《运动控制系统》期末复习资料

1、导言1 .什么是运动控制？电力驱动，也称为电力驱动，是一个系统的总称，该系统使用电动机作为驱动生产机械的原动机。运动控制系统是将电能转化为机械能的装置，用于实现生产机械按照人们的预期要求运行，以满足生产技术和其他应用的要求。2.运动控制系统的组成：现代运动控制技术以电机为控制对象，以计算机等电子设备为控制手段，以电力电子设备为弱电控制和强电控制的纽带，以自动控制理论和信息处理理论为理论基础，以计算机数字仿真或计算机辅助设计为研发工具。3.运动控制系统的基本运动方程：第二章速度反馈控制的DC调速系统1。晶闸管-电动机系统的组成：纯滞后环节和一阶惯性环节。2.V-M系统的主要问题是：由于电流波形的

2、脉动，可能存在连续和间歇电流。3.稳态性能指标：速度调节范围D和静态滑移率S。D=(1)，额定速度下降，D=，s=0 4。闭环控制系统的动态特性；静态特性，结构图？5.反馈控制律和闭环调速系统的几个实际问题，包括积分控制律和比例积分控制律。积分控制律：t 0 nc d 1 tUU比例积分控制律：稳态精度高，动态响应快。6.静态误差和无静态误差的主要区别是：比例调节器的输出只取决于输入偏差的当前情况；积分调节器的输出包含输入偏差的全部历史。比例积分放大器结构：比例积分调节器7。数字测速方法：M法、T法和M/T法。8.电流截止负反馈原理：在一定的方式下，当电流达到一定水平时，电流负反馈被连接来限制

3、电流，而当电流正常时，只有转速负反馈可以控制转速。电流截止负反馈的实现方法：引入比较电压形成电流截止负反馈环节。9.脉宽调制：通过开关电力电子开关，将DC电压转换为连续可变电压，通过控制脉宽或周期，达到变压变频的目的。10.DC电池供电的双象限DC斩波调速系统。众所周知，从电机侧看，的电源电压为Us=300V，斩波器的占空比为30%，电机的反电动势为E=100V，电路的总电阻为R=1。电池的当前标识是什么？是放电电流还是充电电流？答：由于斩波电路输出电压u0的平均值为： u0=us=3000=90v ea id=(u0-e)/r=(90-100)/1=-10a，即充电电流，电机工作在象限反馈制

4、动状态，DC电池吸收能量。D d d m elmm m JT tdk t rad m e l j t d k 2机械惯性矩(kg m)转子的机械角速度(rad/s)转子的机械转角(rad/s)电磁转矩(N m)负载转矩(N m)阻力转矩阻尼系数扭转弹性转矩系数运动控制系统最终审查数据修订第三版11。脉宽调制调速系统的开关频率：回答：巨型晶体管的开关频率越高，然而，随着开关频率的增加，电枢电流的脉动越小，电流容易连续，提高了低速调速运行的稳定性，减少了电机的附加损耗。从脉宽调制变换器的最高传输效率的角度来看，开关频率应该有一个最佳值；当开关频率比速度控制系统的最高工作频率高约10倍时，对系统动态

5、特性的影响可以忽略不计。12.静态滑移率s和空载速度n0之间的关系：a:静态滑移率s与空载速度n0成反比，n0减小，s增大。因此，在测试静态误差率时，应以最低速度下的静态误差率为准。13.反馈控制具有静态差速调节，如系统示意图所示。每个组件的名称和功能：A:比较器：给定值与负反馈v进行比较UPE电力电子变换器：将输入的三相交流电转换成可控的DC电压Ud。m电机：驱动电机。转速发生器：转速发生器检测驱动电机的转速。电位计：降低测速发电机的输出电压，以适应给定的电压幅度U*n 14。分析速度负反馈单闭环调速系统的基本特性，说明单闭环调速系统可以减少稳态速度下降的原因。改变给定电压或调整速度反馈系数

