第2頁第2頁(共4頁)成 流調節器ACR的輸出Uc= 。一、 大學 ～ 學年春季學期試卷 績

6．在進行數字PI調節器設計時，為了減小系統退飽和超調量，位置式數字PI調二、 課程名：運動控制（一） 課程號： 學分：3三、應試人聲明：四、 我保證遵守《大學學生手冊》中的《大學考場規則，如有考試違紀、作弊行為愿意接《大學學生考試違紀作弊行為界定及處分規定的紀律處分五、應試人 應試人學號 應試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 九

節器必須同時設置 限幅和 限幅。7．雙閉環直流調速系統正向制動過程經歷四個階段，分別是 階段 階段， 階段， 階段。動態性能要求看，電流環性能為主，要求超調小，因此當按照典II型系統設計電流調節器時，為了減小電流超調量，需在 之后加入 ，并按照控制對象時間常數的4倍設置 。得分 9．在V－M開環調速系統中突加負載后又系統進入穩定運行時轉速n ，d0一．填充題（30分，每個填充1分： 電壓U 在轉速單閉環無靜差調速系統中突減負載又進入穩定運行時，d0d0某一調速系統，在額定負載下，最高轉速為 n0max=1500r/min，最低轉速為 轉速n ，控制電壓Uc ，電壓U 。(可用增加、減小、不變d0n0min帶額定負載時的速度降落nN且在不同轉速下額定降nN不變，則系統調速范圍 ，系統的靜差率是 。轉速單閉環調速系統對 的擾動有抑制作用，系

表示)10．PWM可逆直流調速系統制動過程中向 充電，產生 壓，這是直流PWM變換-電動機系統特有的能量回饋問題。（10分）II型系統的開環傳遞函數為W(s)

K(s1)，在如圖坐標系中統精度依賴于 和 的精度。 1)轉速閉環系統的擾動信號主要包括 擾動和 擾動可從電動 畫出典型II型系統對數幅頻特性漸近線（伯德圖，并分析系統待定參數K和積分時間機的勵磁，負載，放大器的溫漂，電網電壓，電樞電阻點中選擇)，對于I型系常數統能實現無靜差的關鍵是：必須在擾動作用（前后）含環L/dB節，當然此擾動是指階躍擾動。轉速、電流雙閉環調速系統中，調節 的限幅值可以調節系統

對系統穩定性、快速性影響。最大電流；調節

UPE的最大輸出電壓。

w/-1轉速、電流雙閉環調速系統中，轉速調節器ASR、電流調節器ACR均為PI調節器，電動機帶額定負載穩定運行時轉速調節器ASR的輸出Ui*= 。注：教師應使用計算機處理試題的文字、公式、圖表等；學生應使用水筆或圓珠筆答題。c（13分）M法、TM/TT，電Z個脈沖Z倍頻系數×編碼器光柵數c

（15分）有靜差的單閉環直流調速系統原理框圖如圖所示，（8）（4分）（3分）~00

，旋轉編碼器脈沖的計數值為M1

，高頻時鐘脈沖的計數值為M2

，說明三種

U* A U

IddUPE U Mdn（r/min）MT法的分辨率和誤差率，并說明三種方法的適用范圍。

n n cnUnU TGtg第3頁 (共4頁)五（12分）在轉速、電流雙閉環直流調速系統中，突加轉速給定時，起動過程可分 （1）計算電流反饋系數β，轉速反饋系數α（4分為三個階段，論述在不同的階段內，轉速和電流的變化規律及兩個調節器的作用； （2）畫出待設計轉速環動態結構圖（6分）并在下圖中畫出轉速、電流的過渡過程曲線。擬將轉速環設計成典型II（6分）請校核轉速超調量 %（4分）nn*n （計算時小數點后保留三位，若數值較小，應保留三位有效位）3456734567872.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%0 C /Cmac btId IdmIdL

附2：轉速、電流雙閉環系統動態結構圖：0（20分=5.5kw，NU=220V，I=28A，n=1460r/min，Ra=0.8Ω,允許電流過載N N N倍數λ=1.6，T=0.048s，T=0.185s，主電路采l m用三相橋式整流電路，觸發整流環節的放大倍數 Ks=35，整流電裝置內阻R=1.3Ω，T=0.0017s,rec sASR和ACR均采用PI調節器，最大輸入、輸出電壓均為8V，電流反饋濾波

=0.015s。電流調節器已按典oi on型I型系統中KT=0.25設計好，電流環的靜動態指標均已滿足要求?，F要求轉速穩態無靜差，且電動機空載起動到額定轉速時的超調量n10%第1頁 (共4頁)成 流調節器ACR的輸出

=(RI

CU

/)/K。大學 ～ 學年春季學期試卷 績課程名：運動控制（一） 課程號： 學分：3應試人聲明：愿意接受《大學學生考試違紀、作弊行為界定及處分規定》的紀律處分。應試人 應試人學號 應試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分六、填充題（301分：某一調速系統，在額定負載下，最高轉速為n0max=1500r/min，最低轉速為n0min=150r/min，帶額定負載時的速度降落nN=15r/min，且在不同轉速下額定速降nN不變，則系統調速范圍11 ，系統的靜差率是0.1 。轉速單閉環調速系統對_被負反饋包圍的前向通道 的擾動有抑制作用，系統精度依賴于 轉速給定 和 轉速反饋 的精度。

c dN e n sPIPI器必須同時設置輸出限幅和積分限幅。_正向電樞電流衰減 階段， 反向電樞電流建立 階段，_恒流制動 階段，_轉速調節 階段動態性能要求看，電流環以跟隨 性能為主，要求超調小，因此當按照典型II型系統設計電流調節器時，為了減小電流超調量，需在_電流給定 之后加入_低通濾波，并按照控制對象時間常數的4倍設置濾波時間常數。V－Mn下降Ud0nUc_減小Ud0()PWM濾波電容__泵升電壓，這是直流PWM變換器-電動機系統特有的能量回饋問題。（10分）II型系統的開環傳遞函數為W(s)Ks，在如圖坐標系中s2(Ts畫出典型II（伯德圖K和積分時間常數轉速閉環系統的擾動信號主要包括負載擾動和電網電壓擾動(可)I前（前后含有_積分環節，當然此擾動是指階躍擾動。轉速、電流雙閉環調速系統中，調節_轉速調節器ASR的限幅值可以調節系ACR_的限幅值可以調節UPEASRACRPI

對系統穩定性、快速性影響。

6分（1）T通常為系統的固有參數， 比T大ASRUi*=IdN。電注：教師應使用計算機處理試題的文字、公式、圖表等；學生應使用水筆或圓珠筆答題。

得越多，系統的穩定性越好2分（）在一定時，改變K變了截止頻率cK（2分）第2頁 (共4頁)（13分）M法、TM/TTc，電Z個脈沖Z倍頻系數×編碼器光柵數f0，旋轉編碼器脈沖的計數值為M1，高頻時鐘脈沖的計數值為M2n（r/min）M法

