《运动控制系统》期末复习资料

运动控制系统期末复习资料修订第3版第1章绪论1. 什么是运动控制？电力传动又称电力拖动，是以电动机作为原动机驱动生产机械的系统的总称。运动控制系统是将电能转变为机械能的装置，用以实现生产机械按人们期望的要求运行，以满足生产工艺及其它应用的要求。2. 运动控制系统的组成：现代运动控制技术是以电动机为控制对象，以计算机和其它电子装置为控制手段，以电力电子装置为弱电控制强电的纽带,以自动控制理论和信息处理理论为理论基础，以计算机数字仿真或计算机辅助设计为研究和开发的工具。3. 运动控制系统的基本运动方程式：Jddtm=Te -Tl -Dm -Km16.运动控制系统期末复习资料修订第3版d：mdtj 机械转动惯量（kg m）-m 转子的机械角速度（rad/s） 土 一转子的机械转角（rad）Te 电磁转矩（N m）Tl 负载转矩（N mD阻转矩阻尼系数K扭转弹性转矩系数第2章转速反馈控制的直流调速系统1. 晶闸管-电动机（V-M ）系统的组成:纯滞后环节，一阶惯性环节。2. V-M系统的主要问题：由于电流波形的脉动，可能出现电流连续和断续两种情况。3. 稳态性能指标：调速范围D和静差率SoD =?（i-?）额定速降?，D =右?s=竺?4. 闭环控制系统的动态特性；静态特性、结构图？5. 反馈控制规律和闭环调速系统的几个实际问题，积分控制规律和比例积分控制规律。积分控制规律：匕=1 j切比例积分控制规律：稳态精度高，动态响应快6. 有静差、无静差的主要区别：比例调节器的输岀只取决于输入偏差量的现状；而积分调节器的输岀则包含了输入偏差量的全部历史。比例积分放大器的结构：PI调节器7. 数字测速方法：M法测速、T法测速、M/T法测速。8. 电流截止负反馈的原理：采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反 馈起作用控制转速。电流截止负反馈的实现方法：引入比较电压，构成电流截止负反馈环节9. 脉宽调制：利用电力电子开关的导通与关断，将直流电压变成连续可变的电压，并通过控制脉冲宽度或周期达到变压变频的目的。10. 直流蓄电池供电的电流可反向的两象限直流斩波调速系统，已知：电源电压 Us=300V斩波器占空比为 30%，电动机反电动势E=100V在电机侧看，回路的总电阻R=1Q。问蓄电池的电流Id是多少？是放电电流还是充电电流 ？答:因斩波电路输岀电压 u0的平均值：U0= pX Us=30%x 300=90 V -；芒Un =0,Un =5*第3章转速、电流反馈控制的直流调试系统1. 双闭环调速系统的组成： ASR（转速调节器）、ACR（电流调节器）、TG （测速发电机）、TA （电流互感器）、UPE （电力电子变 换器）2. 双闭环调速系统静特性：在正常运行时，为了实现电流的实时控制和快速跟随，希望电流调节器不要进入饱和状态。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。3. 起动过程分析：第I阶段电流上升的阶段、第 II阶段恒流升速阶段、第山阶段转速调节阶段转速调节器的作用：（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）输出限幅值决定电机允许的最大电流电流调节器的作用:（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外环调节器的输岀量变化。（2）对电网电压波动起及时抗扰作用。（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。4. 控制系统的动态性能指标：跟随性能指标和抗扰性能指标5. ASR和ACR均采用PI调节器的双闭环调速系统，Uim*=10V ,主电路最大电流ldm=100A，当负载电流由20A增加到30A时,试问： Ui*应如何变化？ Uct应如何变化？ Uct值由哪些条件决定？ 答：Ui*从2V增加到3Vo Uct略有增加。 Uct由转速n和负载电流ldl（稳态时即Id）决定。6. 在转速、电流双闭环调速系统中，岀现电网电压波动与负载扰动时，哪个调节器起主要调节作用？答：电网电压波动时，ACR起主要调节作用；负载扰动时，ASR起主要抗扰调节作用。7. 转速电流双闭环系统中，转速调节器、电流调节器的作用？答：转速调节器和电流调节器的作用：转速调节器ASR的作用。1）转速n跟随转速给定电压 Un*变化？稳态无静差。2）突加负载时转速调节器 ASR和电流调节器ACR均参与调节作用，但转速调节器ASR处于主导作用，对负载变化起抗扰作用。3）其输岀电压限幅值决定允许最大电流值。（2）电流调节器ACR的作用1）起动过程中保证获得允许最大电流。2）在转速调节过程中，使电流跟随其电流给定电压Un *变化。3）电源电压波动时及时抗扰作用，使电动机转速几乎不受电源电压波动的影响。4）当电动机过载、堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到安全保护作用。8. 直流调速系统有哪些主要性能指标？答：直流调速系统主要性能指标包括静态性能指标和动态性能指标两个部分。静态主要性能指标有阔速范围D、静差率sA nN。动态性能指标分成给定控制信号和扰动信号作用下两类性能指标。给定控制信号作用下的动态性能指标有上升时间tr，调节时间ts （亦称过滤过程时间）和超调量b%。