西南大学运动控制系统作业附答案.docx
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西南大学运动控制系统作业附答案
第一批次
单选题题目说明：
）。
（10.0分）1.2.对于变电阻调速，当总电阻R越大，机械特性越（
a
A:
软
B:
硬
C:
大
D:
小
ff808081504704da015
）调速。
（10.0分）2.交流电动机变压调速方法属于转差功率（
A:
消耗型
B:
回馈型
C:
不变型
D:
不存在型
ff808081504704da015
（10.0分）3.4.调速系统的静差率指标应以（）所能达到的数值为准。
r
A:
最高速时
B:
最低速时
C:
额定转速
D:
理想空载转速
ff808081504704da015
（10.0分）4.17.在交一直一交变频装置中，若采用不控整流，则PWM逆变器的
作用是（）。
A:
调压
B:
调频
C:
调压调频
D:
调频与逆变
ff808081504704da015
（10.0分）5.转速、电流双闭环系统，采用PI调节器，稳态运行时，ASR的输出量取决于（）。
a
A:
负载电流
B:
给定电压
C:
速度反馈
D:
电流反馈系数
ff808081504704da015
）环节。
（10.0分）6.在单闭环调速系统中，为了实施限流保护，可以引进（
r
A:
电流截止正反馈
B:
电流截止负反馈
C:
电压截止正反馈
D:
电压截止负反馈
ff808081504704da015
（10.0分）7.采用比例积分调节器的闭环调速系统一定属于（）。
a
A:
无静差调速系统
B:
有静差调速系统
C:
双闭环调速系统
D.D:
交流调速系统
ff808081504704da015
（10.0分）8.在电机调速控制系统中，对于（）的扰动，系统是无能为力的。
r
A:
运算放大器的参数的变化
B:
电机励磁电压的变化
C:
转速反馈参数的变化
D:
电网电压的变化
ff808081504704da015
）。
（10.0分）9.下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是（
C
A:
降电压调速
B:
变极对数调速
C:
变压变频调速
D:
转子串电阻调速
ff808081504704da015
）。
（10.0分）10.目前直流调速系统采用的主要方案是（
C
A:
变电阻调速
B:
变电流调速
C:
变电枢电压调速
D:
变励磁磁通调速
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（10.0分）11.三相全控桥式整流电路的平均失控时间是（
C
A.A:
5ms
r
B.B:
3.3ms
r
C.C:
10ms
a
D.D:
1.67ms
ff808081504704da015
（10.0分）12.双闭环调速系统在稳定运行时，控制电压Uct的大小取决于（）O
r
A.A:
Idl
C
B.B:
n
a
C.C:
n和Idl
C
D.D:
a和B
ff808081504704da015
（10.0分）13.闭环调速系统中用来表示电动机转速与负载电流（或转矩）间稳态关系的是（）。
r
A:
机械特性
B:
静特性
C:
工作特性
D:
调速特性
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（10.0分）14.采用旋转编码器的数字测速方法不包括（）。
C
C:
M/T法
B:
固定值
D:
取值不固定
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ff808081504704da015
ff808081504704da015
）联接。
（10.0分）18.8.转速、电流双闭环调速系统当中，两个调节器采用（
a
A.A:
串联
r
B.B:
并联
r
C:
反馈
D:
混合
填空题
1.直流电动机中常见的是有换向器直流电动机，按励磁方式可分为串励、并励、复励、
他励四种，无换向器直流电动机属于一种特殊的同步电动机。
2.根据直流电机的转速公式n
=U-限，调速方法有变压调速、变励磁电流和变
-Ke①
磁通调速。
7
3.变电压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电
