2011-12_運動控制考試題答案完整版.doc

1、直流電動機有三種調速方法：降壓調速、弱磁調速、能耗調速。2、異步電動機調速方法常見有6種分別是：降電壓調速轉、差離合器調速 、 轉子串電阻調速 、 繞線轉子電動機串級調速和雙饋電動機調速 、 變級對數(shù)調速 、 變壓變頻調速。其中轉差率不變型有：變級對數(shù)調速 、 變壓變頻調速，只有_變壓變頻調速_應用最廣，可以構成高動態(tài)性能的交流調速系統(tǒng)。3、對于SPWM型逆變器，SPWM的含義為正弦波脈寬調制，以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，SPWM波調制時，調制波為頻率和期望波相同的正弦波，載波為頻率比期望波高得多的等腰三角波，SPWM型逆變器控制方式有同步調制、異步調制、混合調制。4、在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，出現(xiàn)電網(wǎng)波動時，電流ACR調節(jié)器起主要作用；出現(xiàn)負載擾動時，轉速ASR調節(jié)器起主要作用。5、對于異步電動機變壓變頻調速，在基頻以下，希望維持氣隙磁通不變，需按比例同時控制定子電壓和定子頻率，低頻時還應當抬高電壓以補償阻抗壓降，基頻以下調速屬于恒轉矩調速；而基頻以上，由于電壓無法升高，只好僅提高定子頻率而迫使磁通減弱，相當直流電動機弱磁升速情況，基頻以上調速屬于恒功率調速。6、直流調速系統(tǒng)的理論依據(jù)；交流調速系統(tǒng)的理論依據(jù)。7、交直交電壓型變頻器的主要電路基本組成為整流器、直流平滑電路、逆變器。8、在交直交逆變器中，直流側所用濾波元件為大電容，因而_直流電壓波形比較平直，在理想情況下世一個內阻為零的_恒壓_源，稱為 電壓源_型逆變器，其輸出交流電壓波形為_矩形波或_階梯波_。而直流側所用濾波元件為大電感，因而濾波比較平直，相當于_恒流_，稱為_恒流源_型逆變器，輸出交流電流波形是_矩形波或_階梯波。9、SPWM型逆變器控制方式有三種： 同步、異步_、 分段 。11、直流電動機調壓調速系統(tǒng)從供電的可控直流電源上可分為GM系統(tǒng)和（VM ）系統(tǒng)、（PWMM）系統(tǒng)。12、PI調節(jié)器的雙重作用是指：一是比例部分加快動態(tài)進程；二是積分部分最終消除偏差。13、轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)之所以具有起動的快速性，是因為在起動過程中ASR 調節(jié)器輸出提供最大電流給定，并由 ACR 調節(jié)器維持電流最大，從而使系統(tǒng)啟動最快。14、控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標是指跟隨指標和抗擾指標，而調速系統(tǒng)的動態(tài)指標通常以 抗擾性能指標 為主。15、在兩組晶閘管反并聯(lián)可逆VM系統(tǒng)中，回路中傳入電抗器的作用是（抑制瞬時脈動環(huán)流）。16、雙擊式控制的橋式可逆PWM變換器，在電動機停止時仍有（ 高頻微振電流 ），起著所謂“動力潤滑”的作用。17、交直交PWM電壓型變頻器，再生制動時需增設 （制動回路）， 逆變器同時實現(xiàn) （調壓） 和 （調頻 ），而其動態(tài)響應不受中間環(huán)節(jié)的影響。18、SPWM型逆變器其輸出的基波頻率取決 （正弦波（調制波） 。19、交流電動機需要輸入三項正弦電流的最終目的是在電動機空間形成圓形旋轉磁場，而異步電動機有六拍階梯波逆變器供電時，其電壓空間矢量運動軌跡是封閉的正六邊形。20、對異步電動機進行坐標變換時以產生同樣的旋轉磁動勢為準則，其目的就是把異步電動機動態(tài)模型加以簡化。21、為使異步電動機調速時具有高動態(tài)性能，對其動態(tài)模型的控制可采用按 （轉子磁鏈） 定向矢量控制系統(tǒng)，另外還可以采用按定子磁鏈控制的 （直接轉矩） 控制系統(tǒng)。二、判斷題 80%是對的。三、簡答題1、在變頻調速系統(tǒng)中，為什么要進行電壓頻率協(xié)調控制？通常采用哪兩種壓頻控制方式？各適應什么類型負載？ 