（15）有靜差的單閉環直流調速系統原理框圖如圖所示，（8）（4分）（3分）~IdT法的分辨率和誤差率，并說明三種方法的適用范圍。

U* A Un n U

UPE U Mdnd答：M法：在一定的時間Tc

內，測取旋轉編碼器輸出的脈沖個數M1

來算出轉速。 n

U TGtg轉速n

60M1

60 ，分辨率： ，誤差率：

100% ，適用于高速分）ZT ZT Mc c 1

（）系統包括電動機，電子電子變換器（可調直流電源，比例調節器，測速反饋環節3分）T法：在編碼器兩個相鄰脈沖的間隔時間內，測高頻時鐘脈沖個數M來算出轉速。2

5分）

IdR60fn

，分辨率： Zn2 或

60f0

)，誤差率：

1 100% ，適

* Δ 1 nUUUUEn nUUUUEZM 60f2

Zn ZM(M2 2

1)

M 12

c d0 CeUne用于低速（5分）M/T法：既檢測M ，也檢測M ，兩個計數器同時開啟或關閉計數。 α1 260fMn 0 1

轉速降落n RI

，其中K為系統開環放大倍數，K

KK（分）2p s2dNZM dN2

C(1K) Ce e可適用的速度范圍廣 （3分）

增大，經過比例調節器和電力電子變換器作用，提高電源輸出電壓Ud0，使得開環機械特性上移，減（2分）（3）系統啟動和堵轉時電機會過流分。因此時轉速為0輸出控制電壓很大，電源輸出很大的電壓加在系統回路電阻上，該電阻一般很小，從而導致啟動和堵（2）第3頁 (共4頁)五（12分在轉速電流雙閉環直流調速系統中突加轉速給定時起動過程可 分 （1）計算電流反饋系數β，轉速反饋系數α（4分為三個階段，論述在不同的階段內，轉速和電流的變化規律及兩個調節器的作用； （2）畫出待設計轉速環動態結構圖（6分）并在下圖中畫出轉速、電流的過渡過程曲線。起動過程可分為三個階段：電流調節器不飽和。電流調節器起跟隨作用，使電流很快上升（3分）

擬將轉速環設計成典型II（6分）請校核轉速超調量 %（4分）n（計算時小數點后保留三位，若數值較小，應保留三位有效位）附1：典型二型系統抗擾性能指標與參數的關系：h 3 4 5 6 7 8器不飽和，起限制最大電流的作用（3分）轉速調整階段：轉速超調，轉速調節器退飽和，電流由最大值下降到負載值。

C /Cmac

72.2% 77.5% 81.2% 84.0% 86.3% 88.1%轉速調節器為主調節器，電流調節器起跟隨作用（3分）（3分）

附2：轉速、電流雙閉環系統動態結構圖：U* 8（20分=5.5kw，N

答（） Idm

1.6

0.179V/A （2分）U=220V，I=28A，n=1460r/min，Ra=0.8Ω,允許電流過載N N N

U* 8l 倍數λ=1.6，電磁時間常數T=0.048s，機電時間常數T=0.185s，主電路采 l 用三相橋式整流電路，觸發整流環節的放大倍數 Ks=35，整流電裝置內阻

nmmax

14600.00548 Vmin/ （2分）R=1.3Ω，T=0.0017s,rec s

（2）電流調節器按典型I型系統設計，ASR和ACR均采用PI調節器，最大輸入、輸出電壓均為8V，電流反饋濾波TT=0.015s

KT 0.25，

T

0.0020.00170.0037oi on

I i

i oi snIKT=0.25轉速穩態無靜差，且電動機空載起動到額定轉速時的超調量10%n

K 67.567s1（2）分I待設計的轉速環動態結構框圖（4分）

IdL(s)

第4頁 (共4頁)校驗近似條件（2分）轉速環截止頻率為KnU1n

ASR

U

1/

Id(s)

R n(s)

w

K

175.949*0.1120.938s2)iTons+1i（3）轉速調節器設計

1s+1IKITons+1

CeTms

cn w N n1電流環傳遞函數簡化條件：

1 KIKI67.5673 T1 KIKI67.5673 T3T30.0037W (s)

k(n

s1)n

cni iASR sn

轉速環小時間常數近似處理條件：T 1KI

T 0.0298on

1 K 1 67.567 I 22.37 按超調較,抗擾較好原則，取h=h取其它值亦可，但超調更大，方法正確即得分，則ASR 3 T的 on

3 0.015 cn超前時間常數為 （4）校核超調量

4(1T

)0.119 n

k on

max77.5%轉速環開環增益：h1 5

帶額定負載啟動時z=1，由附1查得C ，b得轉速退飽和超調量K N

175.94(2)2 2*42*0.0292

T

28*(0.81.3)0.135

0.02982* maxz N n* 11.9%n C Tb m

1460 0.185CUNe

I RN nN

220280.81460

超調量略大約設計要求，為此可減小過載倍數（4分）T eKen

2hRT

m 8.14780.005482.10.0298 WASR

8.147(0.119s0.119s

（4分）第3頁第3頁(共4頁)成大學 ～ 學年學期試卷 績課程名：運動控制 課程號： 學分：應試人聲明：愿意接受《大學學生考試違紀、作弊行為界定及處分規定》的紀律處分。應試人 應試人學號 應試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分一、填充題（共35空，每空1分，共35分）從能量轉換的角度來看調壓調速屬于轉差功率 型而目前廣泛使的變壓變頻調速屬于轉差功率 型。

6．異步電機的動態數學模型是一個多變量、高階、、 系統，其定、轉子間的互感將隨著轉子 的變化而變化，可通過 簡化動態數學模型，變化的原則是產生的 相等7．與直流調速系統類似，按照轉速、轉矩變化規律轉差頻率控制系統的起動過程分為 、 與 三個階段。兩電平逆變器共有八個基本輸出矢量包括六個 和兩個 在一個旋轉周期內，每個有效工作矢量依次作用一次生旋轉磁場，在直流母線電壓一定時，可通過插入 保持變頻調速時的磁鏈幅值最大值不變。為了形成接近圓形旋轉磁場逆變器需采用 （SPWM，CFPWM，SVPWM）控制。．計算轉子磁鏈的模型有 模型和 模型，其中 模型易受轉子電阻變化影響。2．異步電動機進行變壓變頻調速時，可通過

補償控制保持轉子磁通

10.異步電動機由三相平衡電壓供電，定子磁鏈旋轉矢量ψs

e，忽略定子s恒定，此時穩態機械特性是 態性能。

，這正是高性能交流調速系統所要求的穩

u電阻壓降，則定子電壓矢量

。異步電動機變頻調速時需要 和

當負載增大時，轉速開環變壓變頻調速系統進入穩態時轉速降落 ，電磁轉矩 ，因此只能用于調速性能要求不高場合（增大、減小、不變）用的交流可調電源是由 。

構成的靜止式功率變換器，一般稱為

二異步電動機采用調壓調速畫出在UU 和U時的機械特性并分析N N以頻率與期望的輸出電壓波相同的 波作為調制波以頻率比期望高得多的 波作為載波，由它們的交點確定逆變器開關器件的通斷時刻，從而獲得高度 、寬度 的脈沖序列，這種制方法稱作SPWM。