的可控直流电源。
4•用触发脉冲的相位角控制整流电压的平均值U0是晶闸管整流器的特点。
5•晶闸管-电动机调速系统（简称V-M系统），通过调节触发装置GT的控制电压Uc来
移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Udo，从而实现平滑调速。
6.在V-M系统中，脉动电流会产生脉动的转矩，对生产机械不利，同时也增加电机
的发热。
为了避免或减轻这种影响，须采用抑制电流脉动的措施
7.晶闸管触发与整流装置动态结构：
考虑到Ts很小，可忽略高次项，则传递函数便
近似成一阶惯性环节整流电路。
&脉宽调制变换器简称PWM变换器，是一种采用脉冲宽度调制的直流斩波器。
9.可逆PW谀换器一一直流电动机的主电路有多种形式，最常用的是桥式,也称为H
形主电路。
10•双极式控制桥式可逆PWM变换器一电动机系调速时，占空比f的可调范围为0~1，
电压系数的可调范围为-1<<+1。
当P>0.5时，•为正，电机正转。
11.在直流调速系统中，为了进行定量分析，定义了两个稳定性能指标，分别是
调速
范围和静差率。
12•静差率和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率
越小，转速的稳定度就越
咼。
13.带有比例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0。
14.反馈控制系统的作用是：
抵抗_扰动__，服从给定。
15.闭环调速系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。
将不稳定。
控制作用。
19.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,系统中必须有自动限制电枢电流的环节。
20.转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、准时间最优控制和转速超调。
21.
数字PI调节器有两种算式：
位置式和增量式。
23、控制系统的动态性能指标是指跟随指标和抗扰指标，而调速系统的动态指标通常
以抗扰性能指标为主。
恒功率调速方式。
及输出电流的波形。
27.SPWM型逆变器其输出的基波频率取决正弦波（调制波）。
Ud
28.要保持正六边形定子磁链不变，必须使—为常数，这意味着在变频的同时必须
31
圆形旋
29.矢量控制的基本思想：
将逆变器和交流电动机视为一体，以在电机内产生
转磁场为目标来控制变频器工作。
第二批次
论述题题目说明:
（10.0分）1.
一.名词解释
1.V-M系统答：
晶闸管，工作在相位控制状态，由晶闸管可控整流器V给需要调速直流电动机M供电，调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流
器V的输出电压，从而调节直流电动机
M的转速。
优点：
经济性和可靠性提高，无需另加功率放大装置。
快速性好，动态性能提高。
缺点：
只允许单向运行；元件对过电压、过电流、过高的du/dt和di/dt十分敏感；低速时易产生电力公害：
系统功率因数低，谐波电流大。
2.调速范围答：
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，即D=nmax/nmin。
其中，nmax和nmin一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。
3.静差率答：
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的比
4.M法测速
答:
M法是测量单位时间内的脉数换算成频率，因存在测量时间内首尾的半个脉冲问题，可能会有2个脉的误差。
速度较低时，因测量时间内的脉冲数变少，误差所占的比例会变大，所以M法宜测量高速。
5.正弦波脉宽调制（SPWM）
正弦调制波）与所
答：
正弦脉宽调制法（SPWM）：
是将每一正弦周期内的多个脉冲作自然或规则的宽度调制，使其依次调制出相当于正弦函数值的相位角和面积等效于正弦波的脉冲序列，形成等幅不等宽的正弦化电流输出。
其中每周基波含调制输出的脉冲总数之比即为载波比。
6.
