《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》期末復(fù)習(xí)資料

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1、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)期末復(fù)習(xí)資料修訂第3版第1章緒論1. 什么是運(yùn)動(dòng)控制？電力傳動(dòng)又稱電力拖動(dòng)，是以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的系統(tǒng)的總稱。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置，用以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)械按人們期望的要求運(yùn)行，以滿足生產(chǎn)工藝及其它應(yīng)用的要求。2. 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成：現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是以電動(dòng)機(jī)為控制對象，以計(jì)算機(jī)和其它電子裝置為控制手段，以電力電子裝置為弱電控制強(qiáng)電的紐帶,以自動(dòng)控制理論和信息處理理論為理論基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真或計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為研究和開發(fā)的工具。3. 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本運(yùn)動(dòng)方程式：Jddtm=Te -Tl -Dm -Km16.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)期末復(fù)習(xí)資料修訂第3版d：mdtj

2、機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg m）-m 轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度（rad/s） 土 一轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)角（rad）Te 電磁轉(zhuǎn)矩（N m）Tl 負(fù)載轉(zhuǎn)矩（N mD阻轉(zhuǎn)矩阻尼系數(shù)K扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩系數(shù)第2章轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1. 晶閘管-電動(dòng)機(jī)（V-M ）系統(tǒng)的組成:純滯后環(huán)節(jié)，一階慣性環(huán)節(jié)。2. V-M系統(tǒng)的主要問題：由于電流波形的脈動(dòng)，可能出現(xiàn)電流連續(xù)和斷續(xù)兩種情況。3. 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)：調(diào)速范圍D和靜差率SoD =?（i-?）額定速降?，D =右?s=竺?4. 閉環(huán)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；靜態(tài)特性、結(jié)構(gòu)圖？5. 反饋控制規(guī)律和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的幾個(gè)實(shí)際問題，積分控制規(guī)律和比例積分控制規(guī)律。積分控制規(guī)律：匕=1 j切比

3、例積分控制規(guī)律：穩(wěn)態(tài)精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快6. 有靜差、無靜差的主要區(qū)別：比例調(diào)節(jié)器的輸岀只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀；而積分調(diào)節(jié)器的輸岀則包含了輸入偏差量的全部歷史。比例積分放大器的結(jié)構(gòu)：PI調(diào)節(jié)器7. 數(shù)字測速方法：M法測速、T法測速、M/T法測速。8. 電流截止負(fù)反饋的原理：采用某種方法，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反饋以限制電流，而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反 饋起作用控制轉(zhuǎn)速。電流截止負(fù)反饋的實(shí)現(xiàn)方法：引入比較電壓，構(gòu)成電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)9. 脈寬調(diào)制：利用電力電子開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)可變的電壓，并通過控制脈沖寬度或周期達(dá)到變壓變頻的目的。10. 直流蓄電池供電的電流可反向的兩

4、象限直流斬波調(diào)速系統(tǒng)，已知：電源電壓 Us=300V斬波器占空比為 30%，電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢E=100V在電機(jī)側(cè)看，回路的總電阻R=1Q。問蓄電池的電流Id是多少？是放電電流還是充電電流 ？答:因斬波電路輸岀電壓 u0的平均值：U0= pX Us=30%x 300=90 V -；芒Un =0,Un =5*第3章轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)試系統(tǒng)1. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成： ASR（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器）、ACR（電流調(diào)節(jié)器）、TG （測速發(fā)電機(jī)）、TA （電流互感器）、UPE （電力電子變 換器）2. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性：在正常運(yùn)行時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)電流的實(shí)時(shí)控制和快速跟隨，希望電流調(diào)節(jié)器不要進(jìn)入飽和狀態(tài)。因此

5、，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。3. 起動(dòng)過程分析：第I階段電流上升的階段、第 II階段恒流升速階段、第山階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：（1） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采 用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。（2）對負(fù)載變化起抗擾作用（3）輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流電流調(diào)節(jié)器的作用:（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸岀量變化。（2）對電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用。（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程。（4）當(dāng)電機(jī)過載甚

6、至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。4. 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：跟隨性能指標(biāo)和抗擾性能指標(biāo)5. ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，Uim*=10V ,主電路最大電流ldm=100A，當(dāng)負(fù)載電流由20A增加到30A時(shí),試問： Ui*應(yīng)如何變化？ Uct應(yīng)如何變化？ Uct值由哪些條件決定？ 答：Ui*從2V增加到3Vo Uct略有增加。 Uct由轉(zhuǎn)速n和負(fù)載電流ldl（穩(wěn)態(tài)時(shí)即Id）決定。6. 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，岀現(xiàn)電網(wǎng)電壓波動(dòng)與負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，哪個(gè)調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用？答：電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，ACR起主要調(diào)節(jié)作用；負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，ASR起主要抗擾調(diào)節(jié)作用。7.

