電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一期末試卷A卷答案

1、2020學(xué)年秋季學(xué)期試卷（A）成績課程名：運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（一） 課程應(yīng)試人聲明：耳.09365148 學(xué)分:題號(hào)一一三四五六題號(hào)一一三四五六七八九得分應(yīng)試人所在院系應(yīng)試人應(yīng)試人學(xué)號(hào)答：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入U(xiǎn)n0 (1 分),我保證遵守學(xué)生手冊(cè)中的考場規(guī)則，如有考試違紀(jì)、作弊行為，愿意接受 學(xué)生考試違紀(jì)、作弊行為界定及處分規(guī)定的紀(jì)律處分。（7分）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器均為PI調(diào)節(jié)器，電動(dòng)機(jī)帶一半額定負(fù)載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入偏 差電壓分別為多少？輸出各為多少？穩(wěn)態(tài)時(shí)兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出分別取決于哪 些因素？.簡答題（22%）:3. （6分）調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)

2、有哪兩項(xiàng)？動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有哪兩項(xiàng)？調(diào) 速系統(tǒng)的主要擾動(dòng)是哪兩個(gè)？答：調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)包括調(diào)速范圍和靜差率（2分），動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括跟隨性能和抗擾性能（2分）。調(diào)速系統(tǒng)的主要擾動(dòng)包括負(fù)載擾動(dòng)和 電網(wǎng)電壓波動(dòng)（2分）。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器穩(wěn)態(tài)輸出電流調(diào)節(jié)器的輸入U(xiǎn)iUi 0決于負(fù)載和轉(zhuǎn)速給定.（2分）IdL （1分），取決于負(fù)載大?。?分）（1分），穩(wěn)態(tài)輸出UcCenNRKs1 dN（1分），取4. （4分）PI調(diào)節(jié)器時(shí)域表達(dá)式可寫成u（t） Kpe（t） Ki e（t）dt ,采樣周期為Tsam,寫出離散化后采用位置式的差分方程第k拍輸出U（k）,并說明如（5分）運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以各類電機(jī)為控制對(duì)象，用框

3、圖的形式描述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 基本組成部分如下圖所示。請(qǐng)說明框圖中（1）-（5）所代表的組成部分?？刂破?D功率變換單元控制器(D功率變換單元何對(duì)該調(diào)節(jié)器進(jìn)行限幅。k答：位置式差分方程 U(k) KPe(k) K|Tsami1e(i) KPe(k)U|(k) (2 分)。限幅KPe(k) K|Tsame(k) u (k 1)時(shí)需要對(duì)輸出和積分同時(shí)限幅。（2分）(3)電動(dòng)機(jī)（4）傳感器（5）信號(hào)處理注：教師應(yīng)使用計(jì)算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。.分析及問答（51%）1.（共11分）橋式可逆PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有電流容易連續(xù)、諧波少 等優(yōu)點(diǎn)。（1）在如圖坐標(biāo)系中畫

4、出橋式可逆 PWM變換器供電的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 工作在一般電動(dòng)狀態(tài)下的瞬時(shí)電壓、平均電壓、瞬態(tài)電流、反電動(dòng)勢(shì) 波形，其中變換器采用雙極式控制，占空比p =0.7; （6分）（2）導(dǎo)出電機(jī)電樞電壓平均值 Ud與Us之間的關(guān)系，如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反 轉(zhuǎn)？說明如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；（2分）（3）寫出直流橋式可逆PWM變換器的近似傳遞函數(shù)，說明它與相控整流 器數(shù)學(xué)模型的本質(zhì)區(qū)別。（3分）在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)中，突減負(fù)載重新穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速降低，電樞電流減小，電樞電壓下降（3分）。減載后轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)速反饋上升，偏差減小，控制電壓減小，整流裝置輸出電壓下降，電樞電流下降，使轉(zhuǎn)速下降，因?yàn)槭怯徐o差系統(tǒng)，最后轉(zhuǎn)

