北京工业职业技术学院《运动控制系统》2025-2026学年期末试卷

北京工业职业技术学院《运动控制系统》2025-2026学年期末试卷

一、选择题（总共10题，每题3分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填写在括号内）1.直流电动机调速系统中，采用晶闸管整流器供电时，会产生（）。A.直流环流B.脉动环流C.交叉环流D.无环流2.转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器ASR输出限幅值决定了（）。A.电动机允许的最大电流B.电动机允许的最大转速C.系统稳定运行时的转速D.系统稳定运行时的电流3.异步电动机变频调速时，在额定频率以下，通常采用（）控制方式。A.恒磁通B.恒功率C.恒电流D.恒转差率4.矢量控制系统中，通过坐标变换将定子电流分解为（）。A.励磁电流和转矩电流B.有功电流和无功电流C.正序电流和负序电流D.直流电流和交流电流5.步进电动机的步距角大小与（）有关。A.电源电压B.负载转矩C.脉冲频率D.电机相数、通电方式及转子齿数6.位置随动系统中，位置传感器的作用是（）。A.检测被控对象的实际位置B.检测给定位置信号C.比较实际位置与给定位置D.以上都是7.直流PWM调速系统中，当脉冲频率一定时，改变（）可以改变电枢电压平均值。A.脉冲宽度B.脉冲幅值C.脉冲相位D.脉冲个数8.交流异步电动机调压调速系统中，采用（）调速方式可以扩大调速范围。A.转子串电阻B.改变极对数C.变频D.电磁转差离合器9.无刷直流电动机的基本结构由（）组成。A.电动机本体、位置传感器和电子开关线路B.定子、转子和电刷C.电枢、磁极和换向器D.定子绕组、转子绕组和铁芯10.运动控制系统中，PI调节器的作用是（）。A.比例调节，快速响应偏差B.积分调节，消除稳态误差C.比例调节和积分调节，综合两者优点D.以上都不对二、多项选择题（总共5题，每题4分，每题有两个或两个以上正确答案，请将正确答案填写在括号内）1.以下属于直流电动机调速方法的有（）。A.改变电枢回路电阻调速B.改变励磁磁通调速C.改变电枢电压调速D.变频调速2.转速、电流双闭环调速系统中，电流调节器ACR的作用有（）。A.对电网电压波动起及时抗扰作用B.在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变化C.当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速自动保护作用D.实现转速无静差3.异步电动机变频调速时，基频以上调速通常采用（）控制方式。A.恒磁通B.恒功率C.弱磁调速D.恒转差率4.矢量控制系统的优点包括（）。A.动态性能好B.调速范围宽C.控制精度高D.结构简单5.以下关于步进电动机的说法正确的有（）。A.步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的执行元件B.步进电动机的转速只取决于脉冲频率C.步进电动机的步距角不受任何外界因素影响D.步进电动机可以实现精确的位置控制三、判断题（总共10题，每题2分，请判断对错，在括号内打“√”或“×”）1.直流电动机调速系统中，采用调压调速时，电动机的转速只能从额定转速向下调节。（）2.转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器ASR采用PI调节器，其作用是实现转速无静差。（）3.异步电动机变频调速时，基频以下调速属于恒功率调速方式。（）4.矢量控制系统中，通过坐标变换可以将三相交流电动机等效为直流电动机进行控制。（）5.步进电动机的步距角越小，控制精度越高。（）6.位置随动系统的主要任务是使输出量快速而准确地跟随输入量的变化。（）7.直流PWM调速系统中，开关频率越高，电枢电压的脉动越小。（）8.交流异步电动机调压调速系统中，调速范围较宽，效率较高。（）9.无刷直流电动机与有刷直流电动机相比，具有可靠性高、维护方便等优点。