串级调速等。
I环节的作用。
变转差率调速答：
变转差率调速主要包括调压调速、转子串电阻调速、二、简答题
1.PID控制器中的P、I、D分别代表什么环节？
并说明
答：
PID控制器中的P、I、D分别代表比例环节、积分环节、微分环节。
其中I环节的
作用是消除静差，提高系统的控制精度和无差度。
2.在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低？
答：
负载增加意味着负载转矩变大，电机减速，并且在减速过程中，反电动势
减小，于是电枢电流增大，从而使电磁转矩增加，达到与负载转矩平衡，电机不再减速，保持稳定。
故负载增加，稳态时，电机转速会较增加之前降低。
3.V-M调速系统的电流脉动和断续是如何形成的？
如何抑制电流脉动？
答：
整流器输出电压大于反电动势时，电感储能，电流上升，整流器输出电压
小于反电动势时，电感放能，电流下降。
整流器输出电压为脉动电压，时而大于反电动势时而小于，从而导致了电流脉动。
当电感较小或电动机轻载时，电流上升阶段电感储能不够大，从而导致当电流下降时，电感已放能完毕、电流已衰减至零，而下一个相却尚未触发，于是形成电流断续。
4.在双极式控制的桥式可逆直流PWM调速系统中，PWM变换器的输出平均电压为：
Ud=（2ton/T-1）Us。
那么，在什么条件下电动机正转、反转和停止运动？
答：
电动机的正反转则体现在驱动电压正、负脉冲的宽度上。
当正脉冲较宽时，ton〉T/2,则Uab的平均值为正，电动机正转，反之，则反转；如果正、负脉冲相等，t=T/2,平均输出电压为零，则电动机停止。
5.简述单闭环调速系统的基本特征。
答：
闭环控制系统的特点：
1）系统输出量对控制作用有直接影响。
2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。
3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。
4）低精度元件可组成高精度系统。
6.简述开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系。
答：
（1）闭环系统静特性比开环系统机械特性硬得多。
（2）如果比较同一
no的开环和闭环系统，则闭环系统的静差率要小得多。
（3）当要求的静差率一定
时，闭环系统可以大大提高调速范围。
7.转速单闭环调速系统改变给定电压能否改变电动机的转速？
为什么？
答:
单闭环系统的话，静特性比开环硬得多、静差率比开环小得多、调速范围比开环大大提高。
石以改变电动机转速，因为改变给定，相当于改变了整流装置的触发角，使输厂
的Ud变化，转速也变化，最后通过单闭环系统的反馈来达到稳态
8.如果转速单闭环调速系统的给定电压不变，调节转速反馈系数是否能够改变转速？
为什么？
答：
因为改变转速单闭环调速系统的给定电压则改变实际转速反馈电压与给定电压的偏差，从而改变电力电子变换器的输出电压，即改变电动机的电枢电压，改变了转速。
9.转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点？
答:
双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：
饱和非线性控制、转速超调、准时间最优控制。
10.简述比例反馈控制的规律。
答：
比例控制的反馈控制系统是（被调量有静差）的控制系统；反馈控制系
统的作用是（抵抗前向通道的扰动，服从给定）；反馈系统的精度依赖于（给定
和反馈检测的精度）。
11.
使电流紧紧跟随给定电压Ui*变化。
（2）对电
（3）在转速动态过程中，保证获得电动机允许
（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的
电流调节器的最大值应该按变换电路允许的最
在转速、电流双闭环调速系统中，电流调节器有哪些作用？
其输出限幅值应如何整定？
答：
电流调节器作用：
（1）
网电压的波动起及时抗扰的作用。
的最大电流，从而加快动态过程。
最大值，起快速的自动保护作用。
大控制电压来整定。
12.
当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电
在转速负反馈调速系统中，
枢电阻、测速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？
为什么？
答：
系统对于上述各量中电网电压、负载转矩，电动机励磁电流，电枢电流、电枢电阻、有调节能力。
因为它们在闭环系统的前向通道中，对于测速发电机励磁各量发生变化，没有调节能力。
因为它不在闭环系统的前向通道中。
13.交流异步电动机变频调速系统在基速以上和基速以下分别采用什么控制方法，磁通、转矩、功率呈现怎样的变化规率？
并请用图形表示。
恒功率调速
答:
恒磁通调速（基频以下）U1/f1=常数，并补偿定子电阻损耗。
（基频以上）升高电源电压时不允许的，在频率上调时，只能保持电压不变。
频
率越大，磁通就越小，类似于直流电动机的弱磁增速。
14.简述恒压频比控制方式。
答：
绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压Us-Eg则得US/f1=常数这是恒压频比的控制方式。
但是，在低频时Us和Eg都较小，定子阻抗压降所占的份量就
比较显著，不再能忽略。
这时，需要人为地把电压Us抬高一些，以便近似地补偿
定子压降。
15.简述基于稳态模型的转速闭环转差率控制系统的两条基本控制规律。
答：
1）在WsWsm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，按下US=f（wI，Is）的函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通①m恒定。
16.交流PWM变换器和直流PWM变换器有什么异同？
答：
pwm换流器是换流器的一种类型，PWM是一种控制技术，用脉宽调制来进行换流的。
在非大功率的情况下PWM换流器是具有很好的优势的。
两种换流器都可以实现交流间的互换和交直流的互换。
可以改变频率、电压相位等参数。
第三批次
单选题题目说明：
（10.0分）1.
