交流电机控制技术I复习
一、判断题
1. 间接变频装置的中间直流环节采用大电感滤波的属于电压源变频装置。（×）
2. 恒磁通变频调速协调控制原则是U/f为常数（√）
3. 异步电动机矢量控制中，MT坐标系的电磁量是直流量。（√）
4. 在矢量控制中以定子A轴为参考轴的坐标系是dq坐标系。（×）
5. 交交变频器输出电压频率与输入电网电压的频率相同。（×）
6. 交-交变频器的最大输出频率是50Hz。（×）
7. 规则采样法的采样区间是等宽的（√）
8. 在矢量控制理论中ABC和αβ是静止坐标系，MT是旋转坐标系。（√）
9. 矢量控制采用的是转子磁场定向的控制方法。（√）
10. 180°导电型的三相桥式逆变电路在任意区间有3只开关管同时导通.（√）
二、选择题
从（A）、（B）、（C）、（D）中选择正确的答案，填入下面各题的（）中：
1. 变频技术中正弦脉冲宽度调制的英文缩写是（C ）
A．PIC B. IPM C. SPWM D. GTR
2．基频以下变频调速时为了维持最大转矩恒定，在较低频率时应适当提高（ B ）。
A.定子电流
B.定子电压
C. 电源频率
D. 电机转速
3. 由D触发器构建的环形分配器，如果在任意时刻都有2个Q端输出1，则可得到宽（ A ）的六路脉冲输出。
A.120°
B. 180°
C. 150°
D. 不确定
4. 对变频器调速系统的调试工作应遵循先（ A ）的一般规律。
A 、先空载、后轻载、再重载
B 、先轻载、后空载、再重载
C 、先重载、后轻载、再空载
D 、先轻载、后重载、再空载
5. 120°导电型的三相桥式逆变电路的换流是在（ A ）之间进行的。
A. 相邻相的上桥臂或者下桥臂
B. 相邻相的上下桥臂
C. 同一相的上下桥臂
D. 不确定桥臂
6. 电流型变频器带异步电动机在电动状态下运行时，变频器的逆变器处于（ B ）状态。
A. 空载
B.逆变
C.截止
D.无法确定
7.变频调速系统控制单元通过（ B ）得到控制脉冲的高低电平。
A. 锁相环
B. 比较器
C. 函数发生器
D. 极性鉴别器
8. 在PWM 变频调速过程中，保持载波比r c f f =常数时，称为（ C ）调制方式。
A ．异步 B. 分级异步 C. 同步 D. 不能确定
9．谐波消除法就是适当安排开关角，在满足输出（ B ）的条件下，消除不希望有的谐波分量。
A. 基波电流
B. 基波电压
C. 基波频率
D. 基波相位
10．余弦交截法就是用一系列余弦同步（ C ）波和模拟量基准电压波的交点去决定整流器中相应晶闸管的控制角的方法。
A. 电流
B. 频率
C. 相位
D. 电压
三、填空题
1.按照VT1~VT6顺序导通逆变器主开关为三相异步电动机提供变频电源，ABC 三相的下桥臂开关编号分别是（ VT4 ），（ VT6 ），（ VT2 ）。
2．变频调速时，在（ 基频 ）以下通常采用恒磁通变频调速，其协调控制原则为U/f 等于（ 常数 ）；在（ 基频 ）以上一般采用恒功率变频调速，其协调控制原则为（ U/√f ）等于常数。基频以下调速时为了维持最大转矩恒定，在频率较低时应适当提高（ 定子电压 ）。
3. 变频器按变换的环节分为（ 交—交变频器 ）和（ 交—直—交变频器 ）；前者称为（ 直接式变频器 ），
后者称为（间接式变频器）。
4.变频器按（直流环节储能元件不同）分为电流型变频器和电压型变频器。
5.三相异步电动机的调速方法主要有：（变极调速）、（变频调速）、（改变转差率调速）等。
6．三相异步电动机的制动方法主要有：（再生制动）（能耗制动）（反接制动）。
7．占空比按正弦规律变化的脉宽调制方法叫做（正弦波脉宽调制）（SPWM）
四、分析判断
1. 异步电动机SPWM变频调速系统原理框图如下，根据其控制原理将给定序号填入对应的单元。（如：给定积分器填数字7）
①绝对值运算器；②三角波发生器；③比较器；④压控振荡器；⑤三相正弦波发生器；⑥函数发生器；⑦给定积分器；⑧极性鉴别器；⑨倍频器；⑩输出电路。
2.按空间矢量的定义，画出ABC坐标系下的定子电流空间矢量。
2.