扰动信号作用下的动态性能指标有最大动态速降厶 Nmax、恢复时间tv。第4章 可逆控制和弱磁控制的直流调速系统1. 直流PWM可逆系统的原理：改变 PWM变换器输出电压的正、负极性，使得直流电动机可以四象限运行。转速反向的过渡过程:电动机的平均电枢电流Id先从正向IdL降低为零日宀b然后从零上升到允许的制动电流-Idm，其大小受到电流环控制bTc接下来电动机工作在回馈制动状态，转速将减小到0，ctd从d点开始，直流电动机进入了反向起动状态dTe图中e点意味着转速要超调，转速环退保和，最终稳定工作在f点，电枢电流与负载电流相等eTf直流PWM功率变换器的能量回馈：PWM变换器的直流电源通常由交流电网经不可控的二极管整流器产生，并采用大电容C滤波，以获得恒定的直流电压，电容C同时对感性负载的无功功率起储能缓冲作用。2. V-M可逆直流调速系统的主回路结构：单组V-M系统的可逆运行（带位能性负载）、两组晶闸管反并联可逆 V-M系统防止环流的措施：采用封锁触发脉冲的方法，在任何时候，只允许一组晶闸管装置工作；采用配合控制的策略，使一组晶闸 管装置工作在整流状态，另一组则工作在逆变状态。为了抑制瞬时脉动环流，可在环流回路中串入电抗器。3.4.5.第5章1.2.3.4.5.6.7.8.9.第6章1.什么叫环流？有环流可逆系统和无环流可逆系统相比较，有何优缺点？并说明有环流可逆系统的适用场合。答：只限于两组晶闸管之间流通的短路电流称为环流。环流具有二重性，缺点是：环流会显著地加重晶闸管和变压器的负担，增加无功损耗，环流过大会损坏晶闸管，影响系统安全工作。环流有可供利用之处，在电动机空载或轻栽时，环流可以保证晶闸管装置工作在电流连续区， 避免了电流断续引 起的非线性状况对系统动、静态性能的影响。环流还具有保证可逆系统的电流实现无间断反向， 加快反向时的过渡过程之优 点。适用于中小容量系统，有较高快速性能要求的系统。论述逻辑无环流可逆晶闸管一直流电动机调速系统的由正向电动到反向电动的过程，如何实现电枢电流的反向？答：从正向电动到反向电动分别为四个阶段：本组逆变阶段，电流方向不变，电流减小它组整流阶段，反向电流建立，电流方向改变并迅速增大它组逆变阶段，电流方向与 2相同反向启动阶段，它组整流，电流方向与 3相同，包含反向转速上升、转速调节等阶段。基于稳态模型的异步电动机调速系统异步电动机的稳态数学模型:异步电动机的机械特性:ml3np-i2 Rrrs2 3n pU s RrS2 2+ Rr ) +S (Lls +Llr )交-直-交变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流。交-交变频器只有一个变换环节，把恒压恒频（CVCF的交流电源直接变换成 VVVF输出，因此又称直接变频器。PWM控制技术：控制逆变器中电力电子器件的开通和关断，输岀电压幅值相等、宽度按一定规律变化的脉冲序列，用这样 的高频脉冲序列代替期望的输岀电压。PWM技术：电压正弦波SPWM消除指定次数谐波SHEPWM电流正弦波CFPWM圆形旋转磁场SVPWM正弦波脉宽调制（SPWM）技术以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的正弦波作为调制波（Modulation wave ），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而 获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列，这种调制方法称做正弦波脉宽调制（SPWM） o转速开环变压变频调速系统的结构：由于系统本身没有自动限制起制动电流的作用，因此频率设定必须通过给定积分算法产生平缓的升速或降速信号。转差频率控制规律：在较小的稳态运行段上，转矩Te基本上与-s成正比，当Te达到其最大值Tem时，达到临界值:.-.smo通用变频器一般分为哪几类 ？ 在选用通用变频器时主要按哪些方面进行考虑？答：通用变频器通常分为简易型、多功能型、高性能型等三类。在选择变频器时，一般根据用途和需要进行选择，主要从变 频器的类型、性能和功能、容量的大小及输岀电流大小等几方面来进行考虑。基于动态模型的异步电动机调速系统交流电机不同模型等效的原则是什么？试以电流为例写岀三相静止坐标系变换到两相旋转坐标系的过程 答：不同电动机模型彼此等效的原则是：在不同坐标下所产生的磁动势完全一致。变换过程如下:1）三相-两相变换（3/2变换），三相静止绕组 A、B、C和两相静止绕组a、B之间的变换;1_232idcosiqsin 甲sini：.cos i 12）两相-两相旋转变换（2s/2r变换），两相静止绕组a、B到两相旋转绕组d、q之间的变换2.按转子磁链定向矢量控制的基本思想是什么？通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型，仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩与磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量，以实施控制。由于变换的是矢量，所以可称做矢量变换，相应的控制系统称为矢量控制（Vector Control, VC）系统或按转子磁链定向控制（Flux Orientation Control,FOC系统