上海大学运动控制期末考试试卷,供学习和考研参考。

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五、按下述两种情况定性分析转速、电流双闭环直流调速系统的转速和电流的 变化规律，两个调节器的输出与控制作用，定性画出转速、电流的过渡曲线： ① 负载电流为 I dL 时，突加给定的起动过程，设最大电枢电流为 I dm ； ② 系统稳定后，负载电流由 I dL 加大到 I dN ， I dN < I dm 。 （12 分） 答：① Ⅰ段：ASR 很快进入饱和状态，输出限幅值 Uim ，在 ACR 的调节下，电流迅速 上升到 I d
I d R 55 × (0.5 + 0.3) = = 343.750 r / min Ce 0.128
电路电流达到最大值时,整定电流反馈电压 U im = 8V 。设计指标：要求系统满足调 速范围 D = 25 ，静差率 s
≤ 10% 。
∆ nCl =
k= ∆nop ∆ncl
* n
1. 计算 Ce，额定负载时，开环系统的稳态速降Δnop，满足静差率要求时， 闭环系统的稳态速降Δncl 及闭环系统的开环放大系数 K。 2. 转速反馈系数 α ，调节器放大系数 K p 。
U N = 220V ， I N = 55 A ， n N = 1500r / min ， R a = 0.5Ω 。整流装置内阻
* Rrec = 0.3Ω ,触发整流环节的放大倍数 K s = 35 。最大给定电压 U nm = 8V ，当主
C = 解：⑴ e
∆nop =
UN − IN Ra 220 − 55×0.5 = = 0.128 v / rpm nN 1500
M/T 法： 既检测 M 1 ， 也检测 M 2 ， 两个计数器同时开启或关闭计数
可适用的速度范围广
四、论述逻辑无环流可逆晶闸管－直流电动机调速系统的由正向电动到反向电 动的过程，如何实现电枢电流的反向。 8 分） （ 答： 从正向电动到反向电动分别为四个阶段： 1. 正组逆变，电流方向不变 2. 反向电流建立，反组整流，电流方向改变 3. 反组逆变，电流方向与 2 相同 4. 反向启动阶段，反组整流，电流方向与 3 相同 在正组切换到反组时，ASR 输出极性改变，等电枢电流过零后，经过封锁 延时后，封锁正组脉冲，经开放延时后，开放反组脉冲。
1 * * 3. 定性画出当 I d ≤ I N 时， U n = αn N 和 U n = αn N 的闭环静特性。 2 4．系统是否有静差？若有静差，应采取何种实际可行的措施消除静差。 (计算时小数点后保留 3 位，若数值较小时，应保留三位有效位)（15 分）
nN s 1500 × 0.1 = = 6.667 r / min (1 − s ) D 25(1 − 0.1)
∴ W ASR ( s ) =
RΣ = R + Rres = 2.1 Ω
KT = 0.5 ⇒k = 由 ∴ Ki = 0.5 0.5 = =135.135 s−1 TΣi 0.0037
Kτ i RΣ 135.135 × 0.048 × 2.1 = = 1.966 Ks β 35 × 0.198
* U im 10 β= = = 0.198 V/A 答：⑴ I dm 1.8 × 28
* U nm 10 α= = = 0.00671 V ⋅ min/ γ nmax 1490
则
WACR (s) =
1.966× (0.048s +1) 0.048s
⑶也选 PI 调节器
W ACR ( s ) =
k n (τ n s + 1) τ ns
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七、有一转速、电流双闭环调速系统,已知电动机参数为：PN =5.5kw，UN =220V，IN =28A，nN=1490 r/min，电枢回路电阻 R=0.8Ω,允许电流过载倍数 λ=1.8，电磁时间常数 TL=0.048s，机电时间常数 Tm=0.185s，主电路采用三 相桥式整流电路，触发整流环节的放大倍数 Ks=35，整流电装置内阻 Rres=1.3 Ω，平均失控时间常数 Ts=0.0017s,最大输入、输出电压均为 10V，电流反馈 滤波时间常数 Toi=0.002s，转速反馈滤波时间常数 Ton=0.015s。 （1）计算电流反馈系数β，转速反馈系数α。 （2）按典型 I 型系统设计电流调节器结构和参数，其中 KT=0.5。 （3）按典型 II 型系统设计转速调节器，其中 h=5，选择调节器结构并计算 参数。 (计算时小数点后保留 3 位，若数值较小时，应保留三位有效位)（19 分）
* *
I
I
I
I
*
I
I d = I dm 时，
n
U i* ↑
→
Id ↑
*
直到 n=给定值，电流也达到最
n*
I > I dN
U → n↑， 转速超调， i ↓， d ↓， 直到 d
I
I = IdN
，
t
n 达到峰值，此后系统在负载阻力下减速，直到稳定。
I dN
I dL
Id
t
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六、转速单闭环控制系统如下图所示，已知数据如下：电动机： PN = 10kW ，
