2011年[运动控制系统]试卷A答案

《运动控制系统》课程试卷（A 卷）答案

第1篇 直流调速系统（60分）

一、填空题（每空1分，共23分）

1.

2.

3.

4. 某直流调速系统电动机额定转速n N =1430r /min ，额定速降∆n N =115r /min ，当要求静差率s ≤30%时，允许的调速范围为5.3，若当要求静差率s ≤20%时，则调速范围为3.1，如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是44.6%。

5. 数字测速中，T M 法测速适用于 。

6. 生产机械对调速系统转速控制的要求有 三个方面。

7

8、双闭环直流调速系统的起动过程分为电流上升阶段、恒流升速阶段和 转速调节

三个阶段。

9. 单闭环比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应的改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化。

二、选择题（每题1分，共5分）

1、双闭环直流调速系统，ASR 、ACR 均采用PI 调节器，其中ACR 所起的作用为

（ D ）。

A 、实现转速无静差 B 、对负载变化起抗扰作用

C 、输出限幅值决定电动机允许的最大电流 D 、对电网电压波动起及时抗扰作用

2、典型I 型系统与典型II 型系统相比，（ C ）。

A 、前者跟随性能和抗扰性能均优于后者 B 、前者跟随性能和抗扰性能不如后者

C 、前者跟随性能好，抗扰性能差 D 、前者跟随性能差，抗扰性能好

3、转速单闭环调速系统对下列哪些扰动无克服能力，（ D ）。

A 、电枢电阻 B 、负载转矩 C 、电网电压 D 、速度反馈电位器

4、下述调节器能消除被控制量稳态误差的为（ C ）。

A 、比例调节器 B 、微分调节器 C 、PI 调节器 D 、PD 调节器

5、双闭环调速系统，ASR 、ACR 采用PI 调节器，下列说法正确的是（ C ）。

A 、电动机电枢电流最大时，转速最高 B 、电动机电枢电流小于负载电流，转速最高

C 、电动机转速最高时，电枢电流等于负载电流 D 、恒流升速时，电动机电枢电流等于负载电流。

三、简答题（14分）

1、转速电流双闭环调速系统应先设计哪个环？（1分）

答：电流环（1分）

2、写出PI 调节器的传递函数。（1分）

答：W(s)=Kpi(τs +1)/ τs （1分）

3、写出典型I 型系统和典型II 型系统的传递函数。（2分）

答：典型I 型系统: W(s)=K/s(Ts+1)典型II 型系统:K(τs +1)/s2(Ts+1) （2分）

4、写出电动机的传递函数。（2分）

答：Id(s)/(Udo(s)-E(s))=1/R(Tls+1);E(s)/(Id(s)-Idl(s)=R/Tm s （2分）

5、在调节器的工程设计方法中，低频段大惯性环节如何进行近似处理？高频小惯性群如何进行近似处理？（2分）

答：在调节器的工程设计方法中，低频段大惯性环节近似为积分环节，高频小惯性群合

并为一个一阶惯性环节。（2分）

6、双闭环直流调速系统中，给定滤波环节的作用是什么？（1分）

答：给定滤波环节的作用是平衡反馈滤波环节的延迟作用，使二者得到恰当的配合。（1分）

7、在无静差转速单闭环调速系统中，影响转速的稳态精度的主要因素是什么？（2分） 答：给定、 反馈环节（2分）

8、PWM 可逆直流调速系统中电抗器远小于晶闸管—电动机系统中的电抗器的原因是什么？（1分）

答：电流脉动小 （1分）

9、PWM 可逆直流调速系统的动态性能优于晶闸管—电动机系统的主要原因是什么？（1分）

答：滞后时间常数Ts 小（1分）

10、双闭环调速系统，恒流升速阶段，ACR 输出如何变化？（1分）

答：线性增加 （1分）

四、分析计算题（12分）

在转速、电流双闭环调速系统中，ASR 、ACR 均为PI 调节器。已知参数：电动机：P N =3.7KW，U N =220V，I N =20A，n N =1000 r/min，电枢回路总电阻R=1.5Ω，设U n *m =Ui *m = U cm =10V, 电枢回路最大电流Idm=50A，电力电子变换器的放大系数Ks=50。试求： ① 电流反馈系数ß。（2分）

② 转速反馈系数α。（2分）

③ 当电动机在最高转速发生堵转时的U do 、 U i * 、 U i 、U c 值。（8分）

解答：①

②

公式正确得1分，计算正确得1分

公式正确得1分，计算正确得1分

③

每计算一个量，公式正确得1分，计算正确得1分，共8分

五、转速电流双闭环直流调速系统，ASR 、ACR 均采用PI 调节器，系统起动过程中，回答下列问题：（6分）

1、起动开始时ACR 输出为什么增加？一会儿为什么又减小？（2分）

答：ACR 给定迅速增加，而转速增加缓慢，ACR 输入偏差为正；电流迅速增大使ACR 输入偏差迅速减小，在比例和积分的共同作用下，比例下降较快，而积分上升较慢，输出减小。

