运动控制系统考试资料

问答题部分
1、试述交流调速系统要获得工业应用的条件，为什么
条件：（1）使用高转子电阻电动机
（2）系统工作点只是沿着极限开环特性变化
原因：能够在恒转矩负载下扩大调整范围，并使电动机能够在较低转速下运行而不致过热。

2、简述交流软启动器的作用。

定义：软启动器是一种集软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，它的主要构成是串接于电源与被控电极之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。

作用：防止电动机启动电流过大损坏电机，或造成电网电压下降过大，使电机无法正常启动。

3、简述恒压频比控制方式。

绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压s
g U E ≈，则得：1
s
U f =常值 这是恒压频比的控制方式。

但是，在低频时s U 和g E 都比
较小，定子阻抗压降所占的分量就比较显著，不再能忽略。

这时，需要人为地把电压s U 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。

4、交流电机矢量控制的基本思想是什么
基本思路：将异步电动机经过坐标变换等效在直流电动机，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，再经过相应的坐标反变换，控制异步电机。

（关键词：坐标变换）
5、试分析矢量控制系统与直接转矩控制系统的优缺点。

VC 系统强调c T 与r ψ的解耦，有利于分别设计转速与磁链调节器，实现连续调节，可以获得较宽的调速范围，但是按 定向受电动机转子参数的影响，降低了系统的鲁棒性。

DTC 系统则实行e T 与r ψ的砰-砰控制，避开了旋转坐标变换，简化了控制结构，控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响，但不可避免的产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到限制。

6、试分析什么是转差频率控制转差频率控制的规律是什么（P188、189）
定义：控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。

控制规律：（1）在s
sm w w ≤的范围内，转矩e T 基本上与s w 成正比，条件是气隙磁通不变。

（2）在不同的定子电流值时，按下图的1s s U f w I =（）函数关系控制定子电压和频率，就能
保持气隙磁通m Φ恒定。

7、DTC 系统调速范围受到限制的主要原因是什么（P216）
原因：（1）由于采用砰-砰控制，实际转矩必然在上下限内脉动，而不是完全恒定的。

（2）由于磁链计算采用了带积分环节的电压模型，积分初值、累积误差和定子电阻的变化都会影响磁链计算的准确度。

8、为什么变频调速时必须要进行电压和频率的协调控制
在进行电动机调速时，希望保持电动机中每极磁通量m Φ保持为额定值不变，因为磁通太弱，没有充分利用电机铁芯，过分增大，又会使得铁心饱和从而导致过大的励磁电流，严重时可能会因为绕组过热而损坏电机。

对于三相异步电机，每相电动势14.44g
s Ns m E f N k =Φ，控制好g E 与1f 便可以达到控制磁通
m Φ恒定的目的。

9、异步电动机矢量控制为什么按转子磁链定向磁链定向的精度受到哪些参数影响
目的：将定子电流分解成转矩和磁链分量，以实现e T 与r ψ的解耦，有利于设计转速和磁链调节器，更好实行系统的连续控制而获得较宽的调速范围。

影响因素有：积分初值、累积误差和定子电阻的变化。

10、直接转矩和磁链闭环控制的矢量控制系统在控制方法上有什么异同
同：两个系统均采用磁链和转矩控制方法 异：
直接转矩 磁链闭环 采用定子磁链控制 采用转子磁链控制 转矩用砰-砰控制 转矩用连续控制 采用静止坐标变换
采用旋转坐标变换
11、画出异步电动机变压变频调速的控制特性，并说明其控制特点。

(P159)
控制特点：在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质。

而在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。

特性如下图所示：
12、异步电动机矢量控制的关键技术是什么
通过坐标变换和转子磁场定向来简化数学模型，减少耦合来实现解耦。

13、异步电动机直接转矩控制系统为什么比矢量控制系统响应快
（1）转矩和磁链的控制采用双位式砰-砰控制器，并在PWM逆变器中直接用这两个控制信号产生电压的SVPWM波形，从而避开了将定子电流分解成转矩的磁链分量，省去了旋转变换的和电流控制，简化了控制器的结构。

（2）选自定子磁链作为被控量，而不像VC系统中那样选择转子磁链；计算磁链的模型可以不受转子参数变化的影响，提高了控制系统的鲁棒性。

（3）由于采用直接转矩控制，在加减速或负载变化的动态过程中，可以获得快速的转矩响应
计算题部分
一、（1）不带电流负反馈
①系统静态结构图：
②开环系统的稳态速降
op
n
∆和调速指标允许的稳态速降
cl
n
∆
(1)
N
cl
n s
n
D s
∆=
-a rec
R R R
=+N
op
e
I R
n
C
∆=
③电动机运行于额定转速是的给定电压*
n
U，计算转速反馈系数
*
n
N
U
n
α=
④计算满足稳态性能指标要求所需的放大器的放大倍数
p
K
-1
op p s
cl e
n K K
K
n C
α
∆
==
∆
其中，K是闭环系统的开环放大倍数，由此求出放大器放大倍数e
p
s
KC
K
Kα
=
⑤该系统添加电流截止负反馈以后的静特性曲线：上右图
（2）带电流反馈与转速反馈
①画出系统静态结构图：（P29）右下图
②静态方程：稳态工作时，电流截止负反馈不参与作用。

*
11
p s n d
e e
K K U I R
n
C K C K
=-
++
（）（）
(运行段特性) 当系统在动态过程中：
*00
22
11
p s n com d p s
e e
R R
K K U U I R K K
R R
n
C K C K
β
++
=-
++
（）（）
（）（）
（堵转特性）-
N N a
e
N
U I R
C
n
=
二、（P56）
②求ASR 和ACR 的输入和输出电压
**im im dm N
U U I I βλ==
*n
N
U n α=
ASR 输入电压：*n U
输出电压*i i N U U I β== ACR 输入电压：*i U
输出电压*e n
N c
s
C U I R U K α+=
③速度调节器：1n n ASR
n K s W s s
ττ∑+=（）（） （P81）
i s oi T T T ∑=+ I i K T A ∑= I i A
K T ∑= 1n
I on T K T ∑=+ 速度开环传递函数：2
11N n n n K s W s
s T τ∑+=+（）（）（） a rec R R R =+ 5h = 2212n N n e m n
K R h k C T h T ατβ∑+== 由n
n hT τ∑=求出N k ，从而求出N n e m
n K C T k R
τβα=
n n R k R =
求出n R ；n n n R C τ=求出n C ； 00.25n on T R C =求出on C
④电流调节器：1i i ACR
i K s W s s
ττ+=（）（） （P77 2-23 c ）
典型I 型系统开环传函：1I
i K W
s s T s ∑=+（）（）
取i L T τ= i s oi T T T ∑=+ I i K T A ∑= I i
A
K T ∑=
而i i I
s K R
K K τβ
=
从而求得i K
0=i i R K R = i
i i
C R τ=
= 0
4oi
oi T C R =
=
-N N a
e N
U I R C n =
数字控制
1、存储系数：K =
计算机内部存储值物理量的实际值
（P98）
2、采样频率的选择：
用采样频率表示：ci w ——为电流环开环截止频率 cn w ——为速度环开环截止频率
电流：4~10sami
ci w w ≥（） 4~10samn cn w w ≥（）
用采样周期表示：min 1
4~10
sam
T T ≤（
） min T 为控制对象的最小时间常数
14~1014~10i sam
n T T T ∑∑⎧⎫⎪⎪⎪⎪≤⎨⎬⎪⎪⎪⎪⎩⎭
（）（） i T ∑是电流环最小时间常数 n T ∑是速度环最小时间常数
3、数字PI 调节器（P108）。