运动控制考试卷题库

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1、填空1、常用的可控直流电源三种：旋转变流机组、静止式可控整流器、直流斩波器或脉宽调制 变换器2、谐波与无功功率造成的“电力公害”是晶闸管可控整流装置进一步普及的障碍，必须添 置无功补偿和谐波滤波装置。3、由于电流波形的脉动，可能出现电流的连续和断续两种情况。（指VM系统）电感大，负 载大连续，反之断续。4、抑制电流脉动的措施：1）增加整流电路相数，或采用多重化技术。2）设置平波电抗器5、由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容充电， 这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。6、稳态性能指标：1）调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速nmax和最低转速nmi

2、n 之比叫做调速范围。D=nmax/nmin.2）静差率：负载由理想空载增加到额定值所对应的转速 降落，与理想空载转速n0之比s=AnN /n0 100%。7、调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。*、一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。8、开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系：1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特 性硬得多。2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多。3）如果所要求的静差率一定，则闭 环系统可以大大提高调速范围。4）要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。*概 括上四点，结论：闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态

3、特性，从而在保证一 定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检 测与反馈装置。9、反馈控制规律：（1）只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。（2）反 馈控制系统的作用：抵抗扰动，服从给定。一一反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围 的前向通道上的扰动。（3）系统的精度依赖于给定和反馈监测的精度。10、比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点。比例 积分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。11、在实际调速系统中，很少单独使用电流正反馈补偿控制，只是在电压（或转速）负反馈系 统的基础上，加上电流正反馈补偿

4、，作为减少静差的补充措施。12、从闭环系统上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外面，称作外环。这就形成了转 速、电流双闭环调速系统。13、PI调节器，其输出量在动态过程中决定于输入量的积分，到达稳态时，输入为零，输 出的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。14、起动动态过程：第I阶段（0t1）是电流上升阶段，第II阶段（t1t2）是恒流升速阶 段，第III阶段（t2以后）是转速调解阶段。15、起动过程三个特点：1）饱和非线性控制。2）转速超调。3）准时间最优控制。16、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Un*变化，稳态时可减小转

5、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动机允许的最大电流。17、电流调节器的作用：1）作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使 电流紧紧跟随其给定电压Ui* （即外环调节器的输出量）变化。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，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过 程。4）当电动机过载甚至堵转时，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。18、一般来说，调速系统的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态指标则以跟随

6、性能 为主。19、微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化。20、旋转编码器可分为绝对式和增量式两种。绝对式编码器常用于检测转角，增量式编码器 在码盘上均匀地刻制一定数量的光栅，可以计算转速。21、采用旋转编码器的数字测速方法有三种：M法、T法、M/T法。22、常见的数字滤波方法：1）算术平均值滤波。2）中值滤波。3）中值平均滤波。23、数字PI调节器有位置式和增量式两种算法。增量式PI调节器算法只需输出限幅，而位 置式算法必须同时设积分限幅和输出限幅，缺一不可。24、可逆V-M系统中的环流：1）静态环流：直流平均环流、瞬时脉动环流。为了抑制瞬时 脉动环流可在环流回路中串入电抗器，或称均衡电

7、抗器，但不能消除。2）动态环流。用a = 配合控制可以消除直流平均环流。25、无环流可逆系统又有两大类：逻辑控制无环流系统和错位控制无环流系统。26、异步电动机的调速系统分为：1）转差功率消耗型调速系统，（降电压调速,转差离合器调 速,转子串电阻调速）。2）转差功率馈送型调速系统，（绕线转子电动字串级调速和双馈电动 机调速）。3）转差功率不变型调速系统。（变极对数调速和变压变频调速）。27、在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质，而在基频以上，转速 升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。28、（1）恒压频比（Us/w1=恒指）控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下

8、移， 硬度也很好，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有限，须对定子压降实行补偿。（2）恒Eg/w1控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到m= 恒值，从而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。（3）恒Er/w1控制可以得到和直流他励电动机一样的线性机械特性，按照转子全磁通 rm恒定进行控制即得Er/w1=恒值，在动态中也尽可能保持rm恒定是矢量控制系统所追 求的目标，当然实现起来是比较复杂的。29、基频以上变频调速属于弱磁恒功率调速。30、电力电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。31、PWM便压变频器的优点：1、在主电路整流和逆变两

