运控交流(二)

绪论1、运动控制系统：以机械运动的驱动设备——电动机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。

工作原理：通过控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动机械的运动要求。

2、分类（1）按被控量分：以转速为被控量的系统——调速系统以角位移或直线位移为被控量的系统——位置随动(伺服)系统。

（2）按驱动电机的类型分：直流电机带动生产机械——直流传动系统交流电机带动生产机械——交流传动系统（3）按控制器类型分：以模拟电路构成的控制器——模拟控制系统以数字电路构成的控制器——数字控制系统（4）按控制系统中闭环的多少分：单环、双环、多环控制系统3、运动控制系统的功率放大与变换装置：一方面按控制量的大小将电网中的电能作用于电动机上，调节电动机的转矩大小，另一方面按电动机的要求把恒压恒频的电网供电转换成电动机所需的交流电或直流电；4、反抗性恒转矩负载不是转矩作用方向和运动方向相反吗？那为什么n>0时T>0,n<0时T<0?答：n>0,T>0 和n<0,T<0意味着电机目前处于正转电动和反转电动状态，这个和负载转矩没有关系。

第二章转速反馈控制的直流调速系统1、直流电动机的稳态转速调节转速方法Φ-=eKIRUn2、直流电动机点数两端的平均电压 三种改变输出平均电压的调制方法：（1）T 不变，变 ton —脉冲宽度调制(PWM)（2）ton 不变，变 T —脉冲频率调制(PFM)（3）ton 和 T 都可调，改变占空比—混合调制(两点式控制)。

当负载电流或电压低于某一最小值，开关器件导通，当高于某一最大值时，使开关器件关断。

3、UPE 是由电力电子器件组成的变换器，其输入接三组(或单相)交流电源，输出为可控的直流电压，控制电压为Uc 。

UPE 变换器的器件选择：中、小容量系统,多采用IGBT 或P-MOSFET 构成较大容量系统,采用GTO 、IGCT 电力电子开关器件特大容量系统,则常用晶闸管触发与整流装置4、 系统稳态参数计算例： 用线性集成电路运算放大器作为电压放大器的转速负反馈闭环直流调速系统如图1-28所示，s s ond ρU U T t U ==5、PID调节器的类型和功能比例微分(PD)：由PD调节器构成的超前校正,可提高系统的稳定裕度，并获得足够的快速性, 但稳态精度可能受到影响；比例积分(PI)：由PI调节器构成的滞后校正,可以保证稳态精度，却是以对快速性的限制来换取系统稳定的；比例积分微分(PID)：PID调节器实现的滞后—超前校正则兼有二者的优点,可以全面提高系统的控制性能，但具体实现与调试要复杂一些。

1、 直流电动机有哪几种调速方法，各有何特点？P7调节电枢供电电压；无级平滑调速、调速范围大减弱励磁磁通；无级平滑调速、调速范围小改变电枢回路电阻：有级调速2、 试写出调速范围和静差率的定义式，并推出两者之间的关系。

P21调速范围⏹ 生产机械要求电动机提供的最高转速n max 和最低转速n min 之比称为调速范围，用字母D 表示，即 ⏹ n max 和n min 是电动机在额定负载时的最高和最低转速， ⏹ 对于少数负载很轻的机械，也可用实际负载时的最高和最低转速。

静差率s⏹ 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Δn N 与理想空载转速n 0之比： ⏹ 用百分数表示⏹ 对于同一个调速系统，Δn N 值是定值。

⏹ 要求s 值越小时，系统能够允许的调速范围D 也越小。

⏹ 一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。

3、 试给出开环和转速闭环的转速降表达式，并说明为何闭环的调速范围大于开环？P30在同样的负载扰动下， 开环系统的转速降落 闭环系统的转速降落⏹ 如果电动机的最高转速都是n N ，最低速静差率都是s ，可得 开环时，闭环时， ⏹ 得到K 为闭环的开环放大系数，K>0，故闭环的调速范围大于开环。

4、 转速闭环无静差调速系统中，哪些干扰可以有效抑制，哪些不能有效抑制？为什么？P31 Φ-=e C IR U n min maxn n D =0n n s N ∆=%1000⨯∆=n n s N )1(s n s n D N N -∆=e d op C RI n =∆)1(K C RI n e d cl +=∆)1(s n s n D op N op -∆=)1(s n s n D cl N cl -∆=op cl D K D )1(+=被反馈环所包围的前向通道的扰动可以有效抑制，而反馈通道上的干扰不能有效抑制。

