2025年電力傳動(dòng)控制試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在直流調(diào)速系統(tǒng)中，采用電樞串電阻調(diào)速時(shí)，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，隨著串入電阻的增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速將（）。A.升高B.降低C.不變D.先升后降2.異步電機(jī)矢量控制的核心是通過坐標(biāo)變換將三相交流電流分解為（）。A.勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量B.有功分量和無功分量C.直軸分量和交軸分量D.零序分量和正序分量3.永磁同步電機(jī)（PMSM）采用id=0控制策略時(shí)，其電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為（）。（其中ψf為永磁體磁鏈，iq為交軸電流，p為極對(duì)數(shù)）A.T=1.5pψfiqB.T=1.5pψfidC.T=3pψfiqD.T=2pψf(id+iq)4.三相電壓型逆變器采用SPWM調(diào)制時(shí)，若載波比為101，調(diào)制波為50Hz正弦波，則逆變器輸出電壓的主要諧波頻率為（）。A.50HzB.5050HzC.5000HzD.101Hz5.在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)的主要作用是（）。A.抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)B.保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速性C.限制最大電流D.消除靜差6.異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）中，轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制通常采用（）。A.PI調(diào)節(jié)器B.滯環(huán)比較器C.前饋補(bǔ)償器D.模糊控制器7.對(duì)于采用IGBT的PWM整流器，若要實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)整流，需控制其交流側(cè)電流與電網(wǎng)電壓（）。A.同相位B.反相位C.超前90°D.滯后90°8.在無刷直流電機(jī)（BLDCM）控制中，通常采用（）換相方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)輸出。A.120°導(dǎo)通B.180°導(dǎo)通C.60°導(dǎo)通D.30°導(dǎo)通9.某三相異步電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1450r/min（電源頻率50Hz），其極對(duì)數(shù)為（）。A.1B.2C.3D.410.電力傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)中，調(diào)節(jié)時(shí)間ts通常定義為系統(tǒng)輸出進(jìn)入（）穩(wěn)態(tài)值范圍所需的時(shí)間。A.±1%B.±2%C.±5%D.±10%二、填空題（每空1分，共20分）1.直流電機(jī)的調(diào)速方法包括______、______和______。2.異步電機(jī)的調(diào)速方式可分為變極調(diào)速、______和______三大類。3.PWM控制技術(shù)的核心是通過______等效原理，用一系列等幅不等寬的脈沖來代替正弦波。4.矢量控制中，常用的坐標(biāo)變換包括______變換（將三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標(biāo)系）和______變換（將兩相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系）。5.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，速度環(huán)的給定信號(hào)通常由______環(huán)節(jié)產(chǎn)生，以限制動(dòng)態(tài)過程中的最大加速度。6.永磁同步電機(jī)按轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)可分為______和______兩類，其中______電機(jī)的弱磁能力更強(qiáng)。7.逆變器的死區(qū)時(shí)間設(shè)置過大會(huì)導(dǎo)致______，過小則可能引起______。8.無速度傳感器控制技術(shù)通過檢測(cè)電機(jī)的______或______信號(hào)，結(jié)合觀測(cè)器算法估算轉(zhuǎn)速和位置。9.電力傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析通常采用______法（如伯德圖、根軌跡）或______法（如李雅普諾夫穩(wěn)定性判據(jù)）。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述V/F控制與矢量控制的主要區(qū)別，并說明各自的適用場(chǎng)景。2.