运动控制系统期末复习试题[直流部分]

运动控制直流部分复习题
一、填空：
1. 调速系统的稳态性能指标主要是指和静差率。

2. 采用V-M系统，当系统处于深调速状态时，功率因数将较。

3. 直流调速系统中，晶闸管触发和整流装置的传递函数可近似成环节，
时间常数称为。

4. 晶闸管-电动机转速、电流双闭环调速系统中，环为内环，环为
外环。

5. 双惯性环节校正成典型Ⅰ型系统，引入的调节器是调节器。

6 直流调速的方法包括改变电枢回路电阻调速、调速和减弱磁通调速。

7．闭环调速系统对于_ 的扰动具有抑制作用，而对于_ _的扰动则无能为力。

8．转速、电流双闭环调速系统中，调节_ _的限幅值可以调节系统最大电流；调节_ _的限幅值可以调节UPE的最大输出电压。

9．双极性直流PWM变换器的占空比，当时，输出平均电压为正，要使输出平均电压为负，应使。

二、选择题
1.下列说法正确的是（）
A 积分调节器的输出决定于输入偏差量的历史过程。

B 比例控制可以使系统在偏差电压为零时保持恒速运行。

C 比例调节器可以实现无静差。

D 采用积分调节器动态相应快。

2.双闭环调速系统中电流调节器具备的作用为（）
A 对负载变化起抗扰作用。

B 对电网电压波动起及时抗扰作用。

C 输出限幅决定允许的最大电流。

D 使转速跟随转速给定电压变化。

3.双闭环调速系统中转速调节器不具备的作用为（）
A 对负载变化起抗扰作用。

B 对电网电压波动起及时抗扰作用。

C 输出限幅决定允许的最大电流。

D 使转速跟随给定电压变化。

4.在工程设计中，如果将系统校正成典型Ⅰ型系统的过程，KT值取为（）时为无超调。

A 0.25
B 0.5
C 0.75
D 1.0
5. 采用工程设计法的双闭环直流调速系统中，电流环设计成典型（）型系统，引入的电流调节器为（）调节器。

A Ⅰ PI
B Ⅱ PI
C Ⅰ P
D Ⅱ P
6. G-M直流调速系统中的G指的是哪一种直流电源（）。

A 直流发电机；
B 静止整流器；
C 脉宽调制电源；
D 以上情况均可能。

三、分析与简答
1.在调速系统中，为什么在开环系统中晶闸管整流装置的控制电压前面没有加放大器，而在闭环之后要添加放大器？
2. 双闭环调速系统中，电流调节器的作用各是什么？
3.采用双极型PWM变换器的调速系统，当电动机停止时，电枢电流是否等于零，为什么？
4. 假设某转速单闭环调速系统的电源电压突然降低，则该调速系统将如何进行
调节，请结合稳态结构图加以说明。

5. 转速、电流双闭环直流调速系统设计后，ASR限幅对应1.5倍额定电流，但是
在空载额定励磁稳速运行时突加额定转矩负载，转速不能回到给定转速，请分析原因？
6. 在转速、电流双闭环直流调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。

当系统
带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，试分析系统进入稳态后调节器、转速、电枢电流的情况。

7. 写出直流电动机反馈闭环调速系统的临界放大系数表达式，并请说明表达式中各个参数含义。

8. 请写出双闭环调速系统起动过程的三个特点。

9. 请简述H型双极式PWM变换器的缺点。

四、设计题
1、某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：
直流电动机220V、136A、1460r/min，C e=0.132Vmin/r，允许过载倍数λ=1.5。

晶闸管装置放大系数40。

电枢回路总电阻0.5Ω。

时间常数T l=0.03s，T m=0.18s。

电流反馈系数β=0.05V/A（≈10V/1.5I N），转速反馈系数α=0.007Vmin/r
（≈10V/n N ）。

将电流环校正成典型Ⅰ型系统，取KT=0.5；将转速环校正成典型Ⅱ型系统，取h=5。

电流环滤波时间常数0.002s ；转速环滤波时间常数0.01s 。

请选择并设计各调节器参数。

2、有一转速、电流双闭环调速系统,已知电动机参数为：P N =5.5kw ，U N =220V ，I N =28A ，n N =1490 r/min ，电枢回路电阻R=0.8Ω,允许电流过载倍数λ=1.8，电磁时间常数T L =0.048s ，机电时间常数T m =0.185s ，主电路采用三相桥式整流电路，触发整流环节的放大倍数Ks=35，整流电装置内阻R res =1.3Ω，平均失控时间常数T s =0.0017s,最大输入、输出电压均为10V ，电流反馈滤波时间常数T oi =0.002s ，转速反馈滤波时间常数T on =0.015s 。