6、能改变电机的稳态速度吗？为什么？答：负反馈单闭环调速系统降低稳态速度降的实质在于其自动调节功能，可以随着负载的变化而改变电枢电压，以补偿电枢电路电阻压降的变化。稳态速度是：从上述公式可以得出，改变给定的电压可以改变稳态速度；调整速度反馈系数，那么k也会改变，所以它也可以改变稳态速度。15.闭环空载速度n0b比开环空载速度n0k小多少？如何确保n0b=n0k答案： n0b是n0k的1/(1 K)。有两种方法使n0b=n0k: (1)如果给定的电源是可变的，那么。(2)一般情况下，给定的电源不能改变，所以最好在控制器中引入KP。16.clcl e d e NSP nn KC ri KC ukk n

7、 0 *)1()(1)gbg kuuk运动控制系统最终审查数据修订第3版17。闭环控制系统具有良好的抗干扰能力和控制精度的原因回答：闭环控制系统是基于负反馈并根据偏差进行控制的。当被控变量由于某种原因偏离期望值时，会产生相应的控制动作来减小或消除偏差，使被控变量趋于与期望值一致，从而使闭环控制系统具有良好的抗干扰能力和控制精度。18.闭环控制系统一般由哪些部分组成？什么是作用量和控制量？答：闭环控制系统一般由给定元件、比较元件、放大校正元件、执行元件、被控对象、检测反馈元件等组成。系统有给定量(输入量)、反馈量、控制量、扰动量和控制量(输出量)。19.试说明速度负反馈调速系统的工作原理。答：速

8、度负反馈DC调速系统由速度设定、速度调节器ASR、触发器GT、晶闸管变流器V、测速发电机TG等组成。当电机负载t1增加时，电枢电流Id也增加，电枢电路电压降增加，电机速度降低，速度反馈电压Ufn也降低，而给定的速度电压Ugn保持不变并且U=Ugn-Ufn增加。速度调节器的ASR输出Uc增加，从而控制角减小，晶闸管整流器的输出电压Ud增加，从而电机速度相应地自动上升。调节过程可以简单地描述如下：上述过程循环进行，直到U=0。20.为什么反馈控制系统的极性不能是错误的回答：控制系统通常是一个负反馈系统。如果错误接入正反馈系统，将导致超速“失控”或振荡，后果将非常严重。21.截取环节的主要功能及物理

9、实现方法答：电流截止负(反)馈的功能是：(1)限流保护(过载自动保护)；(2)加速启动过程。载流环节的物理实现方法有：(1)比较电压法；(2)稳定管法；(3)阻塞运算放大器法。22.静态误差系统和非静态误差系统的区别a:根本区别在于结构(控制器)中是否有积分控制。PI控制器可以消除阶跃输入和阶跃扰动作用下的静态误差，称为非静态误差系统。p控制器只能减少静态误差，但不能消除静态误差，故称之为静态误差系统。23.比例积分调节器的特性回答：比例积分调节器输出电压U0由两部分组成。第一部分KPUi是比例部分，第二部分是积分部分。在t=0时突然增加Ui的瞬间，电容c等于va24.数字脉宽调制调速系统和脉

10、宽调制调速系统有什么区别？他们之间没有本质的区别。主要区别在于全数字脉宽调制调速系统的控制电路由微机控制，而一般脉宽调制调速的控制电路应由集成电路控制(当然，其控制性能比微机控制差得多)。25.速度调节器是一个带有比例积分调节器的DC速度调节系统。当其反馈系数增加时，系统稳定后，速度反馈电压会增加、减少还是保持不变？第3章DC调试系统速度和电流反馈控制1。双闭环调速系统的组成：ASR(速度调节器)、ACR(电流调节器)、TG(测速发电机)、TA(电流互感器)、UPE(电力电子变换器)2。双闭环调速系统的静态特性：在正常运行中，为了实现电流的实时控制和快速跟踪，希望电流调节器不会进入饱和状态，因

11、此对于静态特性，只有两种情况：速度调节器饱和和不饱和。3.起动过程分析：调速器在升流第一阶段、恒流升流第二阶段和调速第一阶段的作用：(1)调速器是调速系统的先导调节器，使转速N快速跟随给定的电压变化，并能在稳态时减小转速误差。如果采用比例积分调节器，就不会产生静态误差。(2)负载变化的抗干扰效果(3)输出限制值决定电机允许的最大电流：0 0，* NNCD NNNNUUUUU EN UUUU运动控制系统最终审查数据修订版3 (1)作为一个内环调节器，其功能是在调节外环速度的过程中，使电流紧跟外环调节器的输出变化。(2)对电网电压波动起到及时的抗干扰作用。(3)在转速的动态过程中，保证了电机允许的