（）10.运动控制系统中，比例调节器可以消除系统的稳态误差。（）四、简答题（总共3题，每题15分，请简要回答问题）1.简述转速、电流双闭环调速系统的工作原理及特点。在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器ASR和电流调节器ACR串联。当给定转速信号变化时，ASR首先起调节作用，使转速迅速跟随给定值变化。同时，ASR的输出作为电流给定信号，送给ACR。ACR根据电流给定信号和实际电流反馈信号进行调节，使电流迅速跟随给定值变化，从而维持电动机的电磁转矩不变，实现转速的稳定调节。该系统具有以下特点：-调速范围宽，可以实现电动机的无级调速。-动态响应快，能够快速响应转速和电流的变化。-抗干扰能力强，对电网电压波动、负载变化等具有较好的抗干扰能力。-能够实现转速和电流的分别控制，满足不同的调速要求。2.分析异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上调速的特点及控制方式。基频以下调速时，通常采用恒磁通控制方式。在这种控制方式下，保持电动机的气隙磁通不变，通过改变电源频率来调节电动机的转速。随着频率降低，电压也相应降低，以维持磁通恒定。这种调速方式的特点是调速范围较宽，电动机的效率较高，但调速时的机械特性较软。基频以上调速时，采用弱磁调速方式。当频率超过基频后，保持电压不变，随着频率升高，磁通逐渐减弱，电动机进入弱磁调速状态。这种调速方式可以实现电动机的恒功率调速，调速范围相对较窄，但调速时的机械特性较硬。3.说明矢量控制系统的基本思想及实现步骤。矢量控制系统的基本思想是通过坐标变换，将三相交流电动机的定子电流分解为励磁电流和转矩电流，然后分别对它们进行控制，使电动机的电磁转矩和转速按照给定的要求变化。实现步骤如下：首先进行坐标变换，将三相定子电流变换到两相静止坐标系或两相旋转坐标系下，得到励磁电流和转矩电流。然后根据控制要求，分别对励磁电流和转矩电流进行控制。通常采用PI调节器等控制策略，实现对电动机的精确控制。最后，通过坐标反变换，将控制信号变换回三相坐标系，控制逆变器输出合适的电压和频率，实现对电动机的调速控制。五、综合分析题（总共2题，每题20分，请结合所学知识，对给定问题进行详细分析解答）1.某直流电动机调速系统采用转速、电流双闭环控制。已知电动机额定数据为：$P_N=2.2kW$，$U_N=220V$，$I_N=12.5A$，$n_N=l500r/min$，电枢电阻$R_a=1.5\Omega$。转速调节器ASR和电流调节器ACR均采用PI调节器。系统运行时，给定转速$n^=1000r/min$，负载转矩$T_L$突然增大，分析系统的调节过程。当负载转矩$T_L$突然增大时，电动机的转速会下降，转速反馈信号$n$减小。转速调节器ASR的输入偏差信号$\Deltan=n^-n$增大，由于ASR采用PI调节器，其输出$U_{i}^$增大。$U_{i}^$作为电流调节器ACR的给定信号，ACR的输入偏差信号$\Deltai=U_{i}^-U_i$增大，ACR调节使晶闸管整流器的输出电压$U_d$增大，电枢电流$I_d$增大。电枢电流$I_d$增大产生的电磁转矩$T$增大，以克服增大的负载转矩$T_L$，使电动机的转速逐渐回升，最终恢复到给定转速$n^$。在调节过程中，转速调节器ASR保证转速的快速跟随给定值变化，电流调节器ACR保证电枢电流的稳定，从而实现系统的稳定运行。2.某异步电动机采用变频调速系统，在基频以下调速时，要求保持气隙磁通恒定。已知电动机额定频率$f_N=50Hz$，额定电压$U_N=380V$，定子每相绕组匝数$N_1=320$匝，气隙磁通$\varPhi_m=0.0035Wb$。当频率$f=30Hz$时，计算此时的定子电压$U$。在基频以下调速时，保持气隙磁通恒定，即$\varPhi_m$不变。根据公式$U=4.44fN_1\varPhi_m$，已知$f_N=50Hz$，$U_N=380V$，$N_1=320$匝，$\varPhi_m=0.0035Wb$，可得：$