制造装备自动控制技术毕前补课卷参考答案

（勤奋、求是、创新、奉献）
2005 ～2006 学年第Ⅱ学期考试试卷(毕前补考)
主考教师：____汤以范______
学院____机械工程学院___ 班级__________ 姓名__________ 学号___________
《制造装备自动控制技术》课程试卷（A参考答案及评分标准）
（本卷考试时间120 分钟）
一、选择题（每小题3分）
1. 在进行转速、电流双闭环调速系统的调节器工程设计过程中，一般按照（ A ）的原则进行。

A：先内环后外环， B：先外环后内环，
C：内、外环同时 D：不分先后
2．在进行转速、电流双闭环调速系统的调节器工程设计时，由于Ⅰ型系统和Ⅱ型系统分别具有良好的（ A ），所以电流调节器和转速调节器应分别按（C）系统和（D）系统设计。

A：跟随性和抗扰性B：抗扰性和跟随性
C：Ⅰ D：Ⅱ
3．某直流电动机额定转速n N = 375 r/min ，电枢额定电流I dN = 760 A ，电流过载系数λ=1.5 ,计算机内部定点数占一个字(16bit),其数字控制系统的转速和电流反馈存储系数Kα和Kβ分别为( B )和（ D ）。

A：24 min/r B：67 min/r
C：67 A-1 D：24 A-1
4．旋转编码器光栅数为1024，倍频系数为4，高频时钟脉冲频率如f0=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，T法的测速时间为0.01s ，当转速n =1500 r／min的测速分辨率Q和误差率最大值δmax约为( B ), 当转速n = 150r／min时，测速分辨率Q和误差率最大值δmax约为( D )。

A：Q=1.46r/min , δmax=0．098% B：Q=171r/min , δmax=12.5%
C：Q=1.46r/min , δmax=0．98% D：Q=1.55r/min , δmax=1.04%
5．调节器工程设计的基本思路是，把调节器的设计过程分二步进行。

第一步:__先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度；第二步：再选择调节目器的参数，以满足动态性能指标的要求。

二、填充题（每小题5分）
1．比例积分控制综合了比例和积分控制的两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充，比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。

2．在速度控制系统中，稳态误差在不同的输入信号作用下是不同的，在Ⅰ型和Ⅱ系统中，对单位阶跃输入、单位速度输入和单位加速度输入下的稳态误差分别是 0、v0/K 、∞和 0、 0 、α0/K 。

3．按照电力拖动原理，变频调速时，基频以上调速，应采取恒功率调速方法，基频以下调速，应采取恒转矩调速方法。

4．在数字测速方法中，有M法、T法和M/T法，其中M（2分）法适用于高速段测速，T（2分）法适用于低速段测速，M/T（1分）法适用于全范围的测速。

5．在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度还受给定电源（2分）和测速发电机精度（2分）的影响，这是因为它们在转速单闭环的包围之外（1分），转速反馈对它们不起作用。

三、问答题（每小题6分）
1．影响晶闸管─直流电动机调速系统运行性能（V─M系统）的主要问题是什么?
答：一是晶闸管触发脉冲相位控制方法而导致的可控整流电路的失控问题；（3分）二是可控整流电路电流脉动及其波形的断续，而导致的机械特性的非线性问题。

（3分）
2．抑制V─M系统电流脉动的主要措施有哪些?
答：一是增加整流电路的相数，或者采用多重化技术；（3分）
二是在整流电路的输出侧串联平波电抗器。

（3分）
3．为什么双极式PWM一电动机（PWM─M）系统比晶闸管一电动机（V─M）系统能够获得更好的动态性能?
答：1）由于PWM─M系统的变流元件比V─M系统的变流元件的开关频率高，且不存在相控滞后问题；
（2分）2）工作在双极式控制方式下的H型可逆PWM变换器具有：电流一定连续、可使电动机四相限运行；（2分）3）电动机在静止时，系统有动力润滑的作用，有利于消除静摩擦死区。

（2分）
4．请按转差功率处理的结果，各指出一种转差功率消耗型、转差功率馈送型和转差功率不变型的三相异步电动机调速方法。

答：转差功率消耗型--------降电压调速；（2分）
转差功率馈送型--------绕线式电动机串极调速；（2分）
转差功率不变型--------变压变频调速。

