電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)期末試卷附答案共6套

第2頁第2頁(共4頁)成 流調(diào)節(jié)器ACR的輸出Uc= 。一、 大學(xué) ～ 學(xué)年春季學(xué)期試卷 績

6．在進(jìn)行數(shù)字PI調(diào)節(jié)器設(shè)計時，為了減小系統(tǒng)退飽和超調(diào)量，位置式數(shù)字PI調(diào)二、 課程名：運動控制（一） 課程號： 學(xué)分：3三、應(yīng)試人聲明：四、 我保證遵守《大學(xué)學(xué)生手冊》中的《大學(xué)考場規(guī)則，如有考試違紀(jì)、作弊行為愿意接《大學(xué)學(xué)生考試違紀(jì)作弊行為界定及處分規(guī)定的紀(jì)律處分五、應(yīng)試人 應(yīng)試人學(xué)號 應(yīng)試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 九

節(jié)器必須同時設(shè)置 限幅和 限幅。7．雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)正向制動過程經(jīng)歷四個階段，分別是 階段 階段， 階段， 階段。動態(tài)性能要求看，電流環(huán)性能為主，要求超調(diào)小，因此當(dāng)按照典II型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器時，為了減小電流超調(diào)量，需在 之后加入 ，并按照控制對象時間常數(shù)的4倍設(shè)置 。得分 9．在V－M開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中突加負(fù)載后又系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運行時轉(zhuǎn)速n ，d0一．填充題（30分，每個填充1分： 電壓U 在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)中突減負(fù)載又進(jìn)入穩(wěn)定運行時，d0d0某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速為 n0max=1500r/min，最低轉(zhuǎn)速為 轉(zhuǎn)速n ，控制電壓Uc ，電壓U 。(可用增加、減小、不變d0n0min帶額定負(fù)載時的速度降落nN且在不同轉(zhuǎn)速下額定降nN不變，則系統(tǒng)調(diào)速范圍 ，系統(tǒng)的靜差率是 。轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)對 的擾動有抑制作用，系

表示)10．PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)制動過程中向 充電，產(chǎn)生 壓，這是直流PWM變換-電動機(jī)系統(tǒng)特有的能量回饋問題。（10分）II型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為W(s)

K(s1)，在如圖坐標(biāo)系中統(tǒng)精度依賴于 和 的精度。 1)轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的擾動信號主要包括 擾動和 擾動可從電動 畫出典型II型系統(tǒng)對數(shù)幅頻特性漸近線（伯德圖，并分析系統(tǒng)待定參數(shù)K和積分時間機(jī)的勵磁，負(fù)載，放大器的溫漂，電網(wǎng)電壓，電樞電阻點中選擇)，對于I型系常數(shù)統(tǒng)能實現(xiàn)無靜差的關(guān)鍵是：必須在擾動作用（前后）含環(huán)L/dB節(jié)，當(dāng)然此擾動是指階躍擾動。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié) 的限幅值可以調(diào)節(jié)系統(tǒng)

對系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性影響。最大電流；調(diào)節(jié)

UPE的最大輸出電壓。

w/-1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR均為PI調(diào)節(jié)器，電動機(jī)帶額定負(fù)載穩(wěn)定運行時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出Ui*= 。注：教師應(yīng)使用計算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。c（13分）M法、TM/TT，電Z個脈沖Z倍頻系數(shù)×編碼器光柵數(shù)c

（15分）有靜差的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如圖所示，（8）（4分）（3分）~00

，旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖的計數(shù)值為M1

，高頻時鐘脈沖的計數(shù)值為M2

，說明三種

U* A U

IddUPE U Mdn（r/min）MT法的分辨率和誤差率，并說明三種方法的適用范圍。

n n cnUnU TGtg第3頁 (共4頁)五（12分）在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，突加轉(zhuǎn)速給定時，起動過程可分 （1）計算電流反饋系數(shù)β，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α（4分為三個階段，論述在不同的階段內(nèi)，轉(zhuǎn)速和電流的變化規(guī)律及兩個調(diào)節(jié)器的作用； （2）畫出待設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（6分）并在下圖中畫出轉(zhuǎn)速、電流的過渡過程曲線。擬將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計成典型II（6分）請校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 %（4分）nn*n （計算時小數(shù)點后保留三位，若數(shù)值較小，應(yīng)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：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：0（20分=5.5kw，NU=220V，I=28A，n=1460r/min，Ra=0.8Ω,允許電流過載N N N倍數(shù)λ=1.6，T=0.048s，T=0.185s，主電路采l m用三相橋式整流電路，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) Ks=35，整流電裝置內(nèi)阻R=1.3Ω，T=0.0017s,rec sASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器，最大輸入、輸出電壓均為8V，電流反饋濾波

=0.015s。電流調(diào)節(jié)器已按典oi on型I型系統(tǒng)中KT=0.25設(shè)計好，電流環(huán)的靜動態(tài)指標(biāo)均已滿足要求。現(xiàn)要求轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無靜差，且電動機(jī)空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量n10%第1頁 (共4頁)成 流調(diào)節(jié)器ACR的輸出

=(RI

CU

/)/K。大學(xué) ～ 學(xué)年春季學(xué)期試卷 績課程名：運動控制（一） 課程號： 學(xué)分：3應(yīng)試人聲明：愿意接受《大學(xué)學(xué)生考試違紀(jì)、作弊行為界定及處分規(guī)定》的紀(jì)律處分。應(yīng)試人 應(yīng)試人學(xué)號 應(yīng)試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分六、填充題（301分：某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速為n0max=1500r/min，最低轉(zhuǎn)速為n0min=150r/min，帶額定負(fù)載時的速度降落nN=15r/min，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降nN不變，則系統(tǒng)調(diào)速范圍11 ，系統(tǒng)的靜差率是0.1 。轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)對_被負(fù)反饋包圍的前向通道 的擾動有抑制作用，系統(tǒng)精度依賴于 轉(zhuǎn)速給定 和 轉(zhuǎn)速反饋 的精度。

c dN e n sPIPI器必須同時設(shè)置輸出限幅和積分限幅。_正向電樞電流衰減 階段， 反向電樞電流建立 階段，_恒流制動 階段，_轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 階段動態(tài)性能要求看，電流環(huán)以跟隨 性能為主，要求超調(diào)小，因此當(dāng)按照典型II型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器時，為了減小電流超調(diào)量，需在_電流給定 之后加入_低通濾波，并按照控制對象時間常數(shù)的4倍設(shè)置濾波時間常數(shù)。V－Mn下降Ud0nUc_減小Ud0()PWM濾波電容__泵升電壓，這是直流PWM變換器-電動機(jī)系統(tǒng)特有的能量回饋問題。（10分）II型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為W(s)Ks，在如圖坐標(biāo)系中s2(Ts畫出典型II（伯德圖K和積分時間常數(shù)轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的擾動信號主要包括負(fù)載擾動和電網(wǎng)電壓擾動(可)I前（前后含有_積分環(huán)節(jié)，當(dāng)然此擾動是指階躍擾動。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)_轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的限幅值可以調(diào)節(jié)系A(chǔ)CR_的限幅值可以調(diào)節(jié)UPEASRACRPI

對系統(tǒng)穩(wěn)定性、快速性影響。

6分（1）T通常為系統(tǒng)的固有參數(shù)， 比T大ASRUi*=IdN。電注：教師應(yīng)使用計算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。

得越多，系統(tǒng)的穩(wěn)定性越好2分（）在一定時，改變K變了截止頻率cK（2分）第2頁 (共4頁)（13分）M法、TM/TTc，電Z個脈沖Z倍頻系數(shù)×編碼器光柵數(shù)f0，旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖的計數(shù)值為M1，高頻時鐘脈沖的計數(shù)值為M2n（r/min）M法

（15）有靜差的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如圖所示，（8）（4分）（3分）~IdT法的分辨率和誤差率，并說明三種方法的適用范圍。

