直流部分(一)参考答案

成

大学 ～ 学年 春季学期试卷 绩

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n0max=1500r/min，最低转速为 n0min=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*=IdN。电

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。

流调节器ACR的输出Uc=(RIdN*CeUn/)/Ks。 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W(s)K(s1)，在如图坐标系中 2s(Ts1) 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。 6分 （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）

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Tc内，测取旋转编码器输出的脉冲个数M1来算出转速。 转速n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） ~IdUn*UnUtgTGΔUnAUcUPEUdMn60M1601100% ，适用于高速（5分） ，分辨率：，误差率：ZTcZTcM1 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） IdRUn* 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M2来算出转速。 60f0160f0Znn100% ，适 ，分辨率：(或者)，误差率： ZM2M2160f0ZnZM2(M21)用于低速（5分） M/T法： 既检测M1 ， 也检测M2 ， 两个计数器同时开启或关闭计数。 2ΔUn Un KpUc Ks Ud0 E1Cenα （2）转速降落60f0M1n ZM2可适用的速度范围广 （3分） KpKs（2分） RIdN，其中K为系统开环放大倍数，KnclCe(1K)Ce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（1）计算电流反馈系数β，转速反馈系数α；（4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； （2）画出待设计转速环动态结构图；（6分） 并在下图中画出转速、电流的过渡过程曲线。

（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） 起动过程可分为三个阶段： （4）请校核转速超调量n%。（4分） 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

（计算时小数点后保留三位，若数值较小，应保留三位有效位） 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） 附1：典型二型系统抗扰性能指标与参数的关系： 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

h 3 4 5 6 7 8 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

Cmac/Cb 器不饱和，起限制最大电流的作用。（3分） 72.2% 77.5% 81.2% 84.0% 86.3% 88.1%

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。 附2：转速、电流双闭环系统动态结构图： 转速调节器为主调节器，电流调节器起跟随作用。（3分）

（3分） *Uim8 0.179V/A （2分） 答：（1） 六、（20分）有一转速、电流双闭环调速系统,已知电动机参数为：P =5.5kw，Idm1.628N

UN =220V，IN =28A，nN=1460 r/min，电枢回路电阻Ra=0.8Ω,允许电流过载 *Unm8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 0.00548Vmin/ （2分） 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nmax1460

Rrec=1.3Ω，平均失控时间常数Ts=0.0017s, （2）电流调节器按典型I型系统设计， 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

KITi0.25，TiToiTs0.0020.00170.0037 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

KI67.567s1（2）分 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n

10%

第 4 页 ( 共 4 页 )

待设计的转速环动态结构框图：（4分） IdL(s)Un(s)*校验近似条件 （2分） 转速环截止频率为 RCeTmsn(s) 1Tons+1ASRUi(s)*1/1KIId(s)s+1KNwcnKNn175.949*0.11920.938(s2) w1 电流环传递函数简化条件： Tons+1 （3） 转速调节器设计 kn(ns1)WASR(s)ns1TnTon0.0298 KI1KI1KI167.56745.045(s1)wcn 3Ti3Ti30.0037 转速环小时间常数近似处理条件： 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 1KI167.56722.371(s1)wcn 3Ton30.015（4）校核超调量 1nhTn4(Ton)40.02980.119 k转速环开环增益： Cmax77.5%， 带额定负载启动时z=1，由附1查得Cb得转速退饱和超调量 KN h152175.949(s) 22222hTn2*4*0.029828*(0.81.3)CnT0.02980.135n2*maxz*Nn2*0.775*(1.60)**11.9% nTm14600.185Cb超调量略大约设计要求，为此可减小过载倍数。（4分） UNINRa220280.8Ce0.135V.min/r nN1460(h1)CeTm50.1350.1850.179Kn8.147 2hRTn80.005482.10.0298 8.147(0.119s1)WASR(s)（4分） 0.119s

草 稿 纸