电力拖动自动控制系统-运动控制系统期末试卷附答案共6套

第2页第2页(共4页)成 流调节器ACR的输出Uc= 。一、 大学 ～ 学年春季学期试卷 绩

6．在进行数字PI调节器设计时，为了减小系统退饱和超调量，位置式数字PI调二、 课程名：运动控制（一） 课程号： 学分：3三、应试人声明：四、 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《大学学生考试违纪作弊行为界定及处分规定的纪律处分五、应试人 应试人学号 应试人所在院系题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九

节器必须同时设置 限幅和 限幅。7．双闭环直流调速系统正向制动过程经历四个阶段，分别是 阶段 阶段， 阶段， 阶段。动态性能要求看，电流环性能为主，要求超调小，因此当按照典II型系统设计电流调节器时，为了减小电流超调量，需在 之后加入 ，并按照控制对象时间常数的4倍设置 。得分 9．在V－M开环调速系统中突加负载后又系统进入稳定运行时转速n ，d0一．填充题（30分，每个填充1分： 电压U 在转速单闭环无静差调速系统中突减负载又进入稳定运行时，d0d0某一调速系统，在额定负载下，最高转速为 n0max=1500r/min，最低转速为 转速n ，控制电压Uc ，电压U 。(可用增加、减小、不变d0n0min带额定负载时的速度降落nN且在不同转速下额定降nN不变，则系统调速范围 ，系统的静差率是 。转速单闭环调速系统对 的扰动有抑制作用，系

表示)10．PWM可逆直流调速系统制动过程中向 充电，产生 压，这是直流PWM变换-电动机系统特有的能量回馈问题。（10分）II型系统的开环传递函数为W(s)

K(s1)，在如图坐标系中统精度依赖于 和 的精度。 1)转速闭环系统的扰动信号主要包括 扰动和 扰动可从电动 画出典型II型系统对数幅频特性渐近线（伯德图，并分析系统待定参数K和积分时间机的励磁，负载，放大器的温漂，电网电压，电枢电阻点中选择)，对于I型系常数统能实现无静差的关键是：必须在扰动作用（前后）含环L/dB节，当然此扰动是指阶跃扰动。转速、电流双闭环调速系统中，调节 的限幅值可以调节系统

对系统稳定性、快速性影响。最大电流；调节

UPE的最大输出电压。

w/-1转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器ASR、电流调节器ACR均为PI调节器，电动机带额定负载稳定运行时转速调节器ASR的输出Ui*= 。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。c（13分）M法、TM/TT，电Z个脉冲Z倍频系数×编码器光栅数c

（15分）有静差的单闭环直流调速系统原理框图如图所示，（8）（4分）（3分）~00

，旋转编码器脉冲的计数值为M1

，高频时钟脉冲的计数值为M2

，说明三种

U* A U

IddUPE U Mdn（r/min）MT法的分辨率和误差率，并说明三种方法的适用范围。

n n cnUnU TGtg第3页 (共4页)五（12分）在转速、电流双闭环直流调速系统中，突加转速给定时，起动过程可分 （1）计算电流反馈系数β，转速反馈系数α（4分为三个阶段，论述在不同的阶段内，转速和电流的变化规律及两个调节器的作用； （2）画出待设计转速环动态结构图（6分）并在下图中画出转速、电流的过渡过程曲线。拟将转速环设计成典型II（6分）请校核转速超调量 %（4分）nn*n （计算时小数点后保留三位，若数值较小，应保留三位有效位）3456734567872.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%0 C /Cmac btId IdmIdL

附2：转速、电流双闭环系统动态结构图：0（20分=5.5kw，NU=220V，I=28A，n=1460r/min，Ra=0.8Ω,允许电流过载N N N倍数λ=1.6，T=0.048s，T=0.185s，主电路采l m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R=1.3Ω，T=0.0017s,rec sASR和ACR均采用PI调节器，最大输入、输出电压均为8V，电流反馈滤波

=0.015s。电流调节器已按典oi on型I型系统中KT=0.25设计好，电流环的静动态指标均已满足要求。现要求转速稳态无静差，且电动机空载起动到额定转速时的超调量n10%第1页 (共4页)成 流调节器ACR的输出

=(RI

CU

/)/K。大学 ～ 学年春季学期试卷 绩课程名：运动控制（一） 课程号： 学分：3应试人声明：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。应试人 应试人学号 应试人所在院系题号 一 二 三 四 五 六 七 八 得分六、填充题（301分：某一调速系统，在额定负载下，最高转速为n0max=1500r/min，最低转速为n0min=150r/min，带额定负载时的速度降落nN=15r/min，且在不同转速下额定速降nN不变，则系统调速范围11 ，系统的静差率是0.1 。转速单闭环调速系统对_被负反馈包围的前向通道 的扰动有抑制作用，系统精度依赖于 转速给定 和 转速反馈 的精度。

c dN e n sPIPI器必须同时设置输出限幅和积分限幅。_正向电枢电流衰减 阶段， 反向电枢电流建立 阶段，_恒流制动 阶段，_转速调节 阶段动态性能要求看，电流环以跟随 性能为主，要求超调小，因此当按照典型II型系统设计电流调节器时，为了减小电流超调量，需在_电流给定 之后加入_低通滤波，并按照控制对象时间常数的4倍设置滤波时间常数。V－Mn下降Ud0nUc_减小Ud0()PWM滤波电容__泵升电压，这是直流PWM变换器-电动机系统特有的能量回馈问题。（10分）II型系统的开环传递函数为W(s)Ks，在如图坐标系中s2(Ts画出典型II（伯德图K和积分时间常数转速闭环系统的扰动信号主要包括负载扰动和电网电压扰动(可)I前（前后含有_积分环节，当然此扰动是指阶跃扰动。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ACR_的限幅值可以调节UPEASRACRPI

对系统稳定性、快速性影响。

6分（1）T通常为系统的固有参数， 比T大ASRUi*=IdN。电注：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。

得越多，系统的稳定性越好2分（）在一定时，改变K变了截止频率cK（2分）第2页 (共4页)（13分）M法、TM/TTc，电Z个脉冲Z倍频系数×编码器光栅数f0，旋转编码器脉冲的计数值为M1，高频时钟脉冲的计数值为M2n（r/min）M法

（15）有静差的单闭环直流调速系统原理框图如图所示，（8）（4分）（3分）~IdT法的分辨率和误差率，并说明三种方法的适用范围。

U* A Un n U

UPE U Mdnd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M1

来算出转速。 n

U TGtg转速n

60M1

60 ，分辨率： ，误差率：

100% ，适用于高速分）ZT ZT Mc c 1

（）系统包括电动机，电子电子变换器（可调直流电源，比例调节器，测速反馈环节3分）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来算出转速。2