5、速略有上升，電樞電流減小，以便與負(fù)載平衡。（2分）在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)無靜差系統(tǒng)中，突減負(fù)載重新穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)速不變，電樞電流減小，整流裝置輸出電壓也下降（3）。無靜差系統(tǒng)轉(zhuǎn)速由給定決定，因而不變，減載后電樞電流減小，以便與負(fù)載平衡，整 流裝置輸出電壓會(huì)降低，以便電壓平衡，產(chǎn)生更小的電樞電流。（2分）的本質(zhì)區(qū)別是時(shí)間常數(shù)更小。（1的本質(zhì)區(qū)別是時(shí)間常數(shù)更小。（1分）電機(jī)電樞電壓平均值 Ud= （2p-1）Us（1 分）當(dāng)P大于1/2時(shí)，Ud0,電機(jī)兩端平均 電壓為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)p小于 1/2時(shí), Ud 0,電機(jī)兩端平均電壓為負(fù)，電機(jī)反 轉(zhuǎn)。（1分）WJs）Kss（） T s 1 （2分），與相控整流器 s

6、.（共15分）在V-M開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速單閉環(huán)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)和 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，三種系 統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、電樞電流、整流裝置輸出的電壓將如何變化，并簡單說明原因。答：在V-M開環(huán)系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，電樞電流降低，整流裝置輸出電壓不變（3分）。因?yàn)槭情_環(huán)系統(tǒng)，整流裝置輸出電壓受控制電壓決定，控制電壓不變，輸出電壓也不變，但減載后轉(zhuǎn)速上升，電樞電流減小，以便與負(fù)載平衡。（2分）.（共15分）PWM變換器供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)拖動(dòng)位能性 負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行在給定轉(zhuǎn)速，收到停車指令后進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，制動(dòng)過程可分為 四個(gè)階段，

7、按時(shí)間順序，論述在不同的階段內(nèi)轉(zhuǎn)速和電流的變化規(guī)律，分析 不同階段兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用，并在下圖中畫出轉(zhuǎn)速、電流的過渡過程曲線。答：起動(dòng)過程可分四 個(gè)階段：1）正向電樞電流衰減，此階段電流快速下降到0,轉(zhuǎn)速幾乎沒有變化， 轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器由不飽和到飽和，電流調(diào)節(jié)器一般不飽和。電流調(diào)節(jié)器起跟隨作用，使電 流快速下降。（3分）2）反向電樞電流建立：電流反向增加到-Idm,轉(zhuǎn)速幾乎沒有變化，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 維持飽和，電流調(diào)節(jié)器起跟隨作用，使反向電流快速建立。（3分）3）恒流制動(dòng)：電流維持最大值不變，轉(zhuǎn)速按線形規(guī)律下降，一直到停止。轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)器一直處于飽和狀態(tài)。為了克服反電勢(shì)的擾動(dòng)，電流略小于最大值。電流 調(diào)節(jié)器

8、不飽和，起限制最大電流的作用。（3分）3）轉(zhuǎn)速調(diào)整階段：轉(zhuǎn)速超調(diào)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和，電流由反向最大值下降到負(fù)載值。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為主調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器起跟隨作用。（3分）（3分）IdIdL00.（共10分）轉(zhuǎn)速反饋采用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，已知其每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) Z=1024,采 樣周期TC = 0.005秒，計(jì)算機(jī)高頻時(shí)鐘脈沖頻率f0 = 1MHz,轉(zhuǎn)速單位采用轉(zhuǎn)/ 分,如采用M/T法測(cè)速：01請(qǐng)畫出M/T法測(cè)速原理示意圖（應(yīng)包含編碼器輸出脈沖、時(shí)鐘脈沖與采樣脈沖波 形關(guān)系），并說明其測(cè)速原理。（6分）2根據(jù)上述參數(shù)寫出M/T法轉(zhuǎn)速計(jì)算式，說明適用轉(zhuǎn)速范圍。（4分）答：（1） .M/T法測(cè)速既檢測(cè)編碼器輸

9、出脈沖個(gè)數(shù)M1 ,也檢測(cè)高頻時(shí)鐘脈沖 M2 ,兩個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)開啟或關(guān)閉計(jì)數(shù)。（2分）. M/T法測(cè)速：n 60foM1 （2分）適用于高低速段（2分）ZM2三.計(jì)算及設(shè)計(jì)（27%）.（共12分）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)采用比例調(diào)節(jié)器作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)已知數(shù)據(jù) 如下：電動(dòng)機(jī)：PN iokW , U N 220V , In 55A, nN 1500r / min ,Ra 0.5 0 PWM變換器內(nèi)阻RrecPWM變換器的放大倍數(shù)Ks 107.6。最大給定電壓Unm 8V ,當(dāng)主電路電流達(dá)到最大值時(shí)，整定電流反饋電 壓Uim 8V 0設(shè)計(jì)指標(biāo)：要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍 D 25 ,靜差率s 10%。（1）試

