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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(jiǎn)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(guò)程中往往采用恒定磁通控制方式。請(qǐng)畫(huà)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(xiě)出恒功率約束條件下合成電壓矢量表達(dá)式,畫(huà)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(huà)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(guò)靜止/旋轉(zhuǎn)變換后的電流佇和仃寫(xiě)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(lái)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(huà)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(kāi)環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。簡(jiǎn)要說(shuō)明各環(huán)節(jié)名稱(chēng)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(guò)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(guò)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(huà)出以000矢量為首發(fā)矢量的uA、波形(開(kāi)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(huà)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(xiě)出轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想(4分);osmosUs3UA+UbejY+UC*ej22)和三相開(kāi)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(huà)出各電壓空間矢量的位置(3分);(2)說(shuō)明其開(kāi)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(kāi)關(guān)函數(shù)為(100),U2的開(kāi)關(guān)函數(shù)為(110),U3的開(kāi)關(guān)函數(shù)為(010)。U4的開(kāi)關(guān)函數(shù)為(011),U5的開(kāi)關(guān)函數(shù)為(001),U1的開(kāi)關(guān)函數(shù)為(101),U0的開(kāi)關(guān)函數(shù)為(000),U7的開(kāi)關(guān)函數(shù)為(111)。(每個(gè)開(kāi)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(huà)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(shuō)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(shuō)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(guò)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(guò)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(shuō)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(jiǎn)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(xiě)出系統(tǒng)中AH這八個(gè)環(huán)節(jié)的名稱(chēng)(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)噶克诘奈恢茫苯舆x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
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