5分）

IdR60fn

，分辨率： Zn2 或

60f0

)，误差率：

1 100% ，适

* Δ 1 nUUUUEn nUUUUEZM 60f2

Zn ZM(M2 2

1)

M 12

c d0 CeUne用于低速（5分）M/T法：既检测M ，也检测M ，两个计数器同时开启或关闭计数。 α1 260fMn 0 1

转速降落n RI

，其中K为系统开环放大倍数，K

KK（分）2p s2dNZM dN2

C(1K) Ce e可适用的速度范围广 （3分）

增大，经过比例调节器和电力电子变换器作用，提高电源输出电压Ud0，使得开环机械特性上移，减（2分）（3）系统启动和堵转时电机会过流分。因此时转速为0输出控制电压很大，电源输出很大的电压加在系统回路电阻上，该电阻一般很小，从而导致启动和堵（2）第3页 (共4页)五（12分在转速电流双闭环直流调速系统中突加转速给定时起动过程可 分 （1）计算电流反馈系数β，转速反馈系数α（4分为三个阶段，论述在不同的阶段内，转速和电流的变化规律及两个调节器的作用； （2）画出待设计转速环动态结构图（6分）并在下图中画出转速、电流的过渡过程曲线。起动过程可分为三个阶段：电流调节器不饱和。电流调节器起跟随作用，使电流很快上升（3分）

拟将转速环设计成典型II（6分）请校核转速超调量 %（4分）n（计算时小数点后保留三位，若数值较小，应保留三位有效位）附1：典型二型系统抗扰性能指标与参数的关系：h 3 4 5 6 7 8器不饱和，起限制最大电流的作用（3分）转速调整阶段：转速超调，转速调节器退饱和，电流由最大值下降到负载值。

C /Cmac

72.2% 77.5% 81.2% 84.0% 86.3% 88.1%转速调节器为主调节器，电流调节器起跟随作用（3分）（3分）

附2：转速、电流双闭环系统动态结构图：U* 8（20分=5.5kw，N

答（） Idm

1.6

0.179V/A （2分）U=220V，I=28A，n=1460r/min，Ra=0.8Ω,允许电流过载N N N

U* 8l 倍数λ=1.6，电磁时间常数T=0.048s，机电时间常数T=0.185s，主电路采 l 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

nmmax

14600.00548 Vmin/ （2分）R=1.3Ω，T=0.0017s,rec s

（2）电流调节器按典型I型系统设计，ASR和ACR均采用PI调节器，最大输入、输出电压均为8V，电流反馈滤波TT=0.015s

KT 0.25，

T

0.0020.00170.0037oi on

I i

i oi snIKT=0.25转速稳态无静差，且电动机空载起动到额定转速时的超调量10%n

K 67.567s1（2）分I待设计的转速环动态结构框图（4分）

IdL(s)

第4页 (共4页)校验近似条件（2分）转速环截止频率为KnU1n

ASR

U

1/

Id(s)

R n(s)

w

K

175.949*0.1120.938s2)iTons+1i（3）转速调节器设计

1s+1IKITons+1

CeTms

cn w N n1电流环传递函数简化条件：

1 KIKI67.5673 T1 KIKI67.5673 T3T30.0037W (s)

k(n

s1)n

cni iASR sn

转速环小时间常数近似处理条件：T 1KI

T 0.0298on

1 K 1 67.567 I 22.37 按超调较,抗扰较好原则，取h=h取其它值亦可，但超调更大，方法正确即得分，则ASR 3 T的 on

3 0.015 cn超前时间常数为 （4）校核超调量

4(1T

)0.119 n

k on

max77.5%转速环开环增益：h1 5

带额定负载启动时z=1，由附1查得C ，b得转速退饱和超调量K N

175.94(2)2 2*42*0.0292

T

28*(0.81.3)0.135

0.02982* maxz N n* 11.9%n C Tb m

1460 0.185CUNe

I RN nN

220280.81460

超调量略大约设计要求，为此可减小过载倍数（4分）T eKen

2hRT

m 8.14780.005482.10.0298 WASR

8.147(0.119s0.119s

（4分）第3页第3页(共4页)成大学 ～ 学年学期试卷 绩课程名：运动控制 课程号： 学分：应试人声明：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。应试人 应试人学号 应试人所在院系题号 一 二 三 四 五 六 七 八 得分一、填充题（共35空，每空1分，共35分）从能量转换的角度来看调压调速属于转差功率 型而目前广泛使的变压变频调速属于转差功率 型。

6．异步电机的动态数学模型是一个多变量、高阶、、 系统，其定、转子间的互感将随着转子 的变化而变化，可通过 简化动态数学模型，变化的原则是产生的 相等7．与直流调速系统类似，按照转速、转矩变化规律转差频率控制系统的起动过程分为 、 与 三个阶段。两电平逆变器共有八个基本输出矢量包括六个 和两个 在一个旋转周期内，每个有效工作矢量依次作用一次生旋转磁场，在直流母线电压一定时，可通过插入 保持变频调速时的磁链幅值最大值不变。为了形成接近圆形旋转磁场逆变器需采用 （SPWM，CFPWM，SVPWM）控制。．计算转子磁链的模型有 模型和 模型，其中 模型易受转子电阻变化影响。2．异步电动机进行变压变频调速时，可通过

补偿控制保持转子磁通

10.异步电动机由三相平衡电压供电，定子磁链旋转矢量ψs

e，忽略定子s恒定，此时稳态机械特性是 态性能。

，这正是高性能交流调速系统所要求的稳

u电阻压降，则定子电压矢量

。异步电动机变频调速时需要 和

当负载增大时，转速开环变压变频调速系统进入稳态时转速降落 ，电磁转矩 ，因此只能用于调速性能要求不高场合（增大、减小、不变）用的交流可调电源是由 。

构成的静止式功率变换器，一般称为

二异步电动机采用调压调速画出在UU 和U时的机械特性并分析N N以频率与期望的输出电压波相同的 波作为调制波以频率比期望高得多的 波作为载波，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得高度 、宽度 的脉冲序列，这种制方法称作SPWM。

带恒转矩负载工作时系统的稳定工作范围。（6分）s

的范围内，转矩基本上与 成正比，条件是 ，这是转差频率控制的基本思想。因此在转差频率控转速闭环控制系统中转速调节器的输出为 。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。m三．从气隙磁场m