五、简述题
1. 什么是PWM 技术？
（1）对逆变电路开关器件的通断进行控制，（2）用输出端宽度不等的脉冲获得正弦波形。
2. 简述间接变频调速系统主电路的主要单元的作用。
答：整流环节作用、中间直流环节作用、逆变环节作用。
A
答案：
一、判断题
１Ｘ２√３√４Ｘ５Ｘ６Ｘ７√８√９√１０√
二、选择题
1C,2Ｂ,3Ａ,4Ａ,5Ａ,6Ｂ,7Ｂ,8C,9Ｂ,10 C
三、填空
1.VT4，VT6，VT2
2．基频，常数，基频，U/√f ，定子电压。
3. 交—交变频器，交—直—交变频器，直接式变频器，间接式变频器。
4.直流环节储能元件不同
5.变极调速变频调速改变转差率调速
1
6. 再生制动，能耗制动，反接制动。
7. 正弦波脉宽调制（SPWM）
四、分析判断
1. 异步电动机SPWM变频调速系统原理框图如下，根据其控制原理将给定序号填入对应的单元。（如：给定积分器填数字7）
2、
A
六、简述题要点
1.答题要点：（1）对逆变电路开关器件的通断进行控制，（2）用输出端宽度不等的脉冲获得正弦波形。
2.答题要点：整流环节作用、中间直流环节作用、逆变环节作用。
浅析交流伺服电机的矢量控制 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）关于交流电机的矢量控制技术，有很多论文与各种文章介绍。但多用难解的公式与坐标来记述，如果没有扎实的数学和控制等理论基础的话，相信大家有同感比较难理解。日笃君尽量用简单易懂的图解与计算来聊聊电机的构造，静止坐标与旋转坐标的变化，矢量控制，伺服控制等电机驱动技术。 在聊控制之前，为了更好理解控制，我们先来看看电机的构造。实时应用的电机构造很复杂，但可以简单的理解成：电机由装在里面的转子与装在外面的定子构成（也有相反的电机），转子里面一般放入永久磁石，定子里面一般缠绕铜线。然后在中间插入中轴来带动驱动物体。 电机技术经过百年的发展，形成了如上的各种分类。电机上使用的磁石属于稀有金属，产量主要分布在中国，近年由于稀土材料的价格高腾，工业界正在积极研究如何减少稀土的使用量，保持性能的同时降低产品成本，是企业也更是工程师永远的课题。如今实际应用中，同步电机得到广泛的采用。 同步电机又以磁石所装入的部位，主要分类为SPM（表面磁石）和IPM（内部磁石）： SPM电机由于控制简单，早起被工业界所采用，但是这种电机由于磁石装在转子的表面，所以可以利用的动力主要来源于自身的表面磁石。 IPM电机由于可以利用磁石与磁石周围励磁的动力，产生高密度的能量，而且可以通过构造的工夫减少稀土的使用量，所以今年得到更广泛的应用。 下面进入正题，聊聊交流电机的控制问题。
机械电气控制及自动化 一、单项选择题（本大题共30分，共 10 小题，每小题 3 分） 1. 对转速负反馈调速系统，其反馈电压（） A. 正比于电机功率 B. 正比于 电机转矩 C. 正比于电机的电枢电压 D. 正比于电机转速 2. PLC不宜用于以下（）场合。 A. 运动控制 B. 系统集成 C. 数据处理 D. 通讯 3. 已知某电机的理想空载转速为3000r/min，在额定负载下的转速为 2700r/min，该电机调速的静差度值S为（） A. 12 B. 0.1 C. 0.2 D. 1 4. RST的作用是（） A. 用于计数器、移位寄存器的复位 B. 实现电路块的 串联连接 C. 移位寄存器移位输入指令 D. 使该步序作空操作 5. 在未来的工业生产中，机器人、CAD/CAM将成为实现工业自动化的三大支 柱。（） A. CIMS B. 自动控制 C. 继电接触器控制 D. PLC 6. 以下关于调压调速，说法错误的是( ) A. 机械特性的斜率不变 B. 可实现 无极调速 C. 平滑性好 D. 调速范围较窄 7. 以下反馈方式中，属于软反馈的是（） A. 电流截止负反馈 B. 转速负反 馈 C. 电压微分负反馈 D. 电压负反馈 8. 低压电器是指工作电压在交流( )以下或直流1200V以下的各种电器。 A. 1500V B. 800V C. 1000V D. 2000V 9. 变频调速是以一个频率及( )可变的电源，向异步（或）同步电机供电，从 而调节电动机转速的方法。 A. 频率 B. 电流 C. 相序 D. 电位 10. 以下关于机械电气控制特点说法错误的是( ) A. 控制功能多、灵活性强 B. 设备制造周期短 C. 维护困难、成本高 D. 占用空间少、操作方便 二、多项选择题（本大题共30分，共 6 小题，每小题 5 分） 1. 下图中，有关说法正确的是（） A. 该移位寄存器的代号为M302 B. 该移位寄存器的代号为M300 C. 输入由接 在输入端的X400的状态决定 D. 输入由接在输入端的X402的状态决定 2. 关于输出继电器说法正确的是（）。 A. 有16个点输出 B. 有12个点输 出 C. 是用来专门将输出信号传送给外界负载 D. 每一输出继电器有多对常开 触头供外部使用 3. 降压起动的方法通常有（） A. 转子串电阻 B. 定子串电阻降压起动 C. 串自耦变压器 D. 星三角形换接起动 4. CNC系统软件中的数据处理一般进行（）处理 A. 刀具半径补偿 B. 速度 计算 C. 换刀 D. 主轴启停 5. 以下关于电压负反馈和电流正反馈调速系统说法正确的是（） A. 性能接 近于转速负反馈调速系统 B. 反馈电压与转速近似成正比 C. 机械性能优于电 压负反馈调速系统 D. 比转速负反馈调速更经济 6. 以下关于行程开关说法正确的是（） A. 又称限位开关 B. 额定电压交流 可达500V C. 额定电流5Ａ D. 主要用于控制线路中
一、判断题（共20道，每题2分） 1 题干 频率特性是线性系统在单位阶跃函数作用下的输出响应。 选择一项： 对 错? 2 题干 二阶振荡环节低频渐近线为0分贝线，高频渐近线为斜率为20dB/dec的直线。选择一项： 对 错? 3 题干 一阶惯性环节的转折频率为1/T。 选择一项： 对? 错 4 题干 积分环节的对数相频特性为+90°的直线。 选择一项： 对 错? 5 题干 对数幅频特性的渐近线与精确曲线相比，最大误差发生在转折频率处。 选择一项： 对? 错
