运动控制期末复习.docx

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1、_填空题1. 单闭换比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于他能够随着负载的变化而相应的改变 ，以补偿电枢回路电阻压降的变化。2. 双闭环调速系统中，当ASR输出达到限幅值Um*，转速外环呈 状态，转速变化对转速环不会产生影响，双闭环系统变成一个 调节系统3. 调速系统采用旋转编码器进行数字测速的方法有三种，分别是：4. 转速、电流双闭环调速系统 中，转速环按典型 型系统设计，抗干扰能力 ，稳态转速无静差。转速环按典型 型系统设计，抗干扰能力 ，超调小。5. 交流调速系统按对转差功率处理方式分为三类： 、 、 、6. 异步电动机通过坐标变换简化其数学模型时,异步电动机定子绕组是静止的,因

2、此只要进行3/2变换即可:而转子绕组是旋转的,因此必须通过 及 才能变换到静止两相正交坐标系。7. 现代变频器主要采用PWM控制技术,传统的交流PWM技术是用正弦波来调制等腰三角波,称为 控制技术,随着控制技术的发展还产生了 控制技术和 控制技术。8. 基于动态模型的异步电动机调速系统,可采用按转子磁链定向的 ，另外还可以采用按定子磁链控制的 。9. 直流调速系统采用的可控直流电源的主要有 和 ，考虑到 电源装置的性能优越性,在中考虑到小功率场含应用较多。10. 比较开环系统机械特性和闭环系统静特性性， 系统机械特性比较硬， 系统的调速范国较小静差率一定时 系统的机械特性系统的调速范围可以大大

3、提高。11. 当电流增加到一定值时才出现的电流负反馈，叫做 12. 对转速、电流闭环调速系统来说,动态干扰主要有负扰动和电网电压抗动,其中 调节器对负载扰动起调节作用；当电网电压变化时首先由 调节器及时调节。13. 控制系统的动态性能指标中反映系统快速性的指标是 ；反映系统稳定性能的指标是 ；能够同时反映快速性和稳定性的指标是 。14. 光电式应转编码器可以实现调速系统的数字化转速检测的,这种编码器主要有两种类型分别是 和 。采用数字PID控制的调节器，其中PID数字控制算法有 和 两种。15. 对于基于稳态模型的异步电动机调速系统面言，采用 调速是一种性能较好的调速方法，在基频以下采用 的控

4、制方法，基频以上调速受电动机绝缘耐压和磁路饱和限制需要保持 不变。16. 带有比例积分调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为（ ）A零B大于零的定值C小于零的定值D保持原先的值不变17. 以下关于三相异步电动机动态数学模型描述错误的是（ ）A异步电动机定、转子各绕组间存在交叉耦合B异步电动机动态数学模型是一个高阶系统C异步电动机是一个单输入单输出的线性系统D异步电动机动态数学模型是一个多变量系统18. 以下关于典型型系统的说法正确的是（ ）A典型型系统能够克服阶跃干扰和斜坡干扰B典型型系统仅能克服阶跃干扰C典型型系统不是一种工程设计的方法D典型型系统就是一个

5、二阶系统19. 以下关于直接转矩控制系统的说法正确的是（ ）A采用了定子磁链闭环控制B用到了旋转坐标交换C受转子参数变化的影响D低速时转矩无脉动20. 关于带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统和转速，电流双闭环直流调速系统比较，下列说法正确的是（ ）A带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统动态性能更好B就静特性而言两者有相似之处，都是两段特性C两者都能随时对电流起控制作用D两者都仅在电流过大时对电流起控制作用21. 典型型系统与典型型系统相比（ ）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22. 交流调速系统需要变频

6、器作为交流电器，以下不属于变频器采用的变频器技术的是（ ）ASPWMBSVPWMCCFPWMDPFC23. 以下关于交流电动机数学模型说法错误的是（ ）A交流电机数学模型是一个单输入单输出的线性系统B异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合系统C异步电动机变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（或电流）和频率两个独立的输入变量D在基速（额定转速）以下时，异步电动机无法对磁通进行单独控制，而直流电动机可以。8_第二章：习题2-1（P27）试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的 答：先减小控制电压，使Ug1得正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而