7、 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的作用？答：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的作用。1）轉(zhuǎn)速n跟隨轉(zhuǎn)速給定電壓 Un*變化？穩(wěn)態(tài)無靜差。2）突加負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR均參與調(diào)節(jié)作用，但轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR處于主導(dǎo)作用，對負(fù)載變化起抗擾作用。3）其輸岀電壓限幅值決定允許最大電流值。（2）電流調(diào)節(jié)器ACR的作用1）起動(dòng)過程中保證獲得允許最大電流。2）在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨其電流給定電壓Un *變化。3）電源電壓波動(dòng)時(shí)及時(shí)抗擾作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎不受電源電壓波動(dòng)的影響。4）當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載、堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到安全保護(hù)作用。8. 直流

8、調(diào)速系統(tǒng)有哪些主要性能指標(biāo)？答：直流調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo)包括靜態(tài)性能指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)兩個(gè)部分。靜態(tài)主要性能指標(biāo)有闊速范圍D、靜差率sA nN。動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)分成給定控制信號和擾動(dòng)信號作用下兩類性能指標(biāo)。給定控制信號作用下的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有上升時(shí)間tr，調(diào)節(jié)時(shí)間ts （亦稱過濾過程時(shí)間）和超調(diào)量b%。擾動(dòng)信號作用下的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)有最大動(dòng)態(tài)速降厶 Nmax、恢復(fù)時(shí)間tv。第4章 可逆控制和弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1. 直流PWM可逆系統(tǒng)的原理：改變 PWM變換器輸出電壓的正、負(fù)極性，使得直流電動(dòng)機(jī)可以四象限運(yùn)行。轉(zhuǎn)速反向的過渡過程:電動(dòng)機(jī)的平均電樞電流Id先從正向IdL降低為零日宀b然后從零上升到允許

9、的制動(dòng)電流-Idm，其大小受到電流環(huán)控制bTc接下來電動(dòng)機(jī)工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速將減小到0，ctd從d點(diǎn)開始，直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)入了反向起動(dòng)狀態(tài)dTe圖中e點(diǎn)意味著轉(zhuǎn)速要超調(diào)，轉(zhuǎn)速環(huán)退保和，最終穩(wěn)定工作在f點(diǎn)，電樞電流與負(fù)載電流相等eTf直流PWM功率變換器的能量回饋：PWM變換器的直流電源通常由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容C濾波，以獲得恒定的直流電壓，電容C同時(shí)對感性負(fù)載的無功功率起儲能緩沖作用。2. V-M可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的主回路結(jié)構(gòu)：單組V-M系統(tǒng)的可逆運(yùn)行（帶位能性負(fù)載）、兩組晶閘管反并聯(lián)可逆 V-M系統(tǒng)防止環(huán)流的措施：采用封鎖觸發(fā)脈沖的方法，在任何時(shí)候，只允許一組晶閘

10、管裝置工作；采用配合控制的策略，使一組晶閘 管裝置工作在整流狀態(tài)，另一組則工作在逆變狀態(tài)。為了抑制瞬時(shí)脈動(dòng)環(huán)流，可在環(huán)流回路中串入電抗器。3.4.5.第5章1.2.3.4.5.6.7.8.9.第6章1.什么叫環(huán)流？有環(huán)流可逆系統(tǒng)和無環(huán)流可逆系統(tǒng)相比較，有何優(yōu)缺點(diǎn)？并說明有環(huán)流可逆系統(tǒng)的適用場合。答：只限于兩組晶閘管之間流通的短路電流稱為環(huán)流。環(huán)流具有二重性，缺點(diǎn)是：環(huán)流會顯著地加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，增加無功損耗，環(huán)流過大會損壞晶閘管，影響系統(tǒng)安全工作。環(huán)流有可供利用之處，在電動(dòng)機(jī)空載或輕栽時(shí)，環(huán)流可以保證晶閘管裝置工作在電流連續(xù)區(qū)， 避免了電流斷續(xù)引 起的非線性狀況對系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能的影響

