201112运动控制考试题答案

1、1、 直流电动机有三种调速方法： 降压调速、弱磁调速、能耗调速。2、 异步电动机调速方法常见有6种分别是：降电压调速转、差离合器调速、转子串电 阻调速、绕线转子电动机串级调速和双馈电动机调速 、变级对数调速、变压变频 调速。其中转差率不变型有: 变级对数调速 、变压变频调速，只有_变压变频调速_应 用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统。3、 对于SPWM型逆变器，SPWM的含义为正弦波脉宽调制，以正弦波作为逆变器输出的期 望波形，SPWM波调制时，调制波为 频率和期望波相同的正弦波，载波为频率比期望波高得 多的等腰三角波，SPWM型逆变器控制方式有同步调制、异步调制、 混合调制。4、 在转

2、速、电流双闭环调速系统中，出现电网波动时，电流ACR调节器起主要作用；出现负载扰动时，转速ASR调节器起主要作用。5、 对于异步电动机变压变频调速，在基频以下，希望维持 气隙磁通不变，需按比例同时 控制定子电压和定子频率，低频时还应当抬高电压以补偿 阻抗压降，基频以下调速属于 恒转矩调速；而基频以上，由于电压无法升高，只好仅提高 定子频率而迫使磁通减弱, 相当直流电动机 弱磁升速情况，基频以上调速属于 恒功率调速。6、 直流调速系统的理论依据nUd IdR；交流调速系统的理论依据n竺1-soCep7、 交一直一交电压型变频器的主要电路基本组成为 整流器、直流平滑电路、逆变器。&在交一直一交逆变

3、器中，直流侧所用滤波元件为大电容，因而_直流电压波形比较平直，在理想情况下世一个内阻为零的 恒压 源，称为 电压源 型逆变器，其输出交流电 压波形为 矩形波或 阶梯波。而直流侧所用滤波元件为大电感，因而滤波比较平直，相当于 恒流，称为 恒流源 型逆变器，输出交流电流波形是 矩形波或 阶梯波。9、SPWM型逆变器控制方式有三种：同步、异步_、分段。11、 直流电动机调压调速系统从供电的可控直流电源上可分为GM系统和（VM） 系统、（PWMM）系统。12、PI调节器的双重作用是指：一是比例部分 加快动态进程；二是积分部分最终消除偏 差。13、 转速电流双闭环直流调速系统之所以具有起动的快速性，是因

4、为在起动过程中ASR调节器输出提供最大电流给定，并由ACR调节器维持电流最大，从而使系统启动最快。14、控制系统的动态性能指标是指跟随指标和抗扰指标， 而调速系统的动态指标通常以 抗扰性能指标 为主。15、在两组晶闸管反并联可逆VM系统中，回路中传入电抗器的作用是（抑制瞬时脉 动环流）。16、 双击式控制的桥式可逆PWM变换器，在电动机停止时仍有（ 高频微振电流），起 着所谓“动力润滑”的作用。17、 交一直一交PWM电压型变频器，再生制动时需增设（制动回路） ,逆变器同时实 现 （调压）和（调频），而其动态响应不受中间环节的影响。18、SPWM型逆变器其输出的基波频率取决（正弦波（调制波）。

5、19、 交流电动机需要输入三项正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场， 而异步电动机有六拍阶梯波逆变器供电时， 其电压空间矢量运动轨迹是 封闭的正六边形。20、对异步电动机进行坐标变换时以产生同样的 旋转磁动势 为准则，其目的就是把异步 电动机动态模型加以简化。21、 为使异步电动机调速时具有高动态性能， 对其动态模型的控制可采用按 （转子磁链） 定向矢量控制系统，另外还可以采用按定子磁链控制的（直接转矩）控制系统。二、判断题80%是对的。三、简答题1、在变频调速系统中，为什么要进行电压频率协调控制？通常采用哪两种压频控制方 式？各适应什么类型负载？答：变频的同时变压，使m为恒定保持

6、带负载能力，通常选用的压频控制方式有：恒转矩调速和恒功率调速，基频以下为恒转矩调速，适合于转矩负载；基频以上为恒功率 调速，适合于功率负载。2、 在两组晶闸管反并联的可逆VM系统中，什么是环流？有几种不同性质的环流？并 说明其含义。答：如果两组装置的整流电压同时出现，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流，成为环流。在不同情况下，会出现下列不同性质的环流：1）静态环流。两组可逆线路在一定控制角下稳定工作时出现的环流，其中又有两类：a直流平均环流：由晶闸管装置输出的直流平均电压差所产生的环流称作直流平均环流。b瞬时脉动环流：两组晶闸管输出的直流平均电压差虽为零，但因电压波形不同，

