电力拖动自动控制系统-运动控制系统(2) 试题答案

1、2020学年冬季学期试卷B课程名：运动控制系统（2）课程号：09365149学分：3应试人声明：我保证遵守学生手册中的考场规则，如有考试违纪、作弊行为，愿意接受学生考试违纪、作弊行为界定及处分规定的纪律处分。题号一二三四五六七八九得分应试人学号应试人所在院系应试人、简答题（本大题共6小题，每小题6分，共36分）1.为了实现电磁转矩解耦控制，异步电动机调速过程中往往采用恒定磁通控制方式。请画出三种不同恒定磁通控制方式下的机械特性曲线，依据转矩变化分析这三3.4.写出恒功率约束条件下合成电压矢量表达式，画出某一时刻u0、u0、AOBOu0时各相电压矢量和合成矢量。（6分）屁）（画出三相电压2分，矢

2、量合成2分，共计4分）合成矢量表达式:u=、；2（u+ueji+uej绍）（2分）s3AOBOCO已知两相交流电流2、:，根据矢量图求出经过静止/旋转变换后的电流佇和仃写出静止到旋转变换的变换阵，当异步电机达到稳态时，且dq坐标系与旋转磁动势同步时，两个坐标系中电流的本质区别。（6分）条机械特性曲线的本质区别。（6分）答:解:（每条1分）a为恒定子磁通，b为恒气隙磁通，c为恒i=icosp+isinp卩（2分）i=-isinp+icospqa卩转子磁通，从转矩变化来看，恒定子磁通和恒气隙磁通的机械特性为非线性的，而恒转子磁通的机械特性为线性的。（每个各1分）2.异步电动机采用调压调速，画出在=

3、UN和=0.5UN时的机械特性，并分析带恒转矩负载工作时系统的稳定工作范围。（6分）icospsinpiidaCai-sinpcospi2s/2riqL卩匚卩（2分）静止两相坐标系中的电流为交流量，同步旋转dq坐标系中的电流为之流量,（2分）5下图为典型异步电动机转速开环恒压频比控制调速系统结构框图。简要说明各环节名称和主要功能。（6分）时系统的理定工作文字为公式、图表等；学生应使用水笔或圆珠笔答题。注：教:应使负载费0m0A:软起动环节，防止电机过流（2分）B:由频率根据电压频率关系得到定子电压，保证气隙磁通恒定（2分）C:PWM变频器，通过PWM控制得到变压变频交流电（2分）6.SVPWM

4、控制采用相邻两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，以期望电压矢量_tt位于第一扇区为例，电压矢量合成表达式为us_Tu1+Tu2。00（2）在不同的定子电流值时，按U_f（o,I）函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁s1s通恒定（2分）；在气隙磁通不变条件下，在的范围内，转矩T基本上与W成正比mssmes（2分）。UB、UC各相电压采用零矢量分布的实现方法，画出以000矢量为首发矢量的uA、波形（开关状态）并标出作用时间。（6分）答：（a或者b均可，波形3分，时间3分）1111uu1111:uu:0：1:2:7:2:1:0：000-100:110；111-110：100000：三、综合题（

5、共13分下图为交一直一交变频器主回路结构图，根据电压空间矢量合成Us的表达式uCL-04L.2t0L.1m2t_0r4*L-2bT二、综合题（共8分）异步电动机基于转速闭环转差频率控制的变压变频调速控制原理如下图。（1）画出恒气隙磁通控制时电机电磁转矩与转差频率间关系曲线（4分）;（2）写出转差频率控制的基本思想（4分）；osmosUs3UA+UbejY+UC*ej22）和三相开关状态函数（Sa,Sb,Sc）,可以得到8个基本电压空间矢量。（1）请画出各电压空间矢量的位置（3分）；（2）说明其开关状态并确定其幅值大小（10分）。(1)U4B(ej7U7C(ej22)2A(ejo)u6（3分）（

6、2）六个有效电压矢量uu的幅值为:-U（1分）；163d两个零矢量u0和笃的幅值为零（1分）；U1的开关函数为（100）,U2的开关函数为（110）,U3的开关函数为（010）。U4的开关函数为（011），U5的开关函数为（001），U1的开关函数为（101）,U0的开关函数为（000）,U7的开关函数为（111）。（每个开关函数为1分，共计8分）答（1）fc（1分）sm3/2变换旋辕变换2s/2r（1分）std妬dt/“m77AtTCD-s等效直流电动机模型（2分）四、综合题（共18分）按转子磁链定向的矢量控制系统是高动态性能的交流调速系统。（1）画出转子磁链定向旋转坐标系下等效的直流电动机

7、模型，论述矢量控制系统的基本思想。（8分）（2）分析转子磁链定向的作用，说明如何实现电磁转矩与转子磁链的控制。（5分）（3）按如下方程计算转子磁链，说明该模型属性、优点和适用转速范围。（5分）矢量控制系统的基本思想：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。（4分）（2）作用：通过按转子磁链定向将定子电流分解为励磁分量和转矩分量ist，使转子磁链仅由定子电流励磁分量产生，而电磁转矩正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积实现了定子电流两个分量的解耦

8、。（3分）说明：控制定子电流励磁分量控制转子磁链（1分）；控制定子电流转矩分量控制电磁转矩（1分）。（3）该模型为电压模型（1分），特点是该模型受电机参数变化影响小，算法简单，便于应用（2分）。适用于中高速（2分）。屮=lJ(uRi)dt_oLi心LsassQssQm屮=rJ(uRi)dtoLirPLsPssPssP五、综合题（共18分）直接转矩控制是继矢量控制之后的又一种高性能交流调速系统控制策略。（1）结合系统结构图论述直接转矩控制系统的基本工作原理（5）。（2）第1扇区的定子磁链与电压空间矢量图如图所示，定子磁链矢量覧1位于前30。，转子旋转速度与同向，忽略定子电阻压降对磁链幅值的影响，

9、并d假定电流的变化足够快，以电压矢量U为例分析电压矢量对定子磁链和电磁转矩的控制作用。（5分）（3）写出系统中AH这八个环节的名称（8分）;异步电动机直接转矩控制系统结构uu32uuub*u156u,u为零矢量07答：根据定子磁链幅值偏差（的正负符号）和电磁转据偏差（的正负符号）再依据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的控制。（2）当转子逆时针转动且定子磁链矢量v位于图示第I扇区前300时，电压矢量u的ds11轴分量大于零（1分），q轴分量也小于零（1分），所以施加u时，定子磁链幅值增大（11分），电磁转矩迅速减小后变负（2分）。（3）（各1分，共8分）模块A：转速调节器。模块B磁链调节器。模块C：给定转矩极性鉴别器。模块D：转矩调节器。模块E：电磁转矩计算模块。模块F：电压矢量选择模块。模块G：定子磁链计算模块。模块H：3/2变换模块。六、综合题（共7分）试就控制方法、系统性能比较直接转矩控制及矢量控制系统。性