E出发（写出表达式

SVPWMU1

f1m

位于第一扇区时合成电压空间矢量的表达式，s

f 较低时，定子电压

应如何调整。作出定子电压、气隙

（12分）1m1N1113磁场 随频率变化的特性曲线，画出不同频率下的机械特性（画4 条1m1N1113f f f11 12

f

为额定频率（14分）3/五．三相坐标系变换到两相静止坐标系的变换矩阵为C 3/

六．论述矢量控制的基本思想，并画出等效的直流电动机模型。（12分）

I cos(wt)

I cos(wt2)

I cos(wt2)，A m B

3 C m 3

和

s，比较三相电流与两相静止坐标系中电流的频率、幅值及相位。（9分）1 12 2

12 cos()cos()2sinsin提示3/2

30

，3 32 2第4页 (共4页)七．第I扇区的定子磁链与电压空间矢量图如图所示，定子磁链矢量ψs1位于前

定子磁链矢量ψ1位于前30定子磁链幅值 转矩30与d

同向，忽略定子电阻压降对磁链幅值的影响，并假定 u1电流的变化足够快，分析8个电压空间矢量对定子磁链幅值的控制作用（增大、 u2减小、不变）和对转矩的控制作用（增大、减小、不变、反向，并论述直接转 u矩控制的基本原理（12分） 3uu u 43 2 u1u u 514uu u5 6 6ψs2 u u uu u3 2d ψ 4 u

0， 7u u15 6u,u为零矢量0 7第1页 (共4页)成 6．异步电机的动态数学模型是一个多变量、高阶、 _非线性

、强耦合大学 ～ 学年学期试卷 绩课程名：运动控制 课程号： 学分：应试人声明：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。应试人 应试人学号 应试人所在院系

的系统，其定、转子间的互感将随着转子 位置 的变化而变化，可通过_坐标变换(或3/2变换和旋转变) 简化动态数学模型，变化的原则是产生的 旋转磁动势（磁动势） 相等。7．与直流调速系统类似，按照转速、转矩变化规律转差频率控制系统的起动过程分为 转矩上升 、_恒转矩加速 与 转速调节 三个阶段。8．两电平逆变器共有八个基本输出矢量，包括六_有效矢量 和两个零矢量题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九

_，在一个旋转周期内，每个有效工作矢量依次作用一次生成_正六边形得分一、填充题（共35空，每空1分，共35分）从能量转换的角度来看调压调速属于转差功率_消耗 型而目前广泛使

旋转磁场，在直流母线电压一定时，可通过插入 零矢量 保持变频调速时的磁链幅值最大值不变。为了形成接近圆形旋转磁场逆变器需采 （SPWM，CFPWM，SVPWM）控制。用的变压变频调速属于转差功率 不

型。

9．计算转子磁链的模型有 电压 模型和 电流 模型，其中2．异步电动机进行变压变频调速时，可通定子）电

补偿控制保持转

电流 模型易受转子电阻变化影响。子磁通恒定，此时稳态机械特性是_直线

，这正是高性能交流调速系统所要

10.异步电动机由三相平衡电压供电，定子磁链旋转矢量ψs

ej1t，忽略定子s求的稳态性能。

u j 3．异步电动机变频调速时需要 电压

和 频率

均可变的交流电

电阻压降，则定子电压矢量s

es 1

2 。源，常用的交流可调电源是由_电力电子器件 构成的静止式功率变换器一般称为 变频器 。

当负载增大时，转速开环变压变频调速系统进入稳态时转速降增大 电磁转矩 增大 因此只能用于调速性能要求不高场合（增大减小不变以频率与期望的输出电压波相同的 正弦 波作为调制波以频率比期望波高得多的 等腰三角 波作为载波由它们的交点确定逆变器开关器件的通

UUN

和U

时的机械特性，并分析N断时刻，从而获得高度 相等 、宽度_按正弦规率变化 的脉冲序列，这种调制方法称作SPWM5

带恒转矩负载工作时系统的稳定工作范围。（6分）带恒转矩负载时系统的稳定工作范围为．在s sm（或

）的范围内，转矩基本上与

转差频率

成正比，

n (1S0

)n （2分）0条件是 气隙磁通恒定 ，这是转差频率控制的基本思想。因此在转差频率控制转速闭环控制系统中转速调节器的输出为 转差频率（给定值） 。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。

分第2页 (共4页)m三．从气隙磁场m

E出发（写出表达式

四．对两电平逆变器采用SVPWM控制，开关周期为T0，电压空间矢量的六个扇区频调速系统在基频以下和基频以上工作时定子电压U 电源频1

fm

位于第一扇区时合成电压空间矢量的表达式，s

f 较低时，定子电压U

应如何调整。作出定子电压、气隙

（12分）1m111磁场 随频率变化的特性曲线，画出不同频率下的机械特性（画4 条，1m111f f f11 12

f

为额定频率（14分）1N131N13E 4.44Ng

fk ΦNS

（1分）基频以下调速原则：Φm恒定，Uf1同时增大或同时减小。即：Eg4.44Nf 1

k ΦNS

常值

（5）EgU

u解： s

t1 u1

t2 u2

ucosju

sin

2）降，认为定子相电压U≈Eg,，则有

s常值。为恒转矩调速。低频时适当提f1

T0 T0ss高定子电压，补偿定子阻抗压降。 （4）ss

u T U f1NU≤UsN，最多只能

有效矢量

t1

s0sin( 1U 31d

d为直流母线电压，

升高，减少气隙磁通Φm，使定子电压U=U 保

u为合成矢量与

的夹角（2）sN 1

sN 1持不变，电机转速升高，为恒功率调速。 （3分）

2uTnnU ns m 13恒转矩调速 恒功率调速 基以

有效矢量

u t 作用时间：2 Ud

0sin

（2）U nsN 1N

固有特性

t Ttt基频 mNmU ms

e低频补偿后特性e

零矢量作用时间：0

0 1 2 （1）0 f

（3分） 0

（3分）第3页 (共4页)五．三相坐标系变换到两相静止坐标系的变换矩阵为C3/2，现有三相正弦对称

六．论述矢量控制的基本思想，并画出等效的直流电动机模型。（12分）

I cos(wt)

I cos(wt2)

I cos(wt2)，A m B

3 C m 3

解：矢量控制的基本思想是通过坐标变换和按转子磁链定向，可以得到等效的直流电动机模型。通过按转子磁链定向，将定子电流分解为励磁分量ism和转矩分量ist，使转

和

s

子磁链仅由定子电流励磁分量产生，而电磁转矩正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘（9分）

1 1 2 2

12 cos()cos()2sin

对应量，以实施控制。3/2

30

3 32解：

2

ii sA3/2

ism旋转

mLrmLp1i

1 N2N

1i2A

iB 变换 is

r变换（VR）i L T s 3

i

i st n m e npi N 3

3 B

pL Jps 2

2 2C rCTLCi 2(i 1i 1i)s 3 A 2B 2C

2(i 1i)3 A 2A

3i 3I cost3 2A 2m

（6分）

等效直流电动机模型i 2( 3i 3i)