7、使平均电枢电压Ud降低，由于机械惯性，转速和反电势还来不及变化，因而造成EUd的局面，很快电流Id反向，VD2截止，在tontT期间，Ug2为正，于是VT2导通，反向电流产生能耗作用，在TtT+ton期间，VT2关断，-id经VD1续流，向电源回馈能量，同时VD1两端压降钳制VT1，使其不能导通，在制动状态下，VT2和VD1轮流导通，VT1始终关断。习题2-2（P27）调速系统的调速范围是1000100r/min要求静差率S=2%，那么系统允许的稳态转速降是多少？D=nMAXnmin=1000100=10n=nN*sD（1-s）=10000.0210（1-0.02）=2.04 rpm习题2-3

8、（P27）某一调速系统在额定负载下，最高转速为n0MAX=1500r/min，最低转速n0min=150r/min带额定负载时的速度降落nN=15r/min且在不同转速下额定速降nN不变，试问系统调速范围多大？系统静差率是多少？解：调速范围：D=nMAXnminnMAX=n0MAX-nN=1500-15=1485r/minnmin=n0min-nN=150-15=135r/minD=nMAXnmin=1485135=11静差率：S=nNn0=15150=0.1=10%例题2-1（P25）某直流调速系统电动机额定转速为nN=1430r/min，额定速降n=115r/min，当要求静差率S30%时

9、，允许多大的调速范围?如果要求静差率S20%时，允许多大的调速范围?如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？解:在要求静差率S30%时允许的调速范围为：D=nNSnN(1-S)=14300.3115(1-0.3)=5.3在要求静差率S20%时允许的调速范围为：D=nNSnN(1-S)=14300.2115(1-0.2)=3.1若调速范围达到10，则静差率只能是：S=DnNnN+DnN=101151430+10115=0.446=44.6%第三章：习题3-7（P52）有一个PWM变换器供电的直流调速系统，已知电动机：PN=2.8KW，UN=220V，IN=15.6A，nN=1500r/

10、min，Ra=1.5，整流装置内阻Rrec=0.2，PWM变换器的放大倍速Ks=31.（1）系统开环工作时，试计算调速范围D=100时的静差率S值。解：由题知：R=Ra+Rrec=1.5+0.2=1.7Ce=UN-INRan=220-15.61.51500=0.1311Vnop=INRCe=15.61.70.1311=202.3 r/minnmin=nmaxD=1500100=15S=nopn0min=nopnmin+nop=202.3202.3+15=0.93=93%（2）当D=100,S=5%时，计算系统允许的稳态速降。nN=nNSD(1-S)=15000.05100（1-0.05）0.7

11、89r/min（3）如组成转速负反馈有静差调速系统，要求D=100，S=5%,在 =10V时 ，计算转速负反馈系数 和放大器放大系数 。K=nopncl-1=202.40.789-1255.5n=KpKsUN*Ce(1+K)-RIdCe(1+K)1500=310Kp0.131(1+255.5)-(1.5+0.2)15.60.131(1+255.5) Kp162.7由K=KpKsCe得=KCeKpKs=255.50.131162.7310.007第四章习题4-1（P100）双闭环调速系统的ASR和ACR均为PI调节器，设系统最大给定电压Unm*=15V， nN=1500r/min，IdL =20

12、A，电流过载倍数为2，电枢回路总电阻R=2，Ks=20，Ce=0.127Vmin/r求：（1）当系统稳定运行在Un*=5V，IdL=10A时，系统的n、Un、Ui*、Ui和Uc各为多少？（2）当电动机负载过大而堵转时， Ui*和Uc各为多少？解：（1）转速反馈系数：=Unm*nN=151500=0.01当U*i=5V，转速n=U*n=5V0.01V/rpm=500 rpm电流反馈系数=Unm*Idm=15202=0.375Un=U*n=5V当U*n=5V时，U*i=UI=IdL=0.37510=3.75VUc=Cen+IdLRKS=0.127500+10220=4.175V（2）堵转时：U*i