6 题干 传递函数的极点和零点均在s平面左半平面的系统为最小相位系统。 选择一项： 对? 错 7 题干 控制系统的稳定性和系统自身的结构和参数及外输入有关。 选择一项： 对 错? 8 题干 最小相位系统的对数幅频特性和对数相频特性是一一对应的。 选择一项： 对? 错 9 题干 比例环节的幅相特性是平面实轴上的一个点。 选择一项： 对? 错 10 题干 （，和填空题60互斥）比例环节稳态正弦响应的振幅是输入信号的K倍，且响应与输入同相位。选择一项： 对? 错 11 题干 积分环节的幅值与ω成正比，相角恒为90°。
选择一项： 对 错? 12 题干 二阶振荡环节的对数幅频特性的低频段渐近线是一条-20dB/dec的直线，高频段渐近线是一条斜率为-40dB/dec的直线。选择一项： 对 错? 13 题干 系统对数幅频特性的高频段具有较大的斜率，可增强系统的抗高频干扰能力。 选择一项： 对? 错 14 题干 时滞环节不影响系统的幅频特性，但会影响系统的相频特性。 选择一项： 对? 错 15 题干 二阶振荡环节的输出信号相位始终是滞后输入，滞后的极限为90°。 选择一项： 对 错? 16 题干 （与单选第22小题互斥，）PI校正是相位超前校正。 选择一项： 对
锦州市机电工程学校 《电机与电气控制技术应用》 课程标准
《电机与电气控制技术应用》课程标准 一、课程简介 课程名称：《电机与电气控制技术应用》； 学时：96 授课对象：机电技术应用专业一年级学生； 课程性质：《电机与电气控制技术应用》是中等职业学校机电技术应用专业的一门核心专业课程，特点是理论与实践联系非常紧密，它是中职学生在实践中检验并加深理解所学理论知识，进而牢固掌握专业知识、提高实践动手能力的重要手段和途径。它不仅为《可编程序控制器技术及应用》等后续课程、集中实训和顶岗实习打下基础，而且为相关专业学生考取初、中级维修电工职业资格证书做准备。本课程的教学目的是让学生熟悉三相异步电动机及其电气控制系统的基本控制电路，具有电气控制系统的安装、调试和故障排除的基本能力。本课程的突出特征是理论教学与实际训练并重，要求理论必须与操作密切结合，强调技术应用。内容大致分为三相异步电动机正转、正反转、降压启动和制动等部分。教学应在电气控制实训室中进行，通过对典型工作任务完整工作过程的完成，培养学生的理论能力、实践能力、方法能力与社会能力，并养成良好自觉的职业习惯与素养。 前期课程：计算机应用基础、机械基础、电工技术； 同步课程：电子技术、机械制图； 后续课程：可编程序控制器技术及应用。
二、课程设计思路 （一）课程基本理念： 1.突出学生为主体，注重学生的能力培养 本课程在教学过程中，注重学生从事本专业工作所需的基本理论、基本方法和基本技能的学习，教学中注意激发学生的学习兴趣，在启发、提示下引导学生自主学习，提高学生的思维能力和实践技能，增强他们理论联系实际的能力，培养学生的自学能力，使他们在走上工作岗位后实现可持续发展。培养学生作为准职业人的良好职业习惯与素养。 2.改变传统教学方式，培养学生实践动手能力 本课程在教学过程中要打破传统的知识体系架构，重新建立以工作任务为引领的、任务驱动为导向的能力体系架构。通过对典型工作任务完整工作过程的完成，培养学生自主资讯、归纳总结、实践操作的能力，使学生学会如何在一个团队的工作中通过沟通与交流，形成工作方案并具体实施，以团队合作的方式完成项目工作的能力与经验。 3.尊重个体差异，看到学生进步，注重过程评价 本课程在教学过程中，倡导学生自主分析、积极思考，鼓励多元思维方式并将其表达出来，尊重个体差异。在教学评价过程中，多看到学生个体的进步，而不要对学生的要求搞“一刀切”，只要学生有进步，哪怕还较其他同学差些，但相对自己有了进步，教师就应及时鼓励，给予表扬，并在过程评价中予以体现，注重培养和激发学生的学习积极性和自信心。评价要遵循有利于促进学生的知识与技能掌握为原则，并能促进学生健康人格的发展。 （二）课程设计思路
异步电动机矢量控制系统仿真 1.异步电机矢量控制系统的原理及其仿真 1.1 异步电动机矢量控制原理 异步电机矢量变换控制系统和直接转矩控制系统都是目前已经获得使用的高性能异步电机调速系统，对比直接转矩控制系统，矢量变换系统有可以连续控制，调速范围宽的优点，因此矢量变换控制系统为现代交流调速的重要方向之一。 本文采用的是转子磁场间接定向电流控制型交流异步电机矢量控制系统[1]，如图1所示。 图1矢量变换控制系统仿真原理图 如果把转子磁链方向按空间旋转坐标系的M轴方向定向，则可得到按转子磁场方式定向下的三相鼠笼式异步电动机的矢量控制方程。 （1） （2） （3） （4）
（5） 上列各式中，是转子励磁电流参考值；是转差角频率给定值；是定子电流的励磁分量；是定子电流的转矩分量；是定子频率输入角频率； 是转子速度；是转子磁场定向角度；是转子时间常数；和分别是电机互感和转子自感。 图4所示控制系统中给定转速和实际电机转速相比较，误差信号送入转速调节器，经转速调节器作用产生给定转矩信号，电机的激磁电流给定信号根据电机实际转速由弱磁控制单元产生，再利用式（1）产生定子电流激磁分量给定信号，定子电流转矩分量给定信号则根据式（2）所示的电机电磁转矩表达式生成。、和转子时间常数Lr一起产生转差频率信号，和ωr相加生成转子磁场频率给定信号，对积分则得到转子磁场空间角度给定信号。和经坐标旋转和2/3相变换产生定子三相电流给定信号、和，和定子三相电流实测信号、和相比较，由滞环控制器产生逆变器所需的三相PWM信号。 1.2 异步电机转差型矢量控制系统建模 在MATLAB/SIMULINK环境下利用电气系统模块库中的元件搭建交流异步电机转差型矢量控制系统[2]，电流控制变频模型如图2所示。 图2 电流控制变频模型图 整个仿真图由电气系统模块库中的元件搭建组成，元件的直观连接和实际的主电路相像似，其中主要包括：速度给定环节，PI速度调节器、坐标变换模块、