分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)和速度環(huán)的設(shè)計(jì)順序及原因。3.解釋永磁同步電機(jī)（PMSM）弱磁控制的原理，并說明其在高速運(yùn)行中的作用。4.列舉三種常見的電力電子變換器拓?fù)洌ㄓ糜陔娏鲃?dòng)），并簡(jiǎn)述其功能。5.說明無刷直流電機(jī)（BLDCM）與永磁同步電機(jī)（PMSM）在控制策略上的主要差異。四、分析計(jì)算題（每題10分，共20分）1.一臺(tái)他勵(lì)直流電機(jī)，額定參數(shù)為：PN=15kW，UN=220V，IN=78A，nN=1500r/min，Ra=0.2Ω。（1）計(jì)算電機(jī)的額定勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)EN；（2）若保持勵(lì)磁不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的80%，電樞電壓降至180V，求此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（假設(shè)電樞電流與轉(zhuǎn)矩成正比）。2.一臺(tái)三相異步電機(jī)，額定功率PN=30kW，額定電壓UN=380V（Y接），額定頻率fN=50Hz，額定轉(zhuǎn)速nN=1470r/min，定子電阻Rs=0.15Ω，轉(zhuǎn)子電阻折算值Rr'=0.2Ω，定子漏感Ls=1.2mH，轉(zhuǎn)子漏感折算值Lr'=1.2mH，互感Lm=35mH。（1）計(jì)算電機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率sN；（2）采用矢量控制時(shí)，若設(shè)定直軸電流id=0，交軸電流iq=50A，求此時(shí)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（極對(duì)數(shù)p=2）。五、綜合應(yīng)用題（20分）設(shè)計(jì)一個(gè)基于DSP（TMS320F28335）的永磁同步電機(jī)（PMSM）調(diào)速系統(tǒng)，要求：（1）畫出系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖（需標(biāo)注主要模塊）；（2）簡(jiǎn)述軟件控制流程（包括初始化、主循環(huán)、中斷服務(wù)程序）；（3）說明需要重點(diǎn)考慮的抗干擾措施。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.A3.A4.B5.C6.B7.A8.A9.B10.C二、填空題1.電樞串電阻調(diào)速；降低電樞電壓調(diào)速；減弱勵(lì)磁調(diào)速2.變頻調(diào)速；變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（或轉(zhuǎn)子串電阻、調(diào)壓調(diào)速等）3.面積4.Clark；Park5.轉(zhuǎn)速給定積分（或斜坡給定）6.表貼式（SPM）；內(nèi)置式（IPM）；內(nèi)置式7.輸出電壓畸變；上下橋臂直通（或開關(guān)管損壞）8.端電壓；電流（或反電動(dòng)勢(shì)、磁鏈）9.頻域；時(shí)域三、簡(jiǎn)答題1.區(qū)別：V/F控制通過保持電壓與頻率的比值恒定實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)調(diào)速，屬于標(biāo)量控制，動(dòng)態(tài)性能較差；矢量控制通過坐標(biāo)變換將交流電機(jī)等效為直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流與轉(zhuǎn)矩電流的解耦控制，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。適用場(chǎng)景：V/F控制適用于對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合（如風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載）；矢量控制適用于需要快速響應(yīng)和高精度調(diào)速的場(chǎng)合（如機(jī)床、機(jī)器人）。2.設(shè)計(jì)順序：先設(shè)計(jì)電流環(huán)，再設(shè)計(jì)速度環(huán)。原因：電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，響應(yīng)速度快，用于限制最大電流、抑制電源擾動(dòng)；速度環(huán)作為外環(huán)，通過調(diào)節(jié)電流給定值間接控制轉(zhuǎn)速，需基于電流環(huán)的動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)，以保證系統(tǒng)整體穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能。3.原理：永磁同步電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)隨轉(zhuǎn)速升高而增大，當(dāng)超過直流母線電壓時(shí)，需通過注入直軸去磁電流（id<0）削弱氣隙磁鏈，降低反電動(dòng)勢(shì)，擴(kuò)大調(diào)速范圍。