (2)调整该系统参数使当 U * n ? 15V 时, I d ? IN , n ? nN ,则转速负反馈系数 ? 应 该是多少? (3)计算放大器所需要的放大倍数。 10.一台三相笼型异步电动机铭牌数据为:额定电压UN ? 380V ,额定转速 nN ? 960 r / min ,额定频率 fN ? 50 Hz ,定子绕组为 Y 型连接。定子电阻 Rs ? 0.34? , 定子漏感 LLs ? 0.006 H ,定子绕组产生气隙主磁通的等效电感 Lm ? 0.25H ,折算 到定子侧的转子电阻 Rr? ? 0.49? ,转子漏感 Llr? ? 0.007 H ,忽略铁心损耗。 (1)画出异步电动机 T 型等效电路和简化等效电路; (2)求额定运行时的转差率 S N ,定子额定电流 I IN 和额定电磁转矩TeN ; (3)求定子电压和频率均为额定值时,理想空载时的励磁电流 I0 ; (4)求定子电压和频率均为额定值时,临界转差率 Sm 和临界转矩Tm ,画出 异步电动机的机械特性。 11.直流电动机 PN ? 74 KW ,U N ? 220V , I N ? 378 A , nN ? 1430 r / min , Ra ? 0.023? ,相控整流器内阻 Rrec ? 0.022 ? ,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%,则系统的调速范围又为多少? 12.采用 PI 调节器的双闭环直流调速系统,已知参数为:U N ? 220V , IN ? 20 A , nN ? 1000 r / min ,整流装置 Ks ? 40 ,电枢回路总电阻 R ? 1? ,电枢 回路最大电流 I dm ? 2IN 。最大给定电压U * nm 、ASR 和 ACR 的限幅值U * im 、U ct 都是10V , 试求: (1)转速反馈系数? 和电流反馈系数 ? (每项 3 分,共 6 分)。 (2)电动机在最高转速发生堵转时( n ? 0 )Ud0 、U * i 、Ui 和Uct 的值。 13.在转速、电流双闭环直流调速系统中,两个调节器 ASR、ACR 均采用 PI 调节器。已知参数:电动机 PN=3.7KW,UN=220V,IN=20A,nN=1000r/min;电 枢回路总电阻 R=1.5Ω ;设 U * nm ? U * im ? Ucm ? 8V ,电枢回路最大电流 Idm=40A,电力 电子变换器的放大系数 Ks=40。试求: ① 电流反馈系数β 和转速反馈系数α ; ② 当电动机在最高转速发生堵转时的 U d 0 、 U * i 、 U i 、 U c 的值。 14.某闭环系统的开环放大倍数为 15 时,额定负载下电动机的速降为 8r / min 。如果将开环放大倍数提高到 30,它的速降为多少,在同样静差率要求 下,调速范围可以扩大到多少倍。 15.如果某直流调速系统的调速范围 D ? 20 ,开环速降 ?nop ? 240 r / min , 额定转速 nN ? 1500 r / min ,若要求系统的静差率由 10%降小到 5%,试计算并说明 开环放大倍数的变化。 16.在转速、电流双闭环直流调速系统中,两个调节器 ASR、ACR 均采用 PI 调节器。当 ASR 输出达到 U * im ? 8V 时,主电路电流达到最大电流 80A,当负载电流由 40A 增加到 70A 时,试问: ① U * i 如何变化; ② U c 如何变化; ③ U c 由哪些条件决定?