运动控制系统

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1、PWM系统的优点:a.主电路线路简单,需用的功率器件少;b开关频率高,电流容易连续,谐波少,电机损耗及发热都较小;c.低速性能好,稳速精度高,调速范围宽,可达1:10000左右;d若与快速响应的电机配合,则系统频带宽,动态响应快,动态抗扰能力强;e.功率开关器件工作在开关状态,导通损耗小,当开关频率适当时,开关损耗也不大,因而装置效率较高;f.直流电源采用不控整流时,电网功率因数比相控整流器高。

2、直流调速系统的稳态性能指标调速范围和静差率的定义是什么?调速范围,静态速降和最小静差之间有什么关系?答:调速范围:生产机械要求电动机提供的最高转速Nmax和最低转速Nmin 之比,用字母D 表示,即:D=Nmax/Nmin。静差率S:负载由理想空载增加到额定值时,所对应的转速降落ΔnN 与理想空载转速n0min之比,即:s=ΔnN/n0min。关系为:D=nN*s/ΔnN(1-s),由于在一定的nN 下,D 越大,Nmin越小,ΔnN 又一定,则S 变大。所以,如果不考虑D,则S的调节也就会容易。

3、在电压负反馈单闭环有静差调速系统中,当下列参数发生变化时,系统是否有调节作用,为什? 答:放大器的放大系数KP发生变化时系统有调节作用,因为它们的变化最终会影响到转速,减少他们对稳态转速的影响。当供电电网电压变化时系统有调节作用,因为电网电压是系统给定反馈控制系统完全服从给定。电枢电阻、电动机励磁电流、电压反馈系数a无调节作用,因为反馈控制系统所能抑制的只是被反馈包围的前向通道上的扰动。 4、为什么用积分控制的调速系统是无静差的?在转速负反馈调速系统中,当积分调节器的输入偏差电压ΔU=0时,调节器的输出电压是多少?它取决于那些因素?答: 使用积分控制时可以借助积分作用,使反馈电压Un与给定电压Un*相等,即使ΔUn为零Uc一样有输出,不再需要ΔUn来维持Uc,由此即可使输出稳定于给定值使调速系统无静差。当ΔUn=0时,调节器的输出为电压Uc,是对之前时刻的输入偏差的积累。它取决于ΔUn的过去变化,当ΔUn为正Uc增加,当ΔUn为负UC下降,当ΔUn为零时Uc不变。

5、转速、电流双闭环调速系统稳态运行时,两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少?为什么?答:两个调节器的输入偏差电压均为0,如果不为0则Uc和Ui*继续变化,就不是稳态。

转速调节器的输出电压为:Ui*=βId,电流调节器的输出电压为:Uc=自己写。

6、试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环。

调速系统的静态特性、动态限流性能、起动的快速性、抗负载扰动的性能、抗电源电压波

答:(1)单闭环:在系统稳定时实现转速无静差;双闭环:可实现转速无静差和电流无静差。

(2)单闭环:只能在超过临界电流Idcr后,限制电流冲击;双闭环:电流调节器通过电流反馈系数β随时调节控制电流。(3)单闭环:快、不平稳;双闭环:起动快、平稳。(4)单闭环:差;双闭环:强、靠ASR;(5)单闭环:差;双闭环:由电流内环ACR 及时调节。 7、在转速、电流双闭环调速系统中,两个调节器均采用 PI调节。当系统带额定负载运行时,转速线突然断线,系统重新进入后,电流调节器的输入偏差电压ΔUi是否为零?为什么?

