运动控制系统复习题.doc

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一、填空题

1、直流电动机有三种调速方案：

（1）调节电枢供电电压U；

（2）减弱励磁磁通F；（3）改变电枢回路电阻R。

2、当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈，叫做电流截止负反馈。

3、额定励磁状态下的直流电动机电枢电流与直流电动机的电磁转矩成正比。

4、他励直流电动机的调速方法中，调压调速是从基速（额定转速）往下调，在不同转速下容许的输出恒定，所以又称为恒转矩调速。

调磁调速是从基速往上调，励磁电流变小，也称为弱磁调速，在不同转速时容许输出功率基本相同，称为恒功率调速。

5、直流调速系统的静态性能指标主要包括静差率和调速范围。

6、在比例积分调节调节过程中，比例部分的作用是迅速响应控制，积分部分的作用是消除稳态误差。

7、采用积分速度调节器的闭环调速系统是无静差的。

8、直流调速系统中常用的可控直流电源主要有旋转变流机组、静止式可控整流器和直流斩波器或脉宽调制变换器三种。

9、所谓稳态是指电动机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态。

10、在额定负载下，生产工艺要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围。

11、负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落与理想空载转速之比叫做静差率。

12、一个调速系统的调速范围，是指在最低转速时还能满足所需静差率的转速的可调范围。

13、反馈控制的作用是抵抗扰动、服从给定。

14、脉宽调制的方法是把恒定的直流电源电压调制成幅值相同、频率一定、宽度可变脉冲序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节转速。

15、调速系统的要求有调速、稳速、加，减速。

16、直流电动机在调速过程中，若额定转速相同，则转速越低时，静差率越大。

17、在转速、电流双闭环直流调速系统中转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器。

18、双闭环调速系统在正常运行时，ACR调节器是不会达到饱和的。

19、反馈控制系统所能抑制的知识被反馈环包围的前向通道上的扰动。

20、一般来说，调速系统的的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态性能指标则以跟随性能为主。

21、转速、电流双闭环直流调速系统在起动过程中，转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况。

22、双闭环调速系统的起动过程分为三个阶段，即电流上升阶段、恒流升速介段、转速调节阶段。

23、双闭环系统由于起动过程中转速调节器饱和，使电动机一直处于最大起动电流。

24、转速、电流双闭环系统在恒流升速阶段转速调节器饱和，电流调节器不饱和。

25、在转速、电流双闭环系统中，出现电网波动时，电流调节器其主要作用；出现负载扰动时，转速调节器其主要作用。

26、在双闭环系统中中引入转速微分负反馈抑制转速超调，显著地降低（填增加或减少）动态速降，提高抗扰性能。

27、V-M系统的可逆线路有两种方法，即电枢反接可逆线路和励磁反接可逆线路。

28、变流装置有整流和逆变两种状态，直流电动机有电动和制动两种状态。

29、逻辑无环流可逆调速系统的结构特点是在可逆系统增加DLC，称为无环流逻辑控制环节，包括电平检测、逻辑判断、延时电路、联锁保护四部分，它的功能是根据系统运行情况实时地封锁原工作的一组晶闸管脉冲，然后开放原封锁的一组晶闸管的脉冲。

30、环流是指不流过电动机或其他负载，而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。

31、无环流可逆调速系统可按实现无环流的原理的不同分为逻辑无环流系统和和错位控制无环流系统。

32、有环流可逆调速系统中采用配合控制时可消除直流平均环流；设置环流电抗器可抑制瞬时脉动换流。

33、在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器按典型II型系统设计，其抗干扰能力

好，稳态无误差；电流调节器按典型I型系统设计，其抗干扰能力差，超调较小。

34、异步电动机变压变频调速系统必须具备能同时控制电压幅值和频率的交流电源。

35、电压型变频器的主电路包括整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分。

36、根据直流环节的储能方式分，交-直-交变频器可分为电压型和电流型。

37、对异步电动机进行调速控制时，希望电动机的主磁通保持额定值不变。

磁通太弱，铁心利用不充分；磁通太强，则铁心饱和，导致励磁电流过大。

38、异步电动机变频调速是靠改变电动机供电频率调速，而其转差频率控制方式中控制的是转差角频率，故可将电动机转差角频率与电动机转速信号相加获得定子给定频率，就可对定子频率进行控制。

