自动控制系统习题

自动控制系统习题

一、 简述题

1. 简述转速、电流双闭环调速系统的启动过程。

答：转速、电流双闭环调速系统的启动有三个阶段，即：强迫建流阶段、恒流升速阶段、稳速阶段。强迫建流阶段中，电枢电流由零上升到电机允许的最大电流，速度调节器ASR饱和，其输出限幅，电流环线性调节；恒流升速阶段中，电机在允许的最大电流下，转速由零上升到给定速度，速度开环控制，电流为恒流系统；稳速阶段中，系统经退饱和超调后，速度调节器线性状态，系统为调速系统，调节电流、速度达到稳态。

2. 简述PWM变换器中，泵升电压是怎样形成的？如何抑制。

答：PWM变换器的直流整流电源由整流二极管构成，不能反馈能量，能量只能单向传递。当主回路的能量反馈时，该能量储存在储能电容上，使电容上电压升高，该升高的电压为泵升电压。抑制泵升电压的措施有2：1是提高储能电容的容量，使上升的电压得到抑制；2是在主电路的母线上接电流分流器，当主电路电压过高时，通过分流器将能量释放，使主电路电压下降。

3. 简述自然环流电枢可逆转速、电流双闭环调速系统的正向制动过程分为几个阶段？各阶段的能量传递的

特点。

答：电枢可逆调速系统制动有四个过程，即本组逆变、反接制动（它组建流子阶段）、回馈制动（它组逆变

子阶段）、它组逆变减流子阶段。本组逆变阶段中，主电路中电感电能传递给电网，电动机电动状态；反接制动阶段中，电网的电能以及电动机机械能传递给主回路的电阻和电感转化为热能和磁场能量，电动机反接制动；回馈制动中，电动机的机械能传递给电网，电动机回馈制动；它组逆变减流子阶段中，主电路中电感电能传递给电网。

4. 闭环控制系统的静特性和开环机械特性的主要区别是什么？

5. 什么叫调速范围、静差率？它们之间有什么关系？怎样提高调速范围？

答：调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速与最低转速之比。静差率：系统在某一转速下运行时，

负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落与理想空载转速之比。 调速范围与静差率的关系为： D?nnoms。从D与s的关系来看，提高电动机的额定转速?nnom(1?s)（最高转速）、提高静差率s，以及降低转速降均可以提高调速范围，但是，由于提高D，牺牲静差率s，以及提高电动机额定转速（最高转速）受限制，所以一般采用降低系统转速降来提高调速范围。具体降低转速降是通过采用转速负反馈控制。

6. 在转速－电流双闭环系统中，ASR和ACR均采用PI调节器，输出限幅为10V，主电路最大电流整定为

100A，当负载电流由30A增大到50A时，ASR输出电压如何变化？ 7. 简述随动系统的定义，并比较随动系统与调速系统的异同点。 答：位置随动系统定义：输出以一定精度复现输入的自动控制系统。 位置随动系统与调速系统均是反馈控制系统，即通过对系统的输出量和给定量进行比较，组成闭环控制，因此两者的控制原理是相同的。

调速系统的给定量是恒值，系统的抗扰性能要求高。随动系统的输入量是变化的，系统要求输出响应

快速性、灵活性、准确性较高，随动性能为主要指标。随动系统可以在调速系统的基础上增加一个位置环位置环是随动系统的主要特征，在结构上它比调速系统复杂一些。 8. 简述随动系统中，为什么常常采用复合控制？

答：随动系统在系统设计和评价时，主要考虑系统的稳定性、系统的动态性能指标以及稳态误差和 动态误

差。同时，跟随性能对随动系统是很重要的。由于以上性能指标常常是相互制约的，系统在设计时若兼顾以上诸多方面是很困难的。因此，系统设计时，常常首先考虑系统的稳定性和动态性能，设计出较为满意的闭环系统，然后在闭环系统的基础上，增加针对给定和扰动的开环控制（前馈和顺馈），即采用闭环和开环的复合控制。由于采用复合控制中的开环控制不影响系统的稳定性，且顺馈和前馈可以通过