13、=Idm=0.37540=15VUc=Cen+IdLRKS=0+40220=4V第五章习题5-1（P111）旋转编码器光栅数1024，倍频系数4，高频时钟脉冲频率f0=1MHz，旋转编码器输出的脉冲个数和高频时钟脉冲个数均采用16位计数器，M法测速时间为0.01s，求转速n=1500r/min和n=150r/min 时的测速分辨率和误差率最大值。提示：Z（脉冲）=倍频系数*光栅数 Z=4*1024=4096（1） M法测速测速分辨率Q=60ZTC=6040960.011.465r/min当转速n=1500r/min时n=60M1ZTc M1=nZTc60=1024测速误差率max=1M1100

14、%=11024100%0.098%当转速n=150r/min时n=60M1ZTc M1=nZTc60=102.4测速误差率max=1M1100%=1102.4100%0.98%可见M法适合高速（2）T法测速当转速n=1500r/min时：测速分辨率 Q=Zn260f0-Zn=40961500260106-40961500171r/min由n=60f0ZM2得M2=60f0Zn=60106409615009.77测速误差率MAX=1M2-1100%11.4%当转速n=150r/min时：测速分辨率Q=Zn260f0-Zn=4096150260106-40961501.55r/min由n=60f0

15、ZM2得M2=60f0Zn=60106409615097.7测速误差率MAX=1M2-1100%1%可见T法适合低速P103 5.2 转速检测的数字化（两种测速方法相关概念）公式，求解第六章习题6-1（P153）一台三相笼型异步电动机的铭牌数据为:额定电压UN=380V,额定转速nN=960r/min,额定频率fN=50Hz,定子绕组为联结。由实验测得定子电阻Rs=0.35,定子漏感Lls=0.006H,定子绕组产生气隙主磁通的等效电感Lm=0.26H,转子电阻Rr=0.5,转子漏感Llr=0.007H,转子参数已折合到定子侧,忽略铁心损耗。(1)画出异步电动机T形等效电路和简化等效电路。(2

16、)额定运行时的转差率SN,定子额定电流I1N(Ir)和额定电磁转矩。由于额定转速nN=960r/min。同步转速n1=60fNnp=60503=1000r/min因此额定运行时的转差率为SN=n1-nn1=1000-9601000=0.04由异步电动机简化电路，额定运行时的定子额定电流幅值Ir=UsRs+RrS2+12Lls+Llr2 +=220（0.35+0.50.04）2+（100）2（0.006+0.007）2=220165.1225+16.6796=16.3164 A额定电磁转矩Te=Pmm=3np1Ir2RrSN=3310016.316420.50.0495.33（Nm）（依据简化等

17、电路效）(3)定子电压和频率均为额定值时,理想空载时的励磁电流l0I0=UsRS2+12Lls+Llr2=2200.352+(100)2(0.06+0.26)2=2.633(A)(4)定子电压和频率均为额定值时,临界转差率S和临界转矩Tem,画出异步电动机的机械特性。Sm=RrRS2+12Lls+Llr2=0.50.352+(100)2(0.06+0.007)2=0.122临界转矩Tem=3npUs221Rs+RS2+12Lls+Llr2=3322022000.35+0.352+(100)2(0.06+0.007)2=155.83(Nm)异步电动机的机械特性如下图所示：P1536-4思考题：基

18、频以下调速可以是恒压频比控制、恒定子磁通ms、恒气隙磁通m和恒转子磁通mr的控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。答：恒压频比控制最容易实现，其机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能满足一般调 速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。 恒定子磁通 ms、恒气隙磁通 m 和恒转子磁通 mr 的控制方式均需要定子电压补偿，控制 要复杂一些。恒定子磁通 ms 和恒气隙磁通 m 的控制方式虽然改善了低速性能，但机械特性还 是非线性的，仍受到临界转矩的限制。 恒转子磁通 mr 控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳。习题6-7（P

