電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)期末復(fù)習(xí)題(共7頁)

1、電力拖動(dòng)自動(dòng)(zdng)控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)題一、概述(i sh)1、控制系統(tǒng)(kn zh x tn)能正常運(yùn)行的首要條件是穩(wěn)定性。2、直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有調(diào)壓調(diào)速、弱磁調(diào)速以及串電阻調(diào)速等三種；在自控調(diào)速系統(tǒng)中最常用的是調(diào)壓調(diào)速，基本不用串電阻調(diào)速。電動(dòng)機(jī)有兩種狀態(tài)：電動(dòng)和發(fā)電狀態(tài)。電動(dòng)狀態(tài)的特點(diǎn)是：T電磁轉(zhuǎn)矩和n方向相同；將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；發(fā)電狀態(tài)的特點(diǎn)是：T和n方向相反；將機(jī)械能變?yōu)殡娔堋?、直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源有：旋轉(zhuǎn)交流機(jī)組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器。二、性能指標(biāo) 1、P21P23自動(dòng)控制調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)分為穩(wěn)態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)兩大類。1）穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)主要是靜差

2、率和調(diào)速范圍： 靜差率S額定負(fù)載下的額定轉(zhuǎn)速相對(duì)于其理想額定轉(zhuǎn)速的差值的與理想空載轉(zhuǎn)速的比值稱為靜差率。 調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低轉(zhuǎn)速所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。 靜差率除與機(jī)械特性的硬度有關(guān)外，還與其理想空載轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)理想空載轉(zhuǎn)速一定時(shí)，機(jī)械特性越硬，則靜差率越小。 調(diào)速范圍D在最低轉(zhuǎn)速時(shí)，能滿足所需靜差率的最大轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比。 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可獲得比開環(huán)系統(tǒng)硬的多的機(jī)械特性，從而保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價(jià)是須增設(shè)放大環(huán)節(jié)以及檢測與反饋裝置。要求會(huì)計(jì)算調(diào)速范圍和靜差率。例1、某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1530r/min，額定速降，當(dāng)要求靜差率25%時(shí)，允

3、許多大的調(diào)速范圍？最低轉(zhuǎn)速是多少？解：要求25%時(shí)，調(diào)速范圍為答：允許的調(diào)速范圍(fnwi)D=4.25、最低轉(zhuǎn)速。 2）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括(boku)對(duì)給定輸入信號(hào)的跟隨性能指標(biāo)和對(duì)擾動(dòng)輸入信號(hào)的抗擾性能指標(biāo)。 自控系統(tǒng)通常可分為自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)和自動(dòng)跟隨系統(tǒng)兩大類，前者的主要?jiǎng)討B(tài)(dngti)性能指標(biāo)是它的抗擾指標(biāo)：后者的主要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)是它的跟隨指標(biāo)。 不論是跟隨性能指標(biāo)還是抗擾性能，各自又可分為快速性能指標(biāo)和穩(wěn)定性指標(biāo)兩種。 在閉環(huán)有差系統(tǒng)中，系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好，但穩(wěn)定性越差。三、負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1、反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動(dòng)和服從給定。 在閉環(huán)有差系統(tǒng)中應(yīng)采用

4、P調(diào)節(jié)器，在穩(wěn)定時(shí)調(diào)節(jié)器偏差輸入不會(huì)為0，系統(tǒng)將產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差：在閉環(huán)無差系統(tǒng)中應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)調(diào)節(jié)器偏差輸入為零，否則系統(tǒng)將不能進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為限制全壓起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過大，通常采用電流截止負(fù)反饋。2、轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn) 只用比例調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)，其被調(diào)量有靜差的：用比例積分調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)，其被調(diào)量是無靜差的。 反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動(dòng)，服從給定。 抗擾動(dòng)性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征之一。反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)。例如在電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)是無法抑制給定電源、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電壓變化引、測速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生變化等所引起的擾動(dòng)。它們