7、存在瞬时的电压差，仍会产生脉动的环流，称作瞬时脉动环流。2）动态环流。仅在可逆VM系统处于过渡过程中出现的环流。3、转速电流双闭环调速系统，ASR有哪些作用？其输出限幅值应按什么要求来整定？ACR有哪些作用？其输出限幅值应如何整定？答：e.改造被控对象，加快电流跟随作用。4、 画出交一直一交电压型变频器主电路，并说明各部分功能。答：1）变流器，二极管整流器，它将工频交流电变成直流电。由于电压型变频器中大电容的存在，直流电压极 性不变，而且半导体元件的单方向导通性，直流电流方向不变，故对于大容量有再生制 动要求的场合，为实现功率方向可逆，可将两组晶闸管桥反并联构成可逆整流器。3）平滑回路，在整流

8、器后的直流电压中，含有脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电容和电感吸收脉动电压（电流）。5、转速电流双闭环调速系统稳定运行时，两个调节器的输入偏差是多少？他们的输出电 压是多少？为什么？答：稳态运行时，Un=0（转速无静差）ASR的输出电压BIdi;ASR的输入偏差为0, 输出电压：Ud0Cen+I.R CeUn/a+戶Uct=上匚 因为ASR和ACR均为PI调节器，其输出量的KsKsKssss稳态值与输入无关，由它后面的环节需要决定。6、转速负反馈单闭环无静差调速系统的稳态精度是否受给定电源和测速发电机精度的影 响？为什么？答：是的，稳态时，Un*=a

9、n,当Un*或a变，则n变，n为稳态速度。7、两组晶闸管反并联的可逆VM系统中，什么叫做环流？静态环流可分为哪几类？分 别采用何种方法抑制？答：1）不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流称为环流；2）直流环流和 瞬时脉动环流两种；3）直流平均环流课通过a=B配合控制抑制；瞬时脉动环流可通 过串接环流电抗器抑制。8请回答三相异步电动机应如何通过坐标变换等效成直流电机？答：以产生相同的旋转磁动势为原则，三相点击的电流iA,iB,iC,通过三相一二相变换，可以等效成两相静止坐标系下的等效电流i ,i;再通过按转子磁场定向的旋转变换，可 以等效成同步旋转坐标系下的直流电流iM,。iM相当于励磁

10、电流，iT相当于与转矩成正 比的电枢电流，从而构成等效的直流电机。9、 在转速、电流双闭环调速系统中，ASR输出限幅值的作用是什么？ACR俞出的限幅值 的作用又是什么？答：它决定了电流调节器给定电压的最大值；即电动机的最大电流，故其限幅值整定的大小完全取决于电动机的过载能力和系统的最大加速度的需要；电流调节器ACR勺输出 限幅电压UCtm，它限制了晶闸管整流器输出电压的最大值，故UCtm需满足触发器移相范围 的要求。10、简述基于稳态模型的转速闭环转差率控制系统的两条基本控制规律。答：1）在3sCDsm的范围内，转矩Te基本上与3s成正比，条件是气隙磁通不变；2在不同的定子电流值时，按下US=

11、 f（3I，Is）的函数关系控制定子电压和频率，就能保持 气隙磁通m恒定。四、分析题1、已知某调速系统原理如图所示：1）当移相控制电压UCt为正时，在上图标出ASR和ACR勺输入及输出信号极性。2）系统启动分为几个阶段？简要分析说明每段电流反馈及转速反馈信号各有什么特点？3）某原因引起交流电网电压降低，分析系统的调节过程，并分析系统稳定后，整流电压Ud,电枢电流 ID及电机转速n的变化。解：1）个新号极性如图所示2）系统启动分三个阶段：第一阶段电流上升阶段。ASRB快饱和，电流快速上升至Idm由于电机惯性，转速上升 缓慢。第二阶段恒流升速阶段。ASR饱和，Id恒定，转速恒加速上升。第三阶段转速

12、调节阶段。当转速上升到给定转速给定值时，ASR开始退出饱和；当Id= Idm时，即Te=TL转速n最大，随后n回落，进入转速调节阶段。3）当电网电压下降时，电流内环起主要的及时抗扰作用，转速环也有一定抗扰作用，打 到新的稳态时，Id不变，n不变，U变大。2、在转速电流双闭环直流调速系统中如下图，ASR和ACR均采用PI调节器，抑制电动 机额定参数UOMInom, nnom, Ra,晶闸管触发与整流器放大系数Ks和内阻Rec，电动机的允 许过载倍数为入=1.51）如系统在额定情况下稳定运行，转速反馈线突然断线，系统的运行情况如何？写出此 时系统U*，UCt,Id, Ud和n的表达式。2）设系统拖

