電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(2) 試題答案

1、2020學(xué)年冬季學(xué)期試卷B課程名：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（2）課程號(hào)：09365149學(xué)分：3應(yīng)試人聲明：我保證遵守學(xué)生手冊(cè)中的考場(chǎng)規(guī)則，如有考試違紀(jì)、作弊行為，愿意接受學(xué)生考試違紀(jì)、作弊行為界定及處分規(guī)定的紀(jì)律處分。題號(hào)一二三四五六七八九得分應(yīng)試人學(xué)號(hào)應(yīng)試人所在院系應(yīng)試人、簡答題（本大題共6小題，每小題6分，共36分）1.為了實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩解耦控制，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速過程中往往采用恒定磁通控制方式。請(qǐng)畫出三種不同恒定磁通控制方式下的機(jī)械特性曲線，依據(jù)轉(zhuǎn)矩變化分析這三3.4.寫出恒功率約束條件下合成電壓矢量表達(dá)式，畫出某一時(shí)刻u0、u0、AOBOu0時(shí)各相電壓矢量和合成矢量。（6分）屁）（畫出三相電壓2分，矢

2、量合成2分，共計(jì)4分）合成矢量表達(dá)式:u=、；2（u+ueji+uej紹）（2分）s3AOBOCO已知兩相交流電流2、:，根據(jù)矢量圖求出經(jīng)過靜止/旋轉(zhuǎn)變換后的電流佇和仃寫出靜止到旋轉(zhuǎn)變換的變換陣，當(dāng)異步電機(jī)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，且dq坐標(biāo)系與旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)同步時(shí)，兩個(gè)坐標(biāo)系中電流的本質(zhì)區(qū)別。（6分）條機(jī)械特性曲線的本質(zhì)區(qū)別。（6分）答:解:（每條1分）a為恒定子磁通，b為恒氣隙磁通，c為恒i=icosp+isinp卩（2分）i=-isinp+icospqa卩轉(zhuǎn)子磁通，從轉(zhuǎn)矩變化來看，恒定子磁通和恒氣隙磁通的機(jī)械特性為非線性的，而恒轉(zhuǎn)子磁通的機(jī)械特性為線性的。（每個(gè)各1分）2.異步電動(dòng)機(jī)采用調(diào)壓調(diào)速，畫出在=

3、UN和=0.5UN時(shí)的機(jī)械特性，并分析帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作范圍。（6分）icospsinpiidaCai-sinpcospi2s/2riqL卩匚卩（2分）靜止兩相坐標(biāo)系中的電流為交流量，同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中的電流為之流量,（2分）5下圖為典型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。簡要說明各環(huán)節(jié)名稱和主要功能。（6分）時(shí)系統(tǒng)的理定工作文字為公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。注：教:應(yīng)使負(fù)載費(fèi)0m0A:軟起動(dòng)環(huán)節(jié)，防止電機(jī)過流（2分）B:由頻率根據(jù)電壓頻率關(guān)系得到定子電壓，保證氣隙磁通恒定（2分）C:PWM變頻器，通過PWM控制得到變壓變頻交流電（2分）6.SVPWM

4、控制采用相鄰兩個(gè)有效工作矢量合成期望的輸出矢量，以期望電壓矢量_tt位于第一扇區(qū)為例，電壓矢量合成表達(dá)式為us_Tu1+Tu2。00（2）在不同的定子電流值時(shí)，按U_f（o,I）函數(shù)關(guān)系控制定子電壓和頻率，就能保持氣隙磁s1s通恒定（2分）；在氣隙磁通不變條件下，在的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩T基本上與W成正比mssmes（2分）。UB、UC各相電壓采用零矢量分布的實(shí)現(xiàn)方法，畫出以000矢量為首發(fā)矢量的uA、波形（開關(guān)狀態(tài)）并標(biāo)出作用時(shí)間。（6分）答：（a或者b均可，波形3分，時(shí)間3分）1111uu1111:uu:0：1:2:7:2:1:0：000-100:110；111-110：100000：三、綜合題（

5、共13分下圖為交一直一交變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)電壓空間矢量合成Us的表達(dá)式uCL-04L.2t0L.1m2t_0r4*L-2bT二、綜合題（共8分）異步電動(dòng)機(jī)基于轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速控制原理如下圖。（1）畫出恒氣隙磁通控制時(shí)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差頻率間關(guān)系曲線（4分）;（2）寫出轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想（4分）；osmosUs3UA+UbejY+UC*ej22）和三相開關(guān)狀態(tài)函數(shù)（Sa,Sb,Sc）,可以得到8個(gè)基本電壓空間矢量。（1）請(qǐng)畫出各電壓空間矢量的位置（3分）；（2）說明其開關(guān)狀態(tài)并確定其幅值大?。?0分）。(1)U4B(ej7U7C(ej22)2A(ejo)u6（3分）（