39、异步电动机调速，按对转差功率处理方式的不同，交流调速系统可分为转差功率消耗型调速系统、

转差功率回馈型调速系统、转差功率不变型调速系统三类。

40、变频器的转差频率控制方式的控制思想是建立在异步电动机的稳态数学模型的基础上。

41、按照异步电动机的工作原理，电磁功率和机械功率的关系为=1-s，电磁功率和转差功率的关系为Ps=sPm。

42、异步电动机变压调速系统，当电压减小时，最大电磁转矩减小，最大电磁转矩所对应的转差率减小。

（减小、增大、不变）

43、SPWM的调制方式有同步调制、异步调制、分段同步调制和混合调制。

44、SPWM逆变器是利用正弦波信号与三角波信号相比较后，而获得一系列等幅不等宽的脉冲波形。

45、矢量控制系统的基本思想是通过坐标变换得到等效的两相数学模型，然后按转子磁链定向，将交流电动机定子电流分解为励磁分量和转矩分量，从而可以获得和直流电动机相仿的高动态性能。

46、异步电动机三相动态模型结构复杂，采用坐标变换和矩阵变换可简化动态数学模型，坐标变换的原则是磁动势不变。

47、同步电动机的转子旋转速度就是同步转速，转差恒等于0。

48、同步电动机的变压变频调速系统属于转差功率不变型的调速系统。

49、就频率控制方式而言，同步电动机的变压变频调速系统可分为他控变频和自控变频两大类。

50、同步电动机按转子结构分为凸极式和隐极式。

51、在串级调速系统处于次同步回馈制动状态时，电磁功率为负值，那么转差功率为负值，机械功率为负值。

52、转差功率消耗型调速系统在带恒转矩负载时随着转差功率损耗的增加，系统的转速会降低。

53、现代带电流闭环的电子控制软起动器可以限制启动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来。

54、串级调速系统属于转差功率馈送型调速方法。

按转差功率转化形式不同，低同步串级调速系统可分为：

电气串级调速系统和机械串级调速系统。

55、按实现无环流原理的不同，无环流可逆调速系统可分为两类：

逻辑无环流系统和错位控制无环流系统。

56、变频调速系统在基频以下调速属于恒转矩调速。

57、同步电机的转差为零，所以其变压变频调速系统属于转差功率不变型调速系统。

58、串级调速系统中逆变变压器二次侧相电压可以表示为，那么与系统的最大理想空载转差率及电动机转子开路电动势有成正比的关系。

59、在机械串级调速系统中，当直流电动机的励磁电流增大时，电机转速将减小。

60、变频调速系统在恒压频比控制时，最大转矩是随着的降低

而减小。

61、在三相桥式逆变器中，有和导通型换相方式，其中同一排不同桥臂的左、右两管之间互相换相称为120°导通型型逆变器；同一时刻总有2个开关器件导通；每个开关器件一次连续导通120°。

62、在V-M系统中抑制电流脉动的主要措施有：

设置平波电抗器、增加整流电路相数。

63、电压源型变压变频器由于受桥臂开关死区的影响，当每相电流为正时，输出电压波形的负脉冲增宽，正脉冲变窄；相反电流为负时，输出电压波形负脉冲变窄，正脉冲变宽。

64、由于存在强迫延迟换流现象，可以把转子整流回路的工作分为两个工作状态，其换流重叠角和强迫延迟导通角的角度范围不同，即在第一工作状态时转子整流电路处于正常的不可控整流工作状态