2 3

cost2cost2s 3 2 B 2

3 2

3 3 2 3I[2sinsin2]

I sint

3I )3 2 m

3 2m

2m 2频率不变,幅值变为

32,120°90°（3）第4页 (共4页)七．第I扇区的定子磁链与电压空间矢量图如图所示，定子磁链矢量ψs1位于前

定子磁链矢量ψ1位于前30（7分）定子磁链幅值 转矩30与d

同向，忽略定子电阻压降对磁链幅值的影响，并假定 u 增大 反向1电流的变化足够快，分析8个电压空间矢量对定子磁链幅值的控制作用（增大、 u 增大 增大2减小、不变）和对转矩的控制作用（增大、减小、不变、反向，并论述直接转 u 减小 增大矩控制的基本原理（12分） 3u 减小 增大u u3 21u u14uu5 6ψs2 u u

4u 减小 反向5u 增大 反向6uu 不变 减小 u3 2d ψ 4 u

0， 7u u15 6u,u为零矢量0 7解：直接转矩控制的基本原理是根据定子磁链幅值偏差的符号和电磁转矩偏差的符号，再依据当前定子磁链矢量所在的位置，直接选取合适的电压空间矢量，减小定子磁链幅值的偏差和电磁转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的控制。（5）第PAGE3第3页(共5页)成大学～ 学年季学期试卷(A) 绩课程名：运动控制系统（一）课程号： 学分：应试人声明：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。应试人 应试人学号 应试人所在院系题号 一 二 三 四 五 六 七 八 得分一．简答题（22：（6分主要扰动是哪两个？

（7分）PI少？输出各为多少？稳态时两个调节器的输出分别取决于哪些因素?（5分）组成部分如下图所示。请说明框图中(1)-(5)所代表的组成部分。（4分）PI调节器时域表达式可写成u(t)

e(t)K P I

e(t)dt，采样周期为

，sam

+（1） （2） （3）-（5） （4）ku(k)行限幅。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。二．分析及问答（51%）（11分）PWM变换器-等优点。PWM变换器供电的开环直流调速系ρ=0.（6分）UdUs之间的关系，如何实现电机的（2分）PWM（3分）UAB

（15分负载稳定运行在给定转速，收到停车指令后进入制动状态，制动过程可分为四个阶段，按时间顺序，论述在不同的阶段内转速和电流的变化规律，分析0 t 不同阶段两个调节器的作用，并在下图中画出转速、电流的过渡过程曲线。idIdIdL0 t 0t-Idm2．（共15分）在V-M开环直流调速系统、转速单闭环有静差直流调速系统和 n转速单闭环无静差直流调速系统中，突减负载后又进入稳定运行时，三种系统的转速、电枢电流、整流装置输出的电压将如何变化，并简单说明原因。0t三．计算及设计(27%)1（12分）转速单闭环控制系统采用比例调节器作为转速调节器，系统已知数据如下：电动机：PN

10kW，UN

，IN

55A，nN

1500r/，4（10分）＝1024，采

R 0.5PWM变换器内阻R 0.1 PWM变换器的放大倍数K 22。，a rec s，TC=0.005f0=1[MHz][转/分]，如采用M/T法测速：

最大给定电压U*nm

8V，当主电路电流达到最大值时，整定电流反馈电压Uim

8V。M/T法测速原理示意图(形关系)（6分）

D25s。（1）试画出系统的原理图和静态结构图（5分；M/T（4分）

，额定负载时，开环系统的稳态速降

，满足静差率要求时，e op闭环系统的稳态速降Δncl（2分；转速反馈系数 ，调节器放大系数Kp（2分；（3分）第4页 (共5页)2（15分）PWM变换器供电的转速、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

=1490r/min，电枢回路电阻R=0.6Ω,允许电流过载倍数λ=2Tl=0.01sTm=0.185s8KHzKs=67Rres=0.1Ω，Un*10V，ASRACRPI8VToi=0.0001sIKT=0.25。设计要求：静态指标：转速无静差动态指标：带额定负载起动到额定转速时的转速超调量低于3%。计算电流反馈系数β，转速反馈系数α。求电流环等效传递函数。设计转速调节器（不校验近似条件。校核超调量。(计算时小数点后保留3位，若数值较小时，应保留3位有效位)典型Ⅱ型系统动态抗扰性能指标与参数的关系3434567891072.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%2.452.702.853.003.153.253.303.4013.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85C /Cmax bt /Tmt /Tv转速、电流双环系统动态结构图：第1页 (共5页)成上海大学2015～2016学年秋季学期试卷(A) 绩课程名：运动控制系（一）课程号：09365148学分： 3应试人声明：我保证遵守《上海大学学生手册》中的《上海大学考场规则应试人 应试人学号 应试人所在院系题号 一 二 三 四 五 六 七 八 得分二．简答题（22：

（7分）转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器和电流调节器均为调节器，电动机带一半额定负载稳态运行在额定转速时，两个调节器的输入偏差电压分别为多少？输出各为多少？稳态时两个调节器的输出分别取决于?答：转速调节器的输入U 0（1分，n（6分调速系统的稳态性能指标有哪两项？动态性能指标有哪两项？调

转速调节器稳态输出UIi dL

（1分）,取决于负载大小(1分)速系统的主要扰动是哪两个？（2分（2分

电流调节器的输入Ui

0（1分，稳态输出Uc

Cn e

R Ks

dN2 （1分）,取电网电压波动（2分。

决于负载和转速给定.(2分)（4分调节器时域表达式可写成u(t)K e(t)K P I

e(t)dt

2．（5分）运动控制系统以各类电机为控制对象，用框图的形式描述运动控制系统sam为T ，写出离散化后采用位置式的差分方程第k拍输出u(k)，并说明sam

基本组成部分如下图所示。请说明框图中(1)-(5)所代表的组成部分。何对该调节器进行限幅。u(k)Ke(k)KT

ke(i)

e(k)

(k)

+（1） （2） （3）-答：位置式差分方程

P I

P I （2分。限幅Ke(k)P

KTI

e(k

i)uI

(k1)

（5） （4）时需要对输出和积分同时限幅（2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。

控制器功率变换单元电动机（4）传感器（5）信号处理第2页 (共5页)三．分析及问答（51%）（11分）PWM变换器-等优点。PWM工作在一般电动状态下的瞬时电压、平均电压、瞬态电流、反电动势波形，其中变换器采用双极式控制，占空比ρ=0.（6分）UdUs（2分）PWM（3分）电机电枢电压平均值Ud=（2ρ-1）US（1分）当ρ1/20，电机两端平均电压为正，电机正转，当ρ1/2〈0，电机两端平均电压为负，电机反（1分）W(s) s