答：變頻的同時變壓，使為恒定保持帶負載能力，通常選用的壓頻控制方式有：恒轉矩調速和恒功率調速，基頻以下為恒轉矩調速，適合于轉矩負載；基頻以上為恒功率調速，適合于功率負載。2、在兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆VM系統(tǒng)中，什么是環(huán)流？有幾種不同性質的環(huán)流？并說明其含義。答：如果兩組裝置的整流電壓同時出現(xiàn)，便會產生不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，成為環(huán)流。在不同情況下，會出現(xiàn)下列不同性質的環(huán)流：1） 靜態(tài)環(huán)流。兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作時出現(xiàn)的環(huán)流，其中又有兩類：a直流平均環(huán)流：由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓差所產生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。b瞬時脈動環(huán)流：兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差雖為零，但因電壓波形不同，存在瞬時的電壓差，仍會產生脈動的環(huán)流，稱作瞬時脈動環(huán)流。2） 動態(tài)環(huán)流。僅在可逆VM系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流。3、轉速電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，ASR有哪些作用？其輸出限幅值應按什么要求來整定？ACR有哪些作用？其輸出限幅值應如何整定？答：e.改造被控對象，加快電流跟隨作用。4、畫出交直交電壓型變頻器主電路，并說明各部分功能。答：1）變流器，二極管整流器，它將工頻交流電變成直流電。由于電壓型變頻器中大電容的存在，直流電壓極性不變，而且半導體元件的單方向導通性，直流電流方向不變，故對于大容量有再生制動要求的場合，為實現(xiàn)功率方向可逆，可將兩組晶閘管橋反并聯(lián)構成可逆整流器。3）平滑回路，在整流器后的直流電壓中，含有脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電容和電感吸收脈動電壓（電流）。5、轉速電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，兩個調節(jié)器的輸入偏差是多少？他們的輸出電壓是多少？為什么？答：穩(wěn)態(tài)運行時，Un=0（轉速無靜差）ASR的輸出電壓Idl；ASR的輸入偏差為0，輸出電壓： Uct = = = 因為ASR和ACR均為PI調節(jié)器，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關，由它后面的環(huán)節(jié)需要決定。6、轉速負反饋單閉環(huán)無靜差調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度是否受給定電源和測速發(fā)電機精度的影響？為什么？答：是的，穩(wěn)態(tài)時，Un* = n，當Un*或變，則n變，n為穩(wěn)態(tài)速度。7、兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆VM系統(tǒng)中，什么叫做環(huán)流？靜態(tài)環(huán)流可分為哪幾類？分別采用何種方法抑制？答：1）不流過負載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流稱為環(huán)流；2）直流環(huán)流和瞬時脈動環(huán)流兩種； 3）直流平均環(huán)流課通過 = 配合控制抑制；瞬時脈動環(huán)流可通過串接環(huán)流電抗器抑制。8、請回答三相異步電動機應如何通過坐標變換等效成直流電機？