中南大学现代远程教育课程考试复习题及参考答案 电气控制技术 一、填空题： 1.低压电器基本结构是、和灭弧装置。 2.在交流接触器的铁心上一定要安装，目的是。 3.直流电动机的调速方法有：1）改变调速、2）改变调速、3）调速等三种。 4.用Y-△降压起动时,起动电流为直接用△接法起动时的 ,所以对降低很有 效。但启动转矩也只有直接用△接法启动时，因此只适用于启动。 5.反接制动时，当电机接近于时，应及时防止。 6.伺服电动机为了防止“反转”现象的发生，采用的方法。 7.低压电器的基本结构是、、。 8.熔断器又叫保险丝，用于电路的保护，使用时应接在电路中。 9.机床电气控制是对控制对象进行控制。 10.电磁制动是使电动机产生一个与旋转方向的方法实现的；按其产生的制动转矩方法 的不同可分为：能耗制动、再生制动、反接制动。 11.摇臂钻床的主运动是主轴带着钻头的旋转运动；进给运动是主轴的垂直运动；辅助运动主要有三 种：。 12.电动机的降压起动控制电路主要有：、、自耦变压器及延边 三角形降压起动。 13.在电气控制原理电路图中常用到几种“锁”字电路，如自锁、以及顺序联锁等。 14.直流电机的调速方法有、、。 15.笼型异步电机的降压起动方法有：、、。 16.行程开关也称开关，可将信号转化为电信号，通过控制其它电器来控 制运动部分的行程大小、运动方向或进行限位保护。 17.接触器可用于频繁通断电路，又具有保护作用。 18.伺服电机又称电机，在自动控制系统中作为元件。它将输入的电压信 号变换成转矩和速度输出，以驱动控制对象。 19.速度继电器是用来反映变化的自动电器。动作转速一般不低于300r/min，复位转 速约在。 20.刀开关安装时，手柄要向装，不得装或装，否则手柄可能因动下落而引 起，造成人身和设备安全事故。接线时，电源线接在端，端接用电器，这样拉闸后刀片与电源隔离，用电器件不带电，保证安全。 二、判断题： 1.直流电动机的起动方法有直接起动、电枢回路串电阻起动降压起动。（） 2.中间继电器主要用途是：信号传递和放大，实现多路同时控制，起到中间转换作用。（） 3.热继电器和过电流继电器在起过载保护作用时可相互替代。（） 4.选用空气式时间继电器要考虑环境温度的影响。（） 5.一台额定电压为220V的交流接触器在交流220V和直流220V的电源上均可使用。（） 6.三相笼型异步电动机的电气控制线路，如果使用热继电器作过载保护，就不必再装设熔断器作短路 保护。（） 7.刀开关安装时，手柄要向上装。接线时，电源线接在上端，下端接用电器。（） 8.按钮用来短时间接通或断开小电流，常用于控制电路，绿色表示起动，红色表示停止。（） 9.交流接触器通电后如果铁心吸合受阻，将导致线圈烧毁。（） 10.交流接触器铁心端嵌有短路铜环的目的是保证动、静铁心吸合严密，不发生震动和噪声。（）
烟台汽车工程职业学院 <<工厂电气控制>> 课程标准 专业带头人：杜俊贤 系主任：林治熙 教学中心：信息自动化教研室 批准日期：二〇一一年八月 二〇一一年八月
目录 一、课程概述 (1) （一）课程性质.............................................................. 错误！未定义书签。（二）课程基本理念...................................................... 错误！未定义书签。（三）课程设计思路...................................................... 错误！未定义书签。 二、课程目标..................................................................... 错误！未定义书签。（一）总体目标.............................................................. 错误！未定义书签。（二）具体目标.............................................................. 错误！未定义书签。 三、内容标准 (4) （一）学习目标 (4) （二）活动安排 (4) （三）知识要点 (9) （四）技能要点 (9) 四、实施建议 (10) （一）教学建议 (10) （二）考核评价建议 (10) （三）教材编写建议 (11) （四）实验实训设备配置建议 (12) （五）课程资源开发与利用建议 (18) 五、其它说明 (19)
《运动控制系统》课程设计学院： 班级： 姓名： 学号： 日期： 成绩：
感应电机矢量控制系统的仿真 摘要：本文先分析了异步电机的数学模型和坐标变换以及矢量控制基本原理，然后利用Matlab /Simulink软件进行感应电机的矢量控制系统的仿真。采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、逆变器模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链观测器模块、速度调节模块、电流滞环PWM调节器，再进行功能模块的有机整合，构成了按转子磁场定向的异步电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明了该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强，验证了交流电机矢量控制的可行性和有效性。 关键词：异步电机；坐标变换；矢量控制；Simulink仿真 一、异步电机的动态数学模 型和坐标变换 异步电机的动态数学模型是一个 高阶、非线性、强耦合的多变量系统， 异步电机的数学模型由下述电压方 程、磁链方程、转矩方程和运动方程 组成。 电压方程： 礠链方程： 转矩方程： 运动方程： 异步电机的数学模型比较复杂， 坐标变换的目的就是要简化数学模 型。异步电机数学模型是建立在三相 静止的ABC坐标系上的，如果把它变 换到两相坐标系上，由于两相坐标轴 互相垂直，两相绕组之间没有磁的耦 合，仅此一点，就会使数学模型简单 了许多。 （1）三相--两相变换（3/2变换） 在三相静止绕组A、B、C和两相 静止绕组a、b 之间的变换，或称三相 静止坐标系和两相静止坐标系间的变 换，简称 3/2 变换。 （2）两相—两相旋转变换（2s/2r变 换） 从两相静止坐标系到两相旋转坐 标系 M、T 变换称作两相—两相旋转 变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表 示静止，r 表示旋转。