帶恒轉矩負載工作時系統的穩定工作范圍。（6分）s

的范圍內，轉矩基本上與 成正比，條件是 ，這是轉差頻率控制的基本思想。因此在轉差頻率控轉速閉環控制系統中轉速調節器的輸出為 。注：教師應使用計算機處理試題的文字、公式、圖表等；學生應使用水筆或圓珠筆答題。m三．從氣隙磁場m

E出發（寫出表達式

SVPWMU1

f1m

位于第一扇區時合成電壓空間矢量的表達式，s

f 較低時，定子電壓

應如何調整。作出定子電壓、氣隙

（12分）1m1N1113磁場 隨頻率變化的特性曲線，畫出不同頻率下的機械特性（畫4 條1m1N1113f f f11 12

f

為額定頻率（14分）3/五．三相坐標系變換到兩相靜止坐標系的變換矩陣為C 3/

六．論述矢量控制的基本思想，并畫出等效的直流電動機模型。（12分）

I cos(wt)

I cos(wt2)

I cos(wt2)，A m B

3 C m 3

和

s，比較三相電流與兩相靜止坐標系中電流的頻率、幅值及相位。（9分）1 12 2

12 cos()cos()2sinsin提示3/2

30

，3 32 2第4頁 (共4頁)七．第I扇區的定子磁鏈與電壓空間矢量圖如圖所示，定子磁鏈矢量ψs1位于前

定子磁鏈矢量ψ1位于前30定子磁鏈幅值 轉矩30與d

同向，忽略定子電阻壓降對磁鏈幅值的影響，并假定 u1電流的變化足夠快，分析8個電壓空間矢量對定子磁鏈幅值的控制作用（增大、 u2減小、不變）和對轉矩的控制作用（增大、減小、不變、反向，并論述直接轉 u矩控制的基本原理（12分） 3uu u 43 2 u1u u 514uu u5 6 6ψs2 u u uu u3 2d ψ 4 u

0， 7u u15 6u,u為零矢量0 7第1頁 (共4頁)成 6．異步電機的動態數學模型是一個多變量、高階、 _非線性

、強耦合大學 ～ 學年學期試卷 績課程名：運動控制 課程號： 學分：應試人聲明：愿意接受《大學學生考試違紀、作弊行為界定及處分規定》的紀律處分。應試人 應試人學號 應試人所在院系

的系統，其定、轉子間的互感將隨著轉子 位置 的變化而變化，可通過_坐標變換(或3/2變換和旋轉變) 簡化動態數學模型，變化的原則是產生的 旋轉磁動勢（磁動勢） 相等。7．與直流調速系統類似，按照轉速、轉矩變化規律轉差頻率控制系統的起動過程分為 轉矩上升 、_恒轉矩加速 與 轉速調節 三個階段。8．兩電平逆變器共有八個基本輸出矢量，包括六_有效矢量 和兩個零矢量題號 一 二 三 四 五 六 七 八 九

_，在一個旋轉周期內，每個有效工作矢量依次作用一次生成_正六邊形得分一、填充題（共35空，每空1分，共35分）從能量轉換的角度來看調壓調速屬于轉差功率_消耗 型而目前廣泛使

旋轉磁場，在直流母線電壓一定時，可通過插入 零矢量 保持變頻調速時的磁鏈幅值最大值不變。為了形成接近圓形旋轉磁場逆變器需采 （SPWM，CFPWM，SVPWM）控制。用的變壓變頻調速屬于轉差功率 不

型。

9．計算轉子磁鏈的模型有 電壓 模型和 電流 模型，其中2．異步電動機進行變壓變頻調速時，可通定子）電

補償控制保持轉

電流 模型易受轉子電阻變化影響。子磁通恒定，此時穩態機械特性是_直線

，這正是高性能交流調速系統所要

10.異步電動機由三相平衡電壓供電，定子磁鏈旋轉矢量ψs

ej1t，忽略定子s求的穩態性能。

u j 3．異步電動機變頻調速時需要 電壓

和 頻率

均可變的交流電

電阻壓降，則定子電壓矢量s

es 1

2 。源，常用的交流可調電源是由_電力電子器件 構成的靜止式功率變換器一般稱為 變頻器 。

當負載增大時，轉速開環變壓變頻調速系統進入穩態時轉速降增大 電磁轉矩 增大 因此只能用于調速性能要求不高場合（增大減小不變以頻率與期望的輸出電壓波相同的 正弦 波作為調制波以頻率比期望波高得多的 等腰三角 波作為載波由它們的交點確定逆變器開關器件的通

UUN

和U

時的機械特性，并分析N斷時刻，從而獲得高度 相等 、寬度_按正弦規率變化 的脈沖序列，這種調制方法稱作SPWM5

帶恒轉矩負載工作時系統的穩定工作范圍。（6分）帶恒轉矩負載時系統的穩定工作范圍為．在s sm（或

）的范圍內，轉矩基本上與

轉差頻率

成正比，

n (1S0

)n （2分）0條件是 氣隙磁通恒定 ，這是轉差頻率控制的基本思想。因此在轉差頻率控制轉速閉環控制系統中轉速調節器的輸出為 轉差頻率（給定值） 。注：教師應使用計算機處理試題的文字、公式、圖表等；學生應使用水筆或圓珠筆答題。

分第2頁 (共4頁)m三．從氣隙磁場m

E出發（寫出表達式

四．對兩電平逆變器采用SVPWM控制，開關周期為T0，電壓空間矢量的六個扇區頻調速系統在基頻以下和基頻以上工作時定子電壓U 電源頻1

fm

位于第一扇區時合成電壓空間矢量的表達式，s

f 較低時，定子電壓U

應如何調整。作出定子電壓、氣隙

（12分）1m111磁場 隨頻率變化的特性曲線，畫出不同頻率下的機械特性（畫4 條，1m111f f f11 12

f

為額定頻率（14分）1N131N13E 4.44Ng

fk ΦNS

（1分）基頻以下調速原則：Φm恒定，Uf1同時增大或同時減小。即：Eg4.44Nf 1

k ΦNS

常值

（5）EgU

u解： s

t1 u1

t2 u2

ucosju

sin

2）降，認為定子相電壓U≈Eg,，則有

s常值。為恒轉矩調速。低頻時適當提f1

T0 T0ss高定子電壓，補償定子阻抗壓降。 （4）ss

u T U f1NU≤UsN，最多只能

有效矢量

t1

s0sin( 1U 31d

d為直流母線電壓，

升高，減少氣隙磁通Φm，使定子電壓U=U 保

u為合成矢量與

的夾角（2）sN 1

sN 1持不變，電機轉速升高，為恒功率調速。 （3分）

2uTnnU ns m 13恒轉矩調速 恒功率調速 基以

有效矢量

u t 作用時間：2 Ud

0sin

（2）U nsN 1N

固有特性

t Ttt基頻 mNmU ms

e低頻補償后特性e

零矢量作用時間：0

0 1 2 （1）0 f

（3分） 0

（3分）第3頁 (共4頁)五．三相坐標系變換到兩相靜止坐標系的變換矩陣為C3/2，現有三相正弦對稱

六．論述矢量控制的基本思想，并畫出等效的直流電動機模型。（12分）

I cos(wt)

