2011-12_運(yùn)動(dòng)控制考試題答案完整版.doc

1、直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法：降壓調(diào)速、弱磁調(diào)速、能耗調(diào)速。2、異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法常見(jiàn)有6種分別是：降電壓調(diào)速轉(zhuǎn)、差離合器調(diào)速 、 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 、 繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速和雙饋電動(dòng)機(jī)調(diào)速 、 變級(jí)對(duì)數(shù)調(diào)速 、 變壓變頻調(diào)速。其中轉(zhuǎn)差率不變型有：變級(jí)對(duì)數(shù)調(diào)速 、 變壓變頻調(diào)速，只有_變壓變頻調(diào)速_應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)。3、對(duì)于SPWM型逆變器，SPWM的含義為正弦波脈寬調(diào)制，以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，SPWM波調(diào)制時(shí)，調(diào)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(diào)制、異步調(diào)制、混合調(diào)制。4、在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，出現(xiàn)電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，電流ACR調(diào)節(jié)器起主要作用；出現(xiàn)負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速ASR調(diào)節(jié)器起主要作用。5、對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速，在基頻以下，希望維持氣隙磁通不變，需按比例同時(shí)控制定子電壓和定子頻率，低頻時(shí)還應(yīng)當(dāng)抬高電壓以補(bǔ)償阻抗壓降，基頻以下調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速；而基頻以上，由于電壓無(wú)法升高，只好僅提高定子頻率而迫使磁通減弱，相當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)弱磁升速情況，基頻以上調(diào)速屬于恒功率調(diào)速。6、直流調(diào)速系統(tǒng)的理論依據(jù)；交流調(diào)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(cè)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(gè)內(nèi)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_(kāi)矩形波或_階梯波_。而直流側(cè)所用濾波元件為大電感，因而濾波比較平直，相當(dāng)于_恒流_，稱為_(kāi)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(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)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(diào)節(jié)器的雙重作用是指：一是比例部分加快動(dòng)態(tài)進(jìn)程；二是積分部分最終消除偏差。13、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)之所以具有起動(dòng)的快速性，是因?yàn)樵谄饎?dòng)過(guò)程中ASR 調(diào)節(jié)器輸出提供最大電流給定，并由 ACR 調(diào)節(jié)器維持電流最大，從而使系統(tǒng)啟動(dòng)最快。14、控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)是指跟隨指標(biāo)和抗擾指標(biāo)，而調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)通常以 抗擾性能指標(biāo) 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(shí)脈動(dòng)環(huán)流）。16、雙擊式控制的橋式可逆PWM變換器，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍有（ 高頻微振電流 ），起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。17、交直交PWM電壓型變頻器，再生制動(dòng)時(shí)需增設(shè) （制動(dòng)回路）， 逆變器同時(shí)實(shí)現(xiàn) （調(diào)壓） 和 （調(diào)頻 ），而其動(dòng)態(tài)響應(yīng)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(diào)制波） 。19、交流電動(dòng)機(jī)需要輸入三項(xiàng)正弦電流的最終目的是在電動(dòng)機(jī)空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而異步電動(dòng)機(jī)有六拍階梯波逆變器供電時(shí)，其電壓空間矢量運(yùn)動(dòng)軌跡是封閉的正六邊形。20、對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行坐標(biāo)變換時(shí)以產(chǎn)生同樣的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為準(zhǔn)則，其目的就是把異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)模型加以簡(jiǎn)化。21、為使異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)具有高動(dòng)態(tài)性能，對(duì)其動(dòng)態(tài)模型的控制可采用按 （轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩） 控制系統(tǒng)。二、判斷題 80%是對(duì)的。三、簡(jiǎn)答題1、在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，為什么要進(jìn)行電壓頻率協(xié)調(diào)控制？通常采用哪兩種壓頻控制方式？各適應(yīng)什么類型負(fù)載？ 答：變頻的同時(shí)變壓，使為恒定保持帶負(fù)載能力，通常選用的壓頻控制方式有：恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速，基頻以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適合于轉(zhuǎn)矩負(fù)載；基頻以上為恒功率調(diào)速，適合于功率負(fù)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(zhì)的環(huán)流？并說(shuō)明其含義。答：如果兩組裝置的整流電壓同時(shí)出現(xiàn)，便會(huì)產(chǎn)生不流過(guò)負(fù)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(huì)出現(xiàn)下列不同性質(zhì)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(shí)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(chǎn)生的環(huán)流稱作直流平均環(huán)流。