電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)復(fù)習(xí)

1、1. 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)、功率放大與變換裝置、控制器及相應(yīng)的傳感器等構(gòu)成，交流調(diào)速系統(tǒng)取代直流調(diào)速系統(tǒng)已成為不爭(zhēng)的事實(shí)。2. V-M系統(tǒng)：晶閘管整流器電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)； SPVWM：電壓空間矢量PWM控制3. 直流PWM調(diào)速系統(tǒng)：脈寬調(diào)整變換器直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)；脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速4. 泵升電壓：當(dāng)系統(tǒng)工作在逆變狀態(tài)時(shí)，會(huì)對(duì)濾波電路中濾波電容進(jìn)行充電，使電容兩端電壓升高5. 靜特性：表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（轉(zhuǎn)矩）間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系6. 有靜差調(diào)速系統(tǒng)：在

2、比例控制調(diào)速系統(tǒng)中，存在擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差；7. 無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)：對(duì)于積分控制和比例積分控制系統(tǒng)，由階躍擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差為0；8. 電流截止負(fù)反饋：當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反饋以限制電流，而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用控制轉(zhuǎn)速。9. 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制：在設(shè)備物理上的允許條件下，實(shí)現(xiàn)最短時(shí)間的控制；10. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)：在電流、轉(zhuǎn)速反饋控制系統(tǒng)中，從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，由電流環(huán)在里面構(gòu)成的內(nèi)環(huán)和由轉(zhuǎn)速環(huán)在外面構(gòu)成的外環(huán)，兩個(gè)閉環(huán)構(gòu)成的控制系統(tǒng)稱作雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；11. 可逆調(diào)速系統(tǒng)：可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，具有四象限運(yùn)行功能的調(diào)速系統(tǒng)稱為可逆調(diào)速系統(tǒng)；12. 環(huán)流的定義：采用兩組晶閘管反并聯(lián)的

3、可逆V-M系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生 不流過(guò)負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流（1）靜態(tài)環(huán)流兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作時(shí)出現(xiàn)的環(huán)流，其中又有兩類：直流平均環(huán)流由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產(chǎn)生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差為零，但因電壓波形不同，瞬時(shí)電壓差仍會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的環(huán)流，稱作瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。（2）動(dòng)態(tài)環(huán)流僅在可逆V-M系統(tǒng)處于過(guò)渡過(guò)程中出現(xiàn)的環(huán)流。兩種抑制環(huán)流方法：（1）只要實(shí)行a b配合控制就能保證消除直流平均環(huán)流。（2）可在環(huán)流回路中串入環(huán)流（均衡）電抗器，抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流13. 雙極式控制的橋式可逆PWM

4、變換器有下列優(yōu)點(diǎn)：（1）電流一定連續(xù)；（2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行；（3）電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜磨擦死區(qū)；（4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍大；（5）低速時(shí)，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。14. 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)調(diào)速：在轉(zhuǎn)差率 s 很小的范圍內(nèi)，只要能夠維持氣隙磁通m 不變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率s成正比，即在異步電機(jī)中，控制轉(zhuǎn)差率就代表了控制轉(zhuǎn)矩。15. 脈沖寬度調(diào)制（PWM）：利用電力電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)可變的電壓，并通過(guò)控制脈沖寬度或周期達(dá)到變壓變頻的目的16. SPWM 控制方式：SPWM 即以正弦波作為調(diào)制信號(hào)對(duì)載波信號(hào)

5、進(jìn)行調(diào)制后，產(chǎn)生一組等幅而脈沖寬度正比干正弦波的矩形脈沖。將該組脈沖作為逆變器開關(guān)元件的控制信號(hào)，從而在逆變器負(fù)載上(多為異步電動(dòng)機(jī))得到與控制信號(hào)波形相同，等效于正弦波的驅(qū)動(dòng)電壓。17. 電壓空間矢量PWM（SVPWM）的基本思想：按空間矢量的平行四邊形合成法則，用相鄰的兩個(gè)有效工作矢量合成期望的輸出矢量。18. 電流截止負(fù)前反饋的作用：(1)限流保護(hù)（過(guò)載自動(dòng)保護(hù)）;(2)加速起動(dòng)過(guò)程。載流環(huán)節(jié)的物理實(shí)現(xiàn)方法：(1)比較電壓法;(2)穩(wěn)壓管法;(3)封鎖運(yùn)放法19. PID 控制器各環(huán)節(jié)的作用是：(l) 比例環(huán)節(jié) P：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦出現(xiàn)，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以

