过程控制期末复习题.pdf

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1、以铜为镜，可以正衣冠；以古为镜，可以知兴替；以人为镜，可以明得失。旧唐书魏征列传非淡泊无以明志，非宁静无以致远。诸葛亮2-11 简述积分控制规律 答：积分控制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。2-12 比例调节器和积分调节器有何不同 答：比例调节器的输出只取决于（输入偏差的现状），而积分调节器的输出则包含了（输入偏差量的全部历史）2-13 简述比例积分控制规律。答：比例部分能（迅速响应控制作用），积分部分则（最终消除稳态偏差）。2-14 微机控制的调速系统有什么特点答：（信号离散化，信息数字化）。2-15 旋转编码器分为哪几种各有什么特点答：绝对式编码器：常用语检测转角信

2、号，若需要转速信号，应对转角微分。增量式编码器：可直接检测转速信号。2-16 数字测速方法有哪些精度指标答：（分辨率，测速误差率）。2-17 采用旋转编码器的数字测速方法有（M，T，M/T）。高低全 2-18 为什么积分需限幅答：若没有积分限幅，积分项可能很大，将产生较大的退饱和超调。2-19 简述带电流截止负反馈环节转速反馈调速系统机械特性的特点。答：电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻 KpKsR，导致当 Id=Idcr时，机械特性急剧下垂；比较电压 Ucom 与给定电压 Un*作用一致，相当于把理想空载转速提高到 n0=(KpKs(Un*+Ucom)/(Ce(1+K)。3-2

3、由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。（未验证）答：电动机堵转则转速恒为零，在一定的给定下，偏差电压相当大，从而使 ASR迅速达到饱和，又电动机转速由于转轴堵死无法提升，故 ACR 无法退饱和，因此系统处于 ASR 饱和状态。3-3 双闭环直流调速系统中，给定电压 Un*不变，增加转速负反馈系数，系统稳定后转速反馈电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变（已验证）答：转速反馈系数增加，则转速反馈电压 Un 增加，给定电压 Un*，则转速偏差电压减小，则 ASR 给定电压 Ui*减小，则控制电压Uc 减小，则转速 n 减小；转速 n减小，则转速反馈电压 Un 减小

4、，直到转速偏差电压为零；故稳态时转速反馈电压 Un 不变，且实际转速 n 减小。3-4 双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象（未通过验证，求姐）（1）电流反馈极性接反。（2）转速极性接反。答：（1）由于电流环的正反馈作用，电枢电流将持续上升，转速上升飞快，电动机飞车。（2）由于转速环的正反馈作用，ACR 无法退饱和，电动机转速持续恒流上升。3-5 某双闭环调速系统，ASR、均采用 PI调节器，ACR调试中怎样才能做到 Uim*=6V时，Idm=20A；如欲使 Un*=10V 时，n=1000rpm，应调什么参数答：（1）调节电流反馈系数=；（2）调节转速反馈系数=。3-6 在转

5、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的放大倍数 Ks 行不行改变转速反馈系数行不行若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数 答：通常可以调节给定电压。改变 Kn 和 Ks 都不行，因为转速电流双闭环直流调速系统对前向通道内的阶跃扰动均有能力克服。也可以改变，但目的通常是为了获得更理想的机械特性。若要改变堵转电流，应调节电流反馈系数。百川东到海，何时复西归？少壮不尽力，老大徒伤悲。汉乐府长歌行非淡泊无以明志，非宁静无以致远。诸葛亮3-7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差

6、电压和输出电压各是多少为什么 答：输入偏差电压皆是零。因为系统无静差。则 ASR 输出电压 Ui*=Ui=Id=IdL；ACR 输出电压 Uc=Ud0/Ks=见 P62。3-8 在双闭环系统中，若速度调节器改为比例调节器，或电流调节器改为比例调节器，对系统的稳态性能影响如何 答：速度调节器对阶跃扰动的静差由 0 变为 1/（1+Kn），或电流调节器对阶跃扰动的静差由 0 变为 1/（1+Kc），而对斜坡扰动的静差变得更大。3-9 从下述五个方面来比较转速电流双闭环直流调速系统和带电流截止负反馈环节的转速单闭环直流调速系统：（1）调速系统的静态特性。（2）动态限流性能。（3）起动的快速性。（4）