13、动恒转矩负载在额定情况正常运行，若因为某种原因励磁电流减少使磁通下降一半，系统工作情况如何变化？写出U*，UCt, Id, Ud和n在稳定后的表达式。3）系统在某一转速下带额定负载正常运行，电流反馈线突然断线，系统的运行情况如何变化？如系统最终仍趋于稳定，则稳定后系统的U*, UCt, Id, Ud和n比原来有何变化？ 解：1）若系统在额定情况下正常运行，则有U*= U, U*= U ,且极性相反，转速反馈断 线，U = 0，ASR只有输入U*而使其很快进入饱和，输出饱和值为Um*；ACR输出UCt上升 达到限幅值UCtm，Id上升，TeTL,电机加速，n上升，电动势E上升。最后稳定下来，Id

14、=K U * -I R,*. *. .s ctm dLIdL，U = Utm，UCt= Uctm，Ud= KsUCtm，nCe2）系统在额定情况下正常运行，n = nnom，Id=Inom，若磁通减少一半，E = K n下降，Id和U随之增加，但UI*未变，ACF作用下使Ud，UCt下降以维持ld=lnom暂时不变，Te=Kn Inom下降原来一半，拖动恒转矩负载 TL不变TeTL，n和U下降，因U*未变，ASR以饱和限幅值Um*输出，在ACR勺作用下，电流上升至Idm=1.5 Inom并维持不变，Te因电流变大，只能* *为原转矩的0.5 1.50.75，小于负载转矩 TL，电动机降速直至为

15、0,这时，U = Utm，IdUCt= Ud/Ks=1.51norR/Ks。3）若电流反馈断线，则因U = 0，U*未变使ACRfi和，UCt= Uctm，Ud,Id，n,U上升。 但U*未变，使U*下降。由于ASM自动调整作用，在系统最后稳定后，Id，n，UCt，Ud都不变，只有U*下降为0.3、双极式可逆PWM变换器的主电路如下图，设直流电动机的负载较重，分析并回答以下 问题：1） 根据各开关及续流二极管在一个开关周期的导通状况，分析电动机正向运行原理和反 向运行原理，并在图中标出点数电流回路方向。2）画出电动机正向运行时输出电压 UAB及电枢电流Id的波形。3）写出平均输出电压 ,B及占

16、空比 的表达式4）如何控制电动机的转速和转向？5）如何防止上下两开关器件直通？解：书上1 4页图1 - 1 8及下面文字五、计算题1、单闭环转速负反馈系统如下图，已知电动机参数Pnom= 2.5KW, lkm= 220V, lnom= 15A,nnom= 1500r/min，艮=2，整流装置内阻R = 1，触发器一晶闸管变流环节放大倍数K. = 30,要求调速范围D = 20,静差率S = 10%，试求：1）画出系统的静态结构图。2）推导出系统的静特性方程。3）电动机的电势常数Ce=?4）闭环系统的开环放大倍数K。5） 当转速n = 1000r/min时，给定电压U = 20V（Un= Un）

17、求转速反馈系数。答：书上51页课后题1-10(T1S+1)(T2S+1)(T3S+1)(T4S+1)K1= 2,T1= 0.4s,T2= 0.08s,T3= 0.01s,T4= 0.005s。要求阶跃输入时系统超调量% 5%。求：分别I、PI和PID调节器矫正成典型I型系统，试设计各调节器参数并计算调节时间ts。色答：1）用I调节器校正时，调节器传函为，w =7=Idm= 1.5Inom，Ud= I dnR = 1.5Inom2、设某控制系统被控对象的传递函数为:K-；式中:按典型I型系统校正，校正后开环传递函数为W(s)KiK1s Ts 1Ks仃s 1)式中T T1T2T3T40.5sKi2

18、K1T 2 2 0.50.5，调节时间ts6T 6 0.5s 3s则按典型I型系统校正后系统开环传递函数为2K1T 2 20.02S0.08S调节时间ts6T 60.02S0.12S比较采用不同调解器的ts，可见用PID调节器矫正效果最好3、被控对象的传递函数为Wj(S)=K1；式中，K=2厂(T1S+1)(T2S+1)(T3S+1)(T4S+1)=0.4S;T2=0.08S；T3=0.015S; T4=0.005S。要求阶跃输入时系统的超调量% 5%试分别用PI和PID调节器校正成典型I系统，并设计各调节器参数并计算调节时间tSo解：与第2题类似用I和PI调节器将其校正为典型I型系统，试求各调节器的结构和参数，并计算调 节时间。解：1)可用PI调节器进行校正，其传函为Wpt(s)=kpt(1S 1)1S校正后应有笑*J(0.25S1)(0.05S1)1SS(TS1)由此可知10.25，T=0.05S取KT = 0.5，可得K = 100)用PI调节器校正时，调节器的传递函数为：WPT(S)KPI取1 T1 0.4s，并将T2、T3、T4看成小时间常数，令T T2T3T40.08S0.015S0.005S0.1S则按典型I型系统校正时系统开环传函为is11SW(S)KptK11