《运动控制系统》(A)卷及答案

2012-2013学年第二学期课程名称: 运动控制系统（A）
一、简述下列问题（每题10分）
1．在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？2．哪些因素造成逻辑无环流系统要比配合控制的有环流系统的切换过程长？3．从电压频率协调控制而言，同步电动机与异步电动机的调速有何差异？4．伺服系统的给定误差和扰动误差与那些因素有关？
二、采用电压空间矢量PWM控制方法，若直流电压u
d
恒定，如何协调输出电压与输出频率的关系？（15分）
三、分析比较按转子磁链定向和按定子磁链定向异步电动机动态数学模
型的特征，指出它们的相同和不同之处。

（15分）
网络教育学院2011级（秋）期末试卷
五、试比较矢量控制系统和直接转矩控制系统的特点和性能。

（15分）
四、论述同步电动机按气隙磁链定向和按转子磁链定向矢量控制系统
的工作原理，并与异步电动机矢量控制系统作比较。

（15分）
运动控制系统试卷(A)答案
一、简答题
1、答：若调节电动机转速，应改变给定电压*,n U α，不能改变,n S K K 。

2、答：影响因素有：逻辑切换条件的判断，封锁延时时间，开放延时时间。

3、答：同步电机存在失步问题，可以根据转子位置直接控制变压变频装置换相时刻，进行自控变频调速。

4、答：给定误差与系统的开环增益K 和前向通道中所有积分环节的总数p+q 有关扰动误差则只与扰动作用点以前部分的增益Ｋ１和积分环节个数ｐ 有关。

二、答：
有效的方法是插入零矢量，使有效工作矢量的工作时间仅为
1t t ∆<∆，其余的时间01t t t ∆=∆-∆用零矢量来补。

则有
11()()()s s s d k k u k t U t ψψ=∆=∆=∆
在直流电压d U 不变的条件下，要保持()s k ψ恒定，只要使1t ∆为常数即可。

零矢量的插入有效的解决了定子磁链矢量幅值与旋转速度的矛盾，也即在直流电压恒定时很好的协调了输出电压与输出频率的关系。

三、答：
按转子磁链定向同步旋转坐标系mt 中的数学模型与直流电动机的数学模型完全一致。

通过坐标系旋转角速度的选取，简化了数学模型，通过按转子磁链定向，将定子电流分解为励磁分量sm i 和转矩分量st i ，使
转子磁链r ψ仅由定子电流励磁分量sm i 产生，而电磁转矩e T 正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积st r i ψ，实现了定子电流两个分量的解耦。

而按定子磁链定向将定子电压分解为两个分量sd u 和sq u ，sd u 控制定子磁链幅值的变化率，sq u 控制定子磁量矢量旋转角速度，再通过转差频率控制定子电流的转矩分量sq i ，最后控制转矩。

但两者均受到定子电流两个分量sd i 和sq i 的影响，使受电流扰动的电压控制型。

四、答：
定义mt 坐标系，使m 轴与气隙磁场合成矢量重合，t 轴与m 轴正交，再将定子三相电流合成矢量i s 沿m,t 轴分解为励磁分量i sm 和转矩分量i st ,同样将励磁电流矢量I f 分解成i fm 和i ft ,按气隙磁链定向后，得到同步电动机电磁转矩T e 表达式：T e=st gm p i n ϕ ,则只有保证气隙磁链gm ϕ恒定控制定子电流的转矩分量i st ,就可以方便地控制电磁转矩，将同步电动机等效成直流电动机进行控制。

定义d,q 坐标系，使d 轴与转子磁链矢量重合，d 轴与q 轴正交，在基频以下恒转矩工作区中，令定子电流矢量落在q 轴上，即i sd =0;i sq =i s ,
再按转子磁链定向后得到电磁转矩方程：T e =s f f
md p i L L
n ϕ由于f ϕ恒定，
电磁转矩与定子电流的幅值成正比，控制定子电流幅值就能很好的控制电磁转矩和直流电动机完全一样。

相同：基本原理与异步电动机相似，都是通过坐标变换转换成直流电动机，再按直流电动机的控制方法进行控制。

不同：同步电动机的主磁链由转子的励磁电流和定子的励磁电流分量共同产生，异步电动机的主磁链由定子的励磁分量产生，同步电机需由转子位置检测器检测出r θ角，才能准确地按气隙磁链定向，而异步电动机直接由转速ω定向。

五、答：
不够快
较快
转矩动态响应
比较宽 不够宽 调速范围 按转子磁链定向
需知道定子磁链矢量的位置，但无须定向
磁链定向
旋转坐标变换，较复杂 静止坐标变换，较简单 坐标变换 闭环控制 无闭环控制 电流控制 连续控制，比较平滑
双位式控制，有转矩脉动
转矩控制 转子磁链闭环控制， 间接定向时是开环控制 定子磁链闭环控制
磁链控制
矢量控制系统 直接转矩控制系统 性能与特点。