1 TΣn = + Ton = k 1 τ n = hTΣn = 5× ( + Ton ) = 5× 0.0224 = 0.112 k
Ce = WN − I N R 220 − 28 × 0.8 = = 0.133 nN 1490
⑵选 PI 调节器，其传递函数为
∴ Kn =
WACR ( s) =
L(ω ) / dB
低频段 中频段 -20dB/dec 高频段
ωC
ω / s −1
1. 低频段的斜率陡，增益高，系统的稳态精度高 2. 中频段以-20dB/dec 的斜率穿越 0 dB 线，而且这一斜率能覆盖足够的频 带宽度，则系统的稳定性好
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三、M，T 与 M
T
是常用的三种数字测速方法，论述三种方法的基本特征及工
K i (τ i s + 1) τis
其中
τi =TL =0.048 s
( h + 1) β CeTm 6 × 0.133 × 0.185 = = 9.26 2hα RΣTΣn 10 × 0.00671× 2.1× 0.0224
9.26 × (0.112 s + 1) 0.112 s
TΣi = Toi + Ts = 0.002 + 0.0017 = 0.0037 s
9．在可逆 V－M 调速系统中，正向制动时，_反组_逆变，机械特性在 _二_象限；反向电动时，_反组_整流，机械特性在_三_象限。 10．实现它励直流电动机平滑连续调速常用两种方法，基速以下采用_ 变压调速_，属于恒_转矩_调速方式，基速以上采用_弱磁_，属于恒_功 率_调速方式。 11．双极性直流 PWM 变换器的占空比ρ=_
n
nN
I d Rrec I d Ra − Ce (1 + K ) Ce (1 + K ) Ce (1 + K ) −
* Un = α n
* K p K sU n
1 nN 2
* Un =
1 αn 2
Id
IN
⑷有静差。用此例积分调节器代替比例放大器，或用积分调节器，即可消除系数静差，实 现无静差。
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ton 1 __，当ρ_ > _时，输出 T 2
1 2
平均电压为正，要使输出平均电压为负，应使_ 0 < ρ < __。
二、系统的开环对数幅频特性渐进线（伯德图）如下图所示，定性说明 中频段、低频段、高频段和截止频率 ω c （或称剪切频率）与闭环系统稳 定性、稳态精度和动态响应的关系。 分） （8
−1 = 343.750 − 1 = 50.563 6.667
* Un 8 U =αnN ⇒α = = = 0.005 v / rpm ⑵ nN 1500
kp =
KCe 50.563 × 0.128 = = 36.983 ksα 35 × 0.005
∴调节器系统开环放大系数大于或等于 36.983
n= ⑶
作原理，转速计算表达式（需说明各变量的物理意义） ，精度指标及应用场合。 （8 分） 答：M 法：在一定的时间 Tc 内，测取旋转编码器输出的脉冲个数 M 1 转速 n =
60 M 1 1 × 100% 适用于高速 ，Z 是每转一圈的脉冲个数，误差率： ZTc M1
草
稿
纸
T 法：在编码器两个相邻脉冲的间隔时间内，测高频时钟脉冲个数 M 2 n= 60 f 0 1 ， f 0 为高频时钟频率，误差率： × 100% 适用于低速 ZM 2 M 2 −1
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成 上海大学 2006～2007 学年秋季学期试卷 A 课程名：运动控制（一）课程号： 应试人声明： 我保证遵守《上海大学学生手册》中的《上海大学考场规则》 ，如有考 试违纪、作弊行为，愿意接受《上海大学学生考试违纪、作弊行为界定及 处分规定》的纪律处分。 应试人 题号 得分 一、填充题（30 分） ： 1． 闭环调速系统对于_被反馈环包围的前向通道上_的扰动具有抑制 作用，而对于_反馈通道_的扰动则无能为力。 2．转速、电流双闭环调速系统中，调节_转速调节器（ASR）_的限 幅值可以调节系统最大电流；调节_电流调节器（ACR）_的限幅值可 以调节 UPE 的最大输出电压。 3．数字 PI 调节器有位置式和_增量式_两种算法，位置式 PI 调节需 要_输出_限幅和_积分_限幅。 4．可逆晶闸管－直流电动机调速系统，有两种静态环流，分别是_直 流平均环流_和_瞬时脉冲环流_，α=β配合控制_是_（是，否）存在 一 二 应试人学号 三 四 五 应试人所在院系 六 七 八 九 学分： 3 绩
*
草
稿
纸
≈ Idm ，电流上升阶段
*
Ⅱ段：ASR 始终饱和，相当于转速开环，系统成为在 Uim 下的电流调节系统， 同时为了克服反电动势 E，所以在 ACR 的作用下， d 基本上保持略小于 dm 的恒 值，恒流升速阶段。 Ⅲ段：ASR 退饱和， U i ， d 迅速减小，该段 ASR，ACR 都不饱和。ASR 起 主导的转速调节作用，ACR 则使 d 尽快地跟随 U i ，转速调节阶段。 ② Ⅰ段：加负载导致 n↓，在 ASR 作用下， U i ↑， d ↑，当 n 停止下降 Ⅱ段：由于 n 仍小于给定值→ 大值 Ⅲ段： 此时， d