19、154）异步电动机基频以下调速时，气隙磁通量m、定子磁通量ms和转子磁通量mr随负载而变化，要保持恒定需采用电压补偿控制。写出保持三种磁通恒定的电压补偿控制的向量表达式，若仅采用幅值补偿是否可行，比较两者的差异。（1） 恒定子磁通量ms控制Te=3np（Us1）2S1RrSRs+Rr+S212（Lls+Llr）2（2） 恒气隙磁通m控制Te=3np（Eg1）2S1RrRr2+S212Llr2（3） 恒转子磁通量mr控制Te=3np（Eg1）2S1Rr两者差异：习题6-12（P154）两电平PWM逆变器主回路的输出电压矢量是有限的，若期望输出电压矢量的幅值小于23 Ud，空间角度任意，如何用有限

20、的PWM逆变器输出电压矢量来逼近期望的输出电压矢量？答：两电平PIM逆变器有六个基本空间电压矢量，这六个基本空间电压矢量将电压空间矢量分成六个扇区，根据空间角度确定所在的扇区，然后用扇区所在的两个基本空间电压矢量分别作用一段时间等效合成期望的输出电压矢量。（P123）变压变频调速的基本原理变压变频调速是改变异步电动机同步转速的一种调速方法，同步转速随频率而变化n1=60f1np=6012np异步电动机的实际转速n=1-Sn1=n1-sn1=n1-n稳态速降随负载大小变化 n=Sn1基频以下调速调速当异步电动机在基频（额定频率）以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁

21、通过大，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电机。当频率从额定值向下调节时，必须使Egf1=4.44NskNSmN=常值即在基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。然而,异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。当电动势值较高时,可忽略定子电阻和漏感压降,而认为定子相电压Us=Eg,则得Egf1=常值这就是恒压频比的控制方式。低频时,U和E都较小,定子电阻和漏感压降所占的份量比较显著,不能再忽略。这时,可以人为地把定子电压U抬高一些,以便近似地补偿定子阻抗压降,称作低频补偿,也可称作低频转矩提升。当电动势值较高时，忽略定子电阻和漏感压降，低频补偿（低频转

22、矩提升）低频时，定子电阻和漏感压降所占的份量比较显著，不能再忽略。人为地把定子电压抬高一些，以补偿定子阻抗压降。负载大小不同，需要补偿的定子电压也不一样。基频以上调速在基频以上调速时,频率从fi向上升高,受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制,定子电压U不能随之升高,最多只能保持额定电压U不变,这将导致磁通与频率成反比地降降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。基频以下采用恒压频比控制 异步电动机机械特性方程式改写为Te=3np（Us1）2S1RrSRs+Rr+S212（Lls+Llr）2在恒压频比的条件下把频率向下调节时，机械特性基本上是平行下移的。临界转矩Tem=3np2（Us1）21Rs1（Rs

23、1）2+（Lls+Llr）2随着频率的降低而减小，当频率较低时，电动机带载能力减弱，采用低频定子压降补偿，适当地提高电压，可以增强带载能力。转差功率Ps=SPm=S1TeRrTe23np（Us1）2与转速无关，故称作转差功率不变型电压不能从额定值再向上提高，只能保持不变，机械特性方程可写成：Te=3npUsN2S1Rr1SRs+Rr+S212Lls+Llr2临界转矩表达式：Tem=32npUsN211Rs+Rs12+12Lls+Llr2临界转差Sm=RrRs2+12Lls+Llr2当S很小时，忽略上式分母中含S各项Te3npUsN21SRr或S1RrTe123npUsN2带负载时的转速降落n=Sn1=602npS110RrTenp212UsN2对于相同的电磁转矩，角频率越大，转速降落越大，机械特性越软，与直流电机弱磁调速相似。