本科运动控制系统习题及答案 精品推荐

一、复习：直流调速系统

问题1-1：电机的分类？

① 发电机（其他能→电能）直流发电机 交流发电机

② 电动机（电能→其他能） 直流电动机： 有换向器直流电动机（串励、并励、复励、他励）

无换向器直流电动机（又属于一种特殊的同步电动机） 交流电动机：同步电动机 异步电动机：鼠笼式 绕线式

： 伺服电机 旋转变压器

控制电机 自整角机 力矩电机 测速电机

步进电机（反应式、永磁式、混合式）

问题1-2：衡量调速系统的性能指标是哪些？ ① 调速范围D=nmax/nmin=nnom/nmin

② 静差率S=△nnom/n0*100%对转差率要求高，同时要求调速范围大（D大S小）时，只能用闭环调速系统。 ③ 和负载匹配情况：

一般要求：恒功率负载用恒功率调速，恒转矩负载用恒转矩调速。

问题1-3：请比较直流调速系统、交流调速系统的优缺点，并说明今后电力传动系统的发展的趋势.

* 直流电机调速系统

优点：调速范围广，易于实现平滑调速，起动、制动性能好，过载转矩大，可靠性高，动态性能良好。

缺点：有机械整流器和电刷，噪声大，维护困难；换向产生火花，使用环境受限；结构复杂，容量、转速、电压受限。

* 交流电机调速系统（正好与直流电机调速系统相反）优点：异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、造价低廉，使用环境广，运行可靠，便于制造大容量、高转速、高电压电机。大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。 缺点：调速性能比直流电机差。

* 发展趋势：用直流调速方式控制交流调速系统，达到与直流调速系统相媲美的调速性能；或采用同步电机调速系统.

问题1-4：直流电机有哪几种？直流电机调速方法有哪些?请从调速性能、应用场合和优缺点等方面进行比较. 哪些是有级调速？哪些是无级调速？

直流电动机中常见的是有换向器直流电动机，可分为串励、并励、复励、他励四种，无换向器直流电动机属于一种特殊的同步电动机。

根据直流电机的转速公式，调速方n?U?IR法有变压调速、变电阻调速和变转差率调

Ke?

速。

调压调速：调节电压供电电压进行调速，适应于：U≤Unom，基频以下，在一定范围内无级平滑调速。弱磁调速：无级，适用于Φ≤Φnom，一般只能配合调压调速方案，在基频以上(即电动机额定转速以上)作小范围的升速。 变电阻调速：有级调速。 变转差率调速：无级调速。

问题1-5：带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等， 则调节器的输出为（ A ）

A、零； B、大于零的定值 C、小于零的定值； D、保持原先的值不变

问题1-6：什么是调速范围D？什么是静差率S，两者的关系如何？用什么方法可以使调速系统满足D大S小的控制要求？

① 调速范围D=nmax/nmin=nnom/nmin

② 静差率S=△nnom/n0*100%对转差率要求高，同时要求调速范围大（D大S小）时，只能用闭环调速系统。

问题1-7：直流调速系统用的可控直流电源有：旋转变流机组（G-M系统）、静止可控整流器（V-M系统）、 直流斩波器和脉宽调制变换器（PWM）。

名词解释1-8： G-M系统 V-M系统 PWM PFM

① G-M系统：交流电动机拖动直流发电机G实现变流，由直流发电机给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁电流及改变其输出电压，从而调节M的转速。 优点：在允许转矩范围内四象限运行。

缺点：设备多，体积大，费用高，效率低，有噪音，维护不方便。

② V-M系统：晶闸管，工作在相位控制状态，由晶闸管可控整流器V给需要调速直流电动机M供电，调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流器V的输出电压，从而调节直流电动机M的转速。