（3分2分）压也下降3流装置输出电压会降低，以便电压平衡，产生更小的电枢电流（2分） （15分负载稳定运行在给定转速，收到停车指令后进入制动状态，制动过程可分为四个阶段，按时间顺序，论述在不同的阶段内转速和电流的变化规律，分析不同阶段两个调节器的作用，并在下图中画出转速、电流的过渡过程曲线。答：起动过程可分四个阶段：s Ts12分，与相控整流器 节器由不饱和到饱和电流调节器一般不饱和电流调节器起跟随作用使电s的本质区别是时间常数更小（1分）（15分）V-M转速单闭环无静差直流调速系统中，突减负载后又进入稳定运行时，三种系统的转速、电枢电流、整流装置输出的电压将如何变化，并简单说明原因。答：在V-M开环系统中，突减负载后又进入稳定运行时，电机转速上升，电枢电流降低，整流装置输出电压不变分压不变，输出电压也不变，但减载后转速上升，电枢电流减小，以便与负载平衡（2分）

流快速下降。（3分）反向电枢电流建立：电流反向增加到（3分）3）恒流制动：电流维持最大值不变，转速按线形规律下降，一直到停止。转速调节器一直处于饱和状态。为了克服反电势的扰动，电流略小于最大值。电流调节器不饱和，起限制最大电流的作用。（3分）（3分）第3页 (共5页)（2）.M/T法测速：（3分）

60fn

M1（2分）适用于高低速段（2分）ZMI 2I0 ttt012n

t t3 4 t

四．计算及设计(27%)1（12分）转速单闭环控制系统采用比例调节器作为转速调节器，系统已知数据如下：电动机：PN

10kW，UN

，IN

55A，nN

1500r/min，t t R R 0.1a 。PWM 变换器内阻rec ，PWM 变换器的放大倍数4（10分）＝1024，采TC=0.005f0=1[MHz][转/

K U*s

8V，当主电路电流达到最大值时，整定电流反馈分]M/T法测速：

电压Uim

D25s。M/T法测速原理示意图(应包含编码器输出脉冲、时钟脉冲与采样脉冲波

试画出系统的原理图和静态结构图（5分；形关系)（6分）

，额定负载时，开环系统的稳态速降

，满足静差率要求时，e opM/T（4分）

闭环系统的稳态速降Δncl（2分；转速反馈系数 ，调节器放大系数K

p（2分；答（1.M/T法测速既检测编码器输出脉冲个数M ，也检测高频时钟脉冲M ，两1 2（2分原理示意图

（3分）（1）系统的原理图如下图所示：~U* A Un n cUn

IddUPE U Mdn（3分）

U TGtg（4分）第4页 (共5页)系统的稳态结构框图（2分） 2（共15分）有一PWM变换器供电的转速、电流双闭环调速系统,已知电动机参P数为：PUNU

=5.5kw，U

=220V，I

=1490r/min，电枢回路电阻R=0.6Ω,允KUn* ΔUnKUn

p c

Ud0

NNNIdRNNNE 1Ce

许电流过载倍数λ=2，电磁时间常数Tl=0.01s，机电时间常数Tm=0.185s，变换n 开关频率8KHz，的放大倍数Ks=67，整流电装置内阻Rres=0.1Ω，额定转速时给定电压Un*为10V，ASR和ACR均采用PI调节器，饱和输出电压均为8V，电Toi=0.0001s。电流调节α IKT=0.25。设计要求：静态指标：转速无静差（2）Ce

N

IRN

)/nN

0.128v/分）

动态指标：带额定负载起动到额定转速时的转速超调量低于3%。n Iop n

R/C 55(0.50.1)/0.128257.8125r/enNs 15000.16.667 r/min

（1分）

计算电流反馈系数β，转速反馈系数α。求电流环等效传递函数。设计转速调节器（不校验近似条件。Cl (1s)D 25(10.1)

（1分）

校核超调量。nk ncl

1

257.812516.667

（1分）

(计算时小数点后保留3位，若数值较小时，应保留3位有效位)典型Ⅱ型系统动态抗扰性能指标与参数的关系（3）*n（3）*n

8 0.005v/rpm

h34567834567891072.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%2.452.702.853.003.153.253.303.4013.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85（1分）n N （1分）N

max bt /Tmek KC 37.670.1288.96e

t /Tvp k 107.60.005s

（1分）

转速、电流双环系统动态结构图：∴调节器系统开环放大系数大于或等8.96（4）系统启动和堵转时电机会过流分。因此时转速为0（2）答(1)最大允许电流为Idm=2*28=56A，电流反馈系数β=Uim/Idm=8/56=0.143

第5 页 (共5页)（4）校核超调量第5 页 (共5页)带额定负载启动时z=1，由附1查得

CmaxC

转速反馈系数α=Un*/n=10/1490=0.00671, (2分) bNi（2）T=Toi+Ts=0.0001+0.000125=0.000225i

T

0.133

0.00224电流环等效传递函数：

2* maxz N n* 0.2%1 1 （3分

n C Tb

1490 0.185W

6.99

6.99cli(s)

1s1

s1 4*0.000225s1 0.0009s1

超调量满足设计要求分）K iI根据静态指标要求转速调节器采用PI调节器（8分）(s1)（2分）W k nASR n nT T 1

T 4*0.0002250.00150.0024n on KI

i on按照跟随和抗扰性能较好的原则，取h=5,则ASR的超前时间常数为： hTn n

5*0.00240.012h1 6K 20833.3s2N 2h2Tn

2 2520.00242(h1)CTemK emn

2hRTn其中反电动势系数c UNe

INR22028*0.8min/rn 1490N(h1)CT 60.1430.1330.185eK en

2hRT

m 187.55100.00670.70.0024 n第PAGE3第3页(共4页)成大学～学年季学期试卷 绩课程名：运动控制系统（一）课程号： 学分：应试人声明：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。应试人 应试人学号 应试人所在院系题号 一 二 三 四 五 六 七 八 得分二．简答题（24：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ΔUn，作出比例积分调节器的输出曲线Uc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（5分）ΔUnUc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。

（7分）稳态精度？说明理由。(4分)项？调速系统的主要扰动是哪两个？（8分）二.分析及问答（56%）（16分t1IdL1IdL2，（1）Uc的大小，分析控制电压和哪些因素