，此时转子整流回路相当于一个不可控整流电路；在第二工作状态时整流电路好似处于可控的整流工作状态，此时转子整流回路相当于一个可控整流电路。

65、在坐标变换时，不同电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。

66、转差功率消耗型调速系统在带恒转矩负载时随着转差功率损耗的增加，系统的转速会降低。

67、生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示。

68、同步电动机变压变频调速系统中，转子的旋转速度为同步转速，所以其转差角速度为0，该系统属于转差功率不变型调速系统。

69、改变异步电机闭环调速系统的给定信号，可使静特性平行的上下移动。

70、现代带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来。

71、在电磁转差离合器调速系统中，通过调节励磁电流来实现转速的变化。

72、在机械串级调速系统中，可以通过调节直流电机的励磁电流来调节转速。

73、在电气串级调速系统中，通过控制逆变角的大小就可以调速，当逆变角变大时，转速将增大，相反逆变角β变小时转速降低。

74、变频调速系统在基频以下调速属于恒转矩调速；而基频以上属于恒功率调速。

75、在双馈调速系统中，当电机工作于反转倒拉制动运行时，转差率s范围是s>1。

76、异步电动机串级调速时所能产生的最大转矩比正常接线时减少了17.3%。

77、串级调速系统通常有间接启动和直接启动两种起动方式。

78、变频调速系统在恒压频比控制时，最大转矩是随着的降低而减小。

79、如果在绕线转子异步电动机的转子回路串接一同相交流电动势，那么转子转速将增加，并且电动势越大，转速越大。

80、变频调速系统在基频以下调速时在调节频率的同时还要调节电压。

81、电压源型逆变器直流环节采用大电容滤波，输出的交流电压是矩形波。

82、在三相桥式逆变器中，有和导通型换相方式，其中同一桥臂上、下两管之间互相换相称为180°型逆变器；每一时刻总有3个开关器件导通；为防止上、下两管同时导通，须采取先断后通原则。

83、电压源型逆变器有3组、6个开关组成，这台逆变器共有8开关状态，其中有6种工作开关状态，2种零开关状态。

84、电动机磁链的电流模型精度在高速时不如电压模型。

85、直接转矩控制是直接在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩。

86、在串级调速系统处于次同步回馈制动状态时，电磁功率为负值，那么转差功率为负值，机械功率为负值。

87、变频调速系统在恒压频比控制时，最大转矩是随着的降低

而减小。

88、串级调速系统属于转差功率馈送型调速方法。

按转差功率转化形式不同，低同步串级调速系统可分为：

电气串级调速系统和机械串级调速系统。

89、在机械串级调速系统中，可以通过调节直流电机的励磁电流来调节转速。

90、在电气串级调速系统中，通过控制逆变角的大小就可以调速，当逆变角变大时，转速将增大，相反逆变角β变小时转速降低。

91、变频调速系统在基频以下调速属于恒转矩调速；而基频以上属于恒功率调速。

92、在双馈调速系统中，当电机工作于反转倒拉制动运行时，转差率s范围是s>1。

93、异步电动机串级调速时所能产生的最大转矩比正常接线时减少了17.3%。

94、串级调速系统通常有直接启动和间接启动两种起动方式。

95、变频调速系统在恒压频比控制时，最大转矩是随着的降低

而减小。

96、如果在绕线转子异步电动机的转子回路串接一同相交流电动势，那么转子转速将增大，并且电动势越大，转速越大。

二、简答题

1、何谓电流截止负反馈？

它主要解决什么问题？

在电动机正常运行时它是否起作用？

答：

当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈，叫做电流截止负反馈为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题。

正常运行时应让电流自由地随着负载增减。

2、在相同电压下，V-M开环调速系统中为什么转速随负载增加而降低？

答：

负载增加，负载转矩变大，则电枢电流（负载电流）变大，根据其机械特性表达式c=1/n（ud0-IdR）可知转速降低

3、为什么采用积分调节器的调速系统是无静差的？

在转速单闭环系统中，当积分调节器的输入偏差为零时，输出电压是多少（写出表达式）？

答：

因为积分调节器能在电压偏差为零时仍有稳定的控制电压输出。

4、无静差调速系统在突加负载后进入稳态时调节器的输出、变流装置的输出和转速n是增加、减小还是不变？

5、双闭环调速系统稳态运行时，两个PI调节器的输入偏差电压是多少？

输出电压是多少？

答：

若都是PI调节器，则两个调节器的输入偏差为0，即Ui※=Ui，Un※=Un；输出电压为：

Ui※=βId=Ui，Uc=Ud0/Ks=RId+Cen=（RUi※/β）+（CeUn※/α）。

6、简述转速调节器的作用。

答

（1）使转速n很快的跟随给定电压Un※变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可以实现无静差。