7、抗负载扰动的性能。（5）抗电源电压波动的性能。3-10 根据 ASR 和 ACR 的作用，（1）双闭环系统在稳定运行中，如果电流反馈信号线断开，系统仍能正常工作吗（2）双闭环系统在额定负载下稳定运行时，若电动机突然失磁，最终电动机会飞车吗答：（1）稳态时转速不变，电流减小。（2）不会飞车，而是停转 111 为了实现（电流的实时控制和快速跟随），希望电流调节器（不要）进入饱和状态，因此，对于静特性来说，只有（转速调节器的饱和与不饱和两种情况）。111 当两个调节器都不饱和且稳态时，它们的输入偏差电压分别为（0）。111 当 ASR 输出（达到限幅值 Uim*），转速外环呈（开环状态），转速变化对

8、转速环（不会）产生影响，双闭环系统变成一个（电流无静差的单电流闭环调节系统）。稳态时，Id（=）Idm。111 电流限幅值 Idm 取决于（电动机的容许过载能力和系统要求的最大加速度）。111 简述采用两个 PI 调节器分别形成内外闭环的效果。答：双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于 Idm 时表现为转速无静差，此时转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到 Idm 时，对应于转速调节器为饱和输出 Uim*，此时电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，起到过电流的自动保护作用。111 简述 ASR 的退饱和条件。答：当 ASR 处于饱和状态时，若实际转速大于给定转速，则反馈电压大于给

9、定电压，使偏差电压小于零，则 ASR 反向积分，从而退饱和，返回线性调节状态。111 简述转速电流负反馈控制电流调速系统起动过程。111 简述双闭环直流调速系统起动过程的特点。（饱和非线性控制；转速超调；准时间最优控制）。111 双闭环直流调速系统的抗扰性能主要包括（抗负载扰动；抗电网电压扰动）。111 简述双闭环直流调速系统中转速调节器的作用。答：作为主导调节器，在转速动态过程中，使转速快速跟随给定电压变化，稳态时减小转速误差，采用 PIR可实现无静差。对负载变化其抗扰作用。其输出限幅值决定电动机允许最大电流。111 简述双闭环直流调速系统中电流调节器的作用。答：作为内环调节器，在转速调节过

10、程中，使电流紧紧跟随给定电流变化。对电网电压波动起及时抗扰作用。在转速动态过程中，保证获得电动机最大允许电流，从而加快动态过程。当电动机过载或堵转时，限制电枢电流最大值，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。第 4 章 4-1 直流 PWM 可逆调速系统中当电动机停止时，电枢电压瞬时值（）零，是（正穷则独善其身，达则兼善天下。孟子云路鹏程九万里，雪窗萤火二十年。王实甫负脉宽相等的交变脉冲电压），故（电流也是交变的），称为（高频微振电流），其平均值为（），不能产生（平均转矩）。4-2 高频微振电流对电机有何影响答：消除电机正反向时的静摩擦死区，起动力润滑作用。同时也增大了电机

11、的损耗。二、公式和特性 1.双极式控制可逆 PWM 变换器输出电压平均值：Ud=(2ton/T-1)Us1.调速系统四象限运行-示意图：2.桥式可逆 PWM 变换器电路-原理图：3.桥式可逆 PWM 调速系统主电路-原理图：第 5 章 5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大电机机械特性越软调速范围越大吗 答：带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0ssm，sm 本来就不大，因此调速范围也不大。降压调速时，机械特性变软，但 sm 不变，故调速范围不变。5-2 异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制在整个调速范围内，保持电压恒定是否可行为何在基频以下时，采