U* A Un n U

UPE U Mdnd答：M法：在一定的時間Tc

內(nèi)，測取旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個數(shù)M1

來算出轉(zhuǎn)速。 n

U TGtg轉(zhuǎn)速n

60M1

60 ，分辨率： ，誤差率：

100% ，適用于高速分）ZT ZT Mc c 1

（）系統(tǒng)包括電動機(jī)，電子電子變換器（可調(diào)直流電源，比例調(diào)節(jié)器，測速反饋環(huán)節(jié)3分）T法：在編碼器兩個相鄰脈沖的間隔時間內(nèi)，測高頻時鐘脈沖個數(shù)M來算出轉(zhuǎn)速。2

5分）

IdR60fn

，分辨率： Zn2 或

60f0

)，誤差率：

1 100% ，適

* Δ 1 nUUUUEn nUUUUEZM 60f2

Zn ZM(M2 2

1)

M 12

c d0 CeUne用于低速（5分）M/T法：既檢測M ，也檢測M ，兩個計數(shù)器同時開啟或關(guān)閉計數(shù)。 α1 260fMn 0 1

轉(zhuǎn)速降落n RI

，其中K為系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)，K

KK（分）2p s2dNZM dN2

C(1K) Ce e可適用的速度范圍廣 （3分）

增大，經(jīng)過比例調(diào)節(jié)器和電力電子變換器作用，提高電源輸出電壓Ud0，使得開環(huán)機(jī)械特性上移，減（2分）（3）系統(tǒng)啟動和堵轉(zhuǎn)時電機(jī)會過流分。因此時轉(zhuǎn)速為0輸出控制電壓很大，電源輸出很大的電壓加在系統(tǒng)回路電阻上，該電阻一般很小，從而導(dǎo)致啟動和堵（2）第3頁 (共4頁)五（12分在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中突加轉(zhuǎn)速給定時起動過程可 分 （1）計算電流反饋系數(shù)β，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α（4分為三個階段，論述在不同的階段內(nèi)，轉(zhuǎn)速和電流的變化規(guī)律及兩個調(diào)節(jié)器的作用； （2）畫出待設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（6分）并在下圖中畫出轉(zhuǎn)速、電流的過渡過程曲線。起動過程可分為三個階段：電流調(diào)節(jié)器不飽和。電流調(diào)節(jié)器起跟隨作用，使電流很快上升（3分）

擬將轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計成典型II（6分）請校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 %（4分）n（計算時小數(shù)點后保留三位，若數(shù)值較小，應(yīng)保留三位有效位）附1：典型二型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系：h 3 4 5 6 7 8器不飽和，起限制最大電流的作用（3分）轉(zhuǎn)速調(diào)整階段：轉(zhuǎn)速超調(diào)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和，電流由最大值下降到負(fù)載值。

C /Cmac

72.2% 77.5% 81.2% 84.0% 86.3% 88.1%轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為主調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器起跟隨作用（3分）（3分）

附2：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：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,允許電流過載N N N

U* 8l 倍數(shù)λ=1.6，電磁時間常數(shù)T=0.048s，機(jī)電時間常數(shù)T=0.185s，主電路采 l 用三相橋式整流電路，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) Ks=35，整流電裝置內(nèi)阻

nmmax

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

（2）電流調(diào)節(jié)器按典型I型系統(tǒng)設(shè)計，ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器，最大輸入、輸出電壓均為8V，電流反饋濾波TT=0.015s

KT 0.25，

T

0.0020.00170.0037oi on

I i

i oi snIKT=0.25轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無靜差，且電動機(jī)空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量10%n

K 67.567s1（2）分I待設(shè)計的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（4分）

IdL(s)

第4頁 (共4頁)校驗近似條件（2分）轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為KnU1n

ASR

U

1/

Id(s)

R n(s)

w

K

175.949*0.1120.938s2)iTons+1i（3）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計

1s+1IKITons+1

CeTms

cn w N n1電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：

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

k(n

s1)n

cni iASR sn

轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：T 1KI

T 0.0298on

1 K 1 67.567 I 22.37 按超調(diào)較,抗擾較好原則，取h=h取其它值亦可，但超調(diào)更大，方法正確即得分，則ASR 3 T的 on

3 0.015 cn超前時間常數(shù)為 （4）校核超調(diào)量

4(1T

)0.119 n

k on

max77.5%轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益：h1 5

帶額定負(fù)載啟動時z=1，由附1查得C ，b得轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)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

超調(diào)量略大約設(shè)計要求，為此可減小過載倍數(shù)（4分）T eKen

2hRT

m 8.14780.005482.10.0298 WASR

8.147(0.119s0.119s

（4分）第3頁第3頁(共4頁)成大學(xué) ～ 學(xué)年學(xué)期試卷 績課程名：運動控制 課程號： 學(xué)分：應(yīng)試人聲明：愿意接受《大學(xué)學(xué)生考試違紀(jì)、作弊行為界定及處分規(guī)定》的紀(jì)律處分。應(yīng)試人 應(yīng)試人學(xué)號 應(yīng)試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分一、填充題（共35空，每空1分，共35分）從能量轉(zhuǎn)換的角度來看調(diào)壓調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率 型而目前廣泛使的變壓變頻調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率 型。

6．異步電機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個多變量、高階、、 系統(tǒng)，其定、轉(zhuǎn)子間的互感將隨著轉(zhuǎn)子 的變化而變化，可通過 簡化動態(tài)數(shù)學(xué)模型，變化的原則是產(chǎn)生的 相等7．與直流調(diào)速系統(tǒng)類似，按照轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的起動過程分為 、 與 三個階段。兩電平逆變器共有八個基本輸出矢量包括六個 和兩個 在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，每個有效工作矢量依次作用一次生旋轉(zhuǎn)磁場，在直流母線電壓一定時，可通過插入 保持變頻調(diào)速時的磁鏈幅值最大值不變。為了形成接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場逆變器需采用 （SPWM，CFPWM，SVPWM）控制。．計算轉(zhuǎn)子磁鏈的模型有 模型和 模型，其中 模型易受轉(zhuǎn)子電阻變化影響。2．異步電動機(jī)進(jìn)行變壓變頻調(diào)速時，可通過

補(bǔ)償控制保持轉(zhuǎn)子磁通

10.異步電動機(jī)由三相平衡電壓供電，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量ψs

e，忽略定子s恒定，此時穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性是 態(tài)性能。

，這正是高性能交流調(diào)速系統(tǒng)所要求的穩(wěn)

u電阻壓降，則定子電壓矢量

。異步電動機(jī)變頻調(diào)速時需要 和

當(dāng)負(fù)載增大時，轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速降落 ，電磁轉(zhuǎn)矩 ，因此只能用于調(diào)速性能要求不高場合（增大、減小、不變）用的交流可調(diào)電源是由 。

構(gòu)成的靜止式功率變換器，一般稱為

二異步電動機(jī)采用調(diào)壓調(diào)速畫出在UU 和U時的機(jī)械特性并分析N N以頻率與期望的輸出電壓波相同的 波作為調(diào)制波以頻率比期望高得多的 波作為載波，由它們的交點確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而獲得高度 、寬度 的脈沖序列，這種制方法稱作SPWM。

帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時系統(tǒng)的穩(wěn)定工作范圍。（6分）s

的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩基本上與 成正比，條件是 ，這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想。因此在轉(zhuǎn)差頻率控轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出為 。注：教師應(yīng)使用計算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。m三．從氣隙磁場m

E出發(fā)（寫出表達(dá)式

SVPWMU1

f1m

位于第一扇區(qū)時合成電壓空間矢量的表達(dá)式，s

f 較低時，定子電壓

應(yīng)如何調(diào)整。作出定子電壓、氣隙

（12分）1m1N1113磁場 隨頻率變化的特性曲線，畫出不同頻率下的機(jī)械特性（畫4 條1m1N1113f f f11 12

f

為額定頻率（14分）3/五．三相坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為C 3/

六．論述矢量控制的基本思想，并畫出等效的直流電動機(jī)模型。（12分）

I cos(wt)