I cos(wt2)

I cos(wt2)，A m B

3 C m 3

解：矢量控制的基本思想是通過坐標變換和按轉子磁鏈定向，可以得到等效的直流電動機模型。通過按轉子磁鏈定向，將定子電流分解為勵磁分量ism和轉矩分量ist，使轉

和

s

子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產生，而電磁轉矩正比于轉子磁鏈和定子電流轉矩分量的乘（9分）

1 1 2 2

12 cos()cos()2sin

對應量，以實施控制。3/2

30

3 32解：

2

ii sA3/2

ism旋轉

mLrmLp1i

1 N2N

1i2A

iB 變換 is

r變換（VR）i L T s 3

i

i st n m e npi N 3

3 B

pL Jps 2

2 2C rCTLCi 2(i 1i 1i)s 3 A 2B 2C

2(i 1i)3 A 2A

3i 3I cost3 2A 2m

（6分）

等效直流電動機模型i 2( 3i 3i)

2 3

cost2cost2s 3 2 B 2

3 2

3 3 2 3I[2sinsin2]

I sint

3I )3 2 m

3 2m

2m 2頻率不變,幅值變為

32,120°90°（3）第4頁 (共4頁)七．第I扇區的定子磁鏈與電壓空間矢量圖如圖所示，定子磁鏈矢量ψs1位于前

定子磁鏈矢量ψ1位于前30（7分）定子磁鏈幅值 轉矩30與d

同向，忽略定子電阻壓降對磁鏈幅值的影響，并假定 u 增大 反向1電流的變化足夠快，分析8個電壓空間矢量對定子磁鏈幅值的控制作用（增大、 u 增大 增大2減小、不變）和對轉矩的控制作用（增大、減小、不變、反向，并論述直接轉 u 減小 增大矩控制的基本原理（12分） 3u 減小 增大u u3 21u u14uu5 6ψs2 u u

4u 減小 反向5u 增大 反向6uu 不變 減小 u3 2d ψ 4 u

0， 7u u15 6u,u為零矢量0 7解：直接轉矩控制的基本原理是根據定子磁鏈幅值偏差的符號和電磁轉矩偏差的符號，再依據當前定子磁鏈矢量所在的位置，直接選取合適的電壓空間矢量，減小定子磁鏈幅值的偏差和電磁轉矩的偏差，實現電磁轉矩與定子磁鏈的控制。（5）第PAGE3第3頁(共5頁)成大學～ 學年季學期試卷(A) 績課程名：運動控制系統（一）課程號： 學分：應試人聲明：愿意接受《大學學生考試違紀、作弊行為界定及處分規定》的紀律處分。應試人 應試人學號 應試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分一．簡答題（22：（6分主要擾動是哪兩個？

（7分）PI少？輸出各為多少？穩態時兩個調節器的輸出分別取決于哪些因素?（5分）組成部分如下圖所示。請說明框圖中(1)-(5)所代表的組成部分。（4分）PI調節器時域表達式可寫成u(t)

e(t)K P I

e(t)dt，采樣周期為

，sam

+（1） （2） （3）-（5） （4）ku(k)行限幅。注：教師應使用計算機處理試題的文字、公式、圖表等；學生應使用水筆或圓珠筆答題。二．分析及問答（51%）（11分）PWM變換器-等優點。PWM變換器供電的開環直流調速系ρ=0.（6分）UdUs之間的關系，如何實現電機的（2分）PWM（3分）UAB

（15分負載穩定運行在給定轉速，收到停車指令后進入制動狀態，制動過程可分為四個階段，按時間順序，論述在不同的階段內轉速和電流的變化規律，分析0 t 不同階段兩個調節器的作用，并在下圖中畫出轉速、電流的過渡過程曲線。idIdIdL0 t 0t-Idm2．（共15分）在V-M開環直流調速系統、轉速單閉環有靜差直流調速系統和 n轉速單閉環無靜差直流調速系統中，突減負載后又進入穩定運行時，三種系統的轉速、電樞電流、整流裝置輸出的電壓將如何變化，并簡單說明原因。0t三．計算及設計(27%)1（12分）轉速單閉環控制系統采用比例調節器作為轉速調節器，系統已知數據如下：電動機：PN

10kW，UN

，IN

55A，nN

1500r/，4（10分）＝1024，采

R 0.5PWM變換器內阻R 0.1 PWM變換器的放大倍數K 22。，a rec s，TC=0.005f0=1[MHz][轉/分]，如采用M/T法測速：

最大給定電壓U*nm

8V，當主電路電流達到最大值時，整定電流反饋電壓Uim

8V。M/T法測速原理示意圖(形關系)（6分）

D25s。（1）試畫出系統的原理圖和靜態結構圖（5分；M/T（4分）

，額定負載時，開環系統的穩態速降

，滿足靜差率要求時，e op閉環系統的穩態速降Δncl（2分；轉速反饋系數 ，調節器放大系數Kp（2分；（3分）第4頁 (共5頁)2（15分）PWM變換器供電的轉速、電流雙閉環調速系統,已知電動機參數為：PN

=5.5kw，UN

=220V，IN

=28A，nN

=1490r/min，電樞回路電阻R=0.6Ω,允許電流過載倍數λ=2Tl=0.01sTm=0.185s8KHzKs=67Rres=0.1Ω，Un*10V，ASRACRPI8VToi=0.0001sIKT=0.25。設計要求：靜態指標：轉速無靜差動態指標：帶額定負載起動到額定轉速時的轉速超調量低于3%。計算電流反饋系數β，轉速反饋系數α。求電流環等效傳遞函數。設計轉速調節器（不校驗近似條件。校核超調量。(計算時小數點后保留3位，若數值較小時，應保留3位有效位)典型Ⅱ型系統動態抗擾性能指標與參數的關系3434567891072.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%2.452.702.853.003.153.253.303.4013.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85C /Cmax bt /Tmt /Tv轉速、電流雙環系統動態結構圖：第1頁 (共5頁)成上海大學2015～2016學年秋季學期試卷(A) 績課程名：運動控制系（一）課程號：09365148學分： 3應試人聲明：我保證遵守《上海大學學生手冊》中的《上海大學考場規則應試人 應試人學號 應試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分二．簡答題（22：