复习 一、填空 1、用热继电器对电动机进行过载及断相保护，其额定电流值应由热元件的最大额定电流值来确定。 2、自动空气开关在电路发生严重过载和短路或欠电压等故障时，能自动切断故障电路。 3、热继电器它是利用电流的热效应原理而动作的。它的发热元件应串接于电动机电源回路中。 4、电气原理图由主电路和控制电路组成。 5、电动机的正反转控制电路，在任何时候都只允许其中一组电路工作，因此必须进行互锁，以防止电源相间短路。 6、C650普通车床的主轴电动机容量为30KW，采用全压下的空载串电阻起动、能实现正、反旋转的连续运行，还能实现单方向的点动控制。 7、Z3040摇臂钻床运动部件较多，分别采用主轴电动机、冷却泵电动机、摇臂升降电动机和摇臂的夹紧与放松电动机拖动。 8、M7130型卧轴距台平面磨床的电磁吸盘控制电路可分为三个部分，分别是整流装置、控制装置和保护装置。 9、X62W卧式铣床的主轴变速可以在主轴不转时进行，也可在主轴旋转时进行，不需要再按下停止按钮。 10、凸轮控制器触点直接用来控制电动机主电路，所以要求触点_容量大_______，主令控制器触点只控制接触器，再由接触器控制电动机，所以触点容量较凸轮控制器触点容量小。 11、低压电器按操作方式分为手动电器和自动电器。由此可知，交流接触器属于自动电器，组合开关属于手动电器。 12、在接触器控制线路中，依靠自身的辅助触点保持线圈通电的环节叫自锁环节；串入 对方控制 线路的动断触点叫互锁触点。 13、固态继电器（SSR）是一种新颖的无触点开关，采用固体半导体元器件组装而成。 14、三相笼型异步电动机可以通过改变定子绕组磁极对数，电压频率
第2章 自动控制系统的数学模型辅导 [ 学习目标 ] 熟练掌握：传递函数的概念和性质，典型环节的传递函数； 掌握：利用系统动态结构图的等效变换来求取传递函数的方法； 了解：建立动态系统微分方程的一般方法 控制系统微分方程的建立 一. 机械系统 机械系统一般分为两大类，即直线运动系统和旋转运动系统，其基本组成器件是质量、弹簧和阻尼器等，支配机械系统的基本定律是牛顿运动定律和力、力矩平衡定律。 如图2-1所示为一具有弹簧、阻尼器的机械平移系统。当外力作用于系统时，系统产生位移为x o 。求该系统以x i (t)为输入量，x o (t)为输出量的运动微分方程式。 解 取A 、B 两点分别进行受力分析。 得 02B 0A A A i 1x k )x x f()x x (k =-=- 由 A 1A i 1x k )x x (k =- 解出01 2 i A x k k x x - = 代入B 等式，得 02001 2 i x k )x x k k x f(=-- 得 ()i 1021021x fk x k k x k k f =++ 式中：k1——弹簧1的弹性系数； k2——弹簧2的弹性系数；
f ——阻尼器的阻尼系数。 二. 电气系统 电气系统的基本元件是电阻、电容、电感以及电动机等，支配电气系统的基本定律是基尔霍夫电路定律。 图2-3为一具有电阻－电感－电容的无源网络，求以电压u 为输入，u c 为输出的系统微分方程式。 解 根据基尔霍夫电路定律，有 C u R i dt di L t u +?+? =)( 而 dt du C i c =，则上式可写成如下形式 2 2 u dt du RC dt u d LC C c c =++ 上式表示了RLC 电路的输入量和输出量之间的关系。 编写控制系统微分方程的一般步骤为： (l) 首先确定系统的输入量和输出量； (2) 将系统划分为若干个环节，确定每一环节的输入量和输出量。确定输入量和输出量时，应使前一环节的输出量是后一环节的输入量。 (3) 写出每一环节(或元件)描述输出信号和输入信号相互关系的运动方程式；找出联系输出量与输入量的内部关系，并确定反映这种内在联系的物理规律。而这些物理定律的数学表达式就是环节(或元件)的原始方程式。在此同时再做一些数学上的处理，如非线性函数的线性化。考虑忽略一些次要因素。使方程简化的可能性和容许程度。 (4) 消去中间变量，列出各变量间的关系式。设法消去中间变量，最后得到只包含输入量和输出量的方程式。于是，就得到所要建立的元件或系统的数学模型了。 非线性数学模型的线性化 线性化问题的提出 但实际上，自然界中真正的线性系统是不存在的。即使对所谓的线性系统来说，也只是在一定的工作范围内才保持真正的线性关系。许多机电系统、液压系统、气动系统等，在变量之间都包含着非线性关系。例如：元件的死区、传动的间隙和摩擦，在大输入信号作用下元件的输出量的饱和以及元件存在的非线性函数关系等等。因此，精确地反映各种因素对系统或元件的动态影响就变得很复杂，以致难于获得解析解。在这种情况下，就不得不首先略去某些对控制过程的进行不会产生重大影响的因素，以便使方程简化。此外，有时系统中所发生的过程是用非线性方程来描述的。这样，为了用线性理论对系统进行分析和设计，就必
《机床电气控制与PLC》（实训）课程标准 课程编码：0100023 课程类别：专业技术课程 适用专业：机电一体化（二年中专）课程所属系部：机电工程系学时：60 编写执笔人: 王荣华 审定负责人及审定日期： 1课程定位与设计思路 1.1 课程性质与作用 1.课程性质 《机床电气控制与PLC》课程是机电一体化（二年中专）专业的一门专业技术课，也是取得国家职业资格等级证书（维修电工）的核心课程。课程分为继电器控制技术、PLC技术两大部分，在教学中实施“教、学、做”一体化，将理论教学和实践教学有机结合，侧重于实践操作，直接面向职业岗位能力的培养，是学生求职就业的重要砝码。 2.课程作用 本课程以《电工电子技术基础》、《电机拖动基础》、《自动控制原理与系统》课程为前导课程，共同打造学生的职业能力，并为其相关专业课程《数控机床维修》、《机电一体化技术》等的学习提供基本理论和方法，在整个教学过程中起着承上启下的作用。为毕业生在未来的职业生涯中从初始低层次的生产线操作工向更高层次的维修电工、生产线维修工和设备管理员等岗位顺利迁移提供扎实的知识与技能准备。 1.2 课程设计思路