优点：经济性和可靠性提高，无需另加功率放大装置。快速性好，动态性能提高。

缺点：只允许单向运行；元件对过电压、过电流、过高的du/dt和di/dt十分敏感；低速时易产生电力公害：系统功率因数低，谐波电流大。

③ PWM：脉冲宽度调制(PWM)，晶闸管工作在开关状态，晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上；晶闸管关断时，直流电源与电动机断开；这样通过改变晶闸管的导通时间（即调占空比ton）就可以调节电机电压，从而进行调速。PWM调速系统优点：系统低速运行平稳，调速范围较宽；电动机损耗和发热较小；系统快速响应性能好，动态抗扰能力强；器件工作早开关状态，主电路损耗小，装置效率较高。PWM调速系统应用：中、小功率系统 ④ PFM脉冲频率调制(PFM)，晶闸管工作在开关状态，晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上；晶闸管关断时，直流电源与电动机断开；晶闸管的导通时间不变，只改变开关频率f或开关周期T（即调节晶闸管的关断时间t0ff）就可以调节电机电压，从而进行调速。

问题1-9：哪些是控制系统的稳态性能指标、稳定性指标和动态性能指标？

① 稳态性能指标是：调速范围D=nmax/nmin=nnom/nmin和静差率S=△nnom/n0*100% ② 稳定性指标：柏德图（对数幅频特性和对数幅频特性）

典型Ⅰ型系：对数幅频特性以－20dB/dec的斜率穿越零分贝线，只有保证足够的中频带宽度，系统就一定是稳定的，且有足够的稳定裕量。γ=90° -tg-1 ωcT > 45° 典型Ⅱ型系统：对数幅频特性以－20dB/dec的斜率穿越零分贝线。 γ=180°-180°+tg-1ωct-tg-1ωcT=tg-1ωct-tg-1ωcT ③ 动态性能指标分跟随性能指标和抗扰性能指标： 跟随性能指标 上升时间：在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量从零起第一次上升到稳态值所经过的时间（有些教材定义为10%--90%） 超调量：在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量超出稳态值的最大偏移量

与稳态值之比。

调节时间：又称过度过程时间原则上是系统从给定量阶跃变化到输出量完全

稳定下来的时间。一般在阶跃响应曲线的稳态值附近， 取±5%（或±2%）的范围作为允许误差。

抗扰性能指标：动态降落：在系统稳定时，突加一个约定的标准的扰动量，在过度过程中引起

的输出量最大降落值。 恢复时间：从阶跃扰动作用开始，到输出量基本恢复稳态，距新稳态值之差 进入某基准量的±5% （或±2%）范围之内所需的时间。

问题1-10：转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是 、 和 。 ① 饱和非线性控制

ASR饱和，转速环开环，恒值电流调节的单闭环系统； ASR不饱和，转速环闭环，无静差调速系统.

② 准时间最优控制：恒流升速可使起动过程尽可能最快. ③ 转速超调：只有转速超调才能使ASR退饱和.

问题1-11：转速、电流双闭环调速系统中，

转速环按典型 Ⅱ 型系统设计，抗扰能力 强 ，稳态 无静差 。

电流环按典型 Ⅰ 型系统设计，抗扰能力 稍差 ，超调 小 。

问题1-12：无静差调速系统的PI调节器中P部份的作用是（D）

A、消除稳态误差； B、不能消除稳态误差也不能加快动态响应 C、既消除稳态误差又加快动态响应；D、加快动态响应

问题1-13：转子位置检测的方法有哪几种？选择其中1～2种进行论述它们的工组原理和特点及其应用场合？

① 自整角机(角位移传感器，成对应用：发送机与指令轴相连，接收机与执行轴相连) ② 旋转变压器(一种特制的两相旋转电机，在定子和转子上各有两套在空间上完全正交的绕组。当转子旋转时，输出电压与转子角呈一定的函数关系，主要作角度传感器)。

③ 感应同步器(圆形感应同步器用来测角位移，用于转台(立式车床)的角度数字显示和精确定位。

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