《自动控制系统》课程考试.doc

《自动控制系统》试卷（A卷）答案及评分标准 1、答：虽然交流传动和直流传动是在19世纪中期先后诞生的，但由于直流电动机的电压、电流和磁通之间的耦合较弱，使直流电动机具有良好的机械特性和良好的控制性能，能够在大范围内平滑调速，启动、制动性能良好。（2分）由于这些优点，直流调速系统在20世纪70年代以前一直在高精度、大范围调速的传动领域内占据主要地位。交流电机虽然机械结构简单，但它是一多变量、非线性、强耦合的控制对象，使交流电机的控制相对直流电机较为复杂，实现高精度的控制较为困难，调速性能较差。随着生产的不断发展，直流调速的缺点薄弱环节逐步显示出来：直流电动机的主要弱点是换向，而机械式换向器的表面线速度及换向电流、电压均有一极限容许值，这就使单台电机的转速和功率受到约束，超过这一极限时只好采用多电机拖动方案，从而增加了电机制造的难度和成本，并使调速系统复杂化。在有些特高转速、特大功率的场合，则根本无法用直流拖动方案来实现。另外，换向器必须定期停机检修，运行中还要经常观察其火花情况，因此，在恶劣环境下，难以保证其安全可靠性。（3分） 20世纪70年代能源危机促使人们开始研究交流调速系统，由于现代控制理论、新型大功率电力电子器件、新型变频技术以及微机控制技术均在实际应用中取得了很大的进展，为交流调速技术的发展创造了坚实的物质基础。（2分）20世纪80年代起，交流调速技术取得了突破性的进展。由于交流电机结构简单，价格便宜，制造维修容易，结合新兴的电力电子技术，特别是变频和矢量控制技术的完善，很好的解决了交流调速存在的问题，交流电机在高速、大容量、恶劣环境可使用方面明显优于直流电机，交流调速进入了电气传动控制的各个领域，交流调速系统的开发和应用如日中天，交流调速逐步实现了宽地调速范围，高地稳态精度，快的动态响应以及在四象限可逆运行等良好的控制性能，从性价比上看，交流调速也逐渐优于直流调速系统。（2分）目前新的格局已经形成：交流调速系统上升到主导地位，交流调速技术逐步取代直流调速技术已成为不争的事实。（1分） 2、答：有环流系统优点：避免了电流的断续区，系统在正反向过渡过程中没有死区，提高了快速性（过渡平滑、反向快）；（2分）缺点：必须设置几个环流电抗器，增加了设备的投资。无环流系统的优点：从根本上切断了环流回路，安全可靠；缺点：对控制提出了更高的要求。（2分） 有环流系统适用于对快速性要求较高的可逆调速系统和随动系统；无环流系统适用于容量大并且对过渡特性的平滑性要求不高但安全性要求较高的系统中。（1分） 电枢可逆系统优点：电枢回路电感量小，时间常数小（约几十毫秒），正反向切换快速性好；缺点：要两套容量较大的晶闸管整流装置，投资较大，特别是大容量可逆系统时更为突出。（2分）磁场可逆系统的优点：激磁功率小，设备容量敫电枢可逆方案小的多，投资费用低，比较经济；缺点：激磁回路电感量大，时间常数大（约零点几秒、几秒、几十秒，控制线路复杂，必须保证在换向过程中当激磁磁通接近于零时，电枢供电电压为零，以防止电动机在反转过程中的飞车现象。（2分） 电枢可逆系统适用于频繁起制动、要求过渡时间短、中小容量的生产系统；磁场可逆系统适用于不要求快速正反转的大容量可逆系统中。（1分） 3、答：无环流逻辑控制器由电平检测、逻辑判断、延时电路、联锁保护四大环节组成。（3分）电平检测设有转矩极性鉴别器和零电流检测器，分别将电流给定的极性和电流“是零”或“非零”转换成“1”或“0”数字量，供逻辑判断使用。（3分）逻辑判断电路根据两个电平检测器的输出信号，经过逻辑运算后准确地发出切换信号UF和UR（即封锁原来工作组的脉冲、开放另一组脉冲的指令信号）。（3分）逻辑判断电路发出切换指令UF和UR后，送给延时电路，经过封锁延时和开放延时，执行切换指令。（3分）正常工作时，逻辑判断电路和延时电路的两个输出总是一个为“1”态，另一个为“0”态，一旦电路发生故障，如果两个输出同时为“1”态，则会使两组晶闸管同时开放而导致电源短路，延时电路后设置连锁保护电路可以避免两组晶闸管同时处于整流状态而造成电源短路事故。（3分） 4、答：变极对数调速：当定子频率f1一定时改变磁极对数来改变电机的同步速，从而达到调节电机转速的目的。（1分）（机械特性2分）（以下同） 调压调速：在负载转矩一定时，通过改变定子电压来调节电动机的转速。 转子串电阻调速：通过改变转子串接附加外加电阻从而改变转子电流，使转速改变的方法进行调速。 串级调速：对于绕线式异步电机，在其转子上串入与转子电势同频率的附加电势，通过改变附加电势的幅值和相位来实现调速。 变频调速：通过改变电机定子侧电源的频率来改变电机同步速实现调速。 5、答 ：恒压频比控制特点：（4分） （1）由最大转矩表达式知随的减小而减小,高频时，可以认为保持