A:
调压
B:
调频
C:
调压与逆变
D:
调频与逆变
ff808081504704da015
（10.0分）2.
7.速度单闭环系统中，不能抑制（）的扰动。
A:
调节器放大倍数
B:
电网电压波动
C:
负载
D:
测速机励磁电流
ff808081504704da015
（10.0分）3.直流电动机全电压起动时，如果没有限流措施，会产生很大的（）,这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。
r
A:
过电压
B:
电流
C:
冲击电流
D:
电压降
ff808081504704da015
）。
（10.0分）4.只能在额定转速以上作小范围升速调速的方案是（
C
A:
变电阻调速
B:
变励磁磁通调速
C:
变电动机端电压调速
D:
变电流调速
ff808081504704da015
）系统的速降△nomO
（10.0分）5.在保证调速精度s不变条件下扩大调速范围D增大，则必须设法
（
A:
减小
B:
增大
c
C.C:
不变
c
D.D:
无法实现
ff808081504704da01百
）。
（10.0分）6.转速、电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是（
r
A.A:
ASR
a
B.B:
ACR
C
C.C:
AAR
C
D.D:
ABR
ff808081504704da015
（10.0分）7.转速、电流双闭环系统，米用PI调节器，稳态运行时，转速n取决
（）。
于
r
A:
负载电流
B:
给定电压
C:
调节器参数
D:
调节器结构
ff808081504704da015
关系为（
C
A.A:
ASR
C
B.B:
ASR
a
C.C:
ASR
C
D.D:
ASR
8.
（10.0分）
和ASR均饱和限幅输出
不饱和，ACR饱和限幅输出
和ACR均不饱和
饱和限幅输出，ACR不饱和
转速电流双闭环调速系统在起动的恒流升速阶段中，两个调节器的）。
（10.0分）9.
6.带有比例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
ff808081504704da015
而获得一
（10.0分）10.SPWM逆变器是利用正弦波信号与三角波信号相比较后,系列（）的脉冲波形。
a
A:
等幅不等宽
B:
等宽不等幅
C:
等幅等宽
D:
不等宽不等幅
ff808081504704da015
（10.0分）11.当负载相同时，闭环系统稳态速降只为开环系统稳态速降的（
倍。
C
A.A:
1/Kn
a
B.B:
1/（1+Kn）
r
C.C:
Kn
r
D.D:
（1+Kn）
ff808081504704da015
（10.0分）12.在给定信号或参考输入信号的作用下，系统输出量的变化情况可用跟随性能指标来描述。
常用的阶跃响应跟随性能指标有（）。
A:
上升时间、超调量和调节时间
B:
动态降落和恢复时间
C:
静差率
D:
调速范围
ff808081504704da015
（10.0分）13.静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬,则静差率（）。
a
A:
越小
B:
越大
C:
不变
D:
不确定
ff808081504704da015
（10.0分）14.典型n型系统对称最佳整定方法一般取中频宽
ff808081504704da015
（10.0分）15.变压调速是异步电机调速方法中比较简便的一种。
可知，当异步电机等效电路的参数不变时，在相同的转速下，（
C
h为（）。
由电力拖动原理
）。
A.A:
电磁转矩与定子电压成正比
C
B.B:
电磁转矩与定子电压成反比
a
C.C:
电磁转矩与定子电压的平方成正比
r
D.D:
电磁转矩与定子电压的平方成反比
ff808081504704da015
（10.0分）16.常用的抗扰性能指标有（）。
C
A:
上升时间
B:
动态降落和恢复时间
C:
静差率
D:
调节时间
ff808081504704da015
（10.0分）17.在进行异步电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：
希望保持电机中（）为额定值不变。
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。
r
A:
定子端电压
B:
每极磁通量①m
C:
转子电流
D:
定子每相电流
ff808081504704da015
（10.0分）18.双闭环直流调速系统，电流调节器的作用：
（
C
A.A:
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。
r
B:
抑制转速超调。
C:
对负载变化起抗扰作用。
D:
其输出限幅值决定电机允许的最大电流。
ff808081504704da0l5
D:
设置阻容吸收
ff808081504704da015
论述题题目说明：
（10.0分）20.
