工大机电控制系统试题模拟答案.docx

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1、机电控制系统模拟题一、二、三、四、五答案一、简答题1、简述控制系统有哪些要求？解：略，见课件2、步进电机有哪些特点解：略，见课件3、步进电动机步距角细分控制的基本原理是什么？用哪些方法来实现？解：略，见课件4、负载转矩和转动惯量对步进电动机的启动频率和运行频率有什么影 响？解：略，见课件5、步进电动机对驱动电路有何要求?常用驱动电路有什么类型?各有什么 特点？解：略，见课件6、步进电动机为什么要进行加减速控制?如何实现加减速控制？解：略，见课件7、步进电动机开环控制与闭环控制各有什么特点?各用在什么场合？解：略，见课件8、使用步进电动机需注意哪些主要问题？解：略，见课件9、如何减小或消除步进电

2、机的振荡现象？解：略，见课件10、如何提高步进电机的负载能力解：略，见课件n、有静差调节系统和无静差调节系统的含义是什么？解：略，见课件12、积分调节器为什么能消除误差？解：略，见课件13、什么叫调速范围？什么叫静差度？这两项指标有什么关系？解：略，见课件14、直流调速有哪些方法？比较各种方法的特点。解：略，见课件15、简述直流桥式双极型可逆pwm变换器原理解：略，见课件16、双闭环调速系统中转速调节器的作用是什么？它的输出限幅值按什么 进行调整？电流调节器的作用是什么？它的限幅值按什么来整定？解(1)闭环系统的额定转速降A nS 1500x0.05 ,.Nf = 0(1 1 S)= 5. 0

3、.05)1/ mm =(2)闭环系统的开环放大倍数K由教材中的式(3.16)知型上X”上=0.口8,1500 r/min r/min再根据教材中的式(11.15)加f =- 而 = 送1 + KCeK = k _ _，N (凡 + M )17.2 x(0.8+ 1.6)(3)可控整流器在电动机额定运行时的输出电压Un+InR、= (220+17.2x0.8)V = 234V(4)在电动机额定运行时触发器的输入控制电压a(5)放大器的电压放大倍数9及转速反馈系数y 电动机在额定运行时，最大给定电压为心,(Ugm-7，N)Kp= UkK = *KpKs =嘉小将已知数据代人上面两式得(10-150

4、0/)A：p=4.67解上面方程组可求得：Kp = 31.41, y= 0.00657V (r/min尸(6)转速反馀回路分压比因BR = Uf即G二br XBR =R3 + R4 R3r 0.00657R3 + R4 C.br 0.061= 0.108式中,C.br = = -!J-V-(r/min)_, = 0.061V .(r/min)-, wN-br 1800比例放大器的参数确定取 R0=l0kQ,则 R产 KpRo=3L41xl0kQ=314.1kQ,故选标称值为 330kA的品.解：双闭环调速系统的静特性在负载电流小于7dm时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。当负载

5、电流达到/出后，转速调节器 饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流 的自动保护。转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器 1 1 1的最大输出电压Udm转速调节器的作用（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定 电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用。（3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。电流调节器的作用（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧 紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。（

6、2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。（3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过 程。（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护 作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运 行来说是十分重要的。二、计算题1、三相步进电机工作在双三拍方式，己知步距角3。，最大转矩Tmax = 0.685。机，转动部分的转动惯量J=l.725xl0g.,2,试求该步进电机的自 由振荡频率和周期7 360 360解：Z = 40, /3m 3x3= 20.3J_ IZT _ 1 / 0.685/40-V1.725x10-5x9.82、一台三相反应

7、式步进电机，采用三相六拍分配方式，转子有40个齿,脉冲源频率600Hz,求：(1)写出一个循环的通电顺序(2)求步进电机的步距角(3)求步进电动机转速解(1)脉冲分配方式有两种：AABBBC-C-CA AACC-CBBBA根据小翳其中K = 2 . = 3 Z = 40 /7 = 360/(40x2x3) = L5(3)根据转速得=变( 其中，/ = 600Hz KmZ60 x 6002 x 3 x 40r/min = 150r/min3、一台步进电动机，已知相数m=6,单六拍运行步距角为3。，单双十二 拍运行时步距角为1.5。，求转子数？解根据齿距 360拍数KmZ得单六拍运行时K=l,单双

8、十二拍运行时K=2.单六拍运行时单双十二柏运行时0二二 361 pKm 3xlx6Z=_3601_ = 201.5x2x6即该步进电动机转子齿数为20.4、有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电 动机定子励磁绕组，测得步进电动机的转速为100”min,已知转子有24 个齿，求：(1)步进电机的步距角；(2)脉冲电源的频率(1)步进电机的步距角；(2)脉冲电源的频率.解(1)求步距角根据夕=网1 其中，k = 2 Z=24 m = 5KmZ= 1.5(2)求脉冲电源频率根据 =W其中,n= lOOr/min KmZ所以KmZn _ 2 x 5 x 24 x 1006060H

