直流部分(一)参考答案

第1页(共4页)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。大学～学年春季学期试卷课程名：运动控制（一）课程号：学分：3应试人声明：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一二三四五六七八九得分一、填充题（30分，每个填充1分）：1.某一调速系统，在额定负载下，最高转速为max0n=1500r/min，最低转速为min0n=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______。2.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。3.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(可从电动机的励磁，负载，放大器的温漂，电网电压，电枢电阻点中选择)，对于I型系统能实现无静差的关键是：必须在扰动作用点__前__（前后）含有_积分环节，当然此扰动是指阶跃扰动。4.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统最大电流；调节电流调节器ACR_的限幅值可以调节UPE的最大输出电压。5.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*=dNI。电流调节器ACR的输出Uc=*(/)/dNensRICUK。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调节器必须同时设置___输出____限幅和____积分____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_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8．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。9．在V－M开环调速系统中，突加负载后系统又进入稳定运行时，转速n下降__，电压Ud0不变；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，转速n不变，控制电压Uc_减小_，电压Ud0减小。(可用增加、减小、不变表示)10．PWM可逆直流调速系统制动过程中向__滤波电容_充电，产生_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。二、（10分）典型II型系统的开环传递函数为)1()1()(2TsssKsW，在如图坐标系中画出典型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和积分时间常数对系统稳定性、快速性影响。（1）T通常为系统的固有参数，比T大得越多，系统的稳定性越好。（2分）（2）在一定时，改变K相当于使特性上下平移，从而改变了截止频率c，K越大系统截止频率越大，系统快速性越好，但稳定性变差。（2分）成绩6分第2页(共4页)三、（13分）数字测速的常用方法有M法、T法和M/T法，设测速时间为Tc，电动机每转一圈共产生Z个脉冲（Z=倍频系数×编码器光栅数），高频时钟脉冲的频率为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M2，说明三种测速方法的原理，并据此写出三种方法的转速n（r/min）计算表达式，写出M法和T法的分辨率和误差率，并说明三种方法的适用范围。答：M法：在一定的时间cT内，测取旋转编码器输出的脉冲个数1M来算出转速。转速160cMnZT，分辨率：60cZT，误差率：11100%M，适用于高速（5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2M来算出转速。0260fnZM，分辨率：2002260()60(1)fZnfZnZMM或者，误差率：21100%1M，适用于低速（5分）M/T法：既检测1M，也检测2M，两个计数器同时开启或关闭计数。01260fMnZM可适用的速度范围广（3分）四、（15）有静差的单闭环直流调速系统原理框图如图所示，（1）请写出系统各环节名称，画出系统稳态结构框图。（8）（2）写出该系统转速降落表达式，分析说明闭环系统转速降落减小的原因。（4分）（3）系统启动和堵转时电机是否会过流，并分析原因。（3分）MTGUPEAUn*ΔUnUcUdUtgUnIdn~答：（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）系统稳态结构框图：（5分）KpKsα1CenEIdRUd0UcΔUnUn*Un（2）转速降落(1)dNcleRInCK，其中K为系统开环放大倍数，pseKKKC（2分）当负载增加时，转速下降，闭环系统因引入负反馈，转速反馈电压随着转速下降，比较环节输出增大，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，减小了转速降落。（2分）（3）系统启动和堵转时电机会过流（1分）。因此时转速为0，转速偏差很大，比例调节器调节器输出控制电压很大，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，从而导致启动和堵转时电机过流。（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；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：1．电流上升阶，此阶段电流很快上升到最大值，转速几乎没有变化，转速调节器由不饱和到饱和.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）2．转速上升阶段：电流维持最大值不变，转速按线形规律上升，一直上升到给定值。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．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。转速调节器为主调节器，电流调节器起跟随作用。（3分）（3分）六、（20分）有一转速、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=1460r/min，电枢回路电阻Ra=0.8Ω,允许电流过载倍数λ=1.6，电磁时间常数Tl=0.048s，机电时间常数Tm=0.185s，主电路采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Rrec=1.3Ω，平均失控时间常数Ts=0.0017s,ASR和ACR均采用PI调节器，最大输入、输出电压均为8V，电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s，转速反馈滤波时间常数Ton=0.015s。电流调节器已按典型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10%n（1）计算电流反馈系数β，转速反馈系数α；（4分）（2）画出待设计转速环动态结构图；（6分）（3）拟将转速环设计成典型II型系统，请设计转速调节器，并校核近似条件；（6分）（4）请校核转速超调量%n。（4分）（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：h345678bmacCC/72.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%附2：转速、电流双闭环系统动态结构图：答：（1）*80.1791.628imdmUIV/A（2分）*max80.00548min/1460nmUVn（2分）（2）电流调节器按典型I型系统设计，0.25IiKT，0.0020.00170.0037ioisTTT167.567IKs（2）分第4页(共4页)待设计的转速环动态结构框图：（4分）IdL(s)n(s)s+1ASRUi*(s)Id(s)Tons+11Tons+1Un*(s)1KIRCeTms1/（3）转速调节器设计(1)()nnASRnksWss10.0298nonITTK按超调较小,抗扰较好原则，取h=4（h取其它值亦可，但超调更大，方法正确即得分），则ASR的超前时间常数为14()40.02980.119nnonhTTk转速环开环增益：2222215175.949()22*4*0.0298NnhKshT220280.80.135.min/1460NNaeNUIRCVrn(1)50.1350.1850.1798.147280.005482.10.0298emnnhCTKhRT8.147(0.1191)()0.119ASRsWss（4分）校验近似条件（2分）转速环截止频率为21175.949*0.11920.938()NcnNnKwKsw电流环传递函数简化条件：111167.56745.045()3330.0037IIcniiKKswTT转速环小时间常数近似处理条件：11167.56722.371()330.015IcnonKswT（4）校核超调量带额定负载启动时z=1，由附1查得max77.5%bCC，得转速退饱和超调量max*28*(0.81.3)0.02980.1352*2*0.775*(1.60)**11.9%14600.185nNnbmTCnzCnT超调量略大约设计要求，为此可减小过载倍数。（4分）草稿纸