5、不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)增大被調(diào)量的誤差。 改變給定電壓會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因?yàn)榉答伩刂葡到y(tǒng)完全服從給定作用。 、系統(tǒng)的精度依賴于給定（電源)和反饋檢測的精度。 3、有差調(diào)速系統(tǒng)與無差調(diào)速系統(tǒng) 兩者的根本區(qū)別在于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中有無積分控制作用，為PI調(diào)節(jié)器時(shí)可消除階躍輸入和階躍擾動(dòng)作用下的靜差，稱為無靜差系統(tǒng)；為P調(diào)節(jié)器時(shí)只能降低靜差，卻不能消除靜差，故稱有靜差系統(tǒng)。 1)、有(靜)差系統(tǒng) 采用P調(diào)節(jié)器作速度(sd)調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有差調(diào)速系統(tǒng)。有差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差(靜差)隨開環(huán)增益的增加而減小。 轉(zhuǎn)速有差系統(tǒng)閉環(huán)后，轉(zhuǎn)速降變?yōu)殚_環(huán)時(shí)的，1/（1+K)；閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)K越大，

6、轉(zhuǎn)速降越小，但K不能超過(chogu)系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)，否則系統(tǒng)將不穩(wěn)定。 系統(tǒng)閉環(huán)能改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的根本原因是由于閉環(huán)后，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)理想空載電壓(diny)(即電動(dòng)機(jī)的端電壓)可以隨之增加。 2）、無(靜)差調(diào)速系統(tǒng)。 帶有比例積分調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速的反饋值與給定值相等，則調(diào)節(jié)器的輸出保持原先的值不變。 采用比例積分調(diào)節(jié)器作速度調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)必定是無靜差調(diào)速系統(tǒng)，因此無靜差單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速的給定值與反饋值相同，此時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出保持恒定值不變。 無靜差調(diào)速系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器中P部份的作用是加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而I部分的作用才是消除穩(wěn)態(tài)誤差。4、閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)

7、幅頻特性的中頻段決定了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；低頻段決定了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。 中頻帶越寬，系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定裕量愈大，系統(tǒng)的穩(wěn)定性愈高。5、典型I型系統(tǒng)對(duì)階躍給定輸入是無差的；典型II型系統(tǒng)對(duì)階躍和斜坡給定輸入是無差的。四、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)中，速度調(diào)節(jié)器(ASR)和電流調(diào)節(jié)器（ACR)這兩個(gè)調(diào)節(jié)器采用串級(jí)聯(lián)接，當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)極性為“正”時(shí)，轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)的極性為“負(fù)”負(fù)反饋、電流反饋信號(hào)的極性為“正”。外環(huán)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用是:、它是調(diào)速系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器，能使轉(zhuǎn)速n快速地跟隨給定的變化而變化，可減少靜差；采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)可實(shí)現(xiàn)無靜差；、對(duì)負(fù)載變化引起的干擾只能由速度環(huán)來抑制；

8、、其輸出限幅值決定著電動(dòng)機(jī)允許的最大電流值。內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器的作用是:、在轉(zhuǎn)速(zhun s)外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，作為內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器它的作用是使電動(dòng)機(jī)電流緊跟電流給定(i dn)電壓的變化而變化；、電網(wǎng)電壓波動(dòng)和電流斷續(xù)引起的干擾(gnro)，主要由電流環(huán)來抑制；在起、制動(dòng)過程中使，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)最佳時(shí)間控制；在過載或堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電動(dòng)機(jī)電流最大值，起著快速自動(dòng)保護(hù)作用。-2、為實(shí)現(xiàn)理想的快速起動(dòng)，應(yīng)在起動(dòng)過程中使電樞電流保持最大值；在典型雙環(huán)系統(tǒng)中，這一最大值取決于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值和電流反饋系數(shù)。3、典型雙環(huán)系統(tǒng)的起動(dòng)過程按順序可分為電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個(gè)階段；在第II階段中，ASR處于飽和狀態(tài)

9、、ACR處于未飽和狀態(tài)。速度環(huán)開環(huán)、電流環(huán)閉環(huán)整個(gè)系統(tǒng)為一電流給定恒定的單閉環(huán)系統(tǒng)。可見： 、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程特點(diǎn)是：飽和非線性控制、準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制和轉(zhuǎn)速超調(diào)。 、采用PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器經(jīng)歷不飽和、飽和、退飽和三種狀態(tài)。 、有反饋環(huán)節(jié)的的調(diào)速系統(tǒng)并非總是處于閉環(huán)狀態(tài)的。4、在雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅決定了電動(dòng)機(jī)所允許的最大電流；電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅決定了電動(dòng)機(jī)所能得到的最大電壓。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器通常采用PI調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速n取決于轉(zhuǎn)速給定信號(hào)的極性與大小、電樞電流等干負(fù)載電流、控制電壓從而整流電壓的大小取決

