广石化2014-2015运动控制试卷A答卷

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2014～2015 学年第 学期 运动控制系统 科目考试试题A卷 （答卷）

使用班级： 考务电话： 题 号 得 分 阅卷人

一 二 三 四 五 六 七 八 九 总 分 一、填空题：（每空0.5分，共20分）

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。

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。

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、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。

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7、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。

8、在静止的线圈中要产生旋转磁场，电源需要在（相位）和（空间）两个方面都存在角度差。

9、为使异步电动机调速时具有高动态性能，对其动态模型的控制可采用按（ 转子磁链） 定向矢量控制系统，另外还可以采用按定子磁链控制的 （直接转矩

）控制系统。

10、矢量控制系统中，控制电源共可产生八个电压矢量，其中有效矢量有（6）个，另外的矢量称为（零矢量）。

11、在三相坐标系下的交流电流产生的旋转磁场，可以由（静止的两相）坐标下的交流电流或（旋转两相 ）坐标系下的直流电流等效。

12、同步电动机的调速方法从电源变频的控制方式上可以分为（他控）式和（自控）式两种。

二、问答题：（每题5分，共30分）

1、为什么说采用比例调节器的调速系统是有静差调速系统，采用什么调节器才能实现无静差调速系统且系统响应快。写出该种调速系统的传递函数。

答：比例调节器只对输入的偏差信号放大，唯有偏差不为零时，即给定与输出不相等时，比例调节器才用输出，因此系统稳定时，输出与给定有差值，即为有静差调节系统。才用比例积分调节器，可到比例调节的快速性，也可消除偏差。其传递函数为：W(s)=Kp(1+τs)/τs

2、闭环系统有哪些典型特性？不可逆单闭环调速系统对哪些干扰有抑制作用？系统能否抑制转速反馈系数变化时带来的影响，

答：（1）跟随给定，（2）抑制前向通道干扰，（3）系统精度依赖与反馈 不可逆单闭环调速系统对（1）电源，（2）负载，（3）调节器参数等的变化有抑制作用。不能抑制反馈系数变化的影响。

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3、直流双闭环不可逆调速系统在起动过程中，两个调节器的各自主要作用是什么？

答：电流调节器主要控制电流的恒流加速。跟随电流给定信号。 转速调节器主要起跟随速度给定，克服负载扰动

4、什么是空间电压矢量控制技术（SVPWM），其目的是控制什么？写出二者之间的关系式？（5分）

答：根据交流电机三相对称绕组在空间上互成120度，并利用开关器件改变三相

绕组的电压，可以合成八个空间电压，及为电压矢量。其根本目的是控制电机磁

链。其原理是：uRd?sd?ss?Iss?dt当转速不太低时，电阻可以忽略。则us?dt，

5、异步电动机的原始动态模型的性质是怎样的？为将其等效为直流电动机应需要哪些坐标变换，并写出相应的变换式？（5分）

答：异步电动机的原始动态模型的性质是高耦合、高阶、非线性的。需要进行三相坐标变换为静止两相坐标，两相静止坐标变换为两相旋转坐标：

?C?11?21??2?cos?sin3s/2s?3?22??0? C??2s/2r???sin?cos?33?3??? ??2?2?? 6、何谓无刷直流电动机？请作出其与直流电源的主电路连接原理图？（5分） 答：无刷直流电动机指的是梯形波永磁同步电动机。

+

3M —

三、证明题（10分）

单转速闭环系统中，如所要求的开环静差率sk与闭环静差率sb相等，即sk=sb，而闭环调速范围为Dcl，开环调速范围为Dop，试证明： Dcl=（1+K）Dop，式中K=KpKsα/Ce (10分)

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证：

?nk?

RIdCeDk?nNsk?nk(1?sk)?nb??nk1?KDb?nNsb?nb(1?sb)sb?skD?n1?k?b?Db?nk1?K

Db?(1?K)Dk

四、分析计算题（共40分）（答案可写在后面的答题纸上）

已知电机参数：PN=3.7KW， UN=220V， IN=20A, nN=1000r/min,电枢回路总电

**阻R=1.5Ω.设Unm?Uim?Ucm=10V，电枢回路最大电流Id=50A。电力电子放大倍数Ks=50。

1、作出转速、电流双闭环调速系统的动态结构图(10分) 2、系统起动时的电流和转速动态波形。

3、系统稳定运行后，突加负载时，系统的调节过程。(可用物理量符号表示，例：TL??n??)

4、当ACR与ASR均为PI调节器。试求：（12分） （1）电流反馈系数β； （2）转速反馈系数α； （3） 电机在转速最高时发生堵转瞬间，直流电压Ud，电流给定Ui*，电流反馈Ui，

及此时电流控制器的输出Uc。

5、采用V-M系统，系统要求电流超调量σ% < 5%，抗负载扰动性能好。请设计ASR与ACR调节器。（18分）

答：1、转速、电流双闭环调速系统的动态结构图

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2、系统起动时的电流和转速动态波形 3、系统调节过程：Tn??U*L??n????U?Un?Un???U*i??Uc??Ud??n? 4、（1）??U*im10I??0.2(V/A) dm50 （2）??U*nm10n?1000?0.01(Vmin/r) N （3）Ud?IdmR?50?1.5?75(V) U*?U*iim?10V Ui??IN?0.2?20?4(V) UUdc?K?7550?1.5(V) s3、 第 5 页 （共 6 页）

5、略

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