I cos(wt2)

I cos(wt2)，A m B

3 C m 3

和

s，比較三相電流與兩相靜止坐標(biāo)系中電流的頻率、幅值及相位。（9分）1 12 2

12 cos()cos()2sinsin提示3/2

30

，3 32 2第4頁 (共4頁)七．第I扇區(qū)的定子磁鏈與電壓空間矢量圖如圖所示，定子磁鏈?zhǔn)噶喀譻1位于前

定子磁鏈?zhǔn)噶喀?位于前30定子磁鏈幅值 轉(zhuǎn)矩30與d

同向，忽略定子電阻壓降對磁鏈幅值的影響，并假定 u1電流的變化足夠快，分析8個電壓空間矢量對定子磁鏈幅值的控制作用（增大、 u2減小、不變）和對轉(zhuǎn)矩的控制作用（增大、減小、不變、反向，并論述直接轉(zhuǎn) 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為零矢量0 7第1頁 (共4頁)成 6．異步電機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個多變量、高階、 _非線性

、強(qiáng)耦合大學(xué) ～ 學(xué)年學(xué)期試卷 績課程名：運動控制 課程號： 學(xué)分：應(yīng)試人聲明：愿意接受《大學(xué)學(xué)生考試違紀(jì)、作弊行為界定及處分規(guī)定》的紀(jì)律處分。應(yīng)試人 應(yīng)試人學(xué)號 應(yīng)試人所在院系

的系統(tǒng)，其定、轉(zhuǎn)子間的互感將隨著轉(zhuǎn)子 位置 的變化而變化，可通過_坐標(biāo)變換(或3/2變換和旋轉(zhuǎn)變) 簡化動態(tài)數(shù)學(xué)模型，變化的原則是產(chǎn)生的 旋轉(zhuǎn)磁動勢（磁動勢） 相等。7．與直流調(diào)速系統(tǒng)類似，按照轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的起動過程分為 轉(zhuǎn)矩上升 、_恒轉(zhuǎn)矩加速 與 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 三個階段。8．兩電平逆變器共有八個基本輸出矢量，包括六_有效矢量 和兩個零矢量題號 一 二 三 四 五 六 七 八 九

_，在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，每個有效工作矢量依次作用一次生成_正六邊形得分一、填充題（共35空，每空1分，共35分）從能量轉(zhuǎn)換的角度來看調(diào)壓調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率_消耗 型而目前廣泛使

旋轉(zhuǎn)磁場，在直流母線電壓一定時，可通過插入 零矢量 保持變頻調(diào)速時的磁鏈幅值最大值不變。為了形成接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場逆變器需采 （SPWM，CFPWM，SVPWM）控制。用的變壓變頻調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率 不

型。

9．計算轉(zhuǎn)子磁鏈的模型有 電壓 模型和 電流 模型，其中2．異步電動機(jī)進(jìn)行變壓變頻調(diào)速時，可通定子）電

補(bǔ)償控制保持轉(zhuǎn)

電流 模型易受轉(zhuǎn)子電阻變化影響。子磁通恒定，此時穩(wěn)態(tài)機(jī)械特性是_直線

，這正是高性能交流調(diào)速系統(tǒng)所要

10.異步電動機(jī)由三相平衡電壓供電，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量ψs

ej1t，忽略定子s求的穩(wěn)態(tài)性能。

u j 3．異步電動機(jī)變頻調(diào)速時需要 電壓

和 頻率

均可變的交流電

電阻壓降，則定子電壓矢量s

es 1

2 。源，常用的交流可調(diào)電源是由_電力電子器件 構(gòu)成的靜止式功率變換器一般稱為 變頻器 。

當(dāng)負(fù)載增大時，轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速降增大 電磁轉(zhuǎn)矩 增大 因此只能用于調(diào)速性能要求不高場合（增大減小不變以頻率與期望的輸出電壓波相同的 正弦 波作為調(diào)制波以頻率比期望波高得多的 等腰三角 波作為載波由它們的交點確定逆變器開關(guān)器件的通

UUN

和U

時的機(jī)械特性，并分析N斷時刻，從而獲得高度 相等 、寬度_按正弦規(guī)率變化 的脈沖序列，這種調(diào)制方法稱作SPWM5

帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時系統(tǒng)的穩(wěn)定工作范圍。（6分）帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時系統(tǒng)的穩(wěn)定工作范圍為．在s sm（或

）的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩基本上與

轉(zhuǎn)差頻率

成正比，

n (1S0

)n （2分）0條件是 氣隙磁通恒定 ，這是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想。因此在轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出為 轉(zhuǎn)差頻率（給定值） 。注：教師應(yīng)使用計算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。

分第2頁 (共4頁)m三．從氣隙磁場m

E出發(fā)（寫出表達(dá)式

四．對兩電平逆變器采用SVPWM控制，開關(guān)周期為T0，電壓空間矢量的六個扇區(qū)頻調(diào)速系統(tǒng)在基頻以下和基頻以上工作時定子電壓U 電源頻1

fm

位于第一扇區(qū)時合成電壓空間矢量的表達(dá)式，s

f 較低時，定子電壓U

應(yīng)如何調(diào)整。作出定子電壓、氣隙

（12分）1m111磁場 隨頻率變化的特性曲線，畫出不同頻率下的機(jī)械特性（畫4 條，1m111f f f11 12

f

為額定頻率（14分）1N131N13E 4.44Ng

fk ΦNS

（1分）基頻以下調(diào)速原則：Φm恒定，Uf1同時增大或同時減小。即：Eg4.44Nf 1

k ΦNS

常值

（5）EgU

u解： s

t1 u1

t2 u2

ucosju

sin

2）降，認(rèn)為定子相電壓U≈Eg,，則有

s常值。為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。低頻時適當(dāng)提f1

T0 T0ss高定子電壓，補(bǔ)償定子阻抗壓降。 （4）ss

u T U f1NU≤UsN，最多只能

有效矢量

t1

s0sin( 1U 31d

d為直流母線電壓，

升高，減少氣隙磁通Φm，使定子電壓U=U 保

u為合成矢量與

的夾角（2）sN 1

sN 1持不變，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，為恒功率調(diào)速。 （3分）

2uTnnU ns m 13恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 恒功率調(diào)速 基以

有效矢量

u t 作用時間：2 Ud

0sin

（2）U nsN 1N

固有特性

t Ttt基頻 mNmU ms

e低頻補(bǔ)償后特性e

零矢量作用時間：0

0 1 2 （1）0 f

（3分） 0

（3分）第3頁 (共4頁)五．三相坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為C3/2，現(xiàn)有三相正弦對稱

六．論述矢量控制的基本思想，并畫出等效的直流電動機(jī)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過坐標(biāo)變換和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，可以得到等效的直流電動機(jī)模型。通過按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，將定子電流分解為勵磁分量ism和轉(zhuǎn)矩分量ist，使轉(zhuǎn)

和

s

子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生，而電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的乘（9分）

1 1 2 2

12 cos()cos()2sin

對應(yīng)量，以實施控制。3/2

30

3 32解：

2

ii sA3/2

ism旋轉(zhuǎn)

mLrmLp1i

1 N2N

1i2A

iB 變換 is

r變換（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）

等效直流電動機(jī)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頻率不變,幅值變?yōu)?/p>

32,120°90°（3）第4頁 (共4頁)七．第I扇區(qū)的定子磁鏈與電壓空間矢量圖如圖所示，定子磁鏈?zhǔn)噶喀譻1位于前

定子磁鏈?zhǔn)噶喀?位于前30（7分）定子磁鏈幅值 轉(zhuǎn)矩30與d

同向，忽略定子電阻壓降對磁鏈幅值的影響，并假定 u 增大 反向1電流的變化足夠快，分析8個電壓空間矢量對定子磁鏈幅值的控制作用（增大、 u 增大 增大2減小、不變）和對轉(zhuǎn)矩的控制作用（增大、減小、不變、反向，并論述直接轉(zhuǎn) u 減小 增大矩控制的基本原理（12分） 3u 減小 增大u u3 21u u14uu5 6ψs2 u u