（2分）
5、正弦波脉冲宽度调制（SPWM）的基本工作原理是什么？
答：正弦波脉冲宽度调制（SPWM）的基本工作原理是，以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高的多的等腰三角形作为载波，并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（2分），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的矩形波（2分），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。

（2分）
四、计算题(共30分)
1．某龙门刨床工作台拖动采用V-M直流调速系统，其中直流电动机为 Z2—93型，60kW，220V，305A，1000 r／min ，Ce = O．2 V·min／r ；主回路总电阻R = O.18Ω，要求D = 20 ，S≤5％。

问开环调速系统能否满足要求?若要满足要求△n n0m 应为多大？（8分）
解1: 已知系统当电流连续时，在额定负载下的转速降落为
△n nom= I nom* R / Ce = 305 * 0.18/0.2 = 275 r／min （2分）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为
S nom= △n nom /(n max+△n n0m) = 275 /(1000+275)×100%=21.6% （2分）答：已远远超过了5％的要求，不能满足D = 20 ，S≤5％要求。

解2: 如果要满足D = 20 ，S ≤ 5％的要求，额定负载下的转速降落△n n0m可以根据:
△n n0m = n max *s /D(1-s)=1000*0.05/20(1-0.05)=2.63 r／min （4分）
答：简单的开环调速系统是满足不了生产机械工艺要求的，只有把额定负载下的转速降落从开环调速系统的275r／min降低到满足要求的2．63r／min才行。

这就应采用负反馈控制，构成闭环调速系统。

（计算过程正确，结果错误可酌情判分）
2．某生产设备由直流电动机驱动，电动机的参数为：P N = 20 kw、U N = 220V、I N = 105A、n N = 1000 r/min、主回路总电阻R =0.45Ω、C e = 0.25V·min／r；要求调速范围D=20 且S<= 4 % ，求：（12分）1）若组成开环系统能否达到该技术指标？
2）若组成闭环系统，并设α=0.05 、K S= 15，则调节器的放大倍数K P和闭环系统的开环放大倍数K 至少达到多少大，才能满足该技术指标？
解1：Δn N = (I N * R) / C e = 105*0.45/ 0.25 =189 r/min (2分) S = Δn N / n0 *100%= 189 /1189= 0.15=15.8% (2分)
D = n N * s / D * (1─s) = (1000 *0.158)/ (20 *(1-0.158)) = 9.4 < 20 (2分)
答：组成开环系统不能达到该技术指标。

解2：若组成闭环系统Δn NF = n N * s / D * (1─s) = (1000*0.04) / (20*(1-0.04) = 2.1 r/min (2分)
K = ∆n OP / ∆n CL─1 = 189/2.1─1 = 90 (2分)
K P = K * C e / (K S *α ) = 90*0.25 / (15*0.05) = 30 (2分)
答：当闭环系统的开环放大倍数K不小于90 ，调节器的放大倍数K P不小于30 ，才能满足该技术指标。

（计算过程正确，结果错误可酌情判分）
3．某调速系统原理图如下图所示，已知数据如下：电动机：P N=40kW，U N=300V，I N=148A，n N=910r／min，Ra=0.06Ω，整流装置内阻R rec=0.07Ω，触发整流环节的放大倍数Ks=30。

额定转速时的给定电压U N*=10V，（10分）
设计指标：要求系统满足调速范围D=14，静差率S≤10％，I dbL=2.2I N ，I dcr=1.2I N。

(1) 试画出系统的静态结构框图；
(2) 计算调节器放大系数Kp 。

解1）：稳态时,电流截止负反馈不起作用,静态结构图如转速负反馈静态结构图（2分）
稳态时电流截止负反馈起作用时的静态结构图
以上画出一种就可
解2）：Ce = U N - I N Ra/n N = 300-148*0.06/910 = 0.32 V·min／r（1分）α = U N* / n N = 10/910 =0.011 V·min／r （1分）
∆n OP = I N *( Ra+R rec)/ Ce = 148*(0.06+0.07)/0.32 = 60. 1 r/ min （2分）
∆n CL = n N * S/D(1-S)=910*0.1/14(1-0.1)=7.2r/min ；（2分）
K P =(∆n OP/∆n CL-1)*Ce/(Ks*α)=(60.1/7.2–1)*0.32/(30*0.011)=7.12 （2分）
（计算过程正确，结果错误可酌情判分）。