（15分）PWM变换器-点。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AB 在一般电动状态下的电枢两端瞬时电压U 、平均电压U、电动机反电动势EAB （4分）（6分）

i=0.（4分）sd（6分）sd

导出电机电枢电压平均值Ud（3分）

之间的关系，并说明如何调节占空比实现电机(3)画出直流电动机在不同控制电压下（Uc1>Uc2>Uc3>Uc4）对应的四条机械特性曲线，8U* （如正向电动等（。8nU U0 g1 g4tIdLIdL10nnnU 1n

IdL20 ttUtAB0 t0 t idn0 t0 tUcUc10 t1 t（10分）转速反馈采用增量式旋转编码器，已知其每转脉冲数Z＝1024TC=0.04秒，转速单位采用[转/]，如采用M法即测频法测速：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)（6分）M（4分）

(15分)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、电枢电流状态，画出静时系统稳态工作点。~TAiUiiU* U*in ASRUnn

IACR

IU dc UPE U MdnTG第4页 (共4页)三．计算及设计(20％)PWM直流电动机：额定电压U ,额定电流I 28A,额定转速n 1460r/min，电动机N dN N电势系数C0.136Vmin/r，允许过载倍数1.5；ePWM变换器的开关频率为10KHz：放大系数：K 0.537s电枢回路总电阻：R0.8；机电时间常数Tm

0.18s,电磁时间常数Tl

0.01T0i=0.00005s,转速反馈滤波时间常数T0n

=0.0015s；电流反馈系数： 1；转速反馈系数: 1。IIh=5，数(7求电流环等效传递函数（3。IIh=5,计算转速调节器参数分。画出转速环动态结构图（3。（效位（20）附：转速、电流双环系统动态结构图：第1页 (共4页)成大学～学年季学期试卷 绩课程名：运动控制系统（一）课程号： 学分：应试人声明：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。应试人 应试人学号 应试人所在院系题号 一 二 三 四 五 六 七 八 得分三．简答题（24：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ΔUnUc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（5分）ΔUntUc+tPI调节器输出。（13比例调节器主要体现在控制的快速性）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。

（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）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，电流调节器控制电流跟随给定。（各1分，共4分）稳态精度？说明理由。(4分)答：都会影响稳态精度分。因为闭环系统跟随给定，对反馈扰动没有抑制作用分）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。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分主要扰动包括负载扰动和电网电压波动（2分二.分析及问答（56%）

第2页 (共4页)分PWM变换器-（16分t1IdL1IdL2，

（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AB 在一般电动状态下的电枢两端瞬时电压U 、平均电压U、电动机反电动势EAB Uc的大小，分析控制电压和哪些因素s（4分）s

i=0.（4分）d（6分）d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，

导出电机电枢电压平均值Ud（3分）

之间的关系，并说明如何调节占空比实现电机（6分）U*

画出直流电动机在不同控制电压下（Uc1>Uc2>Uc3>Uc4）（如正向电动等（8分。n 答 进 入 稳 态 时 答:Ud

=(21)Us

（1分）,0.5U Cn*IR CU*/I RU d0 e c K K0I0IdLIt（2分载有关（2。重新进入稳态后电枢电流增加，电0UnIdL1UnU*nt枢电压增加分增加，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（各2分UdEnUc1Uc2

e nK s

时电机正转，小于0.5时电机反转。（2分）dL20 t 4）ΔUn

IdUc3Uc40 tUc Uc2c1Uc1（每条波形各1分）

jxie机械特性曲线（每条1分，共4分）0 t（图三个波形各2分共计6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)（10分）转速反馈采用增量式旋转编码器，已知其每转脉冲数Z＝1024TC=0.04秒，转速单位采用[转/]，如采用M法即测频法测速：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)（6分）M（4分）

(15分)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、电枢电流状态，画出静时系统稳态工作点。~TAiUiiU* U*in ASR

IACR

IU dc UPE U Mdnn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 Unn计算转速（2分） nTG答：稳态结构框图IdβRU-i-U Un* ASR i*

ACR

Uc Ks

-IRd

1/Ce n（2）M法测速：

（4分） + + +-Unα1n60M1ZT

60M110241

1.4648M（2分）适用于高速段2分）1

（5分）0.04c

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，共3分；决定（14分。nA Bn*0静特性曲线和稳态工作点分）

CI I dm d （1I 第4页 (共4页)答：⑴电流调节器选PI调节器，其传递函数为三．计算及设计(20％)PWM

W (s)

Ki

s1)直流电动机：

ACR

s （1分）其中i额定电压UN

220V,额定电流IdN

28A,额定转速nN

1460r/min

T T Toi

R，，

RRres

0.8电势系数Ce

min/r，允许过载倍数1.5；

由hTi

K

h1 6 239.158s2PWM10KHz：Ks

0.537

I 2h2Ti

2 2520.000152R0.8；

h1 R TK

51 0.8 0.01 37.24机电时间常数T

0.18s,电磁时间常数T

0.01，电流反馈滤波时间常数T

i 2h

Ts

2*50.537*10.00015m=0.00005s,转速反馈滤波时间常数T

l=0.0015s；

0iW

37.2(0.0007s0.00075

，输入滤波时间常数取4T

,为0.0006s.电流反馈系数：

0n 1；

ACR

(s) 1/

i1 （3分）转速反馈系数: 1。IIh=5，数(7求电流环等效传递函数（3。IIh=5,计算转速调节器参数

cli（3PI调节器（7分n W (s)ksn ASR sn

s1 0.0006s1iT T 0.0021on分。

hTn

0.0105

h1 6K 1088.4s2画出转速环动态结构图（3。

N 2h2T n

2520.01052（

(h1)C

60.13610.185 W

s 8.986(0.105s1)效位（20）

K

em 8.986 ()附：1．转速、电流双环系统动态结构图：

n RTn

1010.80.0021

ASR 0.105s（4） （3分）第3页第3页(共4页)成上海大学2016～2017学年冬季学期试卷B 绩课程名：运动控制系统(2) 课程号：09365149学分：3应试人声明：我保证遵守《上海大学学生手册》中的《上海大学考场规则应试人 应试人学号 应试人所在院系

换的原则是什么？约束条件是什么？（6分）题号 一 二 三 四 五 六 七 八 得分

写出恒功率约束条件下合成电压矢量表达式，在图中画出某一时刻uAO

0、一、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）（6分）

u 0、uBO B(eO

0时各相电压矢量和合成矢量。（6分）A(ej0)C(ej2)（6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。