本课程标准以机电一体化（二年中专）专业学生的就业为导向，根据行业专家对专业所涵盖的岗位群进行的任务和职业能力分析，以培养学生的“学懂”和“会用”为基本目标，紧紧围绕工作任务完成的需要来选择和组织课程内容。为了充分体现任务引领、实践导向课程思想，将本课程的教学活动分解设计成若干工作任务，以任务为单位组织教学，引出相关专业理论知识，使学生在实践操作过程中加深对专业知识、技能的理解和应用。 2课程目标 2.1课程总体目标 通过对本课程的学习和训练，使学生熟悉电气控制与PLC的基础知识，培养电气控制与PLC基本应用(电动机点动、长动、正反转、Y-Δ启动等控制环节)的接线、编程、操作调试方面的技能，了解其所涉及的技术理论知识；初步培养电气控制与PLC高级应用项目(电梯控制、机械手控制系统等)的接线、编程、操作调试的技能，了解其所涉及的技术理论知识。培养学生分析、解决生产实际问题的能力，提高学生的学习能力、团队合作能力。 2.2 具体目标 1) 知识目标 (1)掌握电气控制基础知识； (2)掌握PLC技术基础知识； (3)掌握PLC编程软件的使用方法； (4)熟悉PLC的I/O端口分配及PLC外部接线和安装； (5)熟练掌握PLC的编程方法，特别是图形编程； (6)熟练应用基本指令、步进指令及部分功能指令； (7)掌握常用控制程序的编制方法及调试；
电力拖动课程结题报告 题目：异步电机的矢量控制系统 班级：K0312417 姓名：罗开元 学号：K031241723 老师：郎建勋老师 2015年 6月 22 日
前言 异步电机的矢量控制设计及仿真在矢量控制技术出现之前，交流调速系统多为V / f 比值恒定控制方法，又常称为标量控制。采用这种方法在低速及动态（如加减速）、加减负载等情况时，系统表现出明显的缺陷，所以交流调速系统的稳定性、启动、低速时的转矩动态相应都不如直流调速系统。随着电力电子技术的发展，交流异步电机控制技术全面从标量控制转向了矢量控制，采用矢量控制的交流电机完全可以和直流电机的控制效果相媲美，甚至超过直流调速系统。 矢量变换控制(以下简称VC)技术的诞生和发展为现代交流调速技术的发展提供了理论基础。交流电动机是一个多变量、非线性、强耦合的被控对象，采用了参数重构和状态重构的现代控制理论概念可以实现交流电动机定子电流的励磁分量和转矩分量之间的解耦，实现了将交流电动机的控制过程等效为直流电动机的控制过程。这就使得交流调速系统的动态性能得到了显著的改善和提高，从而使交流调速最终取代直流调速系统成为可能。实践证明，采用矢量控制方法的交流调速系统的优越性高于直流调速系统。矢量控制原理的出现也促进了其它控制方法的产生，如多变量解耦控制等方法。 七十年代初期，西门子公司的F .Blashke 和W .Flotor 提出了“感应电机磁场定向的控制原理”，通过矢量旋转变换和转子磁场定向，将定子电流按转子磁链空间方向分解成为励磁分量和转矩分量，这样就可以达到对交流电机的磁链和电流分别控制的目的,得到了类似于直流电机的模型,然后模拟直流电机进行控制，可以获得良好的静、动态调速性能。本文分析异步电机的数学模型及矢量控制原理的基础上, 利Matlab/Simulink 中SimPowerSystems 模块,采用模块化的思想分别建立了交流异步电机模块、矢量控制器模块、坐标变换模块、磁链调节器模块、速度调节模块, 再进行功能模块的有机整合, 构成了按转子磁场定向的异步 电机矢量控制系统仿真模型。仿真结果表明该系统转速动态响应快、稳态静差小、抗负载扰动能力强, 验证了交流电机矢量控制的可行性、有效性。 1.异步电机的 VC 原理 1.1 坐标变换 坐标变换的目的是将交流电动机的物理模型变换成类似直流电动机的模式，这样变换后，分析和控制交流电动机就可以大大简化。以产生同样的旋转磁动势为准则，在三相坐标 系上的定子交流电机A i 、B i 、C i ，通过3/2变换可以等效成两相静止坐标系上的交流电流 α i 和 β i ，再通过同步旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流 d i 和q i 。如果观察 者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的就好像是一台直流电动机。 把上述等效关系用结构图的形式画出来，得到图l 。从整体上看，输人为A ，B ，C 三相电压，输出为转速ω，是一台异步电动机。从结构图内部看，经过3／2变换和按转子磁链
一、填空题（每空1分，共30分） 1．交流接触器铁心上短路环的作用是：减小衔铁吸合时的振动和噪音。 2. 热继电器一般用于电动机的长期过载保护保护。接触器除通断电路外，还具有欠压和失压保护作用。 3. 三相鼠笼式异步电动机Y-△降压启动时启动电流是直接启动电流的 1/3 倍，此方法只能用于定子绕组采用△接法的电动机。 4. 要实现电动机的多地控制，应把所有的启动按钮并联连接，所有的停机按钮串联连接 5.交流接触器主要由触头系统、电磁系统、和灭弧系统组成。为了减小铁心的振动和噪音，在铁心上加入短路环。 6.欠电流继电器在正常工作电流流过线圈时，衔铁是吸合状态，而当流过线圈的电流小于整定电流时衔铁释放。 7.三相闸刀开关垂直安装时，电源端应在上方，负载端应在下方。 8.复合按钮的复位顺序为：常开按钮先断开，常闭按钮后闭合。 9.根据工作电压的高低，电器分为低压电器和高压电器。 10、热继电器是利用___电流的热效应原理来工作的保护电器，它在电路中主要用作三相异步电动机的__过载保护__。 11、接触器按其主触头通过电流的种类，可分为__直流___接触器和__交流___接触器。 12、继电接触器控制电路是由各种_按钮_、__行程开关___、_继电器_、_接触器_、__熔断器等元件组成，实现对电力拖动系统的起动、调速、制动、反向等的控制和保护，以满足对生产工艺对电力拖动控制的要求。 13、速度继电器主要用作_____反接制动_______控制。 14、机床电气控制系统是由许多电气元件按照一定要求联接而成，实现对机床的电气自动控制。为了便于对控制系统进行设计、分析研究、安装调试、使用和维护，需要将电气元件及其相互联接，用国家规定的_文字__、_符号和图形表示出来。这种图就是电气控制系统图。电气控制系统图包括：_电气原理图_、_电气元件接线图_、_电气元件布置图_三种图。 15、机床中最常见的降压起动方法有Y-转换、_定子绕组串电阻__和自耦变压器（补偿器）降压起动三种。 16、机床上常用的电气制动控制线路有两种即___反接制动___和__能耗制动________。 