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1、大学学年季学期试卷2.课程名： 运动控制系统（一）课程号:学分:应试人声明：我保证遵守 大学学生手册中的大学考场规则，如有考试违纪、作弊行为, 愿意接受大学学生考试违纪、作弊行为界定及处分规定的纪律处分。在转速、电流双闭环直流调速系统中起动过程主要包括电流上升阶段、恒流升速阶段 和转速调节阶段，说明恒流升速和转速调节阶段转速调节器和电流调节器的状态和作 用。（7分）答：恒流升速阶段转速调节器饱和，电流调节器不饱和，控制电流跟随给定。（各1 分，共3分）题号一二三四五六七八九得分应试人学号应试人所在院系应试人转速调节阶段时转速调节器退饱和，电流调节器不饱和，转速调节器起主要作用，跟 随给定，电流
2、调节器控制电流跟随给定。（各1分，共4分）.简答题（24%）：1. 在开环控制系统无法满足调速性能要求时，采用转速闭环的控制系统来改善。为 实现调速快速性和无静差，控制器通常选用比例积分调节器。对应下图输入曲线 A Un，作出比例积分调节器的输出曲线Uc,画出其中比例、积分调节部分所对 应的输出曲线，并分别说明比例、积分调节器在控制快速性和无静差性能上的作 用。（5分）3.在无静差转速单闭环调速系统中，给定电源和测速发电机的精度是否会影响到转速的 稳态精度？说明理由。（4分）答：都会影响稳态精度（2分）。因为闭环系统跟随给定，对反馈扰动没有抑制作用。（2 分） UnUc4调速系统的稳态性能指标
3、调速范围和静差率是如何定义的？动态性能指标有哪两 项？调速系统的主要扰动是哪两个？ （8分）调速范围是系统额定负载时允许的最高转速与最低转速（2分）。t答：如左图，为比例调节部分；为积分调节部分；为PI调节器输出。（每条曲线正确作出，并标明对应调节器为1分，合计3分）。 比例调节器主要体现在控制的快速性（1分）积分调节器主要体现在控制的无静差性（1分）注：教师应使用计算机处理试题的文字、公式、图表等；学生应使用水笔或圆珠笔答题。静差率使系统从空载增加到额定负载时的转速降落与空载转速的比值，系统调 速范围应当以最低转速对应的空载转速为基准（2分）。动态性能指标包括跟随性能和抗扰性能（2分）。主要
4、扰动包括负载扰动和电网电压波动（2分）。0dL0U时UUU0（图三个波形各2分共计6分）0 Un0UcUnU *ndL2UdE机械特性曲线（每条1分，共4分）.分析及问答（56%）1.（16分）采用纯积分控制的转速单闭环直流调速系统稳定运行，各物理量如图所示。在t1时刻，负载由IdLl突增为IdL2,（1）求出系统又进入稳定运行时控制电压Uc的大小，分析控制电压和哪些因素 有关。（4分）（2）在图中定性画出突加负载后各物理量的动态变化过程。（6分）（3）与加载之前相比，说明加载重新进入稳定后电机电枢电流、电枢电压变化， 并简述原因。（6分）答 进 入 稳 态 时U C n* + I R CU*
5、/a +1 RU d 0 ed e ndLc KKKsss（2分），控制电压与转速给定和负 载有关（2分）。重新进入稳态后电枢电流增加，电 枢电压增加（2分）。因为电机负载 增加，会导致电机暂态转速下降， 转速偏差为正，控制电压增加，电 枢电压增加，电枢电流增加，稳态 时电枢电流与负载匹配。（各2分 共4分）2. （15分）桥式可逆PWM变换器-电动机系统如图所示，具有电流连续、谐波少等优点。（1）在如图坐标系中画出桥式可逆PWM变换器供电下，开环直流调速系统重载工作在一般电动状态下的电枢两端瞬时电压UAB、平均电压Ud、电动机反电动势E、和瞬 ABd态电枢电流id波形，其中变换器采用双极式控
6、制，占空比P0.7； （4分）（2）导出电机电枢电压平均值Ud与U之间的关系，并说明如何调节占空比实现电机 ds的正反转；（3分） 画出直流电动机在不同控制电压下（Uc1Uc2Uc3Uc4 ）对应的四条机械特性曲线, 正转、反转各两条，说明不同象限工作时直流电动机工作状态（如正向电动等）（8分）。答：U =（2P - 1）U （1分），当通过调整占空比即可实现电机正反转，当电机大于0.5 ds时电机正转，小于0.5时电机反转。（2分）（每条波形各1分）第一象限电机正向电动，第二象限电机正向制动，第三象限反向电动，第四象限反 向制动（4分）第 3 页 （共 4页 ）3. （共10分）转速反馈采用