（7分）轉速、電流雙閉環調速系統中，轉速調節器和電流調節器均為調節器，電動機帶一半額定負載穩態運行在額定轉速時，兩個調節器的輸入偏差電壓分別為多少？輸出各為多少？穩態時兩個調節器的輸出分別取決于?答：轉速調節器的輸入U 0（1分，n（6分調速系統的穩態性能指標有哪兩項？動態性能指標有哪兩項？調

轉速調節器穩態輸出UIi dL

（1分）,取決于負載大小(1分)速系統的主要擾動是哪兩個？（2分（2分

電流調節器的輸入Ui

0（1分，穩態輸出Uc

Cn e

R Ks

dN2 （1分）,取電網電壓波動（2分。

決于負載和轉速給定.(2分)（4分調節器時域表達式可寫成u(t)K e(t)K P I

e(t)dt

2．（5分）運動控制系統以各類電機為控制對象，用框圖的形式描述運動控制系統sam為T ，寫出離散化后采用位置式的差分方程第k拍輸出u(k)，并說明sam

基本組成部分如下圖所示。請說明框圖中(1)-(5)所代表的組成部分。何對該調節器進行限幅。u(k)Ke(k)KT

ke(i)

e(k)

(k)

+（1） （2） （3）-答：位置式差分方程

P I

P I （2分。限幅Ke(k)P

KTI

e(k

i)uI

(k1)

（5） （4）時需要對輸出和積分同時限幅（2分）注：教師應使用計算機處理試題的文字、公式、圖表等；學生應使用水筆或圓珠筆答題。

控制器功率變換單元電動機（4）傳感器（5）信號處理第2頁 (共5頁)三．分析及問答（51%）（11分）PWM變換器-等優點。PWM工作在一般電動狀態下的瞬時電壓、平均電壓、瞬態電流、反電動勢波形，其中變換器采用雙極式控制，占空比ρ=0.（6分）UdUs（2分）PWM（3分）電機電樞電壓平均值Ud=（2ρ-1）US（1分）當ρ1/20，電機兩端平均電壓為正，電機正轉，當ρ1/2〈0，電機兩端平均電壓為負，電機反（1分）W(s) s

（3分2分）壓也下降3流裝置輸出電壓會降低，以便電壓平衡，產生更小的電樞電流（2分） （15分負載穩定運行在給定轉速，收到停車指令后進入制動狀態，制動過程可分為四個階段，按時間順序，論述在不同的階段內轉速和電流的變化規律，分析不同階段兩個調節器的作用，并在下圖中畫出轉速、電流的過渡過程曲線。答：起動過程可分四個階段：s Ts12分，與相控整流器 節器由不飽和到飽和電流調節器一般不飽和電流調節器起跟隨作用使電s的本質區別是時間常數更小（1分）（15分）V-M轉速單閉環無靜差直流調速系統中，突減負載后又進入穩定運行時，三種系統的轉速、電樞電流、整流裝置輸出的電壓將如何變化，并簡單說明原因。答：在V-M開環系統中，突減負載后又進入穩定運行時，電機轉速上升，電樞電流降低，整流裝置輸出電壓不變分壓不變，輸出電壓也不變，但減載后轉速上升，電樞電流減小，以便與負載平衡（2分）

流快速下降。（3分）反向電樞電流建立：電流反向增加到（3分）3）恒流制動：電流維持最大值不變，轉速按線形規律下降，一直到停止。轉速調節器一直處于飽和狀態。為了克服反電勢的擾動，電流略小于最大值。電流調節器不飽和，起限制最大電流的作用。（3分）（3分）第3頁 (共5頁)（2）.M/T法測速：（3分）

60fn

M1（2分）適用于高低速段（2分）ZMI 2I0 ttt012n

t t3 4 t

四．計算及設計(27%)1（12分）轉速單閉環控制系統采用比例調節器作為轉速調節器，系統已知數據如下：電動機：PN

10kW，UN

，IN

55A，nN

1500r/min，t t R R 0.1a 。PWM 變換器內阻rec ，PWM 變換器的放大倍數4（10分）＝1024，采TC=0.005f0=1[MHz][轉/

K U*s

8V，當主電路電流達到最大值時，整定電流反饋分]M/T法測速：

電壓Uim

D25s。M/T法測速原理示意圖(應包含編碼器輸出脈沖、時鐘脈沖與采樣脈沖波

試畫出系統的原理圖和靜態結構圖（5分；形關系)（6分）

，額定負載時，開環系統的穩態速降

，滿足靜差率要求時，e opM/T（4分）

閉環系統的穩態速降Δncl（2分；轉速反饋系數 ，調節器放大系數K

p（2分；答（1.M/T法測速既檢測編碼器輸出脈沖個數M ，也檢測高頻時鐘脈沖M ，兩1 2（2分原理示意圖

（3分）（1）系統的原理圖如下圖所示：~U* A Un n cUn

IddUPE U Mdn（3分）

U TGtg（4分）第4頁 (共5頁)系統的穩態結構框圖（2分） 2（共15分）有一PWM變換器供電的轉速、電流雙閉環調速系統,已知電動機參P數為：PUNU

=5.5kw，U

=220V，I

=1490r/min，電樞回路電阻R=0.6Ω,允KUn* ΔUnKUn

p c

Ud0

NNNIdRNNNE 1Ce

許電流過載倍數λ=2，電磁時間常數Tl=0.01s，機電時間常數Tm=0.185s，變換n 開關頻率8KHz，的放大倍數Ks=67，整流電裝置內阻Rres=0.1Ω，額定轉速時給定電壓Un*為10V，ASR和ACR均采用PI調節器，飽和輸出電壓均為8V，電Toi=0.0001s。電流調節α IKT=0.25。設計要求：靜態指標：轉速無靜差（2）Ce

N

IRN

)/nN

0.128v/分）

動態指標：帶額定負載起動到額定轉速時的轉速超調量低于3%。n Iop n

R/C 55(0.50.1)/0.128257.8125r/enNs 15000.16.667 r/min

（1分）

計算電流反饋系數β，轉速反饋系數α。求電流環等效傳遞函數。設計轉速調節器（不校驗近似條件。Cl (1s)D 25(10.1)

（1分）

校核超調量。nk ncl

1

257.812516.667

（1分）

(計算時小數點后保留3位，若數值較小時，應保留3位有效位)典型Ⅱ型系統動態抗擾性能指標與參數的關系（3）*n（3）*n

8 0.005v/rpm

h34567834567891072.2%77.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%2.452.702.853.003.153.253.303.4013.6010.458.8012.9516.8519.8022.8025.85（1分）n N （1分）N

max bt /Tmek KC 37.670.1288.96e

t /Tvp k 107.60.005s

（1分）

轉速、電流雙環系統動態結構圖：∴調節器系統開環放大系數大于或等8.96（4）系統啟動和堵轉時電機會過流分。因此時轉速為0（2）答(1)最大允許電流為Idm=2*28=56A，電流反饋系數β=Uim/Idm=8/56=0.143