17、时间继电器是指__用来实现触点延时接通或延时断开的控制________的电器。 18、接触器按其主触头通过电流的种类，可分为__直流___接触器和__交流___接触器。 19、继电接触器控制电路是由各种_按钮_、__行程开关___、_继电器_、_接触器_、__熔断器等元件组成，实现对电力拖动系统的起动、调速、制动、反向等的控制和保护，以满足对生产工艺对电力拖动控制的要求。 20、热继电器是利用___电流的热效应原理来工作的保护电器，它在电路中主要用作三相异步电动机的_过载保护。 21、在机床电控中，短路保护用_熔断器_；过载保护用热继电器_；过电流保护用_过电流继电器_。 22、低压电器通常指工作在交流（1200）V以下，直流（1500）V以下的电路中，起到连接、（控制）、（保护）和调节作用的电器设备。 23、热继电器是专门用来对连续运行的电动机实现（过载）及（断相）保护，以防电动机因过热而烧毁的一种保护电器，通常是把其（常闭）触点串接在控制电路中。 24、在电气控制技术中，通常采用（熔断器）或（断路保护器）进行短路保护。 25、行程开关的工作原理和（按钮）相同，区别在于它不是靠手的按压，而是利用（生产机械运动部件的挡铁碰压）使触头动作。
《机电控制工程基础》第二章形成性考核册作业习题答案 1．什么是数学模型？ 描述系统在运动过程中各变量之间相互关系的数学表达式叫做系统的数学模型。正确2．建立控制系统数学模型的主要方法哪些？建立控制 系统数学模型的主要方法有解析法和实验法。 3．什么是系统的传递函数？在零初始条件下，输出量的拉氏变换与输入量的拉氏变换之比称为线性系统（或元件）的传递函数。 4．单位负反馈系统的开环传递函数为 G(s)，则其闭环传递函数是什么？ G(s) 单位负反馈系统的开环传递函数为G(s)，则闭环传递函数为 1?G(s) 5．二阶闭环系统传递函数标准型是什么？其中的变量有什么含义？ 二阶闭环系统传递函数标准型为?n2/(s2?2??n s??n2)，其中称?为系统的阻尼比，?n为无阻尼自振荡角频率。6．微分环节和积分环节 的传递函数表达式各是什么？ 微分环节：G?s??s。积分环节G?s? ?1 s 7．振荡环节包含两种形式的储能元件，并且所储存的能量相互转换，输出量具有振荡的性质。设振荡环节的输出量为x c，输入量为x r，其运动方程式和传递函数是什么？ 运动方程式为 T 2d 2 x c ? T dx c ? x? Kx dt 2k dt c 其传递函数为 G(s)? K T 2 s2? T s ?1 k 一、判断 1．传递函数只与系统结构参数有关，与输出量、输入量无关。正确 2．对于非线性函数的线性化方法有两种：一种方法是在一定条件下，忽略非线性因素。另一种方法就是切线法，或称微小偏差法。正确
3．在自动控制系统中，用来描述系统内在规律的数学模型有许多不同的形式，在以单输入、单输出系统为研究目标的经典控制理论中，常用的模型有微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性等。正确 4. 控制系统的稳态误差大小取决于系统结构参数和外输入。正确5．传递函数是复变量 s 的有理真分式，分母多项式的次数 n 高于分子多项式的次数 m，而 且其所有系数均为实数。正确 6．在复数平面内，一定的传递函数有一定的零，极点分布图与之相对应。正确 7．传递函数是物理系统的数学模型，但不能反映物理系统的性质，因而不同的物理系统不能有相同的传递函数。（错误）8．自然界中真正的线性系统是不存在的。许多机电系统、液压系统、气动系统等，在变量 之间都包含着非线性关系。正确9．实际的物理系统都是线性的系统。（错误）10．某环节的输出量与输入量的关系为y?t??Kx?t?，K是一个常数，则称其为惯性环节。 错误11.惯性环节的时间常数越大，则系统的快速性越好。（错误） 12．系统的传递函数分母中的最高阶若为 n，则称系统为 n 阶系统 13．已知线性系统的输入 x(t)，输出 y(t)，传递函数 G(s)，则Y(s)?G(s)?X(s)。正确14．线性化是相对某一额定工作点进行的。工作点不同，得到线性化微分方程的系数也不同。正确 15．若使线性化具有足够精度，调节过程中变量偏离工作点的偏差信号必须足够小。正确三、 设某系统可用下列一阶微分方程 T c&(t )? c (t )??r&(t )? r (t ) 近似描述，在零初始条件下，试确定该系统的传递函数。 C(s) ??s ?1 R(s) Ts ?1 四、如图所示为一具有弹簧、阻尼器的机械平移系统。当外力作用于系统时，系统产生位移为x。求该系统以x(t)为输入量，x(t)为输出量的运动微分方程式。
现代电气控制技术课程标准 课程名称：现代电气控制技术 对象：电气自动化、数控技术、机电一体化、机械制造等机电类专业 课时：144课时 课时分配表 四、学分：8 五、课程目标 可编程控制器PLC（Programmable Logic Controller）是采用微机技术的通用工业自动化装置。它以可靠性高、能适应恶劣环境、使用方便等优点，迅速占领了工业自动化控制领域，成为与机器人、CAD/CAM并称的工业自动化三大支柱。现代电气控制技术将传统的继电器控制技术、PLC技术、传感器技术、变频 器技术集于一体的课程，该课程的设置是为了满足现代工业设备控制的要求。本课程的培训是通过设置一个个项目并让学生来完成这些项目来达到培训目的。通过这些项目的练习，学生可将传统的继电器和可编程控制器的使用结合起来，并真正能应用到具体的设备案例中。同时也将变频器的功能以及如何更好的在设备中用变频器来进行调速积累一些经验。 六、设计思路 现代电气控制技术是一门理论性较深实践性较强的专业课程，课程教学的总 体思路是采用模块化的项目课程教学法，大部分课程应该在可编程控制器实训室、机电控制实训室进行，通过理论讲解、计算机仿真与实际操作一体化的综合训练方式，使学员能够在较短的时间内达到现代电气控制技术课程的目标。 七、内容纲要 项目一：PLC应用基础（课时：16）模块1：PLC概述、三菱PLC及仿真软件（2课