b瞬時(shí)脈動(dòng)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(shí)的電壓差，仍會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的環(huán)流，稱作瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流。2） 動(dòng)態(tài)環(huán)流。僅在可逆VM系統(tǒng)處于過(guò)渡過(guò)程中出現(xiàn)的環(huán)流。3、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，ASR有哪些作用？其輸出限幅值應(yīng)按什么要求來(lái)整定？ACR有哪些作用？其輸出限幅值應(yīng)如何整定？答：e.改造被控對(duì)象，加快電流跟隨作用。4、畫(huà)出交直交電壓型變頻器主電路，并說(shuō)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(dǎo)體元件的單方向?qū)ㄐ?，直流電流方向不變，故?duì)于大容量有再生制動(dòng)要求的場(chǎng)合，為實(shí)現(xiàn)功率方向可逆，可將兩組晶閘管橋反并聯(lián)構(gòu)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(dòng)電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也使直流電壓變動(dòng)。為了抑制電壓波動(dòng)，采用電容和電感吸收脈動(dòng)電壓（電流）。5、轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)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(yùn)行時(shí)，Un=0（轉(zhuǎn)速無(wú)靜差）ASR的輸出電壓Idl；ASR的輸入偏差為0，輸出電壓： Uct = = = 因?yàn)锳SR和ACR均為PI調(diào)節(jié)器，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無(wú)關(guān)，由它后面的環(huán)節(jié)需要決定。6、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度是否受給定電源和測(cè)速發(fā)電機(jī)精度的影響？為什么？答：是的，穩(wěn)態(tài)時(shí)，Un* = n，當(dāng)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(guò)負(fù)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(shí)脈動(dòng)環(huán)流兩種； 3）直流平均環(huán)流課通過(guò) = 配合控制抑制；瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流可通過(guò)串接環(huán)流電抗器抑制。8、請(qǐng)回答三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)如何通過(guò)坐標(biāo)變換等效成直流電機(jī)？答：以產(chǎn)生相同的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)為原則，三相點(diǎn)擊的電流iA,iB,iC,通過(guò)三相二相變換，可以等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的等效電流；再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流iM，iT。iM相當(dāng)于勵(lì)磁電流，iT相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流，從而構(gòu)成等效的直流電機(jī)。9、在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)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(diào)節(jié)器給定電壓的最大值；即電動(dòng)機(jī)的最大電流，故其限幅值整定的大小完全取決于電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力和系統(tǒng)的最大加速度的需要；電流調(diào)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(jiǎn)述基于穩(wěn)態(tài)模型的轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)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(nèi)，轉(zhuǎn)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(shí)，按下US = f(I，Is)的函數(shù)關(guān)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(diào)速系統(tǒng)原理如圖所示：1）當(dāng)移相控制電壓Uct為正時(shí)，在上圖標(biāo)出ASR和ACR的輸入及輸出信號(hào)極性。2）系統(tǒng)啟動(dòng)分為幾個(gè)階段？簡(jiǎn)要分析說(shuō)明每段電流反饋及轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)各有什么特點(diǎn)？3）某原因引起交流電網(wǎng)電壓降低，分析系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程，并分析系統(tǒng)穩(wěn)定后，整流電壓Ud，電樞電流ID及電機(jī)轉(zhuǎn)速n的變化。解：1）個(gè)新號(hào)極性如圖所示2）系統(tǒng)啟動(dòng)分三個(gè)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(jī)慣性，轉(zhuǎn)速上升緩慢。第二階段恒流升速階段。ASR飽和，Id恒定，轉(zhuǎn)速恒加速上升。第三階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速給定值時(shí)，ASR開(kāi)始退出飽和；當(dāng)Id = Idm時(shí)，即Te = TL轉(zhuǎn)速n最大，隨后n回落，進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。3）當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)，電流內(nèi)環(huán)起主要的及時(shí)抗擾作用，轉(zhuǎn)速環(huán)也有一定抗擾作用，打到新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，Id不變，n不變，Ud變大。2、在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中如下圖，ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器，抑制電動(dòng)機(jī)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(nèi)阻Rrec，電動(dòng)機(jī)的允許過(guò)載倍數(shù)為= 1.51）如系統(tǒng)在額定情況下穩(wěn)定運(yùn)行，轉(zhuǎn)速反饋線突然斷線，系統(tǒng)的運(yùn)行情況如何？