4u 減小 反向5u 增大 反向6uu 不變 減小 u3 2d ψ 4 u

0， 7u u15 6u,u為零矢量0 7解：直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理是根據(jù)定子磁鏈幅值偏差的符號和電磁轉(zhuǎn)矩偏差的符號，再依據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢?，直接選取合適的電壓空間矢量，減小定子磁鏈幅值的偏差和電磁轉(zhuǎn)矩的偏差，實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈的控制。（5）第PAGE3第3頁(共5頁)成大學(xué)～ 學(xué)年季學(xué)期試卷(A) 績課程名：運動控制系統(tǒng)（一）課程號： 學(xué)分：應(yīng)試人聲明：愿意接受《大學(xué)學(xué)生考試違紀(jì)、作弊行為界定及處分規(guī)定》的紀(jì)律處分。應(yīng)試人 應(yīng)試人學(xué)號 應(yīng)試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分一．簡答題（22：（6分主要擾動是哪兩個？

（7分）PI少？輸出各為多少？穩(wěn)態(tài)時兩個調(diào)節(jié)器的輸出分別取決于哪些因素?（5分）組成部分如下圖所示。請說明框圖中(1)-(5)所代表的組成部分。（4分）PI調(diào)節(jié)器時域表達(dá)式可寫成u(t)

e(t)K P I

e(t)dt，采樣周期為

，sam

+（1） （2） （3）-（5） （4）ku(k)行限幅。注：教師應(yīng)使用計算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。二．分析及問答（51%）（11分）PWM變換器-等優(yōu)點。PWM變換器供電的開環(huán)直流調(diào)速系ρ=0.（6分）UdUs之間的關(guān)系，如何實現(xiàn)電機(jī)的（2分）PWM（3分）UAB

（15分負(fù)載穩(wěn)定運行在給定轉(zhuǎn)速，收到停車指令后進(jìn)入制動狀態(tài)，制動過程可分為四個階段，按時間順序，論述在不同的階段內(nèi)轉(zhuǎn)速和電流的變化規(guī)律，分析0 t 不同階段兩個調(diào)節(jié)器的作用，并在下圖中畫出轉(zhuǎn)速、電流的過渡過程曲線。idIdIdL0 t 0t-Idm2．（共15分）在V-M開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速單閉環(huán)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)和 n轉(zhuǎn)速單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運行時，三種系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、電樞電流、整流裝置輸出的電壓將如何變化，并簡單說明原因。0t三．計算及設(shè)計(27%)1（12分）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)采用比例調(diào)節(jié)器作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)已知數(shù)據(jù)如下：電動機(jī)：PN

10kW，UN

，IN

55A，nN

1500r/，4（10分）＝1024，采

R 0.5PWM變換器內(nèi)阻R 0.1 PWM變換器的放大倍數(shù)K 22。，a rec s，TC=0.005f0=1[MHz][轉(zhuǎn)/分]，如采用M/T法測速：

最大給定電壓U*nm

8V，當(dāng)主電路電流達(dá)到最大值時，整定電流反饋電壓Uim

8V。M/T法測速原理示意圖(形關(guān)系)（6分）

D25s。（1）試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖（5分；M/T（4分）

，額定負(fù)載時，開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降

，滿足靜差率要求時，e op閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降Δncl（2分；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ，調(diào)節(jié)器放大系數(shù)Kp（2分；（3分）第4頁 (共5頁)2（15分）PWM變換器供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),已知電動機(jī)參數(shù)為：PN

=5.5kw，UN

=220V，IN

=28A，nN

=1490r/min，電樞回路電阻R=0.6Ω,允許電流過載倍數(shù)λ=2Tl=0.01sTm=0.185s8KHzKs=67Rres=0.1Ω，Un*10V，ASRACRPI8VToi=0.0001sIKT=0.25。設(shè)計要求：靜態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速無靜差動態(tài)指標(biāo)：帶額定負(fù)載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量低于3%。計算電流反饋系數(shù)β，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α。求電流環(huán)等效傳遞函數(shù)。設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（不校驗近似條件。校核超調(diào)量。(計算時小數(shù)點后保留3位，若數(shù)值較小時，應(yīng)保留3位有效位)典型Ⅱ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)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轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：第1頁 (共5頁)成上海大學(xué)2015～2016學(xué)年秋季學(xué)期試卷(A) 績課程名：運動控制系（一）課程號：09365148學(xué)分： 3應(yīng)試人聲明：我保證遵守《上海大學(xué)學(xué)生手冊》中的《上海大學(xué)考場規(guī)則應(yīng)試人 應(yīng)試人學(xué)號 應(yīng)試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分二．簡答題（22：

（7分）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器均為調(diào)節(jié)器，電動機(jī)帶一半額定負(fù)載穩(wěn)態(tài)運行在額定轉(zhuǎn)速時，兩個調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓分別為多少？輸出各為多少？穩(wěn)態(tài)時兩個調(diào)節(jié)器的輸出分別取決于?答：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入U 0（1分，n（6分調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)有哪兩項？動態(tài)性能指標(biāo)有哪兩項？調(diào)

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器穩(wěn)態(tài)輸出UIi dL

（1分）,取決于負(fù)載大小(1分)速系統(tǒng)的主要擾動是哪兩個？（2分（2分

電流調(diào)節(jié)器的輸入Ui

0（1分，穩(wěn)態(tài)輸出Uc

Cn e

R Ks

dN2 （1分）,取電網(wǎng)電壓波動（2分。

決于負(fù)載和轉(zhuǎn)速給定.(2分)（4分調(diào)節(jié)器時域表達(dá)式可寫成u(t)K e(t)K P I

e(t)dt

2．（5分）運動控制系統(tǒng)以各類電機(jī)為控制對象，用框圖的形式描述運動控制系統(tǒng)sam為T ，寫出離散化后采用位置式的差分方程第k拍輸出u(k)，并說明sam

基本組成部分如下圖所示。請說明框圖中(1)-(5)所代表的組成部分。何對該調(diào)節(jié)器進(jìn)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）時需要對輸出和積分同時限幅（2分）注：教師應(yīng)使用計算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。

控制器功率變換單元電動機(jī)（4）傳感器（5）信號處理第2頁 (共5頁)三．分析及問答（51%）（11分）PWM變換器-等優(yōu)點。PWM工作在一般電動狀態(tài)下的瞬時電壓、平均電壓、瞬態(tài)電流、反電動勢波形，其中變換器采用雙極式控制，占空比ρ=0.（6分）UdUs（2分）PWM（3分）電機(jī)電樞電壓平均值Ud=（2ρ-1）US（1分）當(dāng)ρ1/20，電機(jī)兩端平均電壓為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)ρ1/2〈0，電機(jī)兩端平均電壓為負(fù)，電機(jī)反（1分）W(s) s

（3分2分）壓也下降3流裝置輸出電壓會降低，以便電壓平衡，產(chǎn)生更小的電樞電流（2分） （15分負(fù)載穩(wěn)定運行在給定轉(zhuǎn)速，收到停車指令后進(jìn)入制動狀態(tài)，制動過程可分為四個階段，按時間順序，論述在不同的階段內(nèi)轉(zhuǎn)速和電流的變化規(guī)律，分析不同階段兩個調(diào)節(jié)器的作用，并在下圖中畫出轉(zhuǎn)速、電流的過渡過程曲線。答：起動過程可分四個階段：s Ts12分，與相控整流器 節(jié)器由不飽和到飽和電流調(diào)節(jié)器一般不飽和電流調(diào)節(jié)器起跟隨作用使電s的本質(zhì)區(qū)別是時間常數(shù)更?。?分）（15分）V-M轉(zhuǎn)速單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運行時，三種系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、電樞電流、整流裝置輸出的電壓將如何變化，并簡單說明原因。答：在V-M開環(huán)系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運行時，電機(jī)轉(zhuǎn)速上升，電樞電流降低，整流裝置輸出電壓不變分壓不變，輸出電壓也不變，但減載后轉(zhuǎn)速上升，電樞電流減小，以便與負(fù)載平衡（2分）

