电力拖动自动控制系统太原理工大学考试知识点总结

第一章绪论

1、电力拖动实现了电能与机械能之间的能量变换。

2、运动控制系统由电动机（直流、交流感应、交流同步）、功率放大与变换装置（电机、电磁、电流电子型）、控制器（模拟、数字）及相应的传感器构成。

3、通常在额定转速以下采用恒磁通控制，额定转速以上采用弱磁控制。

4、三种典型的负载类型：恒转矩负载、恒功率负载、风机泵类负载。

第二章转速反馈控制的直流调速系统

1、直流电动机的稳态转速：

Φ

-

=

e

K

IR

U

n

φ励磁磁通Ke电机结构决定的电动势常数

由此可知，三种调节电动机转速的方法：（1）调节电枢供电电压；（2）减弱励磁磁通；（3）改变电枢回路电阻。

2、可控直流电源有两大类：相控整流器、直流脉宽变换器。

或者晶闸管整流器-电动机系统、直流PWM变换器-电动机系统。

3、V-M系统如何调速？通过调节触发装置GT的控制电压Uc来移动触发脉冲的相位，改变可控整流器平均输出直流电压Ud，实现平滑调速。

Ud=KsUc Uc、Ud呈线性关系

4、电流脉动连续：主电路有足够大的电感量、电动机负载电流足够大。

电流脉动断续：反之。

5、抑制电流脉动的措施：（1）增加整流电路相数，或采用多重化技术；

（2）设置电感量足够大的平波电抗器。

6、V-M系统在电流断续时的机械特性的特点是：机械特性很软，而且呈显著的非线性上翘，使电动机的理想空载转速很高。断续连续分界线：θ=2π/3

7、晶闸管触发与整流装置可看成纯滞后环节，滞后效应由晶闸管的失控时间引起，最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，与交流电源频率和晶闸管整流器的类型有关。

8、PWM变换器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。

9、比例控制的直流调速系统可以获得比开环调速系统硬的多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此，需设置电压放大器和转速检测装置。

10、PWM调速系统的可逆和不可逆的区别：直流PWM调速系统的不可逆电路电流、转速不能反向，可逆反之。

11、反馈控制规律：

（1）比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统

（2）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动, 服从给定

（3）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度

其中：比例控制反馈控制系统的开环放大系数值越大，系统的稳态性能越好。反馈控制系统具有良好的抗扰性能，它能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用（设计时仅考虑负载扰动就好），对于给定作用的变化唯命是从。

12、

13、有静差和无静差的区别：在采用比例调节器的调速系统中，只能减小稳态误差而不能消除它，叫有静差控制系统。（根本原因：Uc=Kp△Un,电动机一直运行，控制电压Uc和转速偏转电压△Un就一直存在）积分调节器可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，从而实现无静差调速。

可知，比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史（积分调节器到稳态时ΔUn =0，只要历史上有过ΔUn ，其积分就有一定数值，足以产生稳态运行所需要的控制电压）

14、在无静差调速系统中，Un 保持不变，突加负载后进入稳态时，整流装置的输出电压Ud 增加，转速n 不变（n 下降后又回升）。

15、比例控制的调速系统是0型系统，积分控制、比例积分控制的调速系统是Ⅰ型系统。

16、三种测速方法

（1）M 法测速

原理：记取一个采样周期内旋转编码器发出的脉冲个数来算出转速的方法称为M 法测速，又称频率法测速。（适合高速）

r/m in 601c ZT M n = 分辨率c c c ZT ZT M ZT M Q 6060)1(6011=-+=

M 法的测速误差率的最大值为

%100M 1%100ZT M 60 ZT )1M (60 ZT M 601

c 1c 1c 1

max ?=?-=δ

（2）T 法测速

原理：T 法测速是测出旋转编码器两个输出脉冲之间的间隔时间来计算转速，又被称为周期法测速。与M 法测速不同的是： T 法测速所计的是计算机发出的高频时钟脉冲的个数，以旋转编码器输出的相邻两个脉冲的同样变化沿作为计数器的起始点和终止点。（适合低速）

026060t f n ZT ZM == )1(6060)1(602202020-=--=M ZM f ZM f M Z f Q

Zn f Zn Q -=0260 0022max 0226060 (1)1100%100%601

f f Z M ZM f M ZM δ-=?=?-

（3）M/T 法测速

原理：关键是和计数同步开始和关闭，实际的检测时间与旋转编码器的输出脉冲一致，能有效减小测速误差。采样时钟Tc 由系统的定时器产生，其数值始终不变。检测周期由采样脉冲Tc 的边沿之后的第一个脉冲编码器的输出脉冲的边沿来决定，即T= Tc –ΔT1+ ΔT2 。 （无论在高速还是在低速时都具有较高的分辨能力和检测精度。） 210ZM M f 60n = c ZT 60Q = 测速误差率：%1001M 12?-

第三章 转速、电流反馈控制的直流调速系统

1、双闭环直流调速系统的静特性

转速调节器ASR 的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR 的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压，当调节器饱和时，输出达到限幅值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和； 当调节器不饱和时，PI 调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。 对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况，电流调节器不进入饱和状态 。