寫(xiě)出此時(shí)系統(tǒng)Ui*，Uct, Id, Ud和n的表達(dá)式。2）設(shè)系統(tǒng)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在額定情況正常運(yùn)行，若因?yàn)槟撤N原因勵(lì)磁電流減少使磁通下降一半，系統(tǒng)工作情況如何變化？寫(xiě)出Ui*，Uct, Id, Ud和n在穩(wěn)定后的表達(dá)式。3）系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下帶額定負(fù)載正常運(yùn)行，電流反饋線突然斷線，系統(tǒng)的運(yùn)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(lái)有何變化？解：1）若系統(tǒng)在額定情況下正常運(yùn)行，則有Un* = Un，UI* = UI ,且極性相反，轉(zhuǎn)速反饋斷線，Un = 0，ASR只有輸入U(xiǎn)n*而使其很快進(jìn)入飽和，輸出飽和值為Utm*；ACR輸出Uct上升達(dá)到限幅值Uctm，Id上升，TeTL,電機(jī)加速，n上升，電動(dòng)勢(shì)E上升。最后穩(wěn)定下來(lái)，Id = IdL，Ui* = Utm*，Uct = Uctm，Ud = KsUctm，n=。2）系統(tǒng)在額定情況下正常運(yùn)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(shí)不變，Te =KmInom下降原來(lái)一半，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)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(zhuǎn)矩的，小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，電動(dòng)機(jī)降速直至為0，這時(shí)，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(dòng)調(diào)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(shè)直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載較重，分析并回答以下問(wèn)題：1）根據(jù)各開(kāi)關(guān)及續(xù)流二極管在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的導(dǎo)通狀況，分析電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行原理和反向運(yùn)行原理，并在圖中標(biāo)出點(diǎn)數(shù)電流回路方向。2）畫(huà)出電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)輸出電壓UAB及電樞電流Id的波形。3）寫(xiě)出平均輸出電壓UAB及占空比的表達(dá)式。4）如何控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向？5）如何防止上下兩開(kāi)關(guān)器件直通？ 解：書(shū)上14頁(yè)圖1-18及下面文字五、計(jì)算題1、單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)如下圖，已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)Pnom = 2.5KW，Unom = 220V，Inom = 15A，nnom = 1500r/min，Ra = 2，整流裝置內(nèi)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(diào)速范圍D = 20，靜差率S = 10%，試求：1）畫(huà)出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。2）推導(dǎo)出系統(tǒng)的靜特性方程。3）電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)常數(shù)Ce = ？4）閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K。5）當(dāng)轉(zhuǎn)速n = 1000r/min時(shí)，給定電壓U* = 20V（Un = Un*）求轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 答：書(shū)上51頁(yè)課后題1-102、設(shè)某控制系統(tǒng)被控對(duì)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(shí)系統(tǒng)超調(diào)量。求：分別I、PI和PID調(diào)節(jié)器矯正成典型I型系統(tǒng)，試設(shè)計(jì)各調(diào)節(jié)器參數(shù)并計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)間ts。答：1）用I調(diào)節(jié)器校正時(shí)，調(diào)節(jié)器傳函為， 按典型I型系統(tǒng)校正，校正后開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 ， 式中 ，調(diào)節(jié)時(shí)間 2）用PI調(diào)節(jié)器校正時(shí)，調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： 取，并將看成小時(shí)間常數(shù)，令 則按典型I型系統(tǒng)校正時(shí)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳函為 ，同樣，取 則， 調(diào)節(jié)時(shí)間 3）用PID調(diào)節(jié)器校正時(shí)，調(diào)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(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，同樣，取，則調(diào)節(jié)時(shí)間比較采用不同調(diào)解器的，可見(jiàn)用PID調(diào)節(jié)器矯正效果最好。3、被控對(duì)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(shí)系統(tǒng)的超調(diào)量。試分別用PI和PID調(diào)節(jié)器校正成典型I系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)各調(diào)節(jié)器參數(shù)并計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)間ts。 解：與第2題類似4、直流調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)對(duì)象的傳遞函數(shù)為Wobj（s）= 要求分別用I和PI調(diào)節(jié)器將其校正為典型I型系統(tǒng)，試求各調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，并計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)間。解：1）可用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正，其傳函為= 校正后應(yīng)有由此可知 ，T=0.05s 取