2、为什么速度必然产生超调？（2分）

答：不产生超调，电动机就以最大加速度加速，只有产生超调ASR 才能退饱和，电流才能下降，转速才能停止上升

3、当速度达到最高后又开始下降，下降到给定转速的一瞬间，电动机电枢电流比负载

电流大还是小？（2分）

答：电动机电枢电流比负载电流小

第二篇 交流调速系统（40分）

一、填空题（共12题，每题1分，共12分）

1．恒压频比控制方式是指给异步电动机供电的电压和

2．异步电机基于稳态模型的控制方法有调压调速和变压变频调速；基于动态数学模型的高性能控制方法有FOC 和DTC 。

3．异步电动机变压变频调速控制特性曲线中，基频以下调速称为恒基频以上调速称为恒功率调速。

4．控制变频器逆变部分的常见的脉冲宽度调制技术有（1）以追求电压正弦为目的

的SPWM 控制技术，（2）以追求电流正弦为目的的CFPWM 控制技术，（3）以追求磁链正弦为目的的SVPWM 控制技术。

5. 转差频率控制的两个基本特点是：（1恒定，（2）气隙磁通不变时，电磁转矩与转差频率成正比。

6. 电磁耦合是机电能量转换的必要条件，电流与磁通的成积产生转矩，转速与磁通的成积产生感应电动势。

7．异步电动机可以看成双输入

8. 三相异步电动机的机械特性方程式是T e =3n p U s 2R r ' s

ω1⎡⎣(sR s +R r ') +(L ls +L lr ') ⎤⎦22，临界转

差率为s m =。

⎡i α⎤9. 定子电流进行3s/2s

变换的公式是⎢⎥=⎣i β⎦⎤0⎥⎡i ⎤⎥⎢A ⎥，2s/2r变换的公式是i ⎣B ⎦

⎡i d ⎤⎡cos ϕ⎢i ⎥=⎢⎣q ⎦⎣-sin ϕsin ϕ⎤⎡i α⎤⎢i ⎥。 ⎥cos ϕ⎦⎣β⎦

10．不同电动机的物理模型彼此等效的原则是：在不同坐标系中所产生的 完全一致，总功率也相等。

11. 旋转坐标系下，异步电机电磁转矩方程为T e =n p L m (i sq i rd -i sd i rq ) ，其中i rd 表示

12. 异步电机无论是三相静止坐标系、两相静止坐标系，还是两相旋转坐标系下其动态数学模型必须由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程构成。

二、单项选择题（在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。共6题，每题1分，共6分）

1．异步电动机变压变频调速系统属于如下哪种类型？（ ③ ）

① 电磁功率回馈型； ② 转差功率回馈型；

③ 转差功率不变型； ④ 转差功率消耗型

2．如下几种变频调速方法中，哪种方法的异步机机机械特性是一条直线？（ ③ ）

E g U ① =常数 ② s =常数 f 1f

E r ③ 常数 ④ 改变Us f 1

3．以下哪种情况异步电动机定子不能产生旋转磁场？（ ③ ）

① 三相对称绕组，通入三相对称正弦电流；

② 两相对称绕组，通入两相对称正弦电流；

③ 两相对称绕组，通入两相直流电流；

④ 四相对称绕组，通入四相对称正弦电流

4．如下各项中，哪项是三相异步电动机数学模型非线性的根源之一？（ ③ ）

①电动机的转速

② 定子电压频率> 电动机的旋转频率；

③ 定子绕组和转子绕组之间的互感是变量；

④ 转差率在0—1之间

5．三相异步电动机在三相轴系上数学模型的性质是（ ③ ）

① 单输入、单输出系统； ② 线性定常系统；

③ 多变量、高阶、非线性、强耦合系统； ④ 单输入、双输出系统

6．异步电动机的数学模型从三相静止坐标系变换到两相静止坐标系后，电压方程的维数有何变化？（ ③ ）

① 从6维降到2维； ② 从6维降到3维；

③ 从6维降到4维； ④ 从6维降到5维

三、简答题（共3题，共10分）

1．简述通用型变频器的基本组成，并阐述各部分的基本功能（4分）。

答：主电路、泵升电路、控制电路和检测保护电路组成，分别完成：交直交变换、

能量回馈时能量泄放和电流检测机保护作用。

2．简述电压正弦波脉宽调制法的基本思路（4分）。

答：以频率与期望的输出电压波相同的正弦波为调制波，以频率比期望波高得多的等腰三角形波为载波，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列，这种调制方法是SPWM 调制。

3．通用型变频器基速以下变频调速时为什么要变压？（2分）

答：为保持电机主磁通恒定，因为主磁通太小电机利用不充分，太大会烧坏电机。

四、综合应用题（共2题，共12分。其中1题6分，2题6分）

1．异步电机矢量控制变频调速的基本思想是什么？（3分）并用结构简图描述（3分）

答：按转子磁链定向矢量控制的基本思想是：通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电机模型，仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩和磁链，然后将转子磁链定向坐标下中的控制量反变换得到三相坐标系下的对应量，以实施控制。

图解为：

2. 根据异步电机直接转矩控制系统回答下列问题：

（1）简述异步电机直接转矩控制变频调速的基本思想（3分）

答：直接转矩控制系统的基本思想是根据定子磁链幅值偏差的正负符号和电磁转矩偏差的正负符号，再依据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的控制。

（2）比较异步电机FOC 与DTC 控制的优缺点（3分）

答：性能比较如下：