流快速下降。（3分）反向電樞電流建立：電流反向增加到（3分）3）恒流制動：電流維持最大值不變，轉(zhuǎn)速按線形規(guī)律下降，一直到停止。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一直處于飽和狀態(tài)。為了克服反電勢的擾動，電流略小于最大值。電流調(diào)節(jié)器不飽和，起限制最大電流的作用。（3分）（3分）第3頁 (共5頁)（2）.M/T法測速：（3分）

60fn

M1（2分）適用于高低速段（2分）ZMI 2I0 ttt012n

t t3 4 t

四．計算及設(shè)計(27%)1（12分）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)采用比例調(diào)節(jié)器作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)已知數(shù)據(jù)如下：電動機(jī)：PN

10kW，UN

，IN

55A，nN

1500r/min，t t R R 0.1a 。PWM 變換器內(nèi)阻rec ，PWM 變換器的放大倍數(shù)4（10分）＝1024，采TC=0.005f0=1[MHz][轉(zhuǎn)/

K U*s

8V，當(dāng)主電路電流達(dá)到最大值時，整定電流反饋分]M/T法測速：

電壓Uim

D25s。M/T法測速原理示意圖(應(yīng)包含編碼器輸出脈沖、時鐘脈沖與采樣脈沖波

試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖（5分；形關(guān)系)（6分）

，額定負(fù)載時，開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降

，滿足靜差率要求時，e opM/T（4分）

閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降Δncl（2分；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ，調(diào)節(jié)器放大系數(shù)K

p（2分；答（1.M/T法測速既檢測編碼器輸出脈沖個數(shù)M ，也檢測高頻時鐘脈沖M ，兩1 2（2分原理示意圖

（3分）（1）系統(tǒng)的原理圖如下圖所示：~U* A Un n cUn

IddUPE U Mdn（3分）

U TGtg（4分）第4頁 (共5頁)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（2分） 2（共15分）有一PWM變換器供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),已知電動機(jī)參P數(shù)為：PUNU

=5.5kw，U

=220V，I

=1490r/min，電樞回路電阻R=0.6Ω,允KUn* ΔUnKUn

p c

Ud0

NNNIdRNNNE 1Ce

許電流過載倍數(shù)λ=2，電磁時間常數(shù)Tl=0.01s，機(jī)電時間常數(shù)Tm=0.185s，變換n 開關(guān)頻率8KHz，的放大倍數(shù)Ks=67，整流電裝置內(nèi)阻Rres=0.1Ω，額定轉(zhuǎn)速時給定電壓Un*為10V，ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器，飽和輸出電壓均為8V，電Toi=0.0001s。電流調(diào)節(jié)α IKT=0.25。設(shè)計要求：靜態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速無靜差（2）Ce

N

IRN

)/nN

0.128v/分）

動態(tài)指標(biāo)：帶額定負(fù)載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量低于3%。n Iop n

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

（1分）

計算電流反饋系數(shù)β，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α。求電流環(huán)等效傳遞函數(shù)。設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（不校驗近似條件。Cl (1s)D 25(10.1)

（1分）

校核超調(diào)量。nk ncl

1

257.812516.667

（1分）

(計算時小數(shù)點后保留3位，若數(shù)值較小時，應(yīng)保留3位有效位)典型Ⅱ型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)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）

轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：∴調(diào)節(jié)器系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)大于或等8.96（4）系統(tǒng)啟動和堵轉(zhuǎn)時電機(jī)會過流分。因此時轉(zhuǎn)速為0（2）答(1)最大允許電流為Idm=2*28=56A，電流反饋系數(shù)β=Uim/Idm=8/56=0.143

第5 頁 (共5頁)（4）校核超調(diào)量第5 頁 (共5頁)帶額定負(fù)載啟動時z=1，由附1查得

CmaxC

轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)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電流環(huán)等效傳遞函數(shù)：

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

超調(diào)量滿足設(shè)計要求分）K iI根據(jù)靜態(tài)指標(biāo)要求轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器（8分）(s1)（2分）W k nASR n nT T 1

T 4*0.0002250.00150.0024n on KI

i on按照跟隨和抗擾性能較好的原則，取h=5,則ASR的超前時間常數(shù)為： hTn n

5*0.00240.012h1 6K 20833.3s2N 2h2Tn

2 2520.00242(h1)CTemK emn

2hRTn其中反電動勢系數(shù)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頁(共4頁)成大學(xué)～學(xué)年季學(xué)期試卷 績課程名：運動控制系統(tǒng)（一）課程號： 學(xué)分：應(yīng)試人聲明：愿意接受《大學(xué)學(xué)生考試違紀(jì)、作弊行為界定及處分規(guī)定》的紀(jì)律處分。應(yīng)試人 應(yīng)試人學(xué)號 應(yīng)試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分二．簡答題（24：在開環(huán)控制系統(tǒng)無法滿足調(diào)速性能要求時，采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的控制系統(tǒng)來改善。為實現(xiàn)調(diào)速快速性和無靜差，控制器通常選用比例積分調(diào)節(jié)器。對應(yīng)下圖輸入曲線ΔUn，作出比例積分調(diào)節(jié)器的輸出曲線Uc應(yīng)的輸出曲線，并分別說明比例、積分調(diào)節(jié)器在控制快速性和無靜差性能上的作（5分）ΔUnUc注：教師應(yīng)使用計算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。

（7分）穩(wěn)態(tài)精度？說明理由。(4分)項？調(diào)速系統(tǒng)的主要擾動是哪兩個？（8分）二.分析及問答（56%）（16分t1IdL1IdL2，（1）Uc的大小，分析控制電壓和哪些因素

（15分）PWM變換器-點。在如圖坐標(biāo)系中畫出橋式可逆PWM變換器供電下，開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)重載工作AB 在一般電動狀態(tài)下的電樞兩端瞬時電壓U 、平均電壓U、電動機(jī)反電動勢EAB （4分）（6分）

i=0.（4分）sd（6分）sd

導(dǎo)出電機(jī)電樞電壓平均值Ud（3分）

之間的關(guān)系，并說明如何調(diào)節(jié)占空比實現(xiàn)電機(jī)(3)畫出直流電動機(jī)在不同控制電壓下（Uc1>Uc2>Uc3>Uc4）對應(yīng)的四條機(jī)械特性曲線，8U* （如正向電動等（。8nU U0 g1 g4tIdLIdL10nnnU 1n

IdL20 ttUtAB0 t0 t idn0 t0 tUcUc10 t1 t（10分）轉(zhuǎn)速反饋采用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，已知其每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)Z＝1024TC=0.04秒，轉(zhuǎn)速單位采用[轉(zhuǎn)/]，如采用M法即測頻法測速：M法測速原理示意圖(應(yīng)包含編碼器輸出脈沖與采樣脈沖波形)（6分）M（4分）

(15分)畫出直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并按照轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和、不飽和兩種情況分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作特性，即描述轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)工作狀態(tài)和電機(jī)轉(zhuǎn)速、電樞電流狀態(tài)，畫出靜時系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點。~TAiUiiU* U*in ASRUnn

IACR

IU dc UPE U MdnTG第4頁 (共4頁)三．計算及設(shè)計(20％)PWM直流電動機(jī)：額定電壓U ,額定電流I 28A,額定轉(zhuǎn)速n 1460r/min，電動機(jī)N dN N電勢系數(shù)C0.136Vmin/r，允許過載倍數(shù)1.5；ePWM變換器的開關(guān)頻率為10KHz：放大系數(shù)：K 0.537s電樞回路總電阻：R0.8；機(jī)電時間常數(shù)Tm