10、畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖（5分）；（2）計(jì)算Ce,額定負(fù)載時(shí)，開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降A(chǔ) nop,滿足靜差率要求時(shí)， 閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降A(chǔ) nci及閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) K（2分）；（3）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，調(diào)節(jié)器放大系數(shù)Kp （2分）；（4）該系統(tǒng)啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)是否會(huì)過流，并分析原因。 （3分）答：（1）系統(tǒng)的原理圖如下圖所示：脈沖闈碼器輸出膿加時(shí)伸麻沖梟樣豚沖分脈沖闈碼器輸出膿加時(shí)伸麻沖梟樣豚沖分原理示意圖 - TOC o 1-5 h z 口 H 門口小門I*IIIII（4分）系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 （2分）2.（共15分）有一 PWM變換器供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：P N

11、=5.5kw, Un =220V, In =28A, rn=1490 r/min,電樞回路電阻 R=0.6Q,允*Un許電流過載倍數(shù)入=2,電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.01s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.185s,變換器開關(guān)頻率8KHz,的放大倍數(shù)Ks=67,整流電裝置內(nèi)阻 Rres=0.1Q ,額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓Un*為10V, ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器，飽和輸出電壓均為 8V,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.0001s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.0015&電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)好，其中KT=0.25。設(shè)計(jì)要求：靜態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速無靜差Ce(Un INR)/nN (220 55 0.5

12、)/1500 0.128 v/rpm(1 分)動(dòng)態(tài)指標(biāo)：帶額定負(fù)載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量低于3%。nop* UnkpIdR/Ce 55 (0.5 0.1)/0.128257.8125 r/min(1 分)nNS1500 0.1(D計(jì)算電流反饋系數(shù)B ,轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)ao求電流環(huán)等效傳遞函數(shù)。(1nopndKCe ekss)D 25(1257.8125 ,16.667*un8出 15000.1)6.667 r / min (1 分)37.67(1 分)0.005v/rpm(1 分)37.67 0.128 8.96107.6 0.005(1分)(3)(4)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（不校驗(yàn)近似條件）校核超

13、調(diào)量。h345678910CmaxC72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%tm/T2.452.702.853.003.153.253.303.40tv/T13.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖:（計(jì)算時(shí)小數(shù)點(diǎn)后保留3位，若數(shù)值較小時(shí)，應(yīng)保留3位有效位） 典型n型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系電流環(huán)調(diào)節(jié)器系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)大于或等 8.96電流環(huán)（4）系統(tǒng)啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)會(huì)過流（1分）。因此時(shí)轉(zhuǎn)速為0,轉(zhuǎn)速偏差很大，比例調(diào)節(jié)器 調(diào)節(jié)器輸出控制電壓很大，電源輸出很大的電壓加在系統(tǒng)回路電阻上

14、，該電阻一般很小，從而導(dǎo)致啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)過流。（2）日 中方AS答(1)最大允許電流為Idm=2*28=56A ,電流反饋系數(shù) B =Uim/Idm=8/56=0.143轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) a = Un*/nN = 10/1490= 0.00671 , (2 分)(2) T i= Toi+Ts=0.0001+0.000125=0.000225電流環(huán)等效傳遞函數(shù)：116.996.99Wcli (s)1cl 4T is 1 4*0.000225 s 1 0.0009s 1 s 1Ki根據(jù)靜態(tài)指標(biāo)要求轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器(8分)(3分)（4）校核超調(diào)量-*max帶額定負(fù)載啟動(dòng)時(shí)z=1，由附1查得下一 Cb得轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)量C2*JmaxCbn Tnz * n Tm超調(diào)量滿足設(shè)計(jì)要求。（2分）81.2%,2*0.812*(2 1)*28*(0.6 0.1)0.133* 0.0022414900.1850.2%ceKnWasr金！（2 分）ns1Tn Ton _ 4T i Ton 4*0.000225K