2、在双闭环直流调速系统静特性的平直段和下垂段，ASR 和ACR 分别工作在线性状态还是限幅状态？

答：（AB 段是两个调节器都不饱和时的静特性，Id

n=n0。BC 段是ASR 调节器饱和时的静特性，Id=Idm,

n

平直段：ASR 、ACR 都为线性状态。

下垂段：ASR 为限幅状态、ACR 为线性状态。

3、在转速，电流双闭环调速系统中，如果负载减小，转速调节器的输出减小，电流调节器输出减小。

4、转速、电流反馈控制的直流调速系统的起动

（1）t2-t3区间，转速为什么还上升，

t3以后为什么转速会下降？

（2）起动过程第二阶段，为什么会有

Id略小于Idm？

答：（1）n上升到了给定值n*，ΔUn=0。

因为Id>Idm，电动机仍处于加速过程，

使n超过了n* ，称之为起动过程的转

速超调。转速到达峰值，在t3~t4时间

内，Id

到稳定。

（2）对斜坡扰动无法消除静差，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它是一个线性渐增的斜坡扰动量，系统做不到无静差，而是Id略低于Idm。

5、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。

6、动态抗扰性能分析

（1）抗负载扰动：负载扰动作用在电流环之后，只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。在设计ASR时，要求有较好的抗扰性能指标。

（2）抗电网电压扰动：电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，使抗扰性能得到改善。在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速变化会比单闭环系统小得多。

7、转速调节器的作用：（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速很快地跟随给定电压变化, 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。

电流调节器的作用：（1）在转速外环的调节过程中，使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

（3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流。（4）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，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。

8、典型Ⅰ型系统 传递函数：)1()(+=Ts s K

s W

稳定条件：T c 1

<ω

K 值越大，截止频率ωc 也越大，系统响应越快，相角稳定裕度

γ

越小，快速性与稳定性之间存在矛盾。

典型Ⅱ型系统 开环传递函数)1()1()(2++=Ts s s K s W τ 中频宽12ωωτ==T h

为了使系统稳定，开环截止频率ωc 应满足的条件是11

c T T τωτ><<或

第四章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统

1、桥式可逆PWM 变换器输出电压极性是双极性。

2、直流PWM 功率变换器能量回馈

（1）图中R0的作用是什么？

（2）泵升限制电路在什么情况下起作用？

（3）交流进线电抗器起什么作用？

答：（1）在突加交流电源时，大电容量滤波电容C相当于短路，会产生很大的充电电流，容易损坏整流二极管。为了限制充电电流，在整流器和滤波电容之间串入限流电阻。

（2）当可逆系统进入制动状态时，直流PWM功率变换器把机械能变为电能回馈到直流侧，由于二极管整流器导电的单向性，电能不可能通过整流器送回交流电网，只能向滤波电容充电，使电容两端电压升高，称作泵升电压。

（3）减小电流纹波，消除谐波。

第五章基于稳态模型的异步电动机调速系统

1、交流拖动控制系统的应用领域：一般性能调速和节能调速、高性能的交流调速系统、特大容量、极高转速的交流调速。

2、异步电动机调速系统分类：转差功率消耗型调速系统、转差功率回馈型调速系统、转差功率不变型调速系统。

3、稳态等效电路描述了在一定的转差率下电动机的稳态电气特性，机械特性表征了转矩与转差率或转速的稳态关系。

4、异步电动机调压调速方法属于转差功率消耗型，这种调速方法适用的负载类型是风机类负载，对于恒转矩的负载，为了扩大调速范围，可以采取的办法是增加转子电阻值，可使临界转差率增大，从而扩大范围。

5、基频以下调速（恒转矩调速方式） 当异步电动机在基频（额定频率）以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁通过大，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电机。最好是保持每极磁通量为额定值不变。 基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。

电动势值较高时，忽略定子电阻和漏感压降

g s E U ，恒压频比的控制方式。

低频补偿（低频转矩提升）

低频时，定子电阻和漏感压降所占的份量比较显著，不能再忽略。人为地把定子电压抬高一些，以补偿定子阻抗压降。负载大小不同，需要补偿的定子电压也不一样。 转差功率不变型 恒压频比控制特性

基频以上调速（近似的恒功率调速方式）

在基频以上调速时，频率从向上升高，受到电机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变。这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。

6、基频以下电压补偿控制

a ）恒压频比控制Us/w1

b ）恒定子磁通控制φms

c ）恒气隙磁通控制φm

d ）恒转子磁通控制φmr

简述各种控制方式的特点：

（1）恒压频比控制最容易实现，它的变频

机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。

（2）恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。恒定子磁通和恒气隙磁通的控制方式虽然改善了低速性能。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。

7、如果三相异步电动机三相电压是按照正选规律变化的，则合成电压空间矢量Us 的运动端点的轨迹、幅值、旋转速度是什么？如果三相异步电动机是由六阶梯波逆变器供电时，合成电压空间矢量的运动端点的轨迹是什么？

答：轨迹是圆，以电源角频率为角速度作恒速旋转的空间矢量，幅值为相电压幅值的32倍， 在一个周期内，6个有效工作矢量顺序作用一次，定子磁链矢量是一个封闭的

正六边形。

8、转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统中，转差频率控制的基本概念及规律是什么？

答：定义转差角频率 1s s ωω=

电磁转矩2'2''2)(lr s r r s m

m e L R R ΦK T ωω+=

转差率s 较小，转矩可近似表示2's e m m

r T K ΦR ω≈

在保持气隙磁通不变的前提下，可以通过控制转差角频率来控制转矩，这就是转差频率控制的基本思想。

规律：（1）转矩基本上与转差频率成正比，

条件是气隙磁通不变，且sm s ωω≤

（2）在不同的定子电流值时，按定子电

压补偿控制的电压–频率特性关系控制定子电

压和频率，就能保持气隙磁通恒定。

高频呈线性，低频非线性。

第六章 基于动态模型的异步电动机调速系统

1、坐标变换：三相两相变换、静止两相旋转正交变换

2、异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。

3、矢量控制基本思想：通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型。 仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩与

磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。