2011-12_运动控制考试题答案完整版

答：1）在ωs ωsm的范围内，转矩Te基本上与ωs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= f(ωI，Is)的函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通Φm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的输入及输出信号极性。
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。
答：e.改造被控对象，加快电流跟随作用。
4、画出交—直—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）。
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的输出限幅电压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。
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，Ud变大。
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。
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，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V—M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？
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G—M系统和（V—M）系统、（PWM—M）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。
2）设系统拖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Φ下降一半，系统工作情况如何变化？写出Ui*，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Ui*，Uct, Id, Ud和n比原来有何变化？
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UAB及占空比 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14页图1-18及下面文字
18、SPWM型逆变器其输出的基波频率取决（正弦波（调制波））。
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。
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*）求转速反馈系数 。
答：书上51页Байду номын сангаас后题1-10
2、设某控制系统被控对象的传递函数为：Wobj=;式中：
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 。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。
2、在两组晶闸管反并联的可逆V—M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：
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，ΔUn=0（转速无静差）ASR的输出电压βIdl；ASR的输入偏差为0，输出电压：
Uct===因为ASR和ACR均为PI调节器，其输出量的稳态值与输入无关，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*=αn，当Un*或α变，则n变，n为稳态速度。
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V—M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—直—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。
7、交—直—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。
8、在交—直—交逆变器中，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。
解：1）若系统在额定情况下正常运行，则有Un*= Un，UI*= UI,且极性相反，转速反馈断线，Un= 0，ASR只有输入Un*而使其很快进入饱和，输出饱和值为Utm*；ACR输出Uct上升达到限幅值Uctm，Id上升，Te TL,电机加速，n上升，电动势E上升。最后稳定下来，Id= IdL，Ui*= Utm*，Uct= Uctm，Ud= KsUctm，n=。
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 ；交流调速系统的理论依据 。
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，Unom= 220V，Inom= 15A，nnom= 1500r/min，Ra= 2 ，整流装置内阻Rx= 1 ，触发器—晶闸管变流环节放大倍数Ks= 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。
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—二相变换，可以等效成两相静止坐标系下的等效电流 ；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，iT。iM相当于励磁电流，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输出的限幅值的作用又是什么？
7、两组晶闸管反并联的可逆V—M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α=β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？
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。ASR很快饱和，电流快速上升至Idm，由于电机惯性，转速上升缓慢。
2）系统在额定情况下正常运行，n=nnom，Id=Inom，若磁通减少一半，E=Ke n下降，Id和Ui随之增加，但UI*未变，ACR作用下使Ud，Uct下降以维持Id=Inom暂时不变，Te=Km Inom下降原来一半，拖动恒转矩负载TL不变Te TL，n和Un下降，因Un*未变，ASR以饱和限幅值Utm*输出，在ACR的作用下，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 ，小于负载转矩TL，电动机降速直至为0，这时，Ui*= Utm*，Id= Idm= 1.5Inom，Ud= IdmR = 1.5Inom