6、便減少偏差，保證系統(tǒng)的快速性。(2) 積分環(huán)節(jié) I：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的控制精度和無(wú)差度。(3) 微分環(huán)節(jié) D：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)變得過(guò)大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間。20. 反饋控制規(guī)律（轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的三個(gè)基本特性）。 （1）比例控制的反饋控制系統(tǒng)是被調(diào)量有靜差的控制系統(tǒng)（2）反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動(dòng), 服從給定（3）系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測(cè)的精度21. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用：(1) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的作用：1）轉(zhuǎn)速 n 跟隨轉(zhuǎn)速給定電壓Un*變化，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。2) 突

7、加負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 和電流調(diào)節(jié)器 ACR 均參與調(diào)節(jié)作用，但轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 處于主導(dǎo)作用對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。3）其輸出電壓限幅值決定允許最大電流值。(2) 電流調(diào)節(jié)器 ACR 的作用：1) 起動(dòng)過(guò)程中保證獲得允許最大電流。2) 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流跟隨其電流給定電壓Un*變化。3) 電源電壓波動(dòng)時(shí)及時(shí)抗擾作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎不受電源電壓波動(dòng)的影響。4) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載、堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到安全保護(hù)作用22. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，ACR 起主要調(diào)節(jié)作用；負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，ASR 起主要抗擾調(diào)節(jié)作用23. 交流異步電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型具有高階、非線性、強(qiáng)耦合、多

8、變量的性質(zhì)。異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)模型由磁鏈方程、電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程和運(yùn)動(dòng)方程組成。磁鏈方程和轉(zhuǎn)矩方程為代數(shù)方程，電壓方程和運(yùn)動(dòng)方程為微分方程。24. 試述雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的三個(gè)階段和三個(gè)特點(diǎn)，以及性能指標(biāo)。答：(1) 三個(gè)階段：第 1 階段為電流上升階段，第 2 階段為恒流升速階段，第 3 階段為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。 (2)三個(gè)特點(diǎn)：飽和非線性控制，準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制，轉(zhuǎn)速超調(diào)。 (3)性能指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)，動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)；穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)：調(diào)速范圍、靜差率；動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：跟隨性能指標(biāo)（上升時(shí)間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間）、抗擾性能指標(biāo)（動(dòng)態(tài)降落、恢復(fù)時(shí)間）25. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程特點(diǎn)是

9、什么？答：1) 飽和非線性控制ASR 飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；ASR 不飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng).2）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制，恒流升速可使起動(dòng)過(guò)程盡可能最快。3）轉(zhuǎn)速超調(diào)：只有轉(zhuǎn)速超調(diào)才能使 ASR 退飽和。26. 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)過(guò)程可以簡(jiǎn)化為兩步：第一步：先選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定，同時(shí)滿足所需的穩(wěn)態(tài)精度。第二步：再選擇調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的要求。27. 電力電子變壓變頻器分類：交-直-交變頻器、交-交變頻器交-直-交變頻器：先將恒壓恒頻的交流電整成直流，再將直流電逆變成電壓與頻率均為可調(diào)的交流，稱作間接變頻。交-交變頻器：將恒壓恒頻的交流電直接變換為電

10、壓與頻率均為可調(diào)的交流電，無(wú)需中間直流環(huán)節(jié)，稱作直接變頻28. 轉(zhuǎn)差頻率控制的轉(zhuǎn)速閉環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖兩個(gè)轉(zhuǎn)速反饋:轉(zhuǎn)速外環(huán)為負(fù)反饋，ASR為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，一般選用PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出轉(zhuǎn)差頻率給定相當(dāng)于電磁轉(zhuǎn)矩給定。內(nèi)環(huán)為正反饋，將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)差頻率給定與實(shí)際轉(zhuǎn)速相加，得到定子頻率給定信號(hào)29. 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)突出的特點(diǎn)或優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)差角頻率與實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速相加后得到定子頻率。在調(diào)速過(guò)程中，實(shí)際頻率隨著實(shí)際轉(zhuǎn)速同步地上升或下降，加、減速平滑。在動(dòng)態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)以對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)差頻率的最大轉(zhuǎn)矩起、制動(dòng)，并限制了最大電流，保證了在允許條件下的快速性。

11、30. 矢量變換控制系統(tǒng)：模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動(dòng)機(jī)了。由于進(jìn)行坐標(biāo)變換的是電流（代表磁動(dòng)勢(shì)）的空間矢量，所以這樣通過(guò)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)就叫做矢量變換控制系統(tǒng)或稱矢量控制系統(tǒng)。31. 矢量控制的基本思想:通過(guò)坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中，得到等效的直流電動(dòng)機(jī)模型，仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈，然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的控制量反變換得到三相坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)量，以實(shí)施控制。32. 矢量控制系統(tǒng)特點(diǎn)（1) 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，實(shí)現(xiàn)了定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的解耦，需要電流閉環(huán)控制（2) 轉(zhuǎn)子磁鏈系統(tǒng)的控