负载变化、交流电源电压的波动（使Ks 变化）、电动机励磁的变化（使Ce 变化）、放大器输出电压的漂移（使Kp 变化）、由温升引起主电路电阻R 的增大等，这些干扰都会影响到转速，都会被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小它们对稳态转速的影响。

第一部分运动控制复习要点（IRON）1、直流调速系统用的三种可控直流电源和各自的特点。

P21)旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。

2)静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。

3)直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。

2.电流连续和断续时，V-M系统机械特性的差别，电流断续有何不良影响。

P91）当电流连续时，特性还比较硬；断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。

2）电流断续给用平均值计算描述的系统带来一种非线性因素，也引起机械特性的非线性，影响系统的运行性能。

3、直流调速系统闭环静特性和开环机械特性的联系和区别（画图分析）。

P23~24a、闭环系统的静态特性可以比开环系统的机械特性硬很多；b、闭环系统的静差率比开环系统小得多；c、如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。

d、要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。

4、电流截止负反馈及其作用。

P28当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。

作用：限流保护，即解决反馈闭环调速系统启动和堵转时电流过大的问题。

5、比例调节器、积分调节器、比例积分调节器各自的控制规律和特点。

比例调节器：a、Uc=KpΔUn输出信号与偏差信号成比例；有差调节。

b、能迅速响应控制作用。

积分调节器：a、输出信号的速度与偏差信号成正比。

b、无静差调速。

比例积分调节器：a、稳态精度高，动态响应快；b、比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。

（控制规律即公式）6、无静差调速系统的稳态结构图和稳态结构参数关系。

P43无静差调速系统的稳态参数计算很简单，在理想情况下，稳态时Un=0，因而Un=Un*=α*n，即m ax*m axn n U =α（1-66），α为转速反馈系数（V.min/r ），Nmax 为电动机调压时的最高转速（r/min ），U*nmax 为相应的最高给定电压（V ）。

运动控制考试复习题及答案(完整版)一、填空题1、控制系统的动态性能指标是指跟随指标和抗扰指标，而调速系统的动态指标通常以抗扰性能指标为主2、直流电机调速方法有变压调速、电枢串电阻调速和弱磁调速。

异步电动机调速方式常见有6种分别是：降压调速、差离合调速、转子串电阻调速、串级调速和双馈电动机调速、变级调速、变压变频调速。

其中转差率不变型有：变级调速、变压变频调速，只有变压变频应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统。

同步电动机按频率控制方式不同分为：他控式变频调速和自控式变频调速。

（变电阻调速：有级调速。

变转差率调速：无级调速。

调压调速：调节供电电压进行调速）按按转差功率可以怎么划分电动机:转差功率消耗型、转差功率不变型、转差功率馈送型3、对于异步电动机变压变频调速，在基频以下，希望维持气隙磁通不变，需按比例同时控制定子电压和定子频率，低频时还应当抬高电压以补偿阻抗压降，基频以下调速属于恒转矩调速；而基频以上，由于电压无法升高，只好仅提高定子频率而迫使磁通减弱，相当直流电动机弱磁升速情况，基频以上调速属于恒功率调速。

4、对于SPWM型逆变器，SPWM的含义为正弦波脉宽调制，以正弦波作为逆变器输出的期望波形，SPWM波调制时，调制波为频率和期望波相同的正弦波，载波为频率比期望波高得多的等腰三角波，SPWM型逆变器控制方式有同步调制、异步调制、混合调制。

SPWM型逆变器的输出的基波频率取决于正弦波。

SPWM控制技术包括单极性控制和双极性控制两种方式。

5、调速系统的稳定性能指标包括调速范围和静差率6、供变压调速使用的可控直流电源有：旋转交流机组（G-M系统）、静止式可控整流器（V-M系统）与直流斩波器（PWM-M系统）或脉宽调制变换器。

7、典型I型系统与典型II型系统相比,前者跟随性能好、超调小，但抗扰性能差。

典型I型系统和典型Ⅱ型系统在稳态误差和动态性能上有什么区别？答：稳态误差：对于典型I型系统，在阶跃输入下，稳态时是无差的；但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与K值成反比；在加速度输入下稳态误差为∞。

1-3 （1）调速范围和静差率的定义是什么？（2）为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？ （3）调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？ 答：（1）调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比。

用字母Ｄ表示，即max minn D n =其中：n max 和n min 一般指电动机额定负载时的最高和最低转速；对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。

