运动控制复习要点及答案

自动化10级运控复习（Z10101）1第一部分运动控制复习要点（IRON）1、直流调速系统用的三种可控直流电源和各自的特点。P21)旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。2)静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。3)直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。2.电流连续和断续时，V-M系统机械特性的差别，电流断续有何不良影响。P91）当电流连续时，特性还比较硬；断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。2）电流断续给用平均值计算描述的系统带来一种非线性因素，也引起机械特性的非线性，影响系统的运行性能。3、直流调速系统闭环静特性和开环机械特性的联系和区别（画图分析）。P23~24a、闭环系统的静态特性可以比开环系统的机械特性硬很多；b、闭环系统的静差率比开环系统小得多；c、如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。d、要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。4、电流截止负反馈及其作用。P28当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。作用：限流保护，即解决反馈闭环调速系统启动和堵转时电流过大的问题。5、比例调节器、积分调节器、比例积分调节器各自的控制规律和特点。比例调节器：a、Uc=KpΔUn输出信号与偏差信号成比例；有差调节。b、能迅速响应控制作用。积分调节器：a、输出信号的速度与偏差信号成正比。b、无静差调速。比例积分调节器：a、稳态精度高，动态响应快；b、比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。（控制规律即公式）6、无静差调速系统的稳态结构图和稳态结构参数关系。P43无静差调速系统的稳态参数计算很简单，在理想情况下，稳态时Un=0，因而Un=Un*=α*n，n0OIdId1Id3Id2Id4ABCA’’’’D闭环静特性开环机械特性图1-26闭环系统静特性和开环机械特性的关系Ud4Ud3Ud2Ud1自动化10级运控复习（Z10101）2即max*maxnnU=α（1-66），α为转速反馈系数（V.min/r），Nmax为电动机调压时的最高转速（r/min），U*nmax为相应的最高给定电压（V）。图1-49无静差直流调速系统稳态结构图（IdIdcr）Ksα1/CeU*nUc∆∆∆∆UnIdREnUd0Un++--7、电压反馈电流补偿的调速系统进行稳态特性和与转速闭环调速系统的主要差别。a、结构框图的不同地方在于负反馈信号的取出处不同；P44b、电压负反馈的稳态性能比同样放大器的转速负反馈系统要差一些，在电压负反馈的基础上加入电流补偿，可以补偿一部分静差，以提高调速系统的稳态性能，但是不能指望其实现无静差，因为这时系统已经达到稳态的边缘了。8、转速电流双闭环系统中的两个调节器（ASR、ACR）的主要作用。P591、转速调节器的作用(ASR)：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，则可实现无静差。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。2、电流调节器的作用（ACR）：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。自动化10级运控复习（Z10101）39、双闭环、单闭环、开环直流调速系统的静特性和机械特性的对比分析（画图）。开环系统机械特性与闭环系统静特性比较：闭环系统静特性比开环系统机械特性的硬度大大提高；当理想空载转速相同时，闭环系统的静差率要小得多；当要求的静差率一定时，闭环系统的调速范围可以大大提高；当给定电压相同时，闭环系统的理想空载转速大大降低。10、双闭环直流调速系统起动的特点，起动波形。P571)饱和非线性控制；2)转速必有超调；3)准时间最优控制。11、调节器工程设计法的思路。P601、选择调节器结构,使系统典型化并满足稳定和稳态精度。2、设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。12、典型I型、II型系统的结构及其各自的特性。P611、典型I型系统结构:)(sR)1(+TssK)(sC；特性：动态特性跟踪斜坡输入信号。2、典型Ⅱ型系统结构:)(sR)(sC)1()1(2++TsssKτ；特性：二阶误差，精度高，跟踪加速度信号。IdLIdnn*IdmOOIIIIIIt4t3t2t1tt自动化10级运控复习（Z10101）413、多个小惯性环节的近似处理，大惯性环节的近似处理，高阶系统的降阶处理。P257a、多个小惯性环节的近似处理：]1)[(1)]1)(1[(13232++≈++STTSTST；b、大惯性环节的近似处理：STST111≈+c、高阶系统的降阶处理：)1()1()(23+≈+++=csKcsbsasKsW14、转速微分负反馈的作用。P87抑制甚至消灭转速超调，大大降低动态速降获得实际可行的动态性能。15、V-M系统可逆路线的分类。P154a、电枢反接可逆线路；b、励磁反接可逆线路。16、V-M系统可逆调速系统中的环流分类，利害及其抑制和消除法。P152a、分类：动态环流；静态环流(直流平均环流，瞬间脉动环流)；b、α≧β可消除直流平均环流；环流（电路串入）电抗器可抑制瞬时脉动环流。17、α-β配合控制原理，原理图和控制特性图。P126控制原理：为了实现配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90°。a、当Uc=0时，使αf=αr=90°，Ud0f=Ud0r=0电机处于停止状态；b、增大Uc移相时，只要使两组触发装置的控制电压大小相等符号相反就可以了。