9、个单元中，只有逆变单元是可控的， 通过它同时调节电压和频率，结构十分简单。采用全控型开关器件，通过驱动电压脉冲进行 控制，驱动电路简单，效率高。2、输出电压波形虽是一系列的PWM波，但由于采用了恰当 的PWM控制技术，正弦基波的比重较大，影响电动机运行的低次谐波收到很大限制，因而转 矩脉动小，提高了系统的调速范围和稳态性能。3、逆变器同时实现调压和变频，系统的动 态响应不应受中间直流环节滤波器参数的影响，使动态性能得以提高。4、采用不可控的二 极管整流器，电源测功率因数较高，且不受逆变器输出电压大小的影响。32、在交-直-交变压变频器中，按照中间直流环节直流电源性质的不同，逆变器可以分成电 压

10、源型和电流源型两类。33、正弦波脉宽调制（SPWM）技术原理？以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波，并用 频率和期望波相同的正弦波作为调制波，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，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不 等宽的矩形波。按照波形面积相等的原则，每一个矩形波的面积与相应位置的正弦波面积相 等，因而这个序列的矩形波与期望的正弦波等效，这种调制方法称作正弦波脉宽调制。34、SPWM控制技术有单极性控制和双极性控制两种方法。35、变压变频调速系统中的脉宽调制技术：正弦波脉宽调制（SPWM）技术、消除指

11、定次数谐 波的PWM（SHEPWM）控制技术、电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）控制技术、磁链跟踪控制技术。36、三种数字控制法自然采样法、规则采样法、指定次数谐波消除法。37、交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而 产生恒定的电磁转矩。38、不同开关状态的顺序必须遵守下列原则：每次切换开关状态时，只切换一个功率开关器 件，以满足最小开关损耗。39、死区时间的存在显然会使变压变频器不能完全精确地复现PWWM控制信号的理想波形， 当然也就不能精确地实现控制目标。40、死区对变压变频器输出电压的影响有以下几点：1）死区形成的偏差电压会使SPWM变压 变频器实际

12、输出基波电压的幅值比理想的输出基波电压有所减少。2）随着变压变频器输出 频率的降低，死区的影响越来越大。现代通用变频器。所谓的“通用”包含这两方面的含义：一是可以和通用的笼型异步电动机 配套使用；二是具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。41、控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。42、转差频率控制的规律是：1）在3 sW3 sm的范围内，转矩Te基本上与3 s成正比，条 件是气隙磁通不变。2）在不同的定子电流值时，按图（6-41需记）的Us=f（3 1Is）函数关 系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通Bm恒定。43、式3 s*+3 =3 1*表示转差角频率3

13、 s*与实测转速信号3相加后得到定子频率输入信号3 1*，这个关系是转差频率控制系统的突出特点或优点。44、异步电动机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。45、三相异步电动机的数学模型由下述电压方程、磁链方程、转矩方程和电力拖动系统运动 方程组成。46、不同电动机模型彼此等效的原则是：在不同坐标下所产生的磁动势完全一致。47、C3/2表示从三相坐标系变换到两相坐标系的变换矩阵，两相静止坐标系变换到两相旋 转坐标系的变换阵是cos 卬sin 卬2 v-广.小 J2s/2r |_ Sin 卬 cos 卬48、异步电动机在两相以任意转速旋转地dq坐标系上的数学模型。它比ABC坐标系

14、上的数 学模型简单得多，阶次也降低了，但其非线性、多变量、强耦合的性质并未改变。49、简述矢量控制（VC）系统的基本思路？以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标系上的定子交流电流iA、iB、iC通过三相 一两相变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流ia和甲，再通过同步旋转变换，可 以等效成同步旋转坐标系上的电流id和iq。如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他 所看到的便是一台直流电动机。通过控制，可使交流电动机的转子总磁通r就是等效直 流电动机的励磁磁通，如果把d轴定位于r的上方，称作M轴，把q轴称作T轴，则M 轴绕组相当于直流电动机的励磁绕组，im相当于励磁电流，T绕组相当于伪静止的