第5 頁 (共5頁)（4）校核超調量第5 頁 (共5頁)帶額定負載啟動時z=1，由附1查得

CmaxC

轉速反饋系數α=Un*/n=10/1490=0.00671, (2分) bNi（2）T=Toi+Ts=0.0001+0.000125=0.000225i

T

0.133

0.00224電流環等效傳遞函數：

2* maxz N n* 0.2%1 1 （3分

n C Tb

1490 0.185W

6.99

6.99cli(s)

1s1

s1 4*0.000225s1 0.0009s1

超調量滿足設計要求分）K iI根據靜態指標要求轉速調節器采用PI調節器（8分）(s1)（2分）W k nASR n nT T 1

T 4*0.0002250.00150.0024n on KI

i on按照跟隨和抗擾性能較好的原則，取h=5,則ASR的超前時間常數為： hTn n

5*0.00240.012h1 6K 20833.3s2N 2h2Tn

2 2520.00242(h1)CTemK emn

2hRTn其中反電動勢系數c UNe

INR22028*0.8min/rn 1490N(h1)CT 60.1430.1330.185eK en

2hRT

m 187.55100.00670.70.0024 n第PAGE3第3頁(共4頁)成大學～學年季學期試卷 績課程名：運動控制系統（一）課程號： 學分：應試人聲明：愿意接受《大學學生考試違紀、作弊行為界定及處分規定》的紀律處分。應試人 應試人學號 應試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分二．簡答題（24：在開環控制系統無法滿足調速性能要求時，采用轉速閉環的控制系統來改善。為實現調速快速性和無靜差，控制器通常選用比例積分調節器。對應下圖輸入曲線ΔUn，作出比例積分調節器的輸出曲線Uc應的輸出曲線，并分別說明比例、積分調節器在控制快速性和無靜差性能上的作（5分）ΔUnUc注：教師應使用計算機處理試題的文字、公式、圖表等；學生應使用水筆或圓珠筆答題。

（7分）穩態精度？說明理由。(4分)項？調速系統的主要擾動是哪兩個？（8分）二.分析及問答（56%）（16分t1IdL1IdL2，（1）Uc的大小，分析控制電壓和哪些因素

（15分）PWM變換器-點。在如圖坐標系中畫出橋式可逆PWM變換器供電下，開環直流調速系統重載工作AB 在一般電動狀態下的電樞兩端瞬時電壓U 、平均電壓U、電動機反電動勢EAB （4分）（6分）

i=0.（4分）sd（6分）sd

導出電機電樞電壓平均值Ud（3分）

之間的關系，并說明如何調節占空比實現電機(3)畫出直流電動機在不同控制電壓下（Uc1>Uc2>Uc3>Uc4）對應的四條機械特性曲線，8U* （如正向電動等（。8nU U0 g1 g4tIdLIdL10nnnU 1n

IdL20 ttUtAB0 t0 t idn0 t0 tUcUc10 t1 t（10分）轉速反饋采用增量式旋轉編碼器，已知其每轉脈沖數Z＝1024TC=0.04秒，轉速單位采用[轉/]，如采用M法即測頻法測速：M法測速原理示意圖(應包含編碼器輸出脈沖與采樣脈沖波形)（6分）M（4分）

(15分)畫出直流調速系統穩態結構框圖，并按照轉速調節器飽和、不飽和兩種情況分析系統穩態工作特性，即描述轉速環、電流環工作狀態和電機轉速、電樞電流狀態，畫出靜時系統穩態工作點。~TAiUiiU* U*in ASRUnn

IACR

IU dc UPE U MdnTG第4頁 (共4頁)三．計算及設計(20％)PWM直流電動機：額定電壓U ,額定電流I 28A,額定轉速n 1460r/min，電動機N dN N電勢系數C0.136Vmin/r，允許過載倍數1.5；ePWM變換器的開關頻率為10KHz：放大系數：K 0.537s電樞回路總電阻：R0.8；機電時間常數Tm

0.18s,電磁時間常數Tl

0.01T0i=0.00005s,轉速反饋濾波時間常數T0n

=0.0015s；電流反饋系數： 1；轉速反饋系數: 1。IIh=5，數(7求電流環等效傳遞函數（3。IIh=5,計算轉速調節器參數分。畫出轉速環動態結構圖（3。（效位（20）附：轉速、電流雙環系統動態結構圖：第1頁 (共4頁)成大學～學年季學期試卷 績課程名：運動控制系統（一）課程號： 學分：應試人聲明：愿意接受《大學學生考試違紀、作弊行為界定及處分規定》的紀律處分。應試人 應試人學號 應試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分三．簡答題（24：在開環控制系統無法滿足調速性能要求時，采用轉速閉環的控制系統來改善。為實現調速快速性和無靜差，控制器通常選用比例積分調節器。對應下圖輸入曲線ΔUnUc應的輸出曲線，并分別說明比例、積分調節器在控制快速性和無靜差性能上的作（5分）ΔUntUc+tPI調節器輸出。（13比例調節器主要體現在控制的快速性）積分調節器主要體現在控制的無靜差性（1分）注：教師應使用計算機處理試題的文字、公式、圖表等；學生應使用水筆或圓珠筆答題。

（7分）答：恒流升速階段轉速調節器飽和，電流調節器不飽和，控制電流跟隨給定。（各1分，共3分）轉速調節階段時轉速調節器退飽和，電流調節器不飽和，轉速調節器起主要作用，跟隨給定，電流調節器控制電流跟隨給定。（各1分，共4分）穩態精度？說明理由。(4分)答：都會影響穩態精度分。因為閉環系統跟隨給定，對反饋擾動沒有抑制作用分）項？調速系統的主要擾動是哪兩個？（8分）調速范圍是系統額定負載時允許的最高轉速與最低轉速（2分。速范圍應當以最低轉速對應的空載轉速為基準（2分。動態性能指標包括跟隨性能和抗擾性能（2分主要擾動包括負載擾動和電網電壓波動（2分二.分析及問答（56%）

第2頁 (共4頁)分PWM變換器-（16分t1IdL1IdL2，

（1）在如圖坐標系中畫出橋式可逆PWM變換器供電下，開環直流調速系統重載工作AB 在一般電動狀態下的電樞兩端瞬時電壓U 、平均電壓U、電動機反電動勢EAB Uc的大小，分析控制電壓和哪些因素s（4分）s

i=0.（4分）d（6分）d與加載之前相比，說明加載重新進入穩定后電機電樞電流、電樞電壓變化，

導出電機電樞電壓平均值Ud（3分）

之間的關系，并說明如何調節占空比實現電機（6分）U*

畫出直流電動機在不同控制電壓下（Uc1>Uc2>Uc3>Uc4）（如正向電動等（8分。n 答 進 入 穩 態 時 答:Ud

=(21)Us

（1分）,0.5U Cn*IR CU*/I RU d0 e c K K0I0IdLIt（2分載有關（2。重新進入穩態后電樞電流增加，電0UnIdL1UnU*nt樞電壓增加分增加，會導致電機暫態轉速下降，轉速偏差為正，控制電壓增加，電樞電壓增加，電樞電流增加，穩態（各2分UdEnUc1Uc2

e nK s

時電機正轉，小于0.5時電機反轉。（2分）dL20 t 4）ΔUn

IdUc3Uc40 tUc Uc2c1Uc1（每條波形各1分）

jxie機械特性曲線（每條1分，共4分）0 t（圖三個波形各2分共計6分）

第一象限電機正向電動，第二象限電機正向制動，第三象限反向電動，第四象限反向制動（4分）第3頁 (共4頁)（10分）轉速反饋采用增量式旋轉編碼器，已知其每轉脈沖數Z＝1024TC=0.04秒，轉速單位采用[轉/]，如采用M法即測頻法測速：M法測速原理示意圖(應包含編碼器輸出脈沖與采樣脈沖波形)（6分）M（4分）