7、增量式旋转编码器，已知其每转脉冲数Z=1024，采 样周期TC = 0.04秒，转速单位采用转/分,如采用M法即测频法测速：（1）请画出M法测速原理示意图（应包含编码器输出脉冲与采样脉冲波形关 系），并说明其测速原理。（6分）（2）根据上述参数写出M法转速计算式，并说明适用的转速范围。（4分）答：（1） .M法 测速是通过计取一个采样周期内光电编码器发出的脉冲个数来 计算转速。（2分）4. （15分）转速、电流双闭环系统结构是调速系统中典型结构，结合下面的原理框图， 画出直流调速系统稳态结构框图，并按照转速调节器饱和、不饱和两种情况分析系统 稳态工作特性，即描述转速环、电流环工作状态和电机转速
8、、电枢电流状态，画出静 特性曲线，并标出负载为IdL时系统稳态工作点。答：稳态结构框图采样脉冲转速调节器饱和时转速环开环，系统为电流单闭环系统，电流跟随最大电枢电流给定（各1分,（5分）乞T测速时间（4分）（2）. M法测速：n = 6ZMi =需4M丽=1-4648M1，（2分）适用于高速段（2分）c共3分）;转速调节器不饱和时，系统为转速、电流双闭环系统，转速跟随给定，无静差，电枢电流由负载 决定（各1分，共4分）。静特性曲线和稳态工作点分）（每段1 分,工作点一分，共3三计算及设计（20%）1.某PWM变换器供电的双闭环直流调速系统，基本数据如下： 直流电动机：额定电压U二220V，额定
9、电流I二28A，额定转速n二1460r/min，电动机NdNN电势系数C二0.136V -min/r，允许过载倍数“ 1.5 ；ePWM变换器的开关频率为lOKHz：放大系数：K二0.537s电枢回路总电阻：R二0.8Q ；机电时间常数T二0.18s，电磁时间常数T二0.01，电流反馈滤波时间常数Tm1oi=0.00005s,转速反馈滤波时间常数T =0.0015s；On电流反馈系数：0 = 1 ；转速反馈系数：a = 1。（1）按照典型II型系统设计电流调节器，选择h=5，并设计输入滤波器参 数（7分）。（2）求电流环等效传递函数（3分）。（3）按典型II型系统设计转速调节器，选择h=5,计
10、算转速调节器参数（7 分）。（4）画出转速环动态结构图（3分）。（不校验近似条件，计算时小数点后保留三位，若数值较小时，应保留三位有 效位）（20分）附：1.转速、电流双环系统动态结构图：答：（1）电流调节器选PI调节器，其传递函数为W （s） = Ki（i$ + 】）苴中ACRT s（1分）其中iT = T + T = 0.00005+ 0.0001= 0.00015Eioi s，R = R + R = 0.8QEres由 T = hT = 5x0.0001宇 0.00075; K = h +1iEi1 2h2T 2 2 x 52 x 0.000152Ei二 239.158s -2h +1
11、R T 5 +10.80.01i-=K =i- = 37.24i2h K 卩 T 2*5 0.537*1 0.00015s工iW= 37.24x (0.00075+1)acj(S)0 00075，输入滤波时间常数取4te，为0.0006s.0.00075（2）电流环等效传递函数W（s）cli(3也选PI调节器(7分)k (T s + 1)W ( s ) nnASRt sn1 0 =1 (3 分)4T s +1 = 0.0006s +1EiT = 4T + T = 0.0021En口 on=hT = 5x0.002上 0.0105K =J11XN 2h2T 22 x 52 x 0.01052En(h +1)0CT6x0.136x1x0.185 = 8 986 W(s) = 8.986 x (0105 s + 1)8.986 * 10 x 1x 0.8 x 0.0021ASR Kn2ha R TE EnKN(tns+l)(s)y *s 仏 s+1)0.105 s（3分）1088.4s -2