作用：實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速，使電機(jī)在高速區(qū)仍能輸出足夠轉(zhuǎn)矩，擴(kuò)展運(yùn)行范圍。4.拓?fù)浼肮δ埽孩偃鄻蚴秸髌鳎簩⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電，為逆變器提供直流母線電壓；②電壓型逆變器（VSI）：將直流電轉(zhuǎn)換為可調(diào)頻調(diào)壓的交流電，驅(qū)動(dòng)交流電機(jī)；③矩陣變換器：直接實(shí)現(xiàn)交-交變換，無需中間直流環(huán)節(jié)，功率密度高。5.差異：BLDCM采用方波驅(qū)動(dòng)，通過霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，實(shí)現(xiàn)120°導(dǎo)通控制，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大；PMSM采用正弦波驅(qū)動(dòng)，需精確轉(zhuǎn)子位置（通過編碼器或觀測(cè)器），采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制，轉(zhuǎn)矩更平穩(wěn)，適用于高精度場(chǎng)合。四、分析計(jì)算題1.（1）額定勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)EN=UN-INRa=220-78×0.2=204.4V（2）額定轉(zhuǎn)矩TN=9550×PN/nN=9550×15/1500=95.5N·m負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=0.8TN=76.4N·m，電樞電流I=0.8IN=62.4A轉(zhuǎn)速n=(U-IRa)/KeΦ，其中KeΦ=EN/nN=204.4/1500≈0.1363V·min/rn=(180-62.4×0.2)/0.1363=(180-12.48)/0.1363≈167.52/0.1363≈1229r/min2.（1）同步轉(zhuǎn)速n1=60f/p，由nN=1470r/min接近1500r/min（p=2時(shí)n1=1500r/min），故p=2轉(zhuǎn)差率sN=(n1-nN)/n1=(1500-1470)/1500=0.02（2）電磁轉(zhuǎn)矩T=1.5pLm(iqψf-idψr)，因id=0且ψr≈Lmiq（忽略漏磁），則T=1.5pLmiq2但更準(zhǔn)確的PMSM轉(zhuǎn)矩公式為T=1.5p(ψfiq+(Ld-Lq)idiq)，本題中id=0，故T=1.5pψfiqψf≈Lm×(額定勵(lì)磁電流)，但異步電機(jī)矢量控制中，ψr=Lm(isαcosθ+isβsinθ)，此處假設(shè)為PMSM則ψf為永磁磁鏈。若按異步電機(jī)矢量控制，電磁轉(zhuǎn)矩T=(3p/2)(Lm/Lr')ψriq已知Lr'=Lm+σLr（σ為漏磁系數(shù)），但本題簡(jiǎn)化計(jì)算：T=(3p/2)(Lm/Lr')ψriq，ψr=Lmisd（id=isd），但id=0時(shí)ψr=0？可能題目應(yīng)為PMSM，故正確公式T=1.5pψfiq。假設(shè)ψf=Lm×(額定電流)，但更直接的方法：異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩T=(3p/2)(ωs/ω1)ψriq，其中ωs為轉(zhuǎn)差角頻率，ω1=2πf=314rad/s，ωs=sω1=0.02×314=6.28rad/sψr=Lmisd/(1+s2(ω1Lσr/Rr')2)，但id=0時(shí)isd=0，ψr=0，矛盾?？赡茴}目存在表述問題，正確應(yīng)為PMSM，此時(shí)T=1.5×2×ψf×50。若ψf=0.15Wb（假設(shè)），則T=1.5×2×0.15×50=22.5N·m（具體數(shù)值需根據(jù)參數(shù)修正，此處為示例）。五、綜合應(yīng)用題（1）硬件架構(gòu)圖：電源模塊（AC-DC整流+濾波）→DSP控制板（TMS320F28335核心、時(shí)鐘電路、JTAG接口）→驅(qū)動(dòng)電路（隔離驅(qū)動(dòng)芯片如IR2110）→IGBT逆變器→PMSM（帶編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器）→檢測(cè)電路（電流采樣電阻、電壓霍爾傳感器、溫度傳感器）→保護(hù)電路（過流、過壓、過熱保護(hù)）。（2）軟件控制流程：①初始化：配置GPIO、ADC、ePWM、eQEP模塊；讀取編碼器初始位置；設(shè)置控制參數(shù)（PI參數(shù)、限幅值）。②主循環(huán)：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)狀態(tài)（溫度、電壓）；接收上位機(jī)指令（目標(biāo)轉(zhuǎn)速）；調(diào)用轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器，輸出q軸電流給定iq；id=0（id=0控制）。③中斷服務(wù)程序（如10kHz定時(shí)器中斷）：-采樣三相電流（ADC轉(zhuǎn)換）；-Clark變換（iα,iβ）；-Park變換（id,iq）；-電流PI調(diào)節(jié)（輸出