答：以產生相同的旋轉磁動勢為原則，三相點擊的電流iA,iB,iC,通過三相二相變換，可以等效成兩相靜止坐標系下的等效電流；再通過按轉子磁場定向的旋轉變換，可以等效成同步旋轉坐標系下的直流電流iM，iT。iM相當于勵磁電流，iT相當于與轉矩成正比的電樞電流，從而構成等效的直流電機。9、在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，ASR輸出限幅值的作用是什么？ACR輸出的限幅值的作用又是什么？答：它決定了電流調節(jié)器給定電壓的最大值；即電動機的最大電流，故其限幅值整定的大小完全取決于電動機的過載能力和系統(tǒng)的最大加速度的需要；電流調節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Uctm，它限制了晶閘管整流器輸出電壓的最大值，故Uctm需滿足觸發(fā)器移相范圍的要求。10、簡述基于穩(wěn)態(tài)模型的轉速閉環(huán)轉差率控制系統(tǒng)的兩條基本控制規(guī)律。答：1）在ssm的范圍內，轉矩Te基本上與s成正比，條件是氣隙磁通不變； 2）在不同的定子電流值時，按下US = f(I，Is)的函數(shù)關系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁通m恒定。四、分析題1、已知某調速系統(tǒng)原理如圖所示：1）當移相控制電壓Uct為正時，在上圖標出ASR和ACR的輸入及輸出信號極性。2）系統(tǒng)啟動分為幾個階段？簡要分析說明每段電流反饋及轉速反饋信號各有什么特點？3）某原因引起交流電網(wǎng)電壓降低，分析系統(tǒng)的調節(jié)過程，并分析系統(tǒng)穩(wěn)定后，整流電壓Ud，電樞電流ID及電機轉速n的變化。解：1）個新號極性如圖所示2）系統(tǒng)啟動分三個階段：第一階段電流上升階段。ASR很快飽和，電流快速上升至Idm，由于電機慣性，轉速上升緩慢。第二階段恒流升速階段。ASR飽和，Id恒定，轉速恒加速上升。第三階段轉速調節(jié)階段。當轉速上升到給定轉速給定值時，ASR開始退出飽和；當Id = Idm時，即Te = TL轉速n最大，隨后n回落，進入轉速調節(jié)階段。3）當電網(wǎng)電壓下降時，電流內環(huán)起主要的及時抗擾作用，轉速環(huán)也有一定抗擾作用，打到新的穩(wěn)態(tài)時，Id不變，n不變，Ud變大。2、在轉速電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中如下圖，ASR和ACR均采用PI調節(jié)器，抑制電動機額定參數(shù) UNOM, Inom, nnom, Ra,晶閘管觸發(fā)與整流器放大系數(shù)Ks和內阻Rrec，電動機的允許過載倍數(shù)為= 1.51）如系統(tǒng)在額定情況下穩(wěn)定運行，轉速反饋線突然斷線，系統(tǒng)的運行情況如何？寫出此時系統(tǒng)Ui*，Uct, Id, Ud和n的表達式。2）設系統(tǒng)拖動恒轉矩負載在額定情況正常運行，若因為某種原因勵磁電流減少使磁通下降一半，系統(tǒng)工作情況如何變化？寫出Ui*，Uct, Id, Ud和n在穩(wěn)定后的表達式。3）系統(tǒng)在某一轉速下帶額定負載正常運行，電流反饋線突然斷線，系統(tǒng)的運行情況如何變化？如系統(tǒng)最終仍趨于穩(wěn)定，則穩(wěn)定后系統(tǒng)的Ui*，Uct, Id, Ud和n比原來有何變化？解：1）若系統(tǒng)在額定情況下正常運行，則有Un* = Un，UI* = UI ,且極性相反，轉速反饋斷線，Un = 0，ASR只有輸入Un*而使其很快進入飽和，輸出飽和值為Utm*；ACR輸出Uct上升達到限幅值Uctm，Id上升，TeTL,電機加速，n上升，電動勢E上升。最后穩(wěn)定下來，Id = IdL，Ui* = Utm*，Uct = Uctm，Ud = KsUctm，n=。