机电仿真试题模拟及答案

机电控制系统模拟题一、二、三、四、五答案一、简答题1、简述控制系统有哪些要求？解：1.稳定性2.准确性3.快速性2、步进电机有哪些特点解：1。步进电机本体部件少，无刷，价格廉价，可靠性高。2．位移与输入脉冲成正比，速度与输入脉冲频率成正比3．步距值不受各种干扰因素的影响。4．步距误差不长期积累5．控制性能好。6．停止时，具有自锁能力，这对于位置控制显得很重要7．步距角选择范围大8．可以到达较高的调速范围。9．带惯性负载的能力较差10．步进电机的驱动电源直接关系到运行性能的优劣。4、负载转矩和转动惯量对步进电动机的启动频率和运行频率有什么影响?解：11、有静差调节系统和无静差调节系统的含义是什么？解：有静差调节系统：12、积分调节器为什么能消除误差？解：稳态误差13、什么叫调速范围？什么叫静差度？这两项指标有什么关系？解：调速范围〔D〕：在额定负载转矩下电动机可能跳到的最高转速与最低转速之比。静差度〔S〕：直流他励电动机工作在某条机械特性上，由理想空载到到额定负载运行的转速降Δ与理想空载转速之比，取其百分数称为该特性的静差率。关系：14、直流调速有哪些方法？比拟各种方法的特点。解：略，见课件15、简述直流桥式双极型可逆pwm变换器原理解：略，见课件16、双闭环调速系统中转速调节器的作用是什么？它的输出限幅值按什么进行调整？电流调节器的作用是什么？它的限幅值按什么来整定？解：双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，这时，转速负反响起主要调节作用。当负载电流到达Idm后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm转速调节器的作用〔1〕转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，那么可实现无静差。〔2〕对负载变化起抗扰作用。〔3〕其输出限幅值决定电机允许的最大电流。电流调节器的作用〔1〕作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压〔即外环调节器的输出量〕变化。〔2〕对电网电压的波动起及时抗扰的作用。〔3〕在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。〔4〕当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。二、计算题1、三相步进电机工作在双三拍方式，步距角3°，最大转矩Tmax=0.685N.m，转动局部的转动惯量J=1.725×10-5kg.m2解：，2、一台三相反响式步进电机，采用三相六拍分配方式，转子有40个齿，脉冲源频率600Hz，求：〔1〕写出一个循环的通电顺序〔2〕求步进电机的步距角〔3〕求步进电动机转速3、一台步进电动机，相数m=6，单六拍运行步距角为3°，单双十二拍运行时步距角为1.5°，求转子数？4、有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电动机定子励磁绕组，测得步进电动机的转速为100r/min，转子有24个齿，求：〔1〕步进电机的步距角；〔2〕脉冲电源的频率5、假设一台四相反响式步进电机的步距角为1.8°/0.9°，试问：〔1〕1.8°/0.9°表示什么意思？〔2〕转子齿数是多少？〔3〕写出四相八拍运行方式的一个通电顺序。〔4〕在A相测得电源频率为400赫兹时，每分钟的转速为多少？6、试求图所示机械系统的微分方程式和传递函数。图中力f(t)是输入量，位移x(t)为输出量，m为质量，k为弹簧的弹性系数，B为粘性阻尼系数。解取质量m的平衡点为位移零点，根据达朗贝尔原理，可列出系统输入f(t)与输出x(t)之间的微分方程式为将上式在零初始条件下取拉氏变换，可得机械系统的传递函数为7、控制系统方框图如下图，假设要求系统单位阶跃响应超调量，调节时间s〔〕，试确定K与τ的值。解由系统方框图可以求得系统的闭环传递函数为与二阶系统传递函数的标准形式比拟，可得，由性能指标MP=0.2，ts=1.5s可以求得系统的特征参数为将系统的特征参数代入，可以求得，8、单位反响系统的开环传递函数为，当输入单位斜坡信号时，系统的稳态误差，试求K值。解对于单位反响系统，其稳态误差计算可以用误差系数法。将系统的开换传递函数化为常数相为1的各因式乘积形式，那么有由此可见，控制系统为=1\*ROMANI型系统，其开环增益为K/5。当输入斜坡函数时，系统的稳态误差为从而得9、R-L-C电路如下图，输入电压，为输出电压列出与之间的微分方程根据微分方程绘制系统结构图R1R1Cu1ucL〔1〕,;或，其中U1U1(s)Uc(s)10、系统框图如下图，为系统扰动信号，系统输出，为系统输入，试求干扰信号作用下引起的稳态误差〔=0〕N〔s〕+Xi〔s〕——22解enss=-1/911、二阶环节的单位阶跃响应曲线如下图，确定该二阶环节的闭环传递函数。c(t)1.31t0.1解：σ%=30%tp=0.1sξ=0.36ωn=33.7rad/s12、有一直流调速系统，n01=1450r/min，n02=145r/min，ΔnN=10r/min。试求：系统的调速范围和系统允许的静差度。解：13、有一晶体管电动机直流脉宽调速系统，其主电路的电源电压US=200V,交替导通的开关频率f=5kHz，在脉冲周期内正向全导通时的理想空载转速n01=3000r/min，试问正向理想空载转速n02=600r/min时的正向导通时间t1为多少？解：14、某一晶体管电动机直流脉宽调速系统，脉宽调制〔PWM〕放大器的电源电压US=100V，开关频率f=5kHz，正向全导通时的理想空载转速n01=2000r/min，试问正向导通时间t1=1.005×10-4s时的理想空载转速n02为多少？三、分析题1、如果采用步进电机作为伺服系统的执行元件，应考虑哪些因素解：见课件，总结2、欲改变双闭环调速系统中的转速，可调什么参数？改变转速反响系统γ行不行？欲改变最大允许电流，应调节什么参数？解：结合双闭环调速系统的原理分析，调Ug可调n，改变γ也可，欲改变Iam应调β3、如下图转速负反响直流调速系统，数据如下：直流电动机采用Z2-41型，其主要技术数据为：PN=3kW、UN=220V、IN=17.2A、nN=1500r/min、Ra=1.6Ω。晶闸管可控整流电源的等效电阻RX=0.8Ω；晶闸管可控整流器的电压放大倍数KS=50；测速发电机的主要技术数据为：PN-