6、2）六個(gè)有效電壓矢量uu的幅值為:-U（1分）；163d兩個(gè)零矢量u0和篤的幅值為零（1分）；U1的開關(guān)函數(shù)為（100）,U2的開關(guān)函數(shù)為（110）,U3的開關(guān)函數(shù)為（010）。U4的開關(guān)函數(shù)為（011），U5的開關(guān)函數(shù)為（001），U1的開關(guān)函數(shù)為（101）,U0的開關(guān)函數(shù)為（000）,U7的開關(guān)函數(shù)為（111）。（每個(gè)開關(guān)函數(shù)為1分，共計(jì)8分）答（1）fc（1分）sm3/2變換旋轅變換2s/2r（1分）std妬dt/“m77AtTCD-s等效直流電動(dòng)機(jī)模型（2分）四、綜合題（共18分）按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)是高動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)。（1）畫出轉(zhuǎn)子磁鏈定向旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下等效的直流電動(dòng)機(jī)

7、模型，論述矢量控制系統(tǒng)的基本思想。（8分）（2）分析轉(zhuǎn)子磁鏈定向的作用，說明如何實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子磁鏈的控制。（5分）（3）按如下方程計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈，說明該模型屬性、優(yōu)點(diǎn)和適用轉(zhuǎn)速范圍。（5分）矢量控制系統(tǒng)的基本思想：通過坐標(biāo)變換在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中得到等效的直流電動(dòng)機(jī)模型，仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈，然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的控制量反變換得到三相坐標(biāo)系的對(duì)應(yīng)量以實(shí)施控制。（4分）（2）作用：通過按轉(zhuǎn)子磁鏈定向?qū)⒍ㄗ与娏鞣纸鉃閯?lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量ist，使轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵(lì)磁分量產(chǎn)生，而電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的乘積實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個(gè)分量的解耦

8、。（3分）說明：控制定子電流勵(lì)磁分量控制轉(zhuǎn)子磁鏈（1分）；控制定子電流轉(zhuǎn)矩分量控制電磁轉(zhuǎn)矩（1分）。（3）該模型為電壓模型（1分），特點(diǎn)是該模型受電機(jī)參數(shù)變化影響小，算法簡單，便于應(yīng)用（2分）。適用于中高速（2分）。屮=lJ(uRi)dt_oLi心LsassQssQm屮=rJ(uRi)dtoLirPLsPssPssP五、綜合題（共18分）直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制之后的又一種高性能交流調(diào)速系統(tǒng)控制策略。（1）結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖論述直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本工作原理（5）。（2）第1扇區(qū)的定子磁鏈與電壓空間矢量圖如圖所示，定子磁鏈?zhǔn)噶坑E1位于前30。，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與同向，忽略定子電阻壓降對(duì)磁鏈幅值的影響，

9、并d假定電流的變化足夠快，以電壓矢量U為例分析電壓矢量對(duì)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用。（5分）（3）寫出系統(tǒng)中AH這八個(gè)環(huán)節(jié)的名稱（8分）;異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)uu32uuub*u156u,u為零矢量07答：根據(jù)定子磁鏈幅值偏差（的正負(fù)符號(hào)）和電磁轉(zhuǎn)據(jù)偏差（的正負(fù)符號(hào)）再依據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢?，直接選取合適的電壓空間矢量，減小定子磁鏈幅值的偏差和電磁轉(zhuǎn)矩的偏差，實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈的控制。（2）當(dāng)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)且定子磁鏈?zhǔn)噶縱位于圖示第I扇區(qū)前300時(shí)，電壓矢量u的ds11軸分量大于零（1分），q軸分量也小于零（1分），所以施加u時(shí)，定子磁鏈幅值增大（11分），電磁轉(zhuǎn)矩迅速減小后變負(fù)（2分）。（3）（各1分，共8分）模塊A：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。模塊B磁鏈調(diào)節(jié)器。模塊C：給定轉(zhuǎn)矩極性鑒別器。模塊D：轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器。模塊E：電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊。模塊F：電壓矢量選擇模塊。模塊G：定子磁鏈計(jì)算模塊。模塊H：3/2變換模塊。六、綜合題（共7分）試就控制方法、系統(tǒng)性能比較直接轉(zhuǎn)矩控制及矢量控制系統(tǒng)。性