15、电枢绕 组，it相当于与转矩成正比的电枢电流。既然异步电动机经过坐标变换可以等效成直流电动机，那么，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变 换，就能够控制异步电动机了。由于进行坐标变换的是电流的空间矢量，所以这样通过坐标 变换的控制系统就叫做矢量控制系统。50、在计算模型中，由于主要实测信号的不同，又分电流模型和电压模型两种。51、*电压模型更适合于中、高速范围，而电流模型能适应低速。52、直接转矩控制系统和矢量控制系统特点与性能的比较：性能与特点直接转矩控制系统矢量控制系统磁链控制定子磁链转子磁链转矩控制砰-砰控制，有转矩脉动连续控制，比较平滑坐标变换静止坐标变

16、换，较简单旋转坐标变换，较复杂转子参数变化影响无有调速范围不够宽比较宽53、转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测速发 电机励磁各量发生变化时，都会引起转速变化，问系统对上述各量有无调节能力？为什么？当电网电压发生变化时，系统对其有调节能力。因为电网电压是系统的给定反馈控制系 统完全服从给定。 负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻发生变化时系统对其有调节能 力，因为它们的变化最终影响到转速，都会被测速装置检测出来。再通过反馈控制作用，减 小它们对稳态转速的影响。 测速发电机励磁各量发生变化时，它不能得到反馈控制系统 的抑制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所

17、能抑制的只是被反馈环包围的前向通道 上的扰动。1-10 有一 V-M 调速系统，电动机参数为 PN=2.2KW,UN=220V,IN=12.5A,nN=1500r/min，电枢电阻 Ra=1.2Q，整流装置内阻Rrec=1.5Q，触发整流环节的放大倍数Ks=35。要求系统满足调速范围D=20， 静差率sW10%。1）计算开环系统的静差速降nOP和调速要求所允许的闭环静态速降AnCL。2）采用转速负反馈组成闭环系统静态结构框图。3）调整该系统参数使当Un*=15V时，Id=IN,n=nN，则转速负反馈系数a应该是多少？4）计算放大器所需的放大倍数。Na220 - 12.5 x 1.2 =0.13

18、67 V - min/ r解：（1）电动机的电动势系数1500开环系统静态速降A npRIdNCe12.5 x (1.2 + 1.5) =246 .9 r / min0.1367An = = 1500 X 0.1 = 8.33 r/min闭环静态速降D (1 S)20(1-0.1)An246 .9K =件1 = 1 = 28 .64闭环系统开环放大倍数An9.33clk k U * ri(2)因为 Ce Q + k) Ce(1 + k)所以七七=407.4288a = kpKS 1 Ce =0.00961V -min/ r28.64（3）运算放大器的放大倍数=11.640.00961 x 35

19、 /0.13671-12 某调速系统原理图如下，数据：电动机：PN=18KW,UN=220V,IN=94A,nN=1000r/min，Ra=0.15Q。 整流装置内阻Rrec=0.3Q，、1）转速反馈系数a ； 2）调节器放大系数Kp； 3）电阻R1的数值；4）电阻R2数值和稳压管VS击 穿电压值。解：ngA nclD （1 S）1000 * 0.1 =100 /18 = 5.56 r /min20 * 09A n = op Ce0.2059k A n 1 205 .4 15.56A ncl=35.95（取 36）220 - 94 x 0.15 =0.20597 V - min/ r1000I

20、 R 94 x 0.45205 .44 r / min同 1-10 可得 a=0.014535.950.0145 x 40 /0.2059=12.8（取13）K R = 13 x 20 = 260 k Q（4） dbl=1.51n = 1.5 x 94 = 141 A； Ic = 1.11n = 1.1 x 94 = 103 .4 A；dcr当主电路电流最大即为1dbl时，mU = 10 V而当主电路电流为L时，t为:UTmIdblTmdcr10 x103 .4=7.33IdcrIdbl141此时电流反馈起作用，稳压管的击穿电压Uvs可根据U 确定取稍大值：U = 7-4V当主电路的电流增大到