应用题:
1.某直流调速系统电动机额定转速为nN=1430r/min，额定速降△nN=115r/min,
允许多大的调速范围?
当要求静差率s<30%寸，
1430x03
解;在墓求3E时，允许的调遠范围为
D=——=:
—=53
g（l—巧115x（1-03）
若要求$€闆怕则允许的调速范围只有
115x（1-0.2）
10x115
若调速范围达到10.则》差率只能罡
5=D皿_二_二_二044疔=44.6%
H理十100+10x115
2.某直流调速系统电动机额定转速为nN=1000r/min，额定速降？
nN二115r/min,
当要求静差率30%时，允许多大的调速范围？
如果要求静差率20%，则调速范围
是多少？
如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？
〔1）根拯的关系0=T；「肖HU,
Any（l—8）
"二100x（1一0.1）100X0.9
（2）如果尸1）2
（3）如果D=10,
51000Xff
10=
100X（1-5）
S=0・・5
3.某闭环调速系统的开环放大倍数为8r/min,如果将开环放大倍数提高到调速范围可以扩大多少倍？
15时，额定负载下电动机的速降为
30，它的速降为多少？
在同样静差率要求下,
解:
△S=（1+K冋=（1+]5）x8=128
如果将开坏放大倍数提高#030;则速降为:
=mJQ+K）=i2创（1十30）=4.13rptn
花同样静差率要求下.D可以扩XA51/先=L937f&
4.有一个系统，其控制对象的传递函数为
求设计一个无静差系统，在阶跃输入下系统超调量6%<5%
试对系统进行动态校正，决定调节器结构，并选择其参数。
Wobj（s）二Ki/（T+1）=10/（0.01s+1），要
（按线性系统考虑）。
解：
惶典型I型系统憂计，选灯=3^=0.707,Sfc-lr
得CT%=43%
选工调理竝后奚跻幵环传齟数为3占崙看
这用T=0.01,K=ia-r.
已选K尸Z览口32讹所以“叽・1。
刃・0,砂调节器：
蚀盲二忑
5.直流电动机为PN=74kW,UN=220V，In=378A，nn=1430r/min，Ra=0.023Q。
相控整流器内阻Rrec=0.022Q。
采用降压调速。
当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。
如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？
解；Ce=（U^.-=（220-378x0,023）/1430=0J478V//7™
=378X（0;023+0.022）/0.1478^11印卩皿
"=巴2/[側（1_切=1430况0刀[115x（1-0.2）]=3.1
D=%S7[/V41-£）]=1430xA：
y[115x（1-0.3）]=5.33
6.旋转编码器光栅数1024，倍频系数4，高频时钟脉冲频率fo=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，采用M法测速，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。
60
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最大误差率：
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（2）T法：
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分辨率：
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