(15分)畫出直流調速系統穩態結構框圖，并按照轉速調節器飽和、不飽和兩種情況分析系統穩態工作特性，即描述轉速環、電流環工作狀態和電機轉速、電樞電流狀態，畫出靜時系統穩態工作點。~TAiUiiU* U*in ASR

IACR

IU dc UPE U Mdnn答（1）.M法測速是通過計取一個采樣周期內光電編碼器發出的脈沖個數來 Unn計算轉速（2分） nTG答：穩態結構框圖IdβRU-i-U Un* ASR i*

ACR

Uc Ks

-IRd

1/Ce n（2）M法測速：

（4分） + + +-Unα1n60M1ZT

60M110241

1.4648M（2分）適用于高速段2分）1

（5分）0.04c

轉速調節器飽和時轉速環開環，系統為電流單閉環系統，電流跟隨最大電樞電流給定（各1分，共3分；決定（14分。nA Bn*0靜特性曲線和穩態工作點分）

CI I dm d （1I 第4頁 (共4頁)答：⑴電流調節器選PI調節器，其傳遞函數為三．計算及設計(20％)PWM

W (s)

Ki

s1)直流電動機：

ACR

s （1分）其中i額定電壓UN

220V,額定電流IdN

28A,額定轉速nN

1460r/min

T T Toi

R，，

RRres

0.8電勢系數Ce

min/r，允許過載倍數1.5；

由hTi

K

h1 6 239.158s2PWM10KHz：Ks

0.537

I 2h2Ti

2 2520.000152R0.8；

h1 R TK

51 0.8 0.01 37.24機電時間常數T

0.18s,電磁時間常數T

0.01，電流反饋濾波時間常數T

i 2h

Ts

2*50.537*10.00015m=0.00005s,轉速反饋濾波時間常數T

l=0.0015s；

0iW

37.2(0.0007s0.00075

，輸入濾波時間常數取4T

,為0.0006s.電流反饋系數：

0n 1；

ACR

(s) 1/

i1 （3分）轉速反饋系數: 1。IIh=5，數(7求電流環等效傳遞函數（3。IIh=5,計算轉速調節器參數

cli（3PI調節器（7分n W (s)ksn ASR sn

s1 0.0006s1iT T 0.0021on分。

hTn

0.0105

h1 6K 1088.4s2畫出轉速環動態結構圖（3。

N 2h2T n

2520.01052（

(h1)C

60.13610.185 W

s 8.986(0.105s1)效位（20）

K

em 8.986 ()附：1．轉速、電流雙環系統動態結構圖：

n RTn

1010.80.0021

ASR 0.105s（4） （3分）第3頁第3頁(共4頁)成上海大學2016～2017學年冬季學期試卷B 績課程名：運動控制系統(2) 課程號：09365149學分：3應試人聲明：我保證遵守《上海大學學生手冊》中的《上海大學考場規則應試人 應試人學號 應試人所在院系

換的原則是什么？約束條件是什么？（6分）題號 一 二 三 四 五 六 七 八 得分

寫出恒功率約束條件下合成電壓矢量表達式，在圖中畫出某一時刻uAO

0、一、簡答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）（6分）

u 0、uBO B(eO

0時各相電壓矢量和合成矢量。（6分）A(ej0)C(ej2)（6分）注：教師應使用計算機處理試題的文字、公式、圖表等；學生應使用水筆或圓珠筆答題。

（6分）二、綜合題（共15分）異步電動機調速時可采用降壓調速和恒壓頻比調速，試分析在恒定轉矩負載下，

三、綜合題（共11分）USVPWM控制采用相鄰兩個有效工作矢量（幅值為2U3

）合成期望的輸出矢量，以d分別采用上述兩種調速方式從額定轉速向下調速時，異步電動機的電磁功率P、m

期望電壓矢量位于第一扇區為例，電壓矢量合成表達式為us

tu1 2u：u輸出機械功率P 和轉差功率P的變化，并簡要說明原因（15分）mech s

T 1 T 20 0、0和1 請在下圖中畫出電壓矢量合成圖，求出各矢量作用時間t t t（6分）、0和1 A B 采用零矢量集中的實現方法，當選取uuu形（開關狀態）（5A B u2u1四、綜合題（共11分）異步電動機在按轉子磁鏈定向的同步旋轉M/T坐標系下：（6分

五、綜合題（共12分）PWM構圖如圖所示：根據上述方程在畫出異步電動機矢量變換及等效直流電動模型結構圖（5分

寫出圖中環節ABCDE（用文字表述，說明圖中i*sm

i*，sti*，i*s

各量物理含義。(9分)（3）r*rr*

i*i*st

i* i*i*D Bi* i*s C

電流跟蹤PWM M控制 iAii E BirCFBS第4頁(共4頁)第4頁(共4頁)六、綜合題（共21分）基于定子磁鏈控制的直接轉矩控制系統原理框圖如下圖所示：（5分）A~H這八個環節的名稱（用文字表述（8分）、D（2分）（6分）s*s Bs C* T*A e Tee

Sign(s)eSign(T)ei

sAs PWMsF B 控制 MsCis EiEss

i Assi iBss G

uH uAus uBAs

FBS第2頁第2頁(共4頁)成上海大學2016～2017學年冬季學期試卷B 績課程名：運動控制系統(2) 課程號：09365149學分：3

換的原則是什么？約束條件是什么？（6分）答：定轉子間的相對位置在變化，導致定轉子間的互感是轉子位置的函數。（2分）應試人聲明： 常用坐標變化包括3/2變換1分、靜/旋轉變換1分；變換的原則是產生的我保證遵守《上海大學學生手冊》中的《上海大學考場規則，如有考試違紀、作動勢相等（1分；約束條件是變換前后總功率不變（1分。應試人 應試人學號 應試人所在院系題號 一 二 三 四 五 六 七 八 九得分

寫出恒功率約束條件下合成電壓矢量表達式，在圖中畫出某一時刻uAO

0、一、簡答題（本大題共5小題，每小題6分，共30分）1

u 0、uBO B(e)

0時各相電壓矢量和合成矢量。（3分）（1）合成矢量表達式：uu j j統分為哪三類？降壓調速、恒壓頻比控制和矢量控制分別屬于哪一類調速系統？ u s u 2(u u eu j j