（6分）二、综合题（共15分）异步电动机调速时可采用降压调速和恒压频比调速，试分析在恒定转矩负载下，

三、综合题（共11分）USVPWM控制采用相邻两个有效工作矢量（幅值为2U3

）合成期望的输出矢量，以d分别采用上述两种调速方式从额定转速向下调速时，异步电动机的电磁功率P、m

期望电压矢量位于第一扇区为例，电压矢量合成表达式为us

tu1 2u：u输出机械功率P 和转差功率P的变化，并简要说明原因（15分）mech s

T 1 T 20 0、0和1 请在下图中画出电压矢量合成图，求出各矢量作用时间t t t（6分）、0和1 A B 采用零矢量集中的实现方法，当选取uuu形（开关状态）（5A B u2u1四、综合题（共11分）异步电动机在按转子磁链定向的同步旋转M/T坐标系下：（6分

五、综合题（共12分）PWM构图如图所示：根据上述方程在画出异步电动机矢量变换及等效直流电动模型结构图（5分

写出图中环节ABCDE（用文字表述，说明图中i*sm

i*，sti*，i*s

各量物理含义。(9分)（3）r*rr*

i*i*st

i* i*i*D Bi* i*s C

电流跟踪PWM M控制 iAii E BirCFBS第4页(共4页)第4页(共4页)六、综合题（共21分）基于定子磁链控制的直接转矩控制系统原理框图如下图所示：（5分）A~H这八个环节的名称（用文字表述（8分）、D（2分）（6分）s*s Bs C* T*A e Tee

Sign(s)eSign(T)ei

sAs PWMsF B 控制 MsCis EiEss

i Assi iBss G

uH uAus uBAs

FBS第2页第2页(共4页)成上海大学2016～2017学年冬季学期试卷B 绩课程名：运动控制系统(2) 课程号：09365149学分：3

换的原则是什么？约束条件是什么？（6分）答：定转子间的相对位置在变化，导致定转子间的互感是转子位置的函数。（2分）应试人声明： 常用坐标变化包括3/2变换1分、静/旋转变换1分；变换的原则是产生的我保证遵守《上海大学学生手册》中的《上海大学考场规则，如有考试违纪、作动势相等（1分；约束条件是变换前后总功率不变（1分。应试人 应试人学号 应试人所在院系题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九得分

写出恒功率约束条件下合成电压矢量表达式，在图中画出某一时刻uAO

0、一、简答题（本大题共5小题，每小题6分，共30分）1

u 0、uBO B(e)

0时各相电压矢量和合成矢量。（3分）（1）合成矢量表达式：uu j j统分为哪三类？降压调速、恒压频比控制和矢量控制分别属于哪一类调速系统？ u s u 2(u u eu j j

)（2分）（6分）

u COBO

BO

s 3 AO BO CO答：依据转差功率将异步电动机调速系统分为转差功率消耗型、转差功率不变 uAO型和转差功率馈送型。（3分）

A(ej0)

画图如右图共4分其中u 、AO降压调速属于功率消耗型，恒压频比控制和矢量控制属于转差功率不变型。（3分）

C(ej2)

u 、u 、uBO CO

各1分。说明异步电动机转差频率控制的基本思想并简述转差频率控制的基本规律。 5．异步电动机变压变频调速时希望保持气隙磁通恒定，为此需要采用合适的控制方（6分）答：基本思想是在保持气隙磁通m

法，请说明在额定频率以上和以下定子电压与频率的控制规律和特点。（6分）（1）基频以下调速原则：m恒定，Uf1同时增大或同时减小。即：来控制转矩（2分） Es

/fkΦmN转差频率控制的基本规律如下： 由于电机绕组中的电动势难以直接测量和控制，当Eg较高时，忽略定子电阻和漏（1）在转差角频率小于临界转差率即s

sm

磁感抗压降，认为定子相电压U≈Eg,，则有U/fs 1

常值。为恒转矩调速。低频时与转差角频率成正比，条件是保持气隙磁通不变（2分） 适当提高定子电压，补偿定子阻抗压降（3分；（2）在不同的定子电流时，按照一定的函数关系如US

f,I1

来控制定子电

（2）基频以上调速原则：频率从f1N向上升高，因为定子电压U≤UsN，最多只能保压和频率，能保持在保持气隙磁通恒定（2分） 持所以当频率f1升高减少气隙磁通使定子电压U=UsN保持不变，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。二、综合题（共15分）异步电动机基于稳态模型调速时可采用降压调速和恒压频比调速，试分析在恒定转矩负载下，分别采用上述两种调速方式从额定转速向下调速时，异步电动机

三、综合题（共11分）USVPWM控制采用相邻两个有效工作矢量（幅值为2U3

d）合成期望的输出矢量，以d的电磁功率

Pm

Pmech

和转差功率Ps

（15分

期望电压矢量位于第一扇区为例，电压矢量合成表达式为u 1ts Tt0

2u：t1 T 2t0T T

（1）t、tt（6分）答电磁功率：P T

1e输出机械功率：P (1s)P (1s) 1e= e，

0 1 2m m1e np

mech

np np （2）采用零矢量集中的实现方法，当选取u

,

,

各相电压波AT TA

形（开关状态）并标出作用时间。（5分）Ps

sP m

1enp

se，转差角频率n p

s=1 1u2降压调速：采用降压调速向下调速时，电磁功率不变，输出机械功率减小，转差功率增加（3分） ustθ降压调速向下调速时，电压下降，但频率f不变，因此角频率θ

不变，由于带

2u 1 1 T

T 20 3 ut 1恒定负载，所以TT不变，电磁功率P

T 1e不变（1分；随着速度的 1ue L

m1e n T 1p 0答：下降转差率s增大，输出机械功率Pmech

(1s)Pm

减小1分；转差功率Ps

sP随m

13分着转差率s的增大而增大（1分。恒压频比调速：采用恒压频比控制方式向下调速时，转差功率不变，电磁功

t 2u

sin(

)，t

2uT

sin，t

Tt

（3分）（3分）

s0 s01 U 3 2 Ud d

0 0 1 2带恒转矩负载采用恒压频比向下调速时，T

T

下降，角频率下

5uAuBuC12分。e L 1 1T

uu u0 1 2

u u uu7 2 1 0降，电磁功率P T 1e变小2分；向下调速过程中，机械特性基本平行 000100

110

111

110

100000m m1e np uA下移，转速降落基本不变，即nsn

60

s

基本不变，因此转差 u1T

n 1 s 1 BpuCPs

sP m

1e（2分）Pn p

(1s)P=Pm

PPm

t t0 1 22 2

t t t t02 1 002 2 24 40变小而变小或输出机械功率在负载转矩不变时随输出转速下降而减小（2分。 T0第3页 (共4页)四、综合题（共11分）异步电动机在按转子磁链定向的同步旋转M/T坐标系下：（6分