9、z = 400Hz5、若一台四相反应式步进电机的步距角为18。/09。，试问：(1) 1.8。/0.9。表示什么意思？(2)转子齿数是多少？(3)写出四相八拍运行方式的一个通电顺序。(4)在A相测得电源频率为400赫兹时，每分钟的转速为多少？解(1)根据步进电机结构的概念可知，1.8。/0.9。分别表示单四拍运行的步距角和单 双八拍运行的步距角，即单四拍户= 1.8。，单双八拍户=0.9。.(2)根据 力=答，以单四拍为例计算得 Z= 360。0 KmZ1.8x4xl(3)四相八拍运行的通电顺序可为 AABBBCCCDDDA(4)根据二影当四相八拍运行时二盥=翳端min=60r/min6、试求

10、图所示机械系统的微分方程式和传递函数。图中力是输入量， 位移x为输出量，机为质量，A为弹簧的弹性系数，为粘性阻尼系数。解取质量，的平衡点为位移零点，根据达朗贝尔原理，可列出系统输入,/W与输出之间的微分方程式为d-x(t)dxQ) . . . a r.m + B + 履=丁 / dr dtb将上式在零初始条件下取拉氏变换，可得机械系统的传递函数为X（5）_ albF(5)ms + Bs + k7、控制系统方框图如图所示,若要求系统单位阶跃响应超调量MP= 20% ,调节时间（ML5s （八=5%）,试确定K与7的值。解由系统方框图可以求得系统的闭环传递函数为K与二阶系统传递函数的标准形式比较，

11、可得K =忒 , T =（2皿-1）/叱由性能指标MP=0.2, rs=1.5s可以求得系统的特征参数为4 = 0.456,跳=4.385将系统的特征参数代入，可以求得K =19.23 ,汇=（2电-1）/* =0.1568、单位反馈系统的开环传递函数为G（s） = 7当输入单位斜坡 s（s + 认$ + 5）信号时，系统的稳态误差4 =0.01,试求K值。解对于单位反馈系统，其稳态误差计算可以用误差系数法。将系统的开换传递函数化为常数相为1的各因式乘积形式，则有)=心 + 并 + 1)由此可见，控制系统为I型系统，其开环增益为K/5。 当输入斜坡函数时，系统的稳态误差为e= -5 = = 0

12、.01K/5 K从而得K = 5009、RL-C电路如图所示，/输入电压，为输出电压(1)列出/与之间的微分方程(2 )根据微分方程绘制系统结构图/vwLRC(1)iR + L + 忧。= J idt 5LCM + RC驾 f 其中 T4,Tc = RC10、系统框图如图所示，(/) = 1(。为系统扰动信号，X(s)系统输出,Xi(s)为系统输入，试求干扰信号(/)作用下引起的稳态误差4(Xj(s)=O)N (s)11、二阶环节的单位阶跃响应曲线如图所示，确定该二阶环节的闭环传递 函数。解：c%=30% tp=0.1s =0.36 wn=33.7rad/s12、有一直流调速系统，noi=14

13、5Or/min, n()2=145r/min,AnN=10r/mino试求：系统的调速范围和系统允许的静差度。解：=10.67min 02 一 足5 = 2 =0.069。213、有一晶体管电动机直流脉宽调速系统，其主电路的电源电压US=2OOV, 交替导通的开关频率f=5kHz,在脉冲周期内正向全导通时的理想空载转 速n（）i=3000r/min,试问正向理想空载转速no2=6OOr/min时的正向导通时 间ti为多少？ 解：U.=UsQy-l）且 T或%=2-1 即 啦=27- 1 = 2。/一1Us0|化简后可得。=如+。2 =3000：60 = 1.2x KT52x5x10x30001

14、4、某一晶体管电动机直流脉宽调速系统，脉宽调制（PWM）放大器的 电源电压Us=100V,开关频率f=5kHz,正向全导通时的理想空载转速 n（）i=2000r/inin,试问正向导通时间ti=1.005xl04s时的理想空载转速n（）2 为多少？WO2/WOI =2/1/-1故 a =（2/,/ -I）noi =（2x 1.005 x 10 x 5 x IO3 - l）x 2000r/min = 10r/min 三、分析题1、如果采用步进电机作为伺服系统的执行元件，应考虑哪些因素 解：见课件，总结2、欲改变双闭环调速系统中的转速，可调什么参数？改变转速反馈系统y 行不行？欲改变最大允许电流，

15、应调节什么参数？解：结合双闭环调速系统的原理分析，调Ug可调n,改变y也可，欲改 变1am应调3、如图所示转速负反馈直流调速系统，已知数据如下：直流电动机采用 Z2-41 型，其主要技术数据为：PN=3kW Un=220V、In=17.2A n=1500r/min Ra=l.6。晶闸管可控整流电源的等效电阻Rx=0.8C；晶闸管可控整流器的电压放大倍数Ks=50；测速发电机的主要技术数据为：Pn-br=44W UN BR=nOV. In.br=0.4A, n、.BR=1800r/min；直流电动机为最高转速nN=1500r/min时的给定电压Ugm=10V对该调速系统的技术指标要求是：调速范围1)=20,静差度S=5%；试求：该闭环调速系统的静态参数：AiiNf、K、Ud、Uk、Kp、y