时转速的稳定度的，它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率就越小，转速的稳定度就 越高。 调速范围、静态速降和最小静差率之间的关系为： D
nN ΔnN (1 )
②调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。在调速过程中， 若额定速降相同，则转速越低，静差率就越大。如果低速时的静差率能满足设计要求，则高 速时的静差率就更满足要求了。 因此，调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值 为准。所以说，脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了。 8. 试简述 PID 控制器中，比例、积分和微分环节各自的作用，并分析其特性。 （知道） 答：①比例环节对偏差进行放大，产生与偏差成正比的控制信号，施加于被控对象，以减少 偏差。②积分环节通过对偏差历史的累积，产生控制信号以消除偏差，可实现系统的无差调 节。 kI 越大，积分作用越大，有利于减小误差，但减慢系统响应。③微分环节能反映偏差 的变化率，具有加速系统响应，减小调节时间的作用。 ▉第 3 章 直流传动控制系统（70％） 1. 晶闸管-电动机系统（V-M 系统）存在哪些问题？ 答：①系统机械特性的变异问题（电流断续） ；②能量回馈问题（晶闸管的单向导电性） 。 2. 引入转速负反馈后，为何能改善系统性能？试分析比较开环和闭环系统，在哪些方面可 以改善系统性能？ 答：❶开环调速系统虽能实现一定范围内的无级调速，但是其额定速降很大，往往不能满足 生产工艺要求。为了克服开环系统的不足，根据自动控制原理，自动产生纠正偏差的作用。由于 转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，闭环调速系统应该能够大大减少转速降落。为 此引入转速反馈，组成转速反馈控制的闭环直流调速系统。 ❷比较开环系统的机械特性和闭环系统的静特性，可以看出转速反馈闭环控制的优越性： ①闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多。 ②闭环系统的静差率要比开环系统小得 多。③如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。 ★3. 转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？ 如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发 电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？ 答： ①转速单闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性， 从而在保证一 定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，需增设电压放大器以及检 测与反馈装置。②改变给定电压能够改变电动机的转速，因为反馈控制系统的作用是：抵抗 扰动，服从给定。③如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比能够改变转速，
7. 为何要在直流调速转速负反馈系统中引入电流负反馈？在转速、电流双闭环直流调速统 中，ASR 和 ACR 各起什么作用？ 答：⑴为了得到近似的恒流过程。⑵ASR 的作用：①ASR 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 U n 的变化，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动机允许的最大电流。 ACR 的作用：①作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随
差电压 U n 0 时，积分调节器的输出电压 U c 是一个定值，这个电压的大小取决
* 于稳态转速 n （即给定电压 U n 和转速负反馈系数 K n ） 、负载电流 I d 、主回路电
阻 R 、触发整流环节的放大倍数 K s 等，如下式所示：
Uc
Ce n I d R K e n I d R U* ，n n Ks Ks Kn
*
采用配合控制策略的系统特性如图 3-20 所示，其中：横坐标为转速，以额 定转速 nN 为分界线，分为基速以下和基速以上两个区域；纵坐标同时表示电压
U d 、磁通 、转矩 Te 和功率 P 。在基速以下，磁通 N ，随着电压增大，转
速升高，但转矩不变，功率却与电压一样变化；在基速以上，电压 U d U N 保持 不变，随着磁通 减小，转速进一步增大，但转矩却随磁通一起减小，而功率保 持不变。 （ Te CT I a , P Te ）
★11.采用两组晶闸管装置反并联供电的 V-M 系统，试分析在四象限运行中，两组整流器工 作在整流和逆变状态的输出电压极性、电流，功率流向，及电动机的运行状态及其机械特 性。 答：
4
12．试分析逻辑控制无环流可逆系统正向和反向起动和制动的过程。画出各参变量的动态 波形，并说明在每个阶段中 ASR 和 ACR 各起什么作用，VF 和 VR 各处于什么状态。 答：逻辑控制无环流可逆系统的正向动态过程可分为三个主要阶段： 1）起动阶段。如果可逆调速系统采用转速、电流双闭环控制方法，其起动过程与不可逆调 速系统的起动过程相同（图 3-18） ，ASR 饱和，由 ACR 起主要作用，在允许最大电流限制下 使转速基本上按线性变化的 “准时间最优控制” ， 动态过程的响应曲线如图 3-30 中的阶段Ⅰ 所示。2）正向运行阶段。ASR 退饱和后，进行转速无差调节，系统进入稳态，其响应曲线 如图 3-30 的阶段Ⅱ。3）正向制动阶段，在这一阶段首先通过 VF 的逆变使电流下降过零， 并封锁脉冲使其关闭；然后开通 VR，使其建立电流并达到最大电流 I dm ，此时电动机进入 制动阶段，通过反接制动和回馈制动使转速迅速下降。如果是停车，则电动机停止运行，其 动态过程如图 3-30 的阶段Ⅲ。 如果还需反向运行，则电动机在转速过零后，继续反向起动，其过程与正向起动相同， 响应曲线如图 3-30 的阶段Ⅳ。由于两组晶闸管在切换过程中需要延时，以保证可靠换流， 这就造成了电流换向死区，如图 3-30 所示。 第 4 章 交流传动控制系统（变压，变频，调速）30％ 1. 何谓交流异步电动机的动态等效电路和稳态等效电路？两者之间有何不同？ 答： 动态等效电路仅仅忽略了空间谐波， 并没有忽略时间谐波， 因此动态等效电路中的电压、 电流及磁链可以是任意波形。而稳态等效电路还忽略了时间谐波。 2. 异步电动机的变压调速需要何种交流电源？有哪些交流调压方法？ 答：①需要三相交流电源。②自耦变压器或带直流励磁绕组的饱和电抗器（过去） ，晶闸管 交流调压器（现代） 。