2）系統(tǒng)在額定情況下正常運行，n=nnom，Id=Inom，若磁通減少一半，E=Ken下降，Id和Ui隨之增加，但UI*未變，ACR作用下使Ud，Uct下降以維持Id=Inom暫時不變，Te =KmInom下降原來一半，拖動恒轉矩負載TL不變TeTL，n和Un下降，因Un*未變，ASR以飽和限幅值Utm*輸出，在ACR的作用下，電流上升至Idm=1.5Inom并維持不變，Te因電流變大，只能為原轉矩的，小于負載轉矩TL，電動機降速直至為0，這時，Ui* = Utm*，Id = Idm = 1.5Inom，Ud = IdmR = 1.5InomUct = Ud/Ks =1.5InomR/Ks。 3）若電流反饋斷線，則因Ui = 0，Ui*未變使ACR飽和，Uct = Uctm，Ud ,Id ，n，Un上升。但Un*未變，使Ui*下降。由于ASR的自動調整作用，在系統(tǒng)最后穩(wěn)定后，Id ，n，Uct，Ud都不變，只有Ui*下降為0.3、雙極式可逆PWM變換器的主電路如下圖，設直流電動機的負載較重，分析并回答以下問題：1）根據(jù)各開關及續(xù)流二極管在一個開關周期的導通狀況，分析電動機正向運行原理和反向運行原理，并在圖中標出點數(shù)電流回路方向。2）畫出電動機正向運行時輸出電壓UAB及電樞電流Id的波形。3）寫出平均輸出電壓UAB及占空比的表達式。4）如何控制電動機的轉速和轉向？5）如何防止上下兩開關器件直通？ 解：書上14頁圖1-18及下面文字五、計算題1、單閉環(huán)轉速負反饋系統(tǒng)如下圖，已知電動機參數(shù)Pnom = 2.5KW，Unom = 220V，Inom = 15A，nnom = 1500r/min，Ra = 2，整流裝置內阻Rx = 1，觸發(fā)器晶閘管變流環(huán)節(jié)放大倍數(shù)Ks = 30，要求調速范圍D = 20，靜差率S = 10%，試求：1）畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖。2）推導出系統(tǒng)的靜特性方程。3）電動機的電勢常數(shù)Ce = ？4）閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)K。5）當轉速n = 1000r/min時，給定電壓U* = 20V（Un = Un*）求轉速反饋系數(shù)。 答：書上51頁課后題1-102、設某控制系統(tǒng)被控對象的傳遞函數(shù)為：Wobj = ;式中：K1 = 2，T1 = 0.4s，T2 = 0.08s，T3 = 0.01s，T4 = 0.005s。要求階躍輸入時系統(tǒng)超調量。求：分別I、PI和PID調節(jié)器矯正成典型I型系統(tǒng)，試設計各調節(jié)器參數(shù)并計算調節(jié)時間ts。答：1）用I調節(jié)器校正時，調節(jié)器傳函為， 按典型I型系統(tǒng)校正，校正后開環(huán)傳遞函數(shù)為 ， 式中 ，調節(jié)時間 2）用PI調節(jié)器校正時，調節(jié)器的傳遞函數(shù)為： 取，并將看成小時間常數(shù)，令 則按典型I型系統(tǒng)校正時系統(tǒng)開環(huán)傳函為 ，同樣，取 則， 調節(jié)時間 3）用PID調節(jié)器校正時，調節(jié)器的傳遞函數(shù)為： 取，令 則按典型I型系統(tǒng)校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為，同樣，取，則調節(jié)時間比較采用不同調解器的，可見用PID調節(jié)器矯正效果最好。3、被控對象的傳遞函數(shù)為Wobj（S）= ；式中，K1 = 2;T1 = 0.4s;T2 = 0.08s；T3 = 0.015s；T4 = 0.005s。要求階躍輸入時系統(tǒng)的超調量。試分別用PI和PID調節(jié)器校正成典型I系統(tǒng)，并設計各調節(jié)器參數(shù)并計算調節(jié)時間ts。 解：與第2題類似4、直流調速系統(tǒng)中，調節(jié)對象的傳遞函數(shù)為Wobj（s）= 要求分別用I和PI調節(jié)器將其校正為典型I型系統(tǒng)，試求各調節(jié)器的結構和參數(shù)，并計算調節(jié)時間。解：1）可用PI調節(jié)器進行校正，其傳函為= 校正后應有由此可知 ，T=0.05s 取