五、综合题（共12分）PWM构图如图所示：根据上述方程在画出异步电动机矢量变换及等效直流电动模型结构图（5分

写出图中环节ABCDE（用文字表述，说明图中i*sm

i*，st答： i*s

，i*

各量物理含义。(9分)（1）r

m iTp1LrL

（1分

（3）电磁时间常数T

构成的惯性环节的影响（2分。 *r r

i* i*sm

i*Ai* 电流跟踪nL

C i* i*

PWM M~*~T p me Lr

ir

（1分，电磁转矩正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积。在

*B st s

i 控制C转子磁链恒定条件下，电磁转矩正比于定子电流转矩分量（2分。（2）按下图所示分块给分，共5分

iAiii Ai 3/2B 变换 i

ismr旋转 Tr变换i

L rmp1m答：T

E BiriC

FBSs （VR）

st L e

（1）A：转子磁链调节器，B：转速调节器；C：反旋转变换或2r/2s；D:2/3变换；E：i n mC pLr

pJpTL

转子磁链计算。（各1分，共5分）等效直流电动机模型

i*i*（12i*，sm st s（1分） （1分） （3分）

i*定子电流轴、轴分量给定（12。s（2）可以采用转子磁链开环的控制方式1分分量直接为一阶惯性环节，由转子磁链给定可以直接求出对应的定子电流励磁分量给（2分）第4页 (共4页)六、综合题（共21分）基于定子磁链控制的直接转矩控制系统原理框图如下图所示：（5分）A~H这八个环节的名称（用文字表述（8分）、D（2分）（6分）

（2（18分）模块A：转速调节器，根据转速偏差产生电磁转矩给定信号。模块B：磁链调节器，根据定子磁链偏差产生定子磁链偏差符号。CD：转矩调节器，根据转矩偏差产生转矩偏差符号。模块E：电磁转矩计算模块，根据静止二相磁链和电流计算出电磁转矩。模块F：电压矢量选择模块，根据定子磁链偏差符号、转矩偏差符号和给定转矩极性*ss Bs C* T*A e Tee

Sign(s)eSign(T)ei

sAs PWMsF B 控制sCi

以及定子磁链位置选取电压矢量并输出。M ：定子磁链计算模块，根据静止二相电压/H：3/2变换模块，把三相电压/电流变换到静止二相电压/电流。s i Ei sEs i i

（3）、D（2分）答：（1）

sss

s BAG uH uAus uB

FBS

)eSign(es10

)Tes根据定子磁链幅值偏差（的正负符号（1分）和电磁转矩偏差（的正负符号分，再依据当前定子磁链矢量所在的位置以及转矩给定极性（的正负符号）

（4）直接转矩控制系统需采用两相静止坐标（ 坐标）计算定子磁链，而避开旋转坐标变换。分，直接选取合适的电压空间矢量（1分转矩的偏差，实现电磁转矩与定子磁链的控制（1分。

(u Ris (u Ris s s

)dt)dt （24分）在静止两相坐标系中电磁转矩表达式为：Tnp

(is

i s

) （2分）第1页 (共4页)成 3．写出恒功率约束条件下合成电压矢量表达式，画出某一时刻u上海大学2015～2016学年冬季学期试卷B 绩

0、uBO

0、课程名：运动控制系统(2) 课程号：09365149学分：3应试人声明：我保证遵守《上海大学学生手册》中的《上海大学考场规则应试人 应试人学号 应试人所在院系

u 0（6分）CO题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九、得分 4．已知两相交流电流、

i，根据矢量图求出经过静止/旋转变换后的电流i id和，q一、简答题（本大题共6小题，每小题6分，共36分）1．为了实现电磁转矩解耦控制，异步电动机调速过程中往往采用恒定磁通控制方式。请画出三种不同恒定磁通控制方式下的机械特性曲线，依据转矩变化分析这三d和，q

dq（6分）q条机械特性曲线的本质区别（6分） N

F(i) ds s 1NiNi 2d2qN2i2UUN

和U

时的机械特性，并分析N

（6分）带恒转矩负载工作时系统的稳定工作范围。（6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。第3页第3页(共4页)SVPWM控制采用相邻两个有效工作矢量合成期望的输出矢量，以期望电压矢量tu 1ut

t2u位于第一扇区为例，电压矢量合成表达式为s

T 1 T 2。0 0000矢量为首发矢量的波形（开关状态）（6分）

、u、uA B

各相电压三、综合题（共13分）下图为交－直－交变频器主回路结构图，根据电压空间矢量合成 Us的表达式2二、综合题（共8分）

u （us 3

u ejuB

ej2和三相开关状态函数(Sa,Sb,Sc8个异步电动机基于转速闭环转差频率控制的变压变频调速控制原理如下图。U

基本电压空间矢量。（1）请画出各电压空间矢量的位置（3分；*ASR

1s1

~U*U*f(*,I) s

sUsNI增大Is

（2）说明其开关状态并确定其幅值大小（10分。~~+2~Ud2~

1 s PWM* 1

M 电流补偿控制的定子电压 ABEgO'1 1 C O11FBS + Ud12画出恒气隙磁通控制时电机电磁转矩与转差频率间关系曲线（4分；写出转差频率控制的基本思想（4分；四、综合题（共18分）按转子磁链定向的矢量控制系统是高动态性能的交流调速系统。（8）（5）按如下方程（5）L LLLmL

[

Ris

Li ]ss r Lm

[

Ris s

)dtLi ]ss第4页 (共4页)五、综合题（共18分）直接转矩控制是继矢量控制之后的又一种高性能交流调速系统控制策略。结合系统结构图论述直接转矩控制系统的基本工作原理（。5）1ψs1位于前30 ，转子旋转速与 同向，忽略定子电阻压降对磁链幅值的影响，并d假定电流的变化足够快，以电压矢量u1（5）A~H（8）六、综合题（共7分）试就控制方法、系统性能比较直接转矩控制及矢量控制系统。性能与特点磁链控制

直接转矩控制 矢量控制转子磁链可以闭环控制，也可以开环控制异步电动机直接转矩控制系统结构

转矩控制电流控制

滞环控制，有转矩脉动

闭环控制u u

静止坐标变换，比较简单 u3 2d ψ 4 uu u15 6

磁链定向 须知道定子磁链位置无需u,u为零矢量0 7 精确定向调速范围第1页 (共4页)成 3．写出恒功率约束条件下合成电压矢量表达式，画出某一时刻u上海大学2015～2016学年冬季学期试卷B 绩

0、uBO

0、课程名：运动控制系统(2) 课程号：09365149学分：3应试人声明：我保证遵守