12、用恒压频比控制，而在基频以上保持电压恒定 答：因为定子电压频率变化时，将导致气隙磁通变化，影响电动机工作。在整个调速范围内，若保持电压恒定，则在基频以上时，气隙磁通将减少，电动机将出力不足；而在基频以下时，气隙磁通将增加，由于磁路饱和，励磁电流将过大，电动机将遭到破坏。因此保持电压恒定不可行。在基频以下时，若保持电压不变，则气隙磁通增加，由于磁路饱和，将使励磁电流过大，破坏电动机，故应保持气隙磁通不变，即保持压频比不变，即采用恒压频比控制；而在基频以上时，受绕组绝缘耐压和磁路饱和的限制，电压不能随之升高，故保持电压恒定。5-3 异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调

13、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，那么恒功率和恒转矩调速究竟是指什么 答：在基频以下调速，采用恒压频比控制，则磁通保持恒定，又额定电流不变，故允许输出转矩恒定，因此属于恒转矩调速方式。在基频以下调速，采用恒电压控制，则在基频以上随转速的升高，磁通将减少，又额定电流不变，故允许输出转矩减小，因此允许输出功率基本保持不变，属于恒功率调速方式。恒功率或恒转矩调速方式并不是指输出功率或输出转矩恒定，而是额定电流下允许输出的功率或允许输出的转矩恒定。5-4 基频以下调速可以是恒压频比控制，恒定子磁通ms、恒气隙磁通m 和恒转子磁通mr 的控制方式，从机械特性和系统实

14、现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。答：恒压频比控制最容易实现，其机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能 满足一般调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。恒定子磁通ms、恒气隙磁通m 和恒转子磁通mr 的控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。恒定子磁通ms 和恒气隙磁通m 的控制方式虽然改常将有日思无日，莫待无时思有时。增广贤文天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。易经善了低速性能，但机械特性还是非线性的，仍受到临界转矩的限制。恒转子磁通mr 控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳。5-5 常用的交流 PWM 有三种控制方式，分

15、别为 SPWM、CFPWM 和 SVPWM，论述它们的基本特征及各自的优缺点。答：略。5-6 分析 CFPWM 控制中，环宽 h 对电流波动与开关频率的影响。答：略。5-7 三相异步电动机 Y 联结，能否将中性点与直流侧参考点短接为什么答：不宜。因为当电动机发生故障或不正常运行时其中性点可能会有不平衡电流流过。5-8 当三相异步电动机由正弦对称电压供电，并达到稳态时，可以定义电压相量U、电流相量 I 等，用于分析三相异步电动机的稳定工作状态，5.4.5 节定义的空间矢量 us、is 与相量有何区别在正弦稳态时，两者有何联系 答：空间矢量位置固定（如空间矢量 uAO 固定在 A 相绕组轴线上），

16、但大小随时间变化；而相量大小是不变的（如有效值相量其大小即为稳态时的有效值），但位置随相角变化。稳态时，空间矢量相当于一种相角固定的瞬时值相量。5=9 采用 SVPWM 控制，用有效工作电压矢量合成期望的输出电压，由于期望输出电压矢量是连续可调的，因此，定子磁链矢量轨迹可以是圆，这种说法是否正确为什么答：不正确。尽管期望输出电压矢量是连续的，然而其作用时间是断续的，因此定子磁链矢量只能是断续的。5-10 总结转速闭环转差频率控制系统的控制规律，若 Us=f（1，Is）设置不当，会产生什么影响一般说来，正反馈系统是不稳定的，而转速闭环转差频率控制系统具有正反馈的内环，系统却能稳定，为什么答：5-

17、1 简述矢量控制的基本思想。答：将逆变器和交流电动机视为一体，以在电机内产生圆形旋转磁场为目标来控制变频器工作。5-2 异步电动机变压变频调速系统中，基频以下调速采用（恒压频比）控制，称为（恒转矩）调速；基频以上采用（保持电压不变）控制，称为（近似的恒功率调速）。为什么略 5-3六拍式逆变器控制的异步电动机正六边形定子磁链的大小与（直流侧电压Ud）成正比，而与（电源角频率）成反比。在基频以下调速时，应（保持正六边形定子磁链的最大值恒定）。若直流侧电压Ud 恒定，则1 越小时，t 越大，势必导致（|s（k）|）增大。因此，要保持正六边形定子磁链不变，必须使Ud/1 为常数，这意味着在变频的同时必