（2）对负载变化起抗扰作用。

7、双闭环调速系统中出现电网电压波动与负载扰动时，哪个调节器起主要调节作用？

答：

电网电压波动时，ACR起主要调节作用负载扰动时，ASR起主要抗扰调节作用

8、什么是调速范围？

什么是静差率？

它们之间有什么关系？

答：

最高转速和最低转速之比叫做调速范围，。

静差率是负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落ΔnN与理想空载转速n0之比。

调速范围、静差率和额定速降之间的关系是：

9、简述光电旋转编码器T法测速原理，给出转速、分辨率和误差公式。

1.计数器记录来自cpu的高频脉冲

2.PlG每输出一个脉冲，中断电路自cpu发出一次中断请求

3.Cpu响应INTa中断，从计数器中读出计数值并立即清零，重新计数

转速分辨率误差率

10、在转速负反馈单闭环有静差直流调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态，则放大器的输出电压、整流装置输出电压、电动机转速较之负载闭环前是增加，减少还是不变，为什么？

在电动机运行中，若转速反馈线突然断线，会发生什么现象？

1）Uct减小。

因负载减小，转速上升，反馈电压增加，给定电压一定，偏差电压减小，控制电压减小，故输出电压减小。

（2）n不变，Ud增加。

转速负反馈调速系统转速仅取决于给定电压，故不变

反馈线未断之前，Id=In，令n=n1，当转速反馈断线，ASR迅速进入饱和，Un※=Un※max，Uc↑，Id↑至Idm，Te＞Tl，n↑，Id↓，△Ui出现，Id↑至Idm，n↑，Id↓，此过程重复进行直到ACR饱和，n↑，Id↓，当Id=In，系统重新进入稳态，此时的速度n2＞n1，电流给定为Un※max=Idmaxβ＞电流反馈信号Un=Inβ，

11、在转速电流双闭环直流调速系统中，和均采用调节器，已知电动机额定参数为，，，，整流装置的放大倍数和内阻，电动机允许过载倍数。

设系统拖动恒转矩负载在额定情况下运行，励磁磁通突然将为原来0.75倍，系统将如何运行？

若系统最终趋于稳定，则稳定后系统的，，，和多少？

（1）励磁磁通下降为原来的0.75.故升高，在基频以上，转速升高时转矩降低，属于恒功率调速。

12、直流可逆调速系统中静态环流有哪几种，如何抑制？

静态环流分为两种1，直流平均环流2，瞬时脉动环流。

消除直流平均环流，可采用af≥b，为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器，叫做环流电抗器

13、异步电动机变压变频调速为什么是转差功率不变型调速方法？

异步电动机的电磁转矩为：

，异步电动机变压变频调速在基频以下是恒转矩调速，在基频以上是恒功率调速。

①基频以下：

，转差功率，带恒转矩负载时，，与转速无关为常数。

②基频以上：

，转差功率，带恒功率负载时，，与转速无关为常数。

14、简述SVPWM技术。

SVPWM的主要思想是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。

传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制

15、在采用PI调解器的双闭环调速系统中，给定信号未变，增加转速反馈系数，系统稳定后转速反馈电压是增加、减小还是不变？

试分析原因。

16、异步电动机调速时为什么希望保持每极磁通量不变？

如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机

17、V-M系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路？

当电动机需要回馈制动时，由于反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过VF流通的，这时，可以通过控制电路切换到反组晶闸管装置VR，并使它工作在逆变状态，产生逆变电压，电机输出电能实现回馈制动。

18、简述基于稳态模型的转速闭环转差频率控制系统的两条基本规律。

（1）在ws≤wsm的范围内，转矩Te基本上与ws成正比，条件是气隙磁通不变。

（2）在不同的定子电流值时，按上图的函数关系Us=f（w1,Is）控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通Fm恒定。