12、最大电流，从而加快了动态过程。(4)当电机过载甚至锁定时，限制电枢电流的最大值，起到快速自动保护的作用。4.控制系统的动态性能指标：跟踪性能指标和抗干扰性能指标。5.ASR和ACR采用双闭环调速系统，带PI调节器，Uim*=10V，主电路最大电流Idm=100A。当负载电流从20A增加到30A时，3360 UI *应如何变化？Uct应该如何改变？什么条件决定了Uct值？回答： Ui*从2V增加到3V。Uct略有增加。Uct由速度n和负载电流Idl(即稳态时的Id)决定。6.在速度和电流双闭环调速系统中，哪个调节器在调节电压波动和负载扰动方面起主要作用？答：当电网电压波动时，无功补偿在调节中起主

13、要作用；当负载受到干扰时，自动增益控制在抗干扰调节中起主要作用。7.在速度和电流双闭环系统中，速度调节器和电流调节器的功能是什么？答：速度调节器和电流调节器的功能：(1)速度调节器ASR的功能。1)速度n随着速度给定电压Un而变化？稳定状态下没有静态误差。2)当施加突然负载时，速度调节器ASR和电流调节器ACR都参与调节，但速度调节器ASR起主导作用，并对负载变化起抗干扰作用。3)输出电压限制值决定了允许的最大电流值。(2)电流调节器ACR 1的功能)确保启动期间的最大允许电流。2)在调速过程中，使电流随其当前给定电压Un而变化。3)电源电压波动时及时抗干扰功能，电机速度几乎不受电源电压波动的

14、影响。4)当电机过载堵转时，限制电枢电流的最大值，起到安全保护的作用。8.DC速度控制系统的主要性能指标是什么？答：DC调速系统的主要性能指标包括静态性能指标和动态性能指标。主要静态性能指标包括宽速度范围d、静态误差率s和nN。动态性能指标分为给定控制信号和扰动信号作用下的两种性能指标。给定控制信号作用下的动态性能指标包括上升时间t扰动信号作用下的动态性能指标包括最大动态速度降Nmax和恢复时间tv。第4章可逆控制和弱磁场控制的DC调速系统1。DC脉宽调制可逆系统原理：改变脉宽调制变换器输出电压的正负极性，使DC电机可以在四个象限运行。反向速度过渡过程：DC脉宽调制功率变换器的能量反馈：脉宽调

15、制功率变换器的DC电源通常由交流电网通过不可控二极管整流器产生，经大电容C滤波后获得恒定的DC电压，电容C还对感性负载的无功起到储能和缓冲的作用。2.V-M可逆DC调速系统主电路结构：单个V-M系统(带势能负载)可逆运行时，两组晶闸管反并联可逆V-M系统电机的平均电枢电流Id先从正IdL下降到零ab，然后从零上升到允许制动电流Idm，其大小由电流环bc控制。然后电机工作在反馈制动状态。转速将降至0，光盘将从点D开始，DC电机将进入反向启动状态。de图中的E点表示转速将会超调，转速回路将会放弃并最终在F点稳定工作，电枢电流等于负载电流。ef运动控制系统的最终审查数据将在第三版中进行修订。3.防止

16、环流的措施：采用阻断触发脉冲的方法，任何时候只允许一组晶闸管器件工作；采用协同控制策略，使一组晶体栅管器件工作在整流状态，另一组工作在逆变状态。为了抑制瞬时脉动循环，反应器可以串联在循环回路中。4.什么是循环？有循环的可逆系统和无循环的可逆系统的优缺点是什么？并说明循环可逆系统的适用场合。答：限制在两组晶闸管之间流动的短路电流称为环流。循环有两重性。缺点是：循环将显著增加晶闸管和变压器的负担，并增加无功功率损耗。过多的循环会损坏晶闸管，影响系统的安全运行。可以使用循环电流。当电机空载或轻载时，循环电流可以保证晶闸管装置在连续电流区工作，从而避免了间歇电流引起的非线性情况对系统动静态性能的影响。循环还具有保证可逆系统