18、须调节直流电压 Ud，造成了控制的复杂性。有效的方法是（插入零矢量）。5-4 简述转差频率控制的基本思想。答：保持（气隙磁通m 不变）的前提下，通过控制（转差频率 s）来控制（转矩）。5-5 转差频率控制变压变频调速系统通过（最大转差频率）间接限制（了最大的允许电流）。5-6 与直流调速系统相似，转差频率控制变压变频调速系统起动过程分为（转矩上升）（恒转矩、升速）与（转速调节）三个阶段：在恒转矩升速阶段，（ASR）不参与调节，相当于（转速开环），在正反馈内环作用下，保持（加速度恒定）；转速超调后，ASR（退出饱和），进入（转速调节阶段），最后达到稳态。5-7简述转速闭环转差频率控制的变压变频调

19、速系统起动过程。答：转矩上升阶段：恒转矩升速阶段：转速调节：二、公式和特性 1.公式略 1.异步电动机等效电路图：2.交-直-交电压源型 PWM 变频器主电路：（各个元件作用需知）3.转速开环变压变频调速系统-系统原理图：4.转速闭环转差频率控制变压变频调速系统-系统原天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。易经人人好公，则天下太平；人人营私，则天下大乱。刘鹗理图：1.异步电动机调压调速机械特性：2.异步电动机转子串阻调速机械特性：3.异步电动机变压变频调速机械特性：4.异步电动机变压变频调速控制特性：第 6 章 6-1 异步电动机的动态数学模型是一个（高阶、非线性、强耦合）的（多变量

20、）系统。6-2 异步电动机的动态数学模型由（磁链方程、电压方程、转矩方程、运动方程）组成。6-3 异步电动机每个绕组的磁链是（自感磁链）和（互感磁链）之和。6-4 绕组间的互感分为哪几类答：定子三相彼此之间和转子三相彼此之间的互感，因其位置固定，故为常值。定子任一相与转子任一相之间的互感，因其相对位置变化，故为（角位移）的函数。6-5 为什么说异步电动机的三相原始数学模型不是物理对象最简洁的描述答：由异步电动机三相数学模型的约束条件（。）可知，对于无中性线 Y/Y 联结绕组的电动机，三相变量中只有两相是独立的。6-6 不同坐标系中电动机模型等效的原则是：（在不同坐标下绕组所产生的合成磁动势相等

21、）6-7 三相绕组可以用（互相独立的两相正交对称绕组）等效代替，等效的原则是（）。6-8 坐标变换有（3/2 变换及其反变换）和（2r/2s 变换及其反变换）。6-9 异步电动机通过坐标变换简化其数学模型时，若以静止正交坐标为变换方向，定转子绕组的变换方式有何不同答：异步电动机定子绕组是静止的，因此只要进行（3/2变换）即可，而转子绕组是旋转的，因此必须通过（3/2 变换）及（2r/2s 变换），才能变换到（静止两相正交坐标系）。6-10（3/2 变换）将（按 2/3 分布的三相绕组）等效为（互相垂直的两相绕组），消除了（定子三相绕组间）以及（转子三相绕组间）的相互耦合，减小了状态变量的维数，

22、简化了定转子的自感矩阵。6-11（2r/2s 变换）将（相对运动的定转子绕组）等效为（相对静止的等效绕组），消除了（定转子绕组间夹角对磁链和转矩的影响）。6-12（2r/2s 变换）将非线性耦合矛盾从磁链方程转移到电压方程，没有改变对象的（非线性耦合程度。）6-13（2s/2r 变换）是用（旋转绕组）代替（原来静止的定子绕组），并使等效的转子绕组与等效的定子绕组（重合），且保持（严格同步），等效后定转子绕组间（不存在）相对运动。6-15 旋转正交坐标系的优点在于（增加了一个输入量1，提高了系统控制的自由度）。二、公式和特性 1.异步电动机三相动态数学模型：磁链方程+电压方程+转矩方程+运动方程+约束条件：