答:转速和电流调节器的输出达到饱和为止,电流调节器的输入偏差电压ΔUi不为零,因为稳定后电流反馈依然为Ui=βId,只能增加电动机的转速达到新的平衡Udom=CeNmax+RId。

8、在转速、电流双闭环调速系统中,转速给定信号Un*未改变,若增大转速反馈系数α,系统稳定后转速反馈电压Un是增加、减少还是不变?为什? 答:Un不变。因为α增大,在达到新的稳定运行时,依然要是无静差系统,系统的转速下降,在达到同样的Un时稳定运行。

9、异步电动机从定子传入转子的电磁功率Pm 中,有一部分是与转差成正比的转差功率Ps ,根据对Ps 处理方式的不同,可把交流调速系统分成哪几类?并举例说明。

答:从能量转换的角度上看,转差功率是否增大,是消耗掉还是得到回收,是评价调速系统效率高低的标志。从这点出发,可以把异步电机的调速系统分成三类。转差功率消耗型调速系统、转差功率馈送型调速系统、转差功率不变型调速系统。

10、简述交流变压调速系统的优缺点和适用场合。 答:优点是线路简单,制作成本低廉;缺点是较功耗大,大功率有瓶颈。

11、简述恒压频比控制方式。

答:绕组中的感应电动势是难以直接控制的,当电动势值较高时,可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降,而认为定子相电压Us ≈ Eg,则得Us/f1=常值,这就是恒压频比的控制方式。

12、如何区别交—直—交变压变频器是电压源变频器还是电流源变频器?它们在性能上有什么差异?

答:根据中间直流环节直流电源性质的不同, 直流环节采用大电容滤波是电压源型逆变器。它的直流电压波形比较平直,理想情况下是一个内阻为零的恒压源,输出交流电压是矩形波或梯形波。直流环节采用大电感滤波是电流源型逆变器。它的直流电流波形比较平直,相当于一个恒流源,输出交流电流是矩形波或梯形波。性能差异:无功能量的缓冲、)能量的回馈、动态响应、输出波形、应用场合。

13、采用二极管不控整流器和功率开关器件脉宽调制(PWM)逆变器组成的交—直—交变频器有什么优点?

答:(1)在主电路整流和逆变两个单元中,只有逆变单元可控,通过它同时调节电压和频率,结构简单。(2)采用全控型的功率开关器件,只通过驱动电压脉冲进行控制, 电路也简单,效率高。(3)输出电压波形虽是一系列的PWM 波,但由于采用了恰当的PWM 控制技术,正弦基波的比重较大,影响电机运行的低次谐波受到很大的抑制,因而转矩脉动小, 提高了系统的调速范围和稳态性能。(4)逆变器同时实现调压和调频,动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响, 系统的动态性能也得以提高。(5)采用不可控的二极管,电源侧功率因素较高,且不受逆变输出电压大小的影响。

14、分别简述直接矢量控制系统和间接矢量控制系统的工作原理,磁链定向的精度受哪 些参数的影响?

答:直接矢量控制的工作原理:转速正、反向和弱磁升速。磁链给定信号由函数发生程序获得。转速调节器ASR的输出作为转矩给定信号,弱磁时它还受到磁链给定信号的控制。在转矩内环中,磁链对控制对象的影响相当于一种扰动作用,因而受到转矩内环的抑制,从而改造了转速子系统,使它少受磁链变化的影响。间接矢量控制的工作原理:采用磁链开环控制,系统反而会简单一些。在这种情况下, 常利用矢量控制方程中的转差公式,构成转差型的矢量控制系统,它继承了基于稳态模型转差频率控制系统的优点,同时用基于动态模型的矢量控制规律克服了它的大部分不足之处。转差型矢量控制系统的主电路采用了交-直-交电流源型变频器,适用于数千kW的大容量装置,在中、小容量装置中多采用带电流控制的电压源型PWM变压变频器。 磁链开环转差型矢量控制系统的磁场定向由磁链和转矩给定信号确定,靠矢量控制方程保证,并没有实际计算转子磁链及其相位,所以属于间接矢量控制。

15、在转差频率控制的变频调速系统中,当转差频率的测量值大于或小于实际值时,将给系统工作造成怎样的影响?答:在调速过程中,实际频率随着实际转速同步地上升或下降,有如水涨而船高, 因此加、减速平滑而且稳定。如果转速检测信号不准确或存在干扰,也就会直接给频率造成误差,因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。