图4-6α=β配合控制电路GTF--正组触发装置GTR--反组触发装置AR--反号器MVRVFRrecRrec-1ARGTRGTFUcRaMcUαβαrmin180o0o-UcmUcmUc90o90o0o180oβfminαfminβrminβrαfCTRCTFUc1自动化10级运控复习（Z10101）518、V-M系统可逆调速系统的两大类和各自特点。P122、P129a、有环流可逆调速系统：反应快，过度平滑，需要在回路中接入电抗器；b、无环流可逆调速系统：平滑过度性差，无直流平均环流和瞬时脉动环流。19、逻辑无环流控制功能的两种实现方法。P129逻辑算法（软件）和逻辑电路（硬件）。20、DLC逻辑控制环节应有的四种基本功能和DLC应有的两种延时。延时功能；连锁功能；检测功能；判断功能。P130封锁延时tbdl和开放延时tdt。P13121、单级式、双极式、PMW变换器电路原理和电压、电流波形。P15单极式：在电动机朝一个方向旋转时，变换器只在一个阶段中输出某一极性的脉冲电压，在另一阶段中UAB=0。多极式：四个功率开关管的控制极的驱动电压分为两组，有一组导通时，同时另一组关断。PWM变换器：一对功率管VT1和VT2交替导通和关断。U,iUdEidUsttonT0图1-16b电压和电流波形121212122、双极式PMW（H型即桥式）电路对驱动信号的要求（画图分析说明）。P15Ug1=Ug4=-Ug2=-Ug3。在一个开关周期内，当0≤t≤ton期间，Ug1、Ug4为正，VT1、VT4导通，Ug2、Ug3为负，VT2、VT3截止，电流id沿回路1流通，电动机M两端电压UAB=+Us；在ton≤t≤T期间，Ug1、Ug4为负，VT1、VT4截止，VD2、VD3续流，并钳位使VT2、VT3保持截止，电流id沿回路2流通，电动机M两端电压UAB=–Us。一个周期内具有正负相间的脉冲波形——双极式。自动化10级运控复习（Z10101）623、泵升电压及其限制方法、电路、工作原理。P18PWM变换器中的滤波电容，除滤波外，当电机制动时吸收运行系统动能的作用。由于直流电源靠二极管整流器供电，不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。电力电子器件的耐压限制着最高泵升电压Usm采用镇流电阻Rb来消耗掉部分动能。24、交流调速系统按转差功率特点分的三种基本类型和各自特点。P1461、转差功率消耗型：全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中；2、转差功率馈送型:除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多；3、转差功率不变型:转差功率只有转子铜损，无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高。25、交流力矩电机与普通电机变压调速时的特点比较（画图分析）。P149TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN风机类负载特性恒转矩负载特性图5-4异步电动机不同电压下的机械特性TeOnn0UsN0.7UsNABCTL0.5UsN恒转矩负载特性图5-5高转子电阻电动机（交流力矩电动机）在不同电压下的机械特性普通笼型异步电机：带恒转矩负载工作时，变电压时的稳定工作点为A、B、C，转差率s的变化范围不超过0~Sm，调速范围有限。如果带风机类负载运行，则工作点为D、E、F，调速范围可以大一些。交流力矩电机：在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能在较低转速下运行而不致过热，且电机转子有较高的电阻值。采用普通异步电机的变电压调速时，调速范围很窄，采用高转子电阻的力矩电机可以增大调速范围，但机械特性又变软，因而当负载变化时静差率很大。过电压信号UsRbVTbC+自动化10级运控复习（Z10101）726、转速闭环交流调压调速系统的静特性、机械特性和各自的特点（画图说明）。P150左右两边有极限，不能无限延长。当系统带负载在A点运行时，如果负载增大引起转速下降，反馈控制作用能提高定子电压，从而在右边一条机械特性上找到新的工作点A’。同理，当负载降低时，会在左边一条特性上得到定子电压低一些的工作点A’’。按照反馈控制规律，将A’’、A、A’连接起来便是闭环系统的静特性。eTOnn0TLUsNAA’A’’Usmin恒转矩负载特性图5-6b闭环控制变压调速系统的静特性UUUU****n3n3n3n3UUUU****n1n1n1n1UUUU****n2n2n2n2TeOnn0UsN0.7UsNABCTL0.5UsN恒转矩负载特性27、变频调速的基本控制方式（基频以上和基频以下）的特点（画图说明）。P160~163基频以下变压变频调速系统的特点是必须同时协调地控制电压和频率，使磁通恒定。在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属于“恒转矩调速”性质；在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。所以基频以上调频变速变速属于弱磁恒功率调速。28、静止变频装置的两大类和变频范围。P1651、交-直-交变频器（间接式的变压变频器）和交-交变压变频器（直接式的变压变频器或周波变换器）。2、交-直-交变频器：最高输出频率不超过电网频率的1/3~1/2；交-交变压变频器：输出频率不受限制，能量可双向流动，以获得四象限运动，此种方式类似于PWM控制方式。29、电压源型和电流源型变频器和各自特点（作对比分析）。P1681、无功能量的缓冲：在调速系统中，逆变器的负载是异步电机，属感性负载。在中间直流环节与负载电机之间，除了有功功率的传送外，还存在无功功率的交换。滤波器除滤波外还起着对无功功率的缓冲作用，使它不致影响到交流电网；f1N图6-2异步电机变压变频调速的控制特性恒转矩调速UsUsNΦmNΦm恒功率调速ΦmUsf1O自动化10级运控复习（Z10101）82、能量的回馈：用电流源型逆变器给异步电机供电的电流源型变压变频调速系统有一个显著特征，就是容易实现能量的回馈，从而便于四象限运行，适用于需要回馈制动和经常正、反转的生产机械；3、动态响应：