运动控制系统复习资料

填空题

1、晶闸管整流器-电动机系统的机械特性方程为： Ce

R

I U n d d -=

0 。

3、晶闸管整流器-电动机系统中，晶闸管整流装置传递函数为S

T s S S e

K s W -=)(，式中，Ks

为晶闸管整流装置的电压放大系数，Ts 为为晶闸管整流装置的平均失控时间，传递函数可以近似为s

T K s W s s S +=

1)(的条件是：系统开环剪切频率s

c T 31≤

ω 。

5、两相静止αβ坐标系下绕组电流αi 的角频率（①大于、②小于、√③等于）磁动势旋转角频率。

6、在计算转子磁链的模型中，由于主要实测信号不同，分为 电流模型 和 电压模型 。

7、当前高性能交流电机变频调速技术有基于转子磁链定向 矢量控制 、基于定子磁链定向的 直接转矩控制 。

8当前直流电动机调速的主要类型有采用可控晶闸管组成整流器的 晶闸管整流器－电动机系统 （V －M 系统） ，用全控型电力电子器件组成的 PWM 变换器－电动机系统 。 10、晶闸管整流器-电动机系统的机械特性方程为： Ce

R

I U n d d -=

0 。

11某直流电动机调速系统，额定负载下最高转速min /1000max r n =，最低转速min /250min r n =，则系统的调速范围D 等于： 4 ，若系统由理想空载降到额

定值转速降落min /15r n =∆，则系统的静差率s 等于 6％ 。

12不同坐标系侠电动机模型等效的原则是： 在不同坐标系下绕组所产生的合成磁动势相等。坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型等效成 类似直流电机的模型 。 13常用数字测量方法中，M 法测速适合于高速 （①√高速，②低速），T 法测速适合于低速 （①高速，②√低速）。 15、按转子磁场定向是指在同步旋转dq 坐标系中，将转子磁链r ψ的与（√①d 轴、②q 轴）重合。

16、某直流电动机调速系统，额定负载下最高转速m in /1000m a x r n =，最低转速min /250min r n =，则系统的调速范围D 等于： 4，若系统由理想空载降到额定值转速

降落min /15r n =∆，则系统的静差率s 等于 6％ 。

20、当前高性能交流电机变频调速技术有基于转子磁链定向 矢量控制 、基于定子磁链定向的 直接转矩控制 。 简答题

1泵升电压是怎么产生的？对系统有何影响？如何抑制？ 答：在直流电动机制动允许时，电流通过续流二极管反向，而整流环节晶闸管只能单向导通，故电流将对电容充电，将机械能转变为电能储存于电容中，电容储能公式W=CU^2/2，受电

容大小的限制，电容两端电压迅速上升，称之为泵升电压。泵升电压较大将击穿电容。通常抑制措施是添加一能耗制动回路，待电容电压超过允许值时，通过全控器件将电容两端经能耗电阻短路。

2静差率与调速范围有什么关系？静差率与机械特性硬度是一回事吗？ 答：① )

1(s n s n D N N -∆=

，同一系统N n ∆一定，因此要求s 值越小，系统允许调速范围也越

小。②静差率使用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的，它和机械特性有关，机械特性越硬，静差率越小，③但是静差率与机械特性又是有区别的。对于同样硬度的机械特性，理想空载转速越低，静差率越大。 4、试阐述矢量控制基本思想。

答：通过坐标变换，在按转子磁场定向的同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型，仿照直流电动机的控制方法来控制电磁转矩和磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系得对应量，从而实现控制。

﹡5、试绘制电压空间矢量PWM （SVPWM ）控制中基本电压空间矢量图。按开关损耗较小的原则，试设计电压空间矢量的工作方法。已知电压矢量6u （工作时间1t ）、1u （工作时间2t ）

、以及零电压矢量0u （工作时间2/0t ）、7u （工作时间2/0t ）。 答：

电压空间矢量如下图所示：

按最小开关损耗，其工作顺序及时间如下：

u0（t0/4）﹥u1(t2/2)﹥u6(t1/2)﹥u7(t0/4)﹥u7(t0/4)﹥u6(t1/2)﹥u1(t2/2)﹥u0(t0/4) 6、试列写MT 坐标系下交流电动机的动态数学模型。 答案：参见page179公式6-81。

10、试绘制出转速电流双闭环直流调速系统的转速及电流波形，并说明：①为什么在恒流升速阶段电枢电流略低于最大允许电流Idm ，②为什么转速调节阶段转速必须超调。 答：绘图（参见教材page63图3-6）

在恒流升速阶段，转速欲保持恒定的加速度上升，则电流环输入应有恒定的偏差，故实际上升段电流略低于允许最大启动电流。

在转速调节阶段，欲使饱和的转速调节器退饱和，转速必须超调。 11、试阐述矢量控制基本思想。

答：通过坐标变换，在按转子磁场定向的同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型，仿照直流电动机的控制方法来控制电磁转矩和磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系得对应量，从而实现控制。

12、试绘制变压变频调速中，恒1/ωs U 控制、恒1/ωg E 控制、恒1/ωr E 控制的机械特性曲线。

答：参加page127图5-13。

13、在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有调节作用？为什么？

（1） 放大器的放大系数Kp 。 （2） 供电电网电压Ud 。 （3） 电枢电阻Ra 。

（4） 电动机励磁电流If 。 （5） 转速反馈系数α。

答：根据负反馈自动控制基本原理，只有在前向通道上的扰动才能启动抑制作用，因此，上述（1）、（2）、（3）、（4）能够启动调节作用，而（5）不能起到调节作用。

三、计算题（）

1、某调速系统的调速范围D=20，额定转速m i n /1500

r n N =，开环转速降落m i n /240r n N o p =∆，若要求比例控制闭环调速系统的静差率由10％减少到5％，则系统的

开环增益将如何变化。

解：s ＝10%时，)

1(max s n s n D cl -∆=

可知cl n ∆=8.33 rps ，

再由8.271=-∆∆=

cl

op n n K

s ＝5%时，可知cl n ∆=3.95 rps ，8.591=-∆∆=

cl

op n n K

所以，当静差率由10％减少到5％，系统开环增益由27.8增大到59.8.

2、如下图1所示为三相交流异步电动机静止两相正交坐标系和旋转正交坐标系中的磁动势矢量。试推导两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换矩阵。

答：由产生的合成磁势相等可知，两相静止到两相同步旋转坐标系下数学模型为：

⎥⎦

⎤

⎢

⎣⎡-=ϕϕϕϕ

cos sin sin cos 2/2r

s

C