16、试分析并解释矢量控制系统与直流转矩控制系统的优缺点。

答:两者都采用转矩(转速)和磁链分别控制,但两者在控制性能上却各有千秋。VC系统强调Te 与Ψr的解耦,有利于分别设计转速与磁链调节器;实行连续控制,可获得较宽的调速范围;但按Ψr 定向受电动机转子参数变化的影响,降低了系统的鲁棒性。DTC 系统则实行Te 与Ψs 砰-砰控制,避开了旋转坐标变换,简化了控制结构;控制定子磁链而不是转子磁链,不受转子参数变化的影响;但不可避免地产生转矩脉动,低速性能较差,调速范围受到限制。 卷纸

17、异步电动机的动态数字模型由哪些方程组? 答:由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。 18、简述双馈调速工作原理。 答:所谓“双馈”,就是指把绕线转子异步电机的定子绕组和转子绕组分别与交流电网或其他含电动势的电路相连接,使它们可以进行电功率的相互传递。 19、为什么转速反馈闭环系统中要采取限流保护?采取什么样的限流保护措施?

答:因为直流电动机全压启动或突加给定时,如果没有限流措施,会产生很大的冲击电流,这对电动机换向不利,对过载能力低的电力电子器件更是不允许的。措施:电流截止负反馈、电枢中串电阻启动、加积分给定环节。 20、电流调节器和转速调节器双闭环反馈直流调速系统中的作用。

答:电流调节器的作用:1.是电流紧紧跟随其给定电压U1*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,保证获得电动机允许的最大电流,从而加快动态过程 4.当电动机过载甚至堵转时,限制电枢电流的最大值,起快速自动保护的作用。故障能消失,恢复正常。转速调节器的作用:1.使转速n很快地跟随给定电压Un*的变化,稳态时可减小转速误差。2.对负载变化起抗扰作用3其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。

21、自动控制系统的动态性能指标有哪些?每个指标又包括哪些参数?

答:1.跟随性能指标,包括:上升时间Tr超调是6,峰值时间tp,调节时间ts。2.抗扰性能指标,包括:动态降落△Cmax,回复时间t0。

22、非典型系统的典型化过程中,对传递函数的近似处理有哪些环节?

答:1.商频段小惯性环节。2.商阶系统。3.低频段大惯性环节。

23、在转速电流双闭环调节系统中,若要改变电动机的转速,应调节什么参数?若要改变电动机的堵转电流应该调节什么参数?

答.改变转速调节给定电压Un=αn,改变转速调节器放大倍数Kn不行,改变Ks也不行,改变α行,改变堵转电流,调节电流反馈系数β。

24、在转速负反馈调速系统中,当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测速发电机励磁发生变化时,都会引起转速变化,问系统对上述各量有无调节能力?为什么? 答:当电网电压发生变化时,系统对其有调节能力。因为电网电压是系统的给定反馈,控制系统完全服从给定。负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时,系统对其有调节能力。因为它们的变化最终会影响到转速,都会被测速装置检测出来,再通过反馈控制作用减小它们的影响。测速发电机励磁各量发生变化时,它不能得到反馈控制系统的抑制,反而会增大被调量的误差。因为反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道的扰动。 25、在变压变频调速系统中,采用恒Eg/W1控制时,需要进行电压补偿,简述实现电压补偿的两种方法:答:一种是在微机中储存多条不同斜率和折线段的V/f函数,由用户根据需要选择最佳特性;另一种办法是采用霍尔电流传感器检测定子电流或直流回路电流,按电流大小自动补偿定子电压。 26、转速闭环转差频率控制的交流变压变频调速熊德静动态性能还不能完全达到直流双闭环系统的水平,存在差距的原因有哪些方面?答:1.在分析转差频率控制规律时,∮m恒定,是在稳态情况才成立,在动态中∮m不恒定。2.在Us=f(w1,Is)函数关系中只抓住了定子电流的恒值,没有控制到电流相位,而在动态中电流相位也是影响转矩变化的因素。3.在频率控制环节中,去W1=Ws+w,是W1与w同步升降。但在转速检测信号不准确定或存在干扰,就会直接给频率照成误差。

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