（1）计算电流反馈系数β，转速反馈系数α。

（2）按典型I 型系统设计电流调节器结构和参数，其中KT=0.5。

（3）按典型II 型系统设计转速调节器，其中h=5，选择调节器结构并
计算参数。

(计算时小数点后保留3位，若数值较小时，应保留三位有效位)（19分）
3、转速单闭环控制系统如下图所示，已知数据如下：电动机：kW P N 10=，
V U N 220=，A I N 55=，min /1500
r n N =，Ω=5.0a R 。

整流装置内阻Ω=3.0rec R ,触发整流环节的放大倍数35=s K 。

最大给定电压V U nm 8*=，当主电路电流达到最大值时,整定电流反馈电压V U im 8=。

设计指标：要求系统满足调速范围25=D ，静差率%10≤s 。

1. 计算C e ，额定负载时，开环系统的稳态速降Δn op ，满足静差率要求
时， 闭环系统的稳态速降Δn cl 及闭环系统的开环放大系数K 。

2. 转速反馈系数α，调节器放大系数p K 。

3. 定性画出当N d I I ≤时，N n n U α=*和N n n U α2
1*=的闭环静特性。

4．系统是否有静差？若有静差，应采取何种实际可行的措施消除静差。

(计算时小数点后保留3位，若数值较小时，应保留三位有效位)（15分）
M TG UPE A U n *
ΔU n U c U d U tg U n
I d
n
~
六、按下述两种情况定性分析转速、电流双闭环直流调速系统的转速和电流的变化规律，两个调节器的输出与控制作用，定性画出转速、电流的过渡曲线：① 负载电流为dL I 时，突加给定的起动过程，设最大电枢电流为dm I ；
② 系统稳定后，负载电流由dL I 加大到dN I ，dm dN I I <。

（12分）
答：①
Ⅰ段：ASR 很快进入饱和状态，输出限幅值*
im U ，在ACR 的调节下，电流迅速上升到d
dm I I ≈，电流上升阶段 Ⅱ段：ASR 始终饱和，相当于转速开环，系统成为在*im U 下的电流调节系统，
同时为了克服反电动势E ，所以在ACR 的作用下，d I 基本上保持略小于dm I 的恒值，恒流升速阶段。

Ⅲ段：ASR 退饱和，*
i U ，d I 迅速减小，该段ASR ，ACR 都不饱和。

ASR 起主
导的转速调节作用，ACR 则使d I 尽快地跟随*i U ，转速调节阶段。

②
Ⅰ段：加负载导致n ↓，在ASR 作用下，*i U ↑，d I ↑，当d dm I I =时，n 停止下降
Ⅱ段：由于n 仍小于给定值→ *i U ↑ → d I ↑ 直到n=给定值，电流也达到最大值
Ⅲ段：此时，d dN I I > → n ↑，转速超调，*i U ↓，d I ↓， 直到d dN I I = ，n 达到峰值，此后系统在负载阻力下减速，直到稳定。

ⅠⅡⅢ
n
n *t
t t 1t 2t 3t 4I d
I dL
I dm 0
t
t
n d
I dL
I d N
I *
n
画出图中所缺部分
1. 有一V-M 转速单闭环调速系统，采用比例控制，电动机参数为60kW ，220V 、150A 、1000r/min ，电枢电阻0.2Ω，整流装置内阻0.1Ω，主电路电感L =10mH,系统运动部分GD 2=60Nm 2，触发整流环节的放大倍数为30。

要求系统满足调速范围不小于20，静差率不超过5%. 求：
1) 计算调速要求所允许的闭环静态速降。

2) 计算闭环系统开环放大系数；
3) 整流装置采用三相桥式电路，T s =0.00167s ，判断此时系统是否稳定。

2、某PWM 变换器供电的双闭环直流调速系统，采用三相桥式电路，基本数据如
下：
直流电动机220V 、130A 、1500r/min ，C e =0.196Vmin/r ，允许过载倍数λ=1.5。

PWM 变换装置放大系数40，失控时间T s =0.0012s 。

电枢回路总电阻0.5Ω。

时间常数T l =0.035s ，T m =0.18s 。

当给定信号n U *=10V 时，对应稳态转速为N n ；转速调节器饱和输出为10V 时
I d =1.5I N 。

将电流环校正成典型Ⅰ型系统，取KT=0.25；将转速环校正成典型Ⅱ型系统，取h=5。

转速环滤波时间常数0.02s ，忽略电流环的滤波环节。

请选择并设计各调节器参数。