0.18s,電磁時間常數(shù)Tl

0.01T0i=0.00005s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)T0n

=0.0015s；電流反饋系數(shù)： 1；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù): 1。IIh=5，數(shù)(7求電流環(huán)等效傳遞函數(shù)（3。IIh=5,計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)分。畫出轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（3。（效位（20）附：轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：第1頁 (共4頁)成大學(xué)～學(xué)年季學(xué)期試卷 績課程名：運動控制系統(tǒng)（一）課程號： 學(xué)分：應(yīng)試人聲明：愿意接受《大學(xué)學(xué)生考試違紀(jì)、作弊行為界定及處分規(guī)定》的紀(jì)律處分。應(yīng)試人 應(yīng)試人學(xué)號 應(yīng)試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分三．簡答題（24：在開環(huán)控制系統(tǒng)無法滿足調(diào)速性能要求時，采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)的控制系統(tǒng)來改善。為實現(xiàn)調(diào)速快速性和無靜差，控制器通常選用比例積分調(diào)節(jié)器。對應(yīng)下圖輸入曲線ΔUnUc應(yīng)的輸出曲線，并分別說明比例、積分調(diào)節(jié)器在控制快速性和無靜差性能上的作（5分）ΔUntUc+tPI調(diào)節(jié)器輸出。（13比例調(diào)節(jié)器主要體現(xiàn)在控制的快速性）積分調(diào)節(jié)器主要體現(xiàn)在控制的無靜差性（1分）注：教師應(yīng)使用計算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。

（7分）答：恒流升速階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器不飽和，控制電流跟隨給定。（各1分，共3分）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和，電流調(diào)節(jié)器不飽和，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器起主要作用，跟隨給定，電流調(diào)節(jié)器控制電流跟隨給定。（各1分，共4分）穩(wěn)態(tài)精度？說明理由。(4分)答：都會影響穩(wěn)態(tài)精度分。因為閉環(huán)系統(tǒng)跟隨給定，對反饋擾動沒有抑制作用分）項？調(diào)速系統(tǒng)的主要擾動是哪兩個？（8分）調(diào)速范圍是系統(tǒng)額定負(fù)載時允許的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速（2分。速范圍應(yīng)當(dāng)以最低轉(zhuǎn)速對應(yīng)的空載轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)（2分。動態(tài)性能指標(biāo)包括跟隨性能和抗擾性能（2分主要擾動包括負(fù)載擾動和電網(wǎng)電壓波動（2分二.分析及問答（56%）

第2頁 (共4頁)分PWM變換器-（16分t1IdL1IdL2，

（1）在如圖坐標(biāo)系中畫出橋式可逆PWM變換器供電下，開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)重載工作AB 在一般電動狀態(tài)下的電樞兩端瞬時電壓U 、平均電壓U、電動機(jī)反電動勢EAB Uc的大小，分析控制電壓和哪些因素s（4分）s

i=0.（4分）d（6分）d與加載之前相比，說明加載重新進(jìn)入穩(wěn)定后電機(jī)電樞電流、電樞電壓變化，

導(dǎo)出電機(jī)電樞電壓平均值Ud（3分）

之間的關(guān)系，并說明如何調(diào)節(jié)占空比實現(xiàn)電機(jī)（6分）U*

畫出直流電動機(jī)在不同控制電壓下（Uc1>Uc2>Uc3>Uc4）（如正向電動等（8分。n 答 進(jìn) 入 穩(wěn) 態(tài) 時 答:Ud

=(21)Us

（1分）,0.5U Cn*IR CU*/I RU d0 e c K K0I0IdLIt（2分載有關(guān)（2。重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后電樞電流增加，電0UnIdL1UnU*nt樞電壓增加分增加，會導(dǎo)致電機(jī)暫態(tài)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速偏差為正，控制電壓增加，電樞電壓增加，電樞電流增加，穩(wěn)態(tài)（各2分UdEnUc1Uc2

e nK s

時電機(jī)正轉(zhuǎn)，小于0.5時電機(jī)反轉(zhuǎn)。（2分）dL20 t 4）ΔUn

IdUc3Uc40 tUc Uc2c1Uc1（每條波形各1分）

jxie機(jī)械特性曲線（每條1分，共4分）0 t（圖三個波形各2分共計6分）

第一象限電機(jī)正向電動，第二象限電機(jī)正向制動，第三象限反向電動，第四象限反向制動（4分）第3頁 (共4頁)（10分）轉(zhuǎn)速反饋采用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，已知其每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)Z＝1024TC=0.04秒，轉(zhuǎn)速單位采用[轉(zhuǎn)/]，如采用M法即測頻法測速：M法測速原理示意圖(應(yīng)包含編碼器輸出脈沖與采樣脈沖波形)（6分）M（4分）

(15分)畫出直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并按照轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和、不飽和兩種情況分析系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作特性，即描述轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)工作狀態(tài)和電機(jī)轉(zhuǎn)速、電樞電流狀態(tài)，畫出靜時系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作點。~TAiUiiU* U*in ASR

IACR

IU dc UPE U Mdnn答（1）.M法測速是通過計取一個采樣周期內(nèi)光電編碼器發(fā)出的脈沖個數(shù)來 Unn計算轉(zhuǎn)速（2分） nTG答：穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖IdβRU-i-U Un* ASR i*

ACR

Uc Ks

-IRd

1/Ce n（2）M法測速：

（4分） + + +-Unα1n60M1ZT

60M110241

1.4648M（2分）適用于高速段2分）1

（5分）0.04c

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)為電流單閉環(huán)系統(tǒng)，電流跟隨最大電樞電流給定（各1分，共3分；決定（14分。nA Bn*0靜特性曲線和穩(wěn)態(tài)工作點分）

CI I dm d （1I 第4頁 (共4頁)答：⑴電流調(diào)節(jié)器選PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為三．計算及設(shè)計(20％)PWM

W (s)

Ki

s1)直流電動機(jī)：

ACR

s （1分）其中i額定電壓UN

220V,額定電流IdN

28A,額定轉(zhuǎn)速nN

1460r/min

T T Toi

R，，

RRres

0.8電勢系數(shù)Ce

min/r，允許過載倍數(shù)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機(jī)電時間常數(shù)T

0.18s,電磁時間常數(shù)T

0.01，電流反饋濾波時間常數(shù)T

i 2h

Ts

2*50.537*10.00015m=0.00005s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)T

l=0.0015s；

0iW

37.2(0.0007s0.00075

，輸入濾波時間常數(shù)取4T

,為0.0006s.電流反饋系數(shù)：

0n 1；

ACR

(s) 1/

i1 （3分）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù): 1。IIh=5，數(shù)(7求電流環(huán)等效傳遞函數(shù)（3。IIh=5,計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)

cli（3PI調(diào)節(jié)器（7分n W (s)ksn ASR sn

s1 0.0006s1iT T 0.0021on分。

hTn

0.0105

h1 6K 1088.4s2畫出轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖（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．轉(zhuǎn)速、電流雙環(huán)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：

n RTn

1010.80.0021

ASR 0.105s（4） （3分）第3頁第3頁(共4頁)成上海大學(xué)2016～2017學(xué)年冬季學(xué)期試卷B 績課程名：運動控制系統(tǒng)(2) 課程號：09365149學(xué)分：3應(yīng)試人聲明：我保證遵守《上海大學(xué)學(xué)生手冊》中的《上海大學(xué)考場規(guī)則應(yīng)試人 應(yīng)試人學(xué)號 應(yīng)試人所在院系

換的原則是什么？約束條件是什么？（6分）題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分

寫出恒功率約束條件下合成電壓矢量表達(dá)式，在圖中畫出某一時刻uAO

0、一、簡答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）（6分）

u 0、uBO B(eO

0時各相電壓矢量和合成矢量。（6分）A(ej0)C(ej2)（6分）注：教師應(yīng)使用計算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。