* 因为改变反馈电压的分压比，就相当于改变了反馈系数 K n ，而 U n U n Kn n 。
2
④如果测速发电机的励磁发生了变化， 系统没有克服这种干扰的能力， 因为该变化不是被反 馈所包围的扰动，闭环系统对此没有抑制能力，如下图所示。
4. 在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测速 发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？why 答： ①反馈控制系统的规律是： 一方面能够有效地抑制一切被包围在负反馈内前向通道上的 扰动作用；另一方面，则紧紧地跟随给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从的。 ②如上图所示，在转速负反馈调速系统中，系统对电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、 电枢电阻各量发生变化时所引起的转速变化有调节能力， 而对测速发电机励磁的变化没有调 节作用。 6. 为什么用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 I 调节器的输 入偏差电压
(选择)矢量控制的基本思想：分离磁通和转矩（转速） 。 第 1 章 电力传动控制系统的基本结构与组成 1. 根据电力传动控制系统的基本结构，简述电力传动控制系统的基本原理和共性问题。 答：①基本结构：一般由电源、变流器、电动机、控制器、传感器和生产机械（负载）组成。 ②基本工作原理：根据输入的控制指令，与传感器采集的系统检测信号，经过一定的处理给 出相应的反馈控制信号， 控制器按一定的控制算法或策略输出相应的控制信号， 控制变流器 改变输入到电动机的电源电压、频率等，使电动机改变转速或位置，再由电动机驱动生产机 械按照相应的控制要求运动，故又称为运动控制系统。③共性问题：a.电动机的选择。电力 传动系统能否经济可靠地运行， 正确选择驱动生产机械运动的电动机至关重要。 应根据生产 工艺和设备对驱动的要求，选择合适的电动机的种类及额定参数、绝缘等级等，然后通过分 析电动机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容量的校验。b.变流技术研究。电 动机的控制是通过改变其供电电源来实现的， 交流电动机的调速需要改变其电源的电压和频 率等，因此，变流技术是实现电力传动系统的核心技术之一。c.系统的状态检测方法。状态 检测是构成系统反馈的关键， 根据反馈控制原理， 需要实时检测电力传动控制系统的各种状 态，如电压、电流、频率、相位、磁链、转矩、转速或位置等。因此，研究系统状态检测和 观测方法是提高其控制性能的重要课题。d.控制策略和控制器的设计。根据生产工艺要求， 研发或选择适当的控制方法或策略是实现电力传动自动控制系统的主要问题。 ★2．直流电动机有几种调速方法，其机械特性有何差别？ 答：答：直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系为 n
1
用字母 D 来表示，即 D nmax 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加
nmin
到额定值时所对应的转速降落 ΔnN 与理想空载转速 n0 之比，称为静差率，用字母
来表示，即

ΔnN n -n 1 0 0 % 0 N 1 0 0 % 静差率是用来衡量调速系统在负载变化 n0 n0
U n 0 时，调节器的输出电压是多少？它取决于哪些因素？
答： ①用积分控制的调速系统不只靠偏差而且靠偏差的积累来控制， 只要输入偏差电
压 U n 0 ，积分控制就使得 U n dt 逐渐积累，因而转速就要变化；只有到
U n 0 时， U n dt 不再变化，转速才稳定下来，因而是无静差的。②当输入偏
U a RI a Ce
由上式可知，有以下三种调节直流电动机转速的方法： 1）改变电枢回路电阻 2）减弱励磁磁通 3)调节电枢供电电压 比较三种调速方法可知，改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速 范围不大，往往只是配合调压方案，实现一定范围内的弱磁升速；调节电枢供电电压的方式 既能连续平滑调速，又有较大的调速范围，且机械特性也很硬。因此，直流调速系统往往以 变压调速为主，仅在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。 3. 从异步电动机转差功率 Psl 的角度，可把交流调速系统分成哪几类？并简述其特点。 答：可以把异步电动机的调速系统分成三类： 1）转差功率消耗型。调速时全部转差功率都转换成热能消耗掉，它是以增加转差功率 的消耗来换取转速的降低（恒转矩负载时） ，这类调速方法的效率最低，越向下调效率越低。 2）转差功率馈送型。调速时转差功率的一部分消耗掉，大部分则通过变流装置回馈电 网或转化成机械能予以利用，转速越低时回收的功率越多，其效率比前者高。 3）转差功率不变型。这类调速方法无论转速高低，转速降都保持不变，而且很小，因 而转差功率的消耗基本不变且很小，其效率最高。 目前通常采用笼型转子异步电动机实现低于同步转速的调速，调速方法可选择定子变压调 速、定子变压变频调速等方案；当需要高于同步转速运行或其他特殊应用场合时，则需采用 绕线转子异步电动机，通过定子和转子实行双馈调速。 ★7. 调速范围和静差率的定义是什么? 调速范围与静态速降和最小静差率之间有什么关 系? 为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？ 答：①生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比，称为调速范围，