（2）静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率s ，即：N o n s n ∆=，或用百分比表示：100%N ons n ∆=⨯同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。

如果低速时的静差率能满足要求，高速时的静差率肯定也能满足要求。

所以静差率的要求以低速时的静差率为准。

（3）在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速n N 作为最高转速，取调速系统的静差率为最低转速时的静差率：min min N No N n n s n n n ∆∆==+∆，得到最低转速 min (1)N s n n s-∆=，则max min (1)N N n n s D n n s ==-这就是调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。

可见：∆n N 值一定时，对静差率s 要求越高（即要求s 越小），系统能够允许的调速范围也越小。

所以说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”。

结论：一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足静差率要求的转速可调范围。

1-5 某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min ，要求系统的静差率s≤2%，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？解：因min N N o N n n s n n n ∆∆==+∆，所以 min 1500.023.06(/min)110.02N n s n r s ⨯∆===-- 因1op cl n n K ∆∆=+， 所以 10011131.73.06op op cl N n n K n n ∆∆=-=-=-=∆∆1-8 转速单闭环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速，为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速，为什么？ 如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？ 答:（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。

1.热电偶测温原理：两根不同的导体或半导体，A,B组成闭合回路，当A,B相接的两个接点温度不同时，则在回路中产生一个电动势，称为热电动势。

包括接触电动势和温差电动势。

接触电动势产生在A，B的接触点上。

当两种不同导体AB接触时，由于材料与接触点温度的不同，在接触面产生自由电子扩散现象，从而在接触面上形成一个静电场，当到达动态平衡时，在导体间形成接触电动势；在同一导体中，由于两端的温度不同而产生自由电子的扩散，从而形成一个静电场达到平衡时，在导体两端产生温差电动势。

分类：普通型，铠装型，薄膜型。

③特点：性能稳定，复现性好，体积小，响应时间小，适用于500度以上，可在1600度下长期使用。

④冷端温度补偿：查表法（临时测温）仪表零点调整法（冷端温度稳定的场合）冰浴法（热电偶的检定）补偿电桥法（热电偶变送电路中）半导体PN结补偿法2.热电阻测温原理大多数电阻的阻值随温度而变化，若某材料具备电阻温度系数大、电阻率大、化学及物理性能稳定、电阻与温度的关系接近线性等条件，就可以作为温度传感元件用来测温，称为热电阻。

当导体和半导体的电阻值随温度变化时，测量它们的电阻值便可得出相应的温度。

分类：金属热电阻（铂R0=10、100Ω铜R0=50、100Ω）热敏电阻。

3.弹性式压力计①单圈弹簧管②多圈弹簧管③膜片④膜盒⑤波纹管选型：被测压力下限不低于量程的1／3；上限不高于量程的3／4（被测压力变化缓慢）或2／3（频繁）4.执行器：是自动控制系统中的操作环节，其作用是根据控制器送来的控制信号改变所操作介质的大小，将被控变量维持在所要求的数值上。

执行器按其操作介质的不同有多种形式，如自动调节阀、电磁阀、电压调整装置、电流控制器件、控制电机等。

5.气动调节阀由执行机构和调节机构组成，气动调节器分为气开式和气关式。

6.可控直流电源分为相控整流器和直流脉宽变换器。

7.单容过程只有一个储蓄容量的被控过程。

多容过程有一个以上储蓄容量的过程。

一、运动控制系统的定义与分类定义：以机械运动的驱动设备－－电动机为被控对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成的电力传动自动控制系统。

分类：（1）按被控物理量分：以转速为被控量的系统叫调速系统，以角位移或直线位移为被控量的系统叫随动系统（或伺服系统）。

（2）按驱动电动机的类型分：用直流电动机带动生产机械的为直流传动系统，用交流电动机带动生产机械的为交流传动系统。

（3）按控制器的类型分：用模拟电路构成控制器的系统为模拟控制系统，用数字电路构成控制器的系统为数字控制系统。

二、直流调速方法答：（1）调节电枢供电电压U；（2）减弱励磁磁通 ；（3）改变电枢回路电阻R。

三、常用的可控直流电源答：（1）旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。

（2）静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。

（3）直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压四、三种调速方法的性能与比较答：对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。

改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。

五、V-M系统的特点答：晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性。

在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级, 这将大大提高系统的动态性能六、V-M系统的问题答：（1）由于晶闸管的单向导电性，它不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难。

（2）晶闸管对过电压、过电流和过高的d V/d t与d i/d t 都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。

（3）由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”。