1

完全不变性和部分不变性提高系统的稳态和动态控制精度，降低误差。因此，随动系统常常采用复合控制。

9. 试简述PWM－M系统的调速原理。 10. 采用哪些措施，可以提高随动系统的快速性？ 11. 简述反馈控制系统的反馈控制规律。

答：闭环控制系统的反馈控制规律有三个。一是闭环控制系统是依靠被调量偏差的变化实现反馈控制作用

的。系统将被调量构成负反馈利用其偏差重新控制系统，从而降低输出的稳态误差；二是反馈控制系统能够抵抗扰动与服从给定。反馈控制系统具有良好的抗扰性能，它3对反馈环内的前向通道的一切扰动作用都能有效抑制，因为作用在前向通道的任何扰动作用的影响都会被反映在被调量上，而被测速发电机检测出来，通过反馈控制，减小它们对稳态转速的影响。抗扰性能是反馈控制系统最突出的特征。给定的变化被调量会立即随之变化，不受反馈控制的抑制。三是系统精度依赖给定和反馈检测精度。反馈控制系统对给定电源和被调量检测装置的扰动无能为力，因此控制系统的精度依赖给定电源和反馈量检测元件的精度。 12. 在转速、电流双闭环调速系统中，ASR和ACR各起什么作用？它们的输出限幅值如何调整？

*

答：转速调节器ASR的作用：①使转速n跟随给定电压Un变化，稳态无静差；②对负载变化起抗扰作用；

③ASR输出限幅值决定所允许的最大电流（2分）。电流调节器ACR的作用：①对电网电压波动起及时抗扰作用；②起动时保证获得允许的最大电流；③在转速调节过程中，使电流跟随给定电压Ui*变化；④当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到快速的安全保护作用，如果故障消失，系统

*

能自动恢复正常。ASR的输出限幅值Uim＝Idm/β，根据电机允许的最大电流Idm以及电流反馈系数β

**

确定Uim。ACR的输出限幅值Uctm大小取决于电动机电枢电压的限幅值。

13. 采用反并联线路，α＝β工作制配合控制的可逆调速系统，是否存在环流，为什么？ 14. 闭环调速系统有哪些基本性质？它能减少速度降落的实质是什么？

二、 选择题

1、 VC—M系统中，当其他参数不变而增大主电路电感L时，其开环机械特性上连续区与断续区的分界点将：

（ ）

A、左移 B、右移 C、不变 D、不确定 2、 VC—M系统中，当控制角α增加时，其开环机械特性上连续段将：（ ）

A、向上平移 B、向下平移 C、改变斜率 D、无变化

3、 VC—M系统中，对于同样的控制电压Uct和系统参数，当电流Id由连续变为断续时，整流输出电压Ud0

将：

A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定 4、 调速系统的调速范围定义为：（ ）

nmax nmax nomax A、D= B、D= C、D= D、D=

nomin nmin nomin

nomax

nmin 5、 带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统中，如其他参数不变，增大电流取样电阻Rs，堵转电流Iabl将：

（ ）

A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定 6、 有静差调速系统结构参数不变时，其静差率s与转速的n0的关系是：（ ）

A、n0越高，s越小 B、n0越低，越小 C、不能确定 D、n0与s无关

7、 带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统中，采用稳压二极管作为非线性元件，其稳压值应等于：（ ）

?A、给定电压Un B、βIabl C、βIdcr D、βIabl -βIdcr

8、 反馈控制系统又称为（ ）

2

A．开环控制系统 B．闭环控制系统 C．扰动顺馈补偿系统 D．输入前馈补偿系统

9、 转速负反馈单闭环调速系统与电压负反馈单闭环调速系统相比较，其缺点是：（ ）

A、对电动机励磁无能为力B、Ud的交流分量对系统有影响 C、Ud的高电压对系统不安全 D、结构比较复杂

10、 采用积分控制规律的转速负反馈单闭环调速系统，如给定电压Un*不变，转速反馈系数α增大，当系

统重新稳定后，反馈电压Un将：（ ）

A、增大 B、减小 C、不变 D、不确定 11、 位置随动系统的主反馈环节通常是（ ）

A．电压负反馈 B．电流负反馈 C．转速负反馈 D．位置负反馈 12、 转速、电流双闭环调速系统中的电流调节器没有以下哪种作用（ ）

A、对电网电压波动及时抗扰作用 B、启动时保证获得允许的最大电流 C、使电流跟随给定电压Ui* D、对负载变化起抗扰作用

13、 转速负反馈单闭环调速系统中，为了改变转速，可以改变：（ ）

A、放大器放大系数 B、晶闸管控制角 C、给定电压 D、转速反馈系数 E、电动机励磁电流 14、 带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统中，为了改变堵转电流的大小，可以改变：（ ）

A、放大器放大系数Kp B、比较电压Ucom C、转速反馈系数α D、电动机励磁电流If E、电流反馈系数β 15、 带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统中，如改变比较电压Ucom受影响的是：（ ）