12、制對(duì)象時(shí)穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié)，可以采用磁鏈閉環(huán)控制，也可以采用開環(huán)控制（3) 采用連續(xù)的PI控制，轉(zhuǎn)矩與磁鏈變化平穩(wěn)，電流閉環(huán)控制可有效地限制起、制動(dòng)電流。帶除法環(huán)節(jié)的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖33. 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本思想：根據(jù)定子磁鏈幅值偏差的正負(fù)符號(hào)和電磁轉(zhuǎn)矩偏差的正負(fù)符號(hào)，再依據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢?，直接選取合適的電壓空間矢量，減小定子磁鏈幅值的偏差和電磁轉(zhuǎn)矩的偏差，實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈的控制。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由于系統(tǒng)本身沒有自動(dòng)限制起制動(dòng)電流的作用，頻率設(shè)定必須通過(guò)給定積分算法產(chǎn)生平緩的升速或降速信號(hào)，電壓/頻率特性14、積分調(diào)節(jié)器為什么能消除靜差？采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速

13、在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號(hào)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀；而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史，雖然Un=0，只要?dú)v史上有過(guò)Un，其積分有一定數(shù)值，就能產(chǎn)生足夠的控制電壓Uct，保證新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。1. 試分析并解釋矢量控制系統(tǒng)與直流轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。答：兩者都采用轉(zhuǎn)矩（轉(zhuǎn)速）和磁鏈分別控制，但兩者在控制性能上卻各有千秋。VC系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)Te與r的解耦，有利于分別設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速與磁鏈調(diào)節(jié)器；實(shí)行連續(xù)控制，可獲得較寬的調(diào)速范圍；但按定子r定向受電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，降低了系統(tǒng)的魯棒性。DTC系統(tǒng)則實(shí)行Te與s砰-砰控制，避開了

14、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，簡(jiǎn)化了控制結(jié)構(gòu)；控制磁鏈而不是轉(zhuǎn)子磁鏈，不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響；但不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，低速性能較差，調(diào)速范圍受到限制。2. 磁鏈定向方法有哪兩種?分別采用了哪種坐標(biāo)系 ?答： 1) 按轉(zhuǎn)子磁鏈 r：定向：控制性能最好，但轉(zhuǎn)子磁鏈不易測(cè)量和控制；采用M-T坐標(biāo)系；2) 按定子磁鏈 s：定向：定子磁鏈最容易測(cè)量和控制，但控制性能不好；采用-坐標(biāo)系3. 將三相交流電機(jī)變換成兩極直流電機(jī)的物理模型要經(jīng)過(guò)的坐標(biāo)變換有哪些?答：先將靜止的三相坐標(biāo) A-B-C 轉(zhuǎn)換成靜止的兩相坐標(biāo)-，再將靜止的兩相坐標(biāo)-換成旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo) d-q 或同步兩相坐標(biāo)(M-T)。4. 為什么轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制

15、的變頻調(diào)速系統(tǒng)能夠仿照直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行控制，但是其動(dòng)靜態(tài)性能卻不能完全達(dá)到直流雙閉環(huán)系統(tǒng)的水平？答：（1）在分析轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律時(shí)，是從異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩公式出發(fā)的，所謂的“保持磁通 m恒定”的結(jié)論也只在穩(wěn)態(tài)情況下才能成立。在動(dòng)態(tài)中 m 如何變化還沒有深入研究，但肯定不會(huì)恒定，這不得不影響系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)性能。（2）Us= f(1, Is)函數(shù)關(guān)系中只抓住了定子電流的幅值，沒有控制到電流的相位，而在動(dòng)態(tài)中電流的相位也是影響轉(zhuǎn)矩變化的因素。（3）在頻率控制環(huán)節(jié)中，取1=s +，使頻率得以與轉(zhuǎn)速同步升降，這是轉(zhuǎn)差頻率控制的優(yōu)點(diǎn)。然而，如果轉(zhuǎn)速檢測(cè)信號(hào)不準(zhǔn)確或存在干擾，也就會(huì)直接給頻率造成誤差，因?yàn)樗羞@些偏差和干擾都以正反饋的形式毫無(wú)衰減地傳遞到頻率控制信號(hào)上來(lái)了。5. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么？答：當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，它們的輸