时） （1）工作任务 介绍PLC的定义、外部结构、分类、特点、应用领域及发展趋势，三菱PLC 及仿真软件简介。 （2）相关实践知识 电器常识、接线、PLC。 （3）相关理论知识 电路、电子的基础知识。 （4）拓展型理论知识 PLC 联网、存储器容量。 模块2：PLC 的结构与原理（2 课时） （1）工作任务 PLC 的结构；输入接口电路；输出接口电路；PLC 的工作原理；编程软件。（2）相关实践知识 PLC、线路连接、按钮开关、负载、计算机、编程软件。 （3）相关理论知识电路、光电耦合、晶体管、可控硅、周期扫描、梯形图、抗干扰。 （4）拓展型理论知识 光电隔离、电磁隔离、CPU、编程语言。 模块3：PLC 的应用、简例（2 课时） （1）工作任务 介绍PLC 的应用领域、PLC 的应用简例 （2）相关实践知识 PLC、按钮开关、编程等 （3）相关理论知识 CPU、仿真 （4）拓展型理论知识 PLC 的指令、常见PLC 的型号及性能指标（自习）模块4：PLC 的基本应用（4 课时）（1）工作任务 学习三菱PLC 基本指令及应用。 （2）相关实践知识 电器常识、车流控制。 （3）相关理论知识 三菱PLC 基本输入、输出、置位、复位、微分指令及应用。 （4）拓展型理论知识 逻辑控制、程序控制。 模块5：定时器（4 课时） （1）工作任务 用PLC 的定时器控制灯的点亮与熄灭，信号灯的闪烁控制。 （2）相关实践知识 定时器、灯、开关。 （3）相关理论知识 定时器控制。 （4）拓展型理论知识 定时器的精度。模块6：计数器（2 课时）（1）工作任务
低压电器是指在交流额定电压1200V，直流额定电压1500V及以下的电路中起通断、保护、控制或调节作用的电器。 主令电器自动控制系统中用于发送控制指令的电器。 熔断器是一种简单的短路或严重过载保护电器，其主体是低熔点金属丝或金属薄片制成的熔体。 时间继电器一种触头延时接通或断开的控制电器。 电气原理图是用来表示电路各电气元器件中导电部件的连接关系和工作原理的电路图 Y－△降压启动可使启动电流减少到直接启动电流的 1/3 。 在摇臂钻床控制线路中，对主轴摇内外立柱的加紧和放松使用的是下列哪种方法液压驱动是靠1台台进给电动机实现的 在使用反接制动控制电机时，要采用速度原则原则实现自动控制。 在平面磨床中，常采用电磁吸盘来固定加工工件。 在交流接触器的铁心上均装有短路环，它的作用是消除噪音和振动。 在降压启动控制中，不需要额外增加启动设备的方法有Y－△降压启动和延边三角形降压启动。 在机床电力拖动中，要求油泵电动机启动后主轴电动机才能启动，若用接触器KM1控制油泵电动机，KM2控制主轴电动机，则在控制电路中必须将KM1的动合触头串入KM2的线圈电路中 在反接制动控制线路中不是采用以时间为变化参量进行控制。 在电气控制线路设计时，急停按钮必须要用的颜色是红色，启动按钮必须用绿色。 在电路中起到触电和漏电保护的电器是漏电保护器。 在电动机正反转控制时，通常使用机械互锁或电气互锁。 在电动机控制电路中，是利用熔断器作为短路保护，利用热继电器作为过载保护。 由于电弧的存在，将导致电路的切断时间延长 用来表明各种电气设备在机械设备和电气控制柜中的实际位置的图是 依靠接触器自身的辅助常开触点使线圈保持通电的现象称为自锁。 依靠电器自身的辅助常闭触点使两个线圈相互牵制，只能有一个通电的现象称为互锁。 下列电器中不能实现短路保护的是热继电器 无断相保护的热继电器不能对电动机的断相提供保护。 自锁电路是利用输出信号本身联锁来保持输出的动作。 零压保护为了防止电网失电后恢复供电时电动机自行起动的保护叫做零压保护。 欠压保护在电源电压降到允许值以下时，为了防止控制电路和电动机工作不正常，需要采取措施切断电源，这就是欠压保护。 星形接法三个绕组，每一端接三相电压的一相，另一端接在一起。 三角形接法三个绕组首尾相连，在三个联接端分别接三相电压。 减压起动在电动机容量较大时，将电源电压降低接入电动机的定子绕组，起动电动机的方法。主电路是从电源到电动机或线路末端的电路，是强电流通过的电路， 辅助电路是小电流通过电路 速度继电器以转速为输入量的非电信号检测电器，它能在被测转速升或降至某一预定设定的值时输出开关信号。 继电器继电器是一种控制元件，利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力(有触头式)或使输出状态发生阶跃变化(无触头式) 热继电器是利用电流的热效应原理来工作的保护电器。 交流继电器吸引线圈电流为交流的继电器。 全压起动在电动机容量较小时，将电动机的定子绕组直接接入电源，在额定电压下起动。 电压电路两端的电位差
《机电控制工程基础》课程复习资料及参考答案 适用类别：电大成人脱产、成人业余 一、选择题： 1.作为控制系统，一般（） A A ．开环不振荡 B. 闭环不振荡 C. 开环一定振荡 D. 闭环一定振荡 2.当系统的输入和输出已知时，求系统结构与参数的问题，称为（） B A. 最优控制 B. 系统辩识 C. 系统校正 D. 自适应控制 3.反馈控制系统是指系统中有（） B A. 惯性环节 B. 反馈回路 C. 积分环节 D. PID 调节器 4.开环系统与闭环系统最本质的区别是（） A A.开环系统的输出对系统无控制作用，闭环系统的输出对系统有控制作用 B.开环系统的输入对系统无控制作用，闭环系统的输入对系统有控制作用 C.开环系统不一定有反馈回路，闭环系统有反馈回路 D.开环系统不一定有反馈回路，闭环系统也不一定有反馈回路 5. 若 f = sin5( t-2) ，则 L [ f (t) ]= （）A 5e 2s B.se 2 s C. se2 s D. 5e2s A ．2 252 25 2 25 2 25 s s s s 6.L [ t 2e-2t ] = （） C A. 1 B. 1 C. 22 2)3(s2) 3 D. (s a(s a)s3 7. 4 ，则 Lim f ( t) =（） B 若 F(s)= 2s 1t 0 A. 4 B. 2 C. 0 D. ∞ 8.下列函数既可用初值定理求其初始值又可用终值定理求其终值的为（）D A. 5 B.s C.1 D.1 251622 s2s2s s 9.线性系统与非线性系统的根本区别在于（）C A.线性系统微分方程的系数为常数，而非线性系统微分方程的系数为时变函数 B.线性系统只有一个外加输入，而非线性系统有多个外加输入 C.线性系统满足迭加原理，非线性系统不满足迭加原理