三、判断题

1、串级调速系统的两个工作区的最大电磁转矩相同。

（X）

2、在异步电动机变压变频调速系统中，在工频以上的范围变频时，还应保持恒压频比控制。

3、恒频变压调速的异步电动机在带恒转矩负载时不宜长期在低速下工作。

4、软起动器只适用于起动过程，不能用于制动。

5、串级调速系统在较高转速时，其总效率比串电阻调速的效率低。

6、电压、频率协调控制的变频调速系统，恒控制机械特性的线性段范围要比恒压频比控制更宽一些。

7、电气串级调速系统的同步转速是可以调节的。

8、转子磁链的电流模型适合于微机数字控制。

9、恒频变压调速不适合于风机、泵类负载。

10、双闭环控制串级调速系统的电流调节器在输出电压为零时，应整定，目的是防止逆变颠覆。

11、SPWM逆变器的控制方式有单极式和双极式，其中采用双极式控制时在正弦波的半个周期内每相只有一个开关器件开通和关断。

12、串级调速系统随着调速范围的增大，逆变变压器的容量会增大。

13、机械串级调速系统属于恒转矩调速方式。

14、电压源型变频器在动态响应性能上比电流源型变频器要差。

15、转速闭环、转差频率控制的变频调速系统中，在很小的范围内，只要保持气隙磁通不变，则异步电机的转矩近似的与转差频率成正比。

16、三相异步电动机转子的转速越低，电机的转差率越大，转子电动势频率越高。

17、恒频变压调速比较适合于风机、泵类负载。

18、采用电压源型逆变器的调速系统能实现回馈制动。

19、交-交变频器特别适于低速大功率拖动。

20、异步电动机基频以上的变频调速属于弱磁恒转矩调速。

21、交-交变频器也称周波变换器，其输出频率不超过电网频率的1/2。

22、异步电机的闭环变压调速系统的静特性和直流转速闭环变压调速系统的静特性不同之处在于其左右两边有极限。

23、同步电动机的功率因数不能等于1。

24、在同样条件下，同步电动机的调速范围比异步电动机更宽。

25、无刷直流电动机实质上是一种特定类型的的异步电动机。

26、只要有新的开关切换新号到来，逆变器的功率器件的开关状态就能切换。

27、磁链电流法模型的精度与转速有关，也受电动机参数，特别是转子时间常数的影响。

28、按转子磁场定向可以实现励磁电流分量、转矩电流分量两者解耦。

29、笼型异步电动机变压变频调速时，转差功率不随转速而变化。

30、直接矢量控制系统是一种磁链开环的矢量控制系统。

四、计算题

1、在转速、电流双闭环直流调速系统中，两个调节器ASR、ACR均采用PI调节器。

设系统最大给定电压，电动机，，，。

电枢回路电阻，ASR输出的限幅值，触发整流环节的放大倍数。

当系统稳定运行在，时，求系统的。

2、某反馈控制系统已校对成典型Ⅰ型系统，已知T=0.1s，要求，求系统的开环增益K，计算调节器时间（误差带为）。

由

得

又有得

调节器时间

3、有一个系统，其控制对象的传递函数为，要求设计成典型Ⅰ型系统，在阶跃输入下系统超调量（按线性系统考虑）。

试对该系统进行动态校正，选取调节器结构，并选择参数。

采用进行串联校正

因为，

所以

又因为，所以

4、转速负反馈单闭环直流调速系统，已知数据为：

电动机：

，，，，，；

晶闸管装置：

采用三相桥式全控整流电路，电枢回路总电阻，总电感，；额定转速时；

要求的稳态指标为：

，。

问：

该系统能否稳定运行？

为保证系统稳定的临界开环放大倍数为多大？

5、采用调节器的双闭环直流调速系统已知参数为：

电动机，，，整流装置，电枢回路总电阻，电枢回路最大电流。

最大给点电压，和的限幅值和都是。

试求：

（1）转速反馈系数和电流反馈系数；