（6分）二、綜合題（共15分）異步電動機(jī)調(diào)速時可采用降壓調(diào)速和恒壓頻比調(diào)速，試分析在恒定轉(zhuǎn)矩負(fù)載下，

三、綜合題（共11分）USVPWM控制采用相鄰兩個有效工作矢量（幅值為2U3

）合成期望的輸出矢量，以d分別采用上述兩種調(diào)速方式從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速時，異步電動機(jī)的電磁功率P、m

期望電壓矢量位于第一扇區(qū)為例，電壓矢量合成表達(dá)式為us

tu1 2u：u輸出機(jī)械功率P 和轉(zhuǎn)差功率P的變化，并簡要說明原因（15分）mech s

T 1 T 20 0、0和1 請在下圖中畫出電壓矢量合成圖，求出各矢量作用時間t t t（6分）、0和1 A B 采用零矢量集中的實現(xiàn)方法，當(dāng)選取uuu形（開關(guān)狀態(tài)）（5A B u2u1四、綜合題（共11分）異步電動機(jī)在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)M/T坐標(biāo)系下：（6分

五、綜合題（共12分）PWM構(gòu)圖如圖所示：根據(jù)上述方程在畫出異步電動機(jī)矢量變換及等效直流電動模型結(jié)構(gòu)圖（5分

寫出圖中環(huán)節(jié)ABCDE（用文字表述，說明圖中i*sm

i*，sti*，i*s

各量物理含義。(9分)（3）r*rr*

i*i*st

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

電流跟蹤PWM M控制 iAii E BirCFBS第4頁(共4頁)第4頁(共4頁)六、綜合題（共21分）基于定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理框圖如下圖所示：（5分）A~H這八個環(huán)節(jié)的名稱（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頁第2頁(共4頁)成上海大學(xué)2016～2017學(xué)年冬季學(xué)期試卷B 績課程名：運動控制系統(tǒng)(2) 課程號：09365149學(xué)分：3

換的原則是什么？約束條件是什么？（6分）答：定轉(zhuǎn)子間的相對位置在變化，導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子間的互感是轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)。（2分）應(yīng)試人聲明： 常用坐標(biāo)變化包括3/2變換1分、靜/旋轉(zhuǎn)變換1分；變換的原則是產(chǎn)生的我保證遵守《上海大學(xué)學(xué)生手冊》中的《上海大學(xué)考場規(guī)則，如有考試違紀(jì)、作動勢相等（1分；約束條件是變換前后總功率不變（1分。應(yīng)試人 應(yīng)試人學(xué)號 應(yīng)試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 九得分

寫出恒功率約束條件下合成電壓矢量表達(dá)式，在圖中畫出某一時刻uAO

0、一、簡答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）1

u 0、uBO B(e)

0時各相電壓矢量和合成矢量。（3分）（1）合成矢量表達(dá)式：uu j j統(tǒng)分為哪三類？降壓調(diào)速、恒壓頻比控制和矢量控制分別屬于哪一類調(diào)速系統(tǒng)？ u s u 2(u u eu j j

)（2分）（6分）

u COBO

BO

s 3 AO BO CO答：依據(jù)轉(zhuǎn)差功率將異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分為轉(zhuǎn)差功率消耗型、轉(zhuǎn)差功率不變 uAO型和轉(zhuǎn)差功率饋送型。（3分）

A(ej0)

畫圖如右圖共4分其中u 、AO降壓調(diào)速屬于功率消耗型，恒壓頻比控制和矢量控制屬于轉(zhuǎn)差功率不變型。（3分）

C(ej2)

u 、u 、uBO CO

各1分。說明異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想并簡述轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律。 5．異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速時希望保持氣隙磁通恒定，為此需要采用合適的控制方（6分）答：基本思想是在保持氣隙磁通m

法，請說明在額定頻率以上和以下定子電壓與頻率的控制規(guī)律和特點。（6分）（1）基頻以下調(diào)速原則：m恒定，Uf1同時增大或同時減小。即：來控制轉(zhuǎn)矩（2分） Es

/fkΦmN轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律如下： 由于電機(jī)繞組中的電動勢難以直接測量和控制，當(dāng)Eg較高時，忽略定子電阻和漏（1）在轉(zhuǎn)差角頻率小于臨界轉(zhuǎn)差率即s

sm

磁感抗壓降，認(rèn)為定子相電壓U≈Eg,，則有U/fs 1

常值。為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。低頻時與轉(zhuǎn)差角頻率成正比，條件是保持氣隙磁通不變（2分） 適當(dāng)提高定子電壓，補(bǔ)償定子阻抗壓降（3分；（2）在不同的定子電流時，按照一定的函數(shù)關(guān)系如US

f,I1

來控制定子電

（2）基頻以上調(diào)速原則：頻率從f1N向上升高，因為定子電壓U≤UsN，最多只能保壓和頻率，能保持在保持氣隙磁通恒定（2分） 持所以當(dāng)頻率f1升高減少氣隙磁通使定子電壓U=UsN保持不變，注：教師應(yīng)使用計算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。二、綜合題（共15分）異步電動機(jī)基于穩(wěn)態(tài)模型調(diào)速時可采用降壓調(diào)速和恒壓頻比調(diào)速，試分析在恒定轉(zhuǎn)矩負(fù)載下，分別采用上述兩種調(diào)速方式從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速時，異步電動機(jī)

三、綜合題（共11分）USVPWM控制采用相鄰兩個有效工作矢量（幅值為2U3

d）合成期望的輸出矢量，以d的電磁功率

Pm

Pmech

和轉(zhuǎn)差功率Ps

（15分

期望電壓矢量位于第一扇區(qū)為例，電壓矢量合成表達(dá)式為u 1ts Tt0

2u：t1 T 2t0T T

（1）t、tt（6分）答電磁功率：P T

1e輸出機(jī)械功率：P (1s)P (1s) 1e= e，

0 1 2m m1e np

mech

np np （2）采用零矢量集中的實現(xiàn)方法，當(dāng)選取u

,

,

各相電壓波AT TA

形（開關(guān)狀態(tài)）并標(biāo)出作用時間。（5分）Ps

sP m

1enp

se，轉(zhuǎn)差角頻率n p

s=1 1u2降壓調(diào)速：采用降壓調(diào)速向下調(diào)速時，電磁功率不變，輸出機(jī)械功率減小，轉(zhuǎn)差功率增加（3分） ustθ降壓調(diào)速向下調(diào)速時，電壓下降，但頻率f不變，因此角頻率θ

不變，由于帶

2u 1 1 T

T 20 3 ut 1恒定負(fù)載，所以TT不變，電磁功率P

T 1e不變（1分；隨著速度的 1ue L

m1e n T 1p 0答：下降轉(zhuǎn)差率s增大，輸出機(jī)械功率Pmech

(1s)Pm

減小1分；轉(zhuǎn)差功率Ps

sP隨m

13分著轉(zhuǎn)差率s的增大而增大（1分。恒壓頻比調(diào)速：采用恒壓頻比控制方式向下調(diào)速時，轉(zhuǎn)差功率不變，電磁功

t 2u

sin(

)，t

2uT

sin，t

Tt

（3分）（3分）

s0 s01 U 3 2 Ud d

0 0 1 2帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用恒壓頻比向下調(diào)速時，T

T

下降，角頻率下

5uAuBuC12分。e L 1 1T

uu u0 1 2

u u uu7 2 1 0降，電磁功率P T 1e變小2分；向下調(diào)速過程中，機(jī)械特性基本平行 000100

110

111

110

100000m m1e np uA下移，轉(zhuǎn)速降落基本不變，即nsn

60

s

基本不變，因此轉(zhuǎn)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變小而變小或輸出機(jī)械功率在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時隨輸出轉(zhuǎn)速下降而減?。?分。 T0第3頁 (共4頁)四、綜合題（共11分）異步電動機(jī)在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)M/T坐標(biāo)系下：（6分