A、空载转速 B、特性曲线的硬度 C、截止电流 D、堵转电流 E、特性曲线下垂段的陡度 16、 转速单闭环调速系统加入电流截止负反馈后，可以：（ ）

A、限制启动电流 B、使系统静特性更硬 C、使启动过程更快D、使抗干扰性能更强 E、系统稳态运行性能不变 17、 带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统中，能改变其静特性曲线下垂段陡度的参数是：（ ）

A、给定电压Un* B、电流反馈系数β C、放大器放大系数Kp D、比较电压Ucom E、转速反馈系数α 18、 采用PI调节器的转速单闭环调速系统中，如给定电压Un*不变，负载转矩变化，当系统重新稳定后，

下述各量中发生变化的是：( )

A、转速反馈电压Un B、转速n C、调节器输出电压Uct D、整流器输出电压Ud0 E、调节器输入偏差信号ΔUn 19、 采用PI调节器的转速单闭环调速系统中，平均整流输出电压Ud0的大小取决于：( )

A、给定电压Un* B、积分时间常数TI C、负载电流Idl D、整流装置放大系数Ks E、电动机励磁电流If 20、 VC—M 系统的开环静态速降决定于：（ ）

A、整流器输出电压 B、主回路总电阻 C、主回路总电感 D、电动机励磁电流 E、负载电流

21、 在转速单闭环有静差调速系统中，如给定电压不变，仅改变转速反馈系数α，当系统稳定后，下述各

量中，将要改变的是：（ ）

A、转速n B、放大器输出电压Uct C、整流输出空载电压Ud0 D、转速反馈电压Un E、调节器输入偏差信号ΔUn 22、 带电流截止负反馈的转速单闭环有静差调速系统中，如其他参数不变，仅改变电流反馈系数β，受其

影响而改变的量是：（ ）

A、空载转速n0 B、闭环静态速降Δncl C、堵转电流Iabl D、截止电流Idcr E、静特性曲线下垂段的陡度 23、 采用PI调节器的转速单闭环调速系统中，如电网电压增高，其他参数不变，当系统达到新的稳态后，

下述各量中保持不变的是：（ ）

A、转速n B、转速反馈系数Un C、整流装置输出空载电压Ud0 D、调节器输出电压Uct E、调节器输入偏差信号ΔUn

24、 采用PI调节器的带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统中，当电机发生堵转后，下面各等式中成立

的是：( )

3

A、n = 0 B、Ud0 = Iabl R C、Uct = 0 D、Id = Iabl E、ΔUn = Un*

25、 采用PI调节器的电压负反馈单闭环调速系统中，如给定电压不变，而负载改变，当系统重新稳定后，

保持不变的量是：（ ）

A、 转速 B、电压反馈信号 C、调节器输出电压 D、整流装置输出端电压 E、调节器输入偏差信号 26、在下述调速系统中，能消除负载变化而产生的静差的系统是：( )

A、采用比例—积分调节器的带电流截止负反馈的电压负反馈单闭环调速系统； B、采用比例调节器的转速负反馈单闭环调速系统； C、采用积分调节器的电压负反馈单闭环调速系统；

D、采用比例—积分调节器的转速负反馈单闭环调速系统。

三、 综合题

1、如图1所示为转速负反馈调速系统结构图。若给定电压Un*不变，调节电位器Rw2使反馈电压Un增加一倍。问： R1 ～ Rw3

*R0 U nRw1 － Uct α M = ＋ GT

Un R0

＋ RW2 TG = 单闭环调速系统结构图 1． 电动机转速n怎样变化？

2． 静态转速降如何变化？ 3． 对系统的稳定性有什么影响？ 4． 若系统稳定性下降，可调节哪些参数来提高系统稳定性？为什么？ 5． 设α＝Un / n，Ks=Udo / Uct。画出系统的静态结构图，并写出其静特性。

解：1、调节给定电压Un*及转速反馈系数α均可改变电动机转速，调节Rw2实际是调节转速反馈系数α

（1分）。根据n?KK?RId，其中K?ps（1分）。当反馈电压Un增加一

CeCe(1?K)Ce(1?K)KpKsU?n?倍，即α增加一倍，转速下降，约为原转速的1/2（1分）。

1、 静态速降?n?RId，Rw2使Un增加一倍，即K增大一倍，静态速降减小，如果K＞＞ 1时，静

Ce(1?K)1。 2态速降是调节前的

2、 K增大，则系统的稳定性将会降低。

3、 可以调节Rw3，使放大器的放大倍数减小，从而提高系统的稳定性。 4、 系统静态结构图如下：（4分） IdR － 1/Ce n

* Un Un － Kp Uct Ks Udo α 4