21、Idhl时，为起到保护作用应使流过R 2的电流IR 2等于流过R0的电流，以使电机转速迅速降落。此时:U *nmR015=0.7520imIR 210 - 7.4=3.470.75kQ (取 3.5kQ)1-14 有一 V-M 调速系统，电动机参数为 PN=2.8KW,UN=220V,IN=15.6A,nN=1500r/min,电枢电阻 Ra=1.5Q，整流装置内阻Rrec=1Q，触发整流环节的放大倍数Ks=35。1）系统开环工作时，计算调速范围D=30时的静差率s值。2）当D=30，s=10%时，计算系统允许的稳态速降。3） 如组成转速负反馈有静差调速系统，要求D=30，s=10%，在Un*

22、=10V时Id=IN，n=nN计算转 速负反馈系数a和放大器放大系数Kp。4） 电压负反馈有静差调速系统，K不变、试求在D=30时的静差率。220 - 15.6 x 1.5 =0.131 V - min/ r解：（1）1500（原来多加了 1）A nopRIdNCe15.6 x (1 + 1.5) =297 .7 r / min0.131297 .7 =85.61 %(2)当A ncl(3)n0 min50 + 297 .7D=30,S=10%时计算系统允许的稳态速降*0.1=5.56 r /minD (1 - S)30(1 - 0.1)1500K = np - 1 = 297 .7 - 1

23、= 52 .545.56A ncl求取a的方法同1-10可得 a =0.00652 V . min/ r52.540.00652 * 35 /0.131=30.16(取 30)（4）改为电压负反馈有静差调速系统闭环转速降落为:A n = N rec +c C (1 + K)rec15.6 x 115.6 x1.5+= 2.224 + 178.6 = 180.825 r min0.131 (1 + 52.54)0.132当调速D30 x 180 .8scl范围不变时静差率为:.x 100 % = 78.35 %1500 + 30 x 180 .82-7(可能B)解：（1）电流反馈系数P = =

24、0.2V / A40dm8一=0.008 V - min/ r1000max(2) U *=0.2 x 40 = 8Vdmim-8V (负反馈)由于堵转电流n = 0do=I r = 40 x 1.5 = 60 VdmdoK60=1.5V402-11解：校正成典型I型系统，调节器传递函数为W (s)=piK-厂校正后系统的开环传递函数为:W (s) = W (s)W bj (s)S (T S + 1)n 5%查表得：KT0.50.5; K = 500.01=0.01 s K50s (0.01 s + 1)2-13解：校正成典型I型系统选择PI调节器:K (T s + 1)校正后的开环传递函数为

25、:pi(s)W (s)K (t s + 1) x 18objt s(0.25 s + 1)(0.005s + 1) i令、=0.25100b = 4.3%s(0.005 s + 1)s(0.005 s + 1)KT = 0.5 K=100KpiK xt 1 0 0x 0.25 r = = 1.3 91 8(2)校正成典n型系统，选择pi调节器:K (T s + 1)piobj50一=510K x 18 / tipit = 6 T = 0.03(T s + 1 )( T s + 1 )看成大惯性环节)h=5 t=hT=37.6%=5 x 0.00550 x 0.005 24800pi=0.025

26、=4800KT tt /T = 9.554800 x 0.25 x 0.2518t = 9.55 x 0.005 = 0.0471.672-15(1)PIh=5im(2)ci10=0.00877 V / A100.026 V - min/rmax375=Ts + Toi =on=KI =0.0017 + 0.002 = 0.00372T = 2 x 0.0037=0.0074 ShTon=0.0074 + 0.02 = 0.0274 S=5 x 0.0274=0.137 SIdm760 x 1.5=159 .8S -250 x 0.0274 2(h + 1) P CeT2haRT n0.5=10.5 x 400.137420 x 10 34 x 0.026 x 0.00877 x 1.82 x 0.11210 x 0.0267 x 0.14 x 0.0274=420 K。=0.33 日F40 x 10 3=10.5=135 .1S -1cn=159 .8 x 0.137=22 S -1