11、。環(huán)流還具有保證可逆系統(tǒng)的電流實(shí)現(xiàn)無間斷反向， 加快反向時(shí)的過渡過程之優(yōu) 點(diǎn)。適用于中小容量系統(tǒng)，有較高快速性能要求的系統(tǒng)。論述邏輯無環(huán)流可逆晶閘管一直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的由正向電動(dòng)到反向電動(dòng)的過程，如何實(shí)現(xiàn)電樞電流的反向？答：從正向電動(dòng)到反向電動(dòng)分別為四個(gè)階段：本組逆變階段，電流方向不變，電流減小它組整流階段，反向電流建立，電流方向改變并迅速增大它組逆變階段，電流方向與 2相同反向啟動(dòng)階段，它組整流，電流方向與 3相同，包含反向轉(zhuǎn)速上升、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等階段?；诜€(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型:異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性:ml3np-i2 Rrrs2 3n pU s RrS2 2+

12、Rr ) +S (Lls +Llr )交-直-交變頻器先將工頻交流電源通過整流器變換成直流，再通過逆變器變換成可控頻率和電壓的交流。交-交變頻器只有一個(gè)變換環(huán)節(jié)，把恒壓恒頻（CVCF的交流電源直接變換成 VVVF輸出，因此又稱直接變頻器。PWM控制技術(shù)：控制逆變器中電力電子器件的開通和關(guān)斷，輸岀電壓幅值相等、寬度按一定規(guī)律變化的脈沖序列，用這樣 的高頻脈沖序列代替期望的輸岀電壓。PWM技術(shù)：電壓正弦波SPWM消除指定次數(shù)諧波SHEPWM電流正弦波CFPWM圓形旋轉(zhuǎn)磁場SVPWM正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)以正弦波作為逆變器輸出的期望波形，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波（Carrie

13、r wave），并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波（Modulation wave ），當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而 獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列，這種調(diào)制方法稱做正弦波脈寬調(diào)制（SPWM） o轉(zhuǎn)速開環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：由于系統(tǒng)本身沒有自動(dòng)限制起制動(dòng)電流的作用，因此頻率設(shè)定必須通過給定積分算法產(chǎn)生平緩的升速或降速信號。轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律：在較小的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行段上，轉(zhuǎn)矩Te基本上與-s成正比，當(dāng)Te達(dá)到其最大值Tem時(shí)，達(dá)到臨界值:.-.smo通用變頻器一般分為哪幾類 ？ 在選用通用變頻器時(shí)主要按哪些方面進(jìn)行考慮？答：通用變頻器通常分為簡

14、易型、多功能型、高性能型等三類。在選擇變頻器時(shí)，一般根據(jù)用途和需要進(jìn)行選擇，主要從變 頻器的類型、性能和功能、容量的大小及輸岀電流大小等幾方面來進(jìn)行考慮。基于動(dòng)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)交流電機(jī)不同模型等效的原則是什么？試以電流為例寫岀三相靜止坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的過程 答：不同電動(dòng)機(jī)模型彼此等效的原則是：在不同坐標(biāo)下所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢完全一致。變換過程如下:1）三相-兩相變換（3/2變換），三相靜止繞組 A、B、C和兩相靜止繞組a、B之間的變換;1_232idcosiqsin 甲sini：.cos i 12）兩相-兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換），兩相靜止繞組a、B到兩相旋轉(zhuǎn)繞組d、q之間的變換2.按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想是什么？通過坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中，得到等效的直流電動(dòng)機(jī)模型，仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈，然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的控制量反變換得到三相坐標(biāo)系的對應(yīng)量，以實(shí)施控制。由于變換的是矢量，所以可稱做矢量變換，相應(yīng)的控制系統(tǒng)稱為矢量控制（Vector Control, VC）系統(tǒng)或按轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制（Flux Orientation Control,FOC系統(tǒng)