五、綜合題（共12分）PWM構(gòu)圖如圖所示：根據(jù)上述方程在畫出異步電動機(jī)矢量變換及等效直流電動模型結(jié)構(gòu)圖（5分

寫出圖中環(huán)節(jié)ABCDE（用文字表述，說明圖中i*sm

i*，st答： i*s

，i*

各量物理含義。(9分)（1）r

m iTp1LrL

（1分

（3）電磁時間常數(shù)T

構(gòu)成的慣性環(huán)節(jié)的影響（2分。 *r r

i* i*sm

i*Ai* 電流跟蹤nL

C i* i*

PWM M~*~T p me Lr

ir

（1分，電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的乘積。在

*B st s

i 控制C轉(zhuǎn)子磁鏈恒定條件下，電磁轉(zhuǎn)矩正比于定子電流轉(zhuǎn)矩分量（2分。（2）按下圖所示分塊給分，共5分

iAiii Ai 3/2B 變換 i

ismr旋轉(zhuǎn) Tr變換i

L rmp1m答：T

E BiriC

FBSs （VR）

st L e

（1）A：轉(zhuǎn)子磁鏈調(diào)節(jié)器，B：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；C：反旋轉(zhuǎn)變換或2r/2s；D:2/3變換；E：i n mC pLr

pJpTL

轉(zhuǎn)子磁鏈計算。（各1分，共5分）等效直流電動機(jī)模型

i*i*（12i*，sm st s（1分） （1分） （3分）

i*定子電流軸、軸分量給定（12。s（2）可以采用轉(zhuǎn)子磁鏈開環(huán)的控制方式1分分量直接為一階慣性環(huán)節(jié)，由轉(zhuǎn)子磁鏈給定可以直接求出對應(yīng)的定子電流勵磁分量給（2分）第4頁 (共4頁)六、綜合題（共21分）基于定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理框圖如下圖所示：（5分）A~H這八個環(huán)節(jié)的名稱（用文字表述（8分）、D（2分）（6分）

（2（18分）模塊A：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩給定信號。模塊B：磁鏈調(diào)節(jié)器，根據(jù)定子磁鏈偏差產(chǎn)生定子磁鏈偏差符號。CD：轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，根據(jù)轉(zhuǎn)矩偏差產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩偏差符號。模塊E：電磁轉(zhuǎn)矩計算模塊，根據(jù)靜止二相磁鏈和電流計算出電磁轉(zhuǎn)矩。模塊F：電壓矢量選擇模塊，根據(jù)定子磁鏈偏差符號、轉(zhuǎn)矩偏差符號和給定轉(zhuǎn)矩極性*ss Bs C* T*A e Tee

Sign(s)eSign(T)ei

sAs PWMsF B 控制sCi

以及定子磁鏈位置選取電壓矢量并輸出。M ：定子磁鏈計算模塊，根據(jù)靜止二相電壓/H：3/2變換模塊，把三相電壓/電流變換到靜止二相電壓/電流。s i Ei sEs i i

（3）、D（2分）答：（1）

sss

s BAG uH uAus uB

FBS

)eSign(es10

)Tes根據(jù)定子磁鏈幅值偏差（的正負(fù)符號（1分）和電磁轉(zhuǎn)矩偏差（的正負(fù)符號分，再依據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢靡约稗D(zhuǎn)矩給定極性（的正負(fù)符號）

（4）直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)需采用兩相靜止坐標(biāo)（ 坐標(biāo)）計算定子磁鏈，而避開旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換。分，直接選取合適的電壓空間矢量（1分轉(zhuǎn)矩的偏差，實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈的控制（1分。

(u Ris (u Ris s s

)dt)dt （24分）在靜止兩相坐標(biāo)系中電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為：Tnp

(is

i s

) （2分）第1頁 (共4頁)成 3．寫出恒功率約束條件下合成電壓矢量表達(dá)式，畫出某一時刻u上海大學(xué)2015～2016學(xué)年冬季學(xué)期試卷B 績

0、uBO

0、課程名：運動控制系統(tǒng)(2) 課程號：09365149學(xué)分：3應(yīng)試人聲明：我保證遵守《上海大學(xué)學(xué)生手冊》中的《上海大學(xué)考場規(guī)則應(yīng)試人 應(yīng)試人學(xué)號 應(yīng)試人所在院系

u 0（6分）CO題號 一 二 三 四 五 六 七 八 九、得分 4．已知兩相交流電流、

i，根據(jù)矢量圖求出經(jīng)過靜止/旋轉(zhuǎn)變換后的電流i id和，q一、簡答題（本大題共6小題，每小題6分，共36分）1．為了實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩解耦控制，異步電動機(jī)調(diào)速過程中往往采用恒定磁通控制方式。請畫出三種不同恒定磁通控制方式下的機(jī)械特性曲線，依據(jù)轉(zhuǎn)矩變化分析這三d和，q

dq（6分）q條機(jī)械特性曲線的本質(zhì)區(qū)別（6分） N

F(i) ds s 1NiNi 2d2qN2i2UUN

和U

時的機(jī)械特性，并分析N

（6分）帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時系統(tǒng)的穩(wěn)定工作范圍。（6分）注：教師應(yīng)使用計算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。第3頁第3頁(共4頁)SVPWM控制采用相鄰兩個有效工作矢量合成期望的輸出矢量，以期望電壓矢量tu 1ut

t2u位于第一扇區(qū)為例，電壓矢量合成表達(dá)式為s

T 1 T 2。0 0000矢量為首發(fā)矢量的波形（開關(guān)狀態(tài)）（6分）

、u、uA B

各相電壓三、綜合題（共13分）下圖為交－直－交變頻器主回路結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)電壓空間矢量合成 Us的表達(dá)式2二、綜合題（共8分）

u （us 3

u ejuB

ej2和三相開關(guān)狀態(tài)函數(shù)(Sa,Sb,Sc8個異步電動機(jī)基于轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速控制原理如下圖。U

基本電壓空間矢量。（1）請畫出各電壓空間矢量的位置（3分；*ASR

1s1

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

sUsNI增大Is

（2）說明其開關(guān)狀態(tài)并確定其幅值大?。?0分。~~+2~Ud2~

1 s PWM* 1

M 電流補(bǔ)償控制的定子電壓 ABEgO'1 1 C O11FBS + Ud12畫出恒氣隙磁通控制時電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差頻率間關(guān)系曲線（4分；寫出轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想（4分；四、綜合題（共18分）按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)是高動態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)。（8）（5）按如下方程（5）L LLLmL

[

Ris

Li ]ss r Lm

[

Ris s

)dtLi ]ss第4頁 (共4頁)五、綜合題（共18分）直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制之后的又一種高性能交流調(diào)速系統(tǒng)控制策略。結(jié)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖論述直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本工作原理（。5）1ψs1位于前30 ，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速與 同向，忽略定子電阻壓降對磁鏈幅值的影響，并d假定電流的變化足夠快，以電壓矢量u1（5）A~H（8）六、綜合題（共7分）試就控制方法、系統(tǒng)性能比較直接轉(zhuǎn)矩控制及矢量控制系統(tǒng)。性能與特點磁鏈控制

直接轉(zhuǎn)矩控制 矢量控制轉(zhuǎn)子磁鏈可以閉環(huán)控制，也可以開環(huán)控制異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)矩控制電流控制

滯環(huán)控制，有轉(zhuǎn)矩脈動

閉環(huán)控制u u

靜止坐標(biāo)變換，比較簡單 u3 2d ψ 4 uu u15 6

磁鏈定向 須知道定子磁鏈位置無需u,u為零矢量0 7 精確定向調(diào)速范圍第1頁 (共4頁)成 3．寫出恒功率約束條件下合成電壓矢量表達(dá)式，畫出某一時刻u上海大學(xué)2015～2016學(xué)年冬季學(xué)期試卷B 績

0、uBO

0、課程名：運動控制系統(tǒng)(2) 課程號：09365149學(xué)分：3應(yīng)試人聲明：我保證遵守