10、于轉(zhuǎn)速n和負(fù)載電流。 在典型雙環(huán)系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓波動(dòng)主要是由電流環(huán)抑制的；負(fù)載擾動(dòng)只能由速度環(huán)來抑制。穩(wěn)定運(yùn)行的典型雙環(huán)系統(tǒng)中，負(fù)載變化首先引起的是轉(zhuǎn)速的變化。6、典型雙環(huán)系統(tǒng)中，電機(jī)處于動(dòng)態(tài)加速狀態(tài)時(shí)負(fù)載電流小于電樞電流。五、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一)、靜態(tài)設(shè)計(jì)雙環(huán)系統(tǒng)中，ASR.ACR均采用PI調(diào)節(jié)器已知參數(shù)：電動(dòng)機(jī)： 、 、，電樞回路總電阻R=0.25，設(shè)，電樞回路最大電流，電力電子變換器的放大系數(shù)Ks=40。試求：（1）電流反饋(fnku)系數(shù)和轉(zhuǎn)速(zhun s)反饋系數(shù)；（2）、值。解：(1) =;= (2) ; 二）、動(dòng)態(tài)(dngti)設(shè)計(jì)I、典型I系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 如圖所示系統(tǒng)，按典型I型系統(tǒng)進(jìn)

11、行設(shè)計(jì)，求出調(diào)節(jié)器Wc（s）類型與參數(shù)。 解：校正成典型I型系統(tǒng)時(shí)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為。采用PI調(diào)節(jié)器校正，即則開環(huán)傳遞函數(shù)為。取，則有：。按二階最佳原則有：故可得：. 答：調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，Kp=25、s。2、典型II系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖所示系統(tǒng)，按典型II型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，求出調(diào)節(jié)器類型與參數(shù)。解：校正成典型(dinxng)II型系統(tǒng)時(shí)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為。采用(ciyng)PI調(diào)節(jié)器校正，即。將大慣性(gunxng)環(huán)節(jié)近似處理為積分環(huán)節(jié)，則開環(huán)傳遞函數(shù)為若取h=5，則T=0.001，。系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為按Mpmin準(zhǔn)則：， 答：調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，、Kp=60。可逆調(diào)速系統(tǒng) 一）、與VM系統(tǒng)相比

12、，PWM系統(tǒng)的優(yōu)越性是：、主電路線路簡單，需要的功率器件少。、開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。、低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1:10000 左右。、若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。、功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。、直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 二）、VM可逆系統(tǒng)1、只在兩組晶閘管之間流通的短路電流稱為環(huán)流，它適用于中小容量系統(tǒng)，對(duì)快速性有較高要求的系統(tǒng)。環(huán)流分為直流平均環(huán)流和交流脈動(dòng)環(huán)流兩種，不允許存在直流環(huán)流，雖允許交流環(huán)流，但要限制它的大小。 根據(jù)有無環(huán)流，系統(tǒng)分為無環(huán)流系統(tǒng)（常用的有邏輯無環(huán)流系統(tǒng)和錯(cuò)位無環(huán)流系統(tǒng))和有環(huán)流系統(tǒng)（常用的有自然環(huán)流系統(tǒng)和可控環(huán)流系統(tǒng))。有環(huán)流系統(tǒng)需要(xyo)配置笨重的環(huán)流電抗器，但快速性好。2、在可逆相控整流供電的直流調(diào)速系統(tǒng)中在轉(zhuǎn)速(zhun s)給定時(shí): 若時(shí)，、正橋處于(chy)整流狀態(tài)；、反橋處于逆變狀態(tài)。 若時(shí)，、正橋處于逆變狀態(tài)；、反橋處于整流狀態(tài)。3、在VM可逆系統(tǒng)中，消除直流平均環(huán)流的條件是或；在配合控制的直流可逆系統(tǒng)中，存在的是交流脈動(dòng)環(huán)流，可用串接環(huán)流電抗器抑制。4、在VM可逆系統(tǒng)中，理想空載整流電壓的極性改變時(shí)，電樞電流的方向未