)（2分）（6分）

u COBO

BO

s 3 AO BO CO答：依據轉差功率將異步電動機調速系統分為轉差功率消耗型、轉差功率不變 uAO型和轉差功率饋送型。（3分）

A(ej0)

畫圖如右圖共4分其中u 、AO降壓調速屬于功率消耗型，恒壓頻比控制和矢量控制屬于轉差功率不變型。（3分）

C(ej2)

u 、u 、uBO CO

各1分。說明異步電動機轉差頻率控制的基本思想并簡述轉差頻率控制的基本規律。 5．異步電動機變壓變頻調速時希望保持氣隙磁通恒定，為此需要采用合適的控制方（6分）答：基本思想是在保持氣隙磁通m

法，請說明在額定頻率以上和以下定子電壓與頻率的控制規律和特點。（6分）（1）基頻以下調速原則：m恒定，Uf1同時增大或同時減小。即：來控制轉矩（2分） Es

/fkΦmN轉差頻率控制的基本規律如下： 由于電機繞組中的電動勢難以直接測量和控制，當Eg較高時，忽略定子電阻和漏（1）在轉差角頻率小于臨界轉差率即s

sm

磁感抗壓降，認為定子相電壓U≈Eg,，則有U/fs 1

常值。為恒轉矩調速。低頻時與轉差角頻率成正比，條件是保持氣隙磁通不變（2分） 適當提高定子電壓，補償定子阻抗壓降（3分；（2）在不同的定子電流時，按照一定的函數關系如US

f,I1

來控制定子電

（2）基頻以上調速原則：頻率從f1N向上升高，因為定子電壓U≤UsN，最多只能保壓和頻率，能保持在保持氣隙磁通恒定（2分） 持所以當頻率f1升高減少氣隙磁通使定子電壓U=UsN保持不變，注：教師應使用計算機處理試題的文字、公式、圖表等；學生應使用水筆或圓珠筆答題。二、綜合題（共15分）異步電動機基于穩態模型調速時可采用降壓調速和恒壓頻比調速，試分析在恒定轉矩負載下，分別采用上述兩種調速方式從額定轉速向下調速時，異步電動機

三、綜合題（共11分）USVPWM控制采用相鄰兩個有效工作矢量（幅值為2U3

d）合成期望的輸出矢量，以d的電磁功率

Pm

Pmech

和轉差功率Ps

（15分

期望電壓矢量位于第一扇區為例，電壓矢量合成表達式為u 1ts Tt0

2u：t1 T 2t0T T

（1）t、tt（6分）答電磁功率：P T

1e輸出機械功率：P (1s)P (1s) 1e= e，

0 1 2m m1e np

mech

np np （2）采用零矢量集中的實現方法，當選取u

,

,

各相電壓波AT TA

形（開關狀態）并標出作用時間。（5分）Ps

sP m

1enp

se，轉差角頻率n p

s=1 1u2降壓調速：采用降壓調速向下調速時，電磁功率不變，輸出機械功率減小，轉差功率增加（3分） ustθ降壓調速向下調速時，電壓下降，但頻率f不變，因此角頻率θ

不變，由于帶

2u 1 1 T

T 20 3 ut 1恒定負載，所以TT不變，電磁功率P

T 1e不變（1分；隨著速度的 1ue L

m1e n T 1p 0答：下降轉差率s增大，輸出機械功率Pmech

(1s)Pm

減小1分；轉差功率Ps

sP隨m

13分著轉差率s的增大而增大（1分。恒壓頻比調速：采用恒壓頻比控制方式向下調速時，轉差功率不變，電磁功

t 2u

sin(

)，t

2uT

sin，t

Tt

（3分）（3分）

s0 s01 U 3 2 Ud d

0 0 1 2帶恒轉矩負載采用恒壓頻比向下調速時，T

T

下降，角頻率下

5uAuBuC12分。e L 1 1T

uu u0 1 2

u u uu7 2 1 0降，電磁功率P T 1e變小2分；向下調速過程中，機械特性基本平行 000100

110

111

110

100000m m1e np uA下移，轉速降落基本不變，即nsn

60

s

基本不變，因此轉差 u1T

n 1 s 1 BpuCPs

sP m

1e（2分）Pn p

(1s)P=Pm

PPm

t t0 1 22 2

t t t t02 1 002 2 24 40變小而變小或輸出機械功率在負載轉矩不變時隨輸出轉速下降而減?。?分。 T0第3頁 (共4頁)四、綜合題（共11分）異步電動機在按轉子磁鏈定向的同步旋轉M/T坐標系下：（6分

五、綜合題（共12分）PWM構圖如圖所示：根據上述方程在畫出異步電動機矢量變換及等效直流電動模型結構圖（5分

寫出圖中環節ABCDE（用文字表述，說明圖中i*sm

i*，st答： i*s

，i*

各量物理含義。(9分)（1）r

m iTp1LrL

（1分

（3）電磁時間常數T

構成的慣性環節的影響（2分。 *r r

i* i*sm

i*Ai* 電流跟蹤nL

C i* i*

PWM M~*~T p me Lr

ir

（1分，電磁轉矩正比于轉子磁鏈和定子電流轉矩分量的乘積。在

*B st s

i 控制C轉子磁鏈恒定條件下，電磁轉矩正比于定子電流轉矩分量（2分。（2）按下圖所示分塊給分，共5分

iAiii Ai 3/2B 變換 i

ismr旋轉 Tr變換i

L rmp1m答：T

E BiriC

FBSs （VR）

st L e

（1）A：轉子磁鏈調節器，B：轉速調節器；C：反旋轉變換或2r/2s；D:2/3變換；E：i n mC pLr

pJpTL

轉子磁鏈計算。（各1分，共5分）等效直流電動機模型

i*i*（12i*，sm st s（1分） （1分） （3分）

i*定子電流軸、軸分量給定（12。s（2）可以采用轉子磁鏈開環的控制方式1分分量直接為一階慣性環節，由轉子磁鏈給定可以直接求出對應的定子電流勵磁分量給（2分）第4頁 (共4頁)六、綜合題（共21分）基于定子磁鏈控制的直接轉矩控制系統原理框圖如下圖所示：（5分）A~H這八個環節的名稱（用文字表述（8分）、D（2分）（6分）

（2（18分）模塊A：轉速調節器，根據轉速偏差產生電磁轉矩給定信號。模塊B：磁鏈調節器，根據定子磁鏈偏差產生定子磁鏈偏差符號。CD：轉矩調節器，根據轉矩偏差產生轉矩偏差符號。模塊E：電磁轉矩計算模塊，根據靜止二相磁鏈和電流計算出電磁轉矩。模塊F：電壓矢量選擇模塊，根據定子磁鏈偏差符號、轉矩偏差符號和給定轉矩極性*ss Bs C* T*A e Tee

Sign(s)eSign(T)ei

sAs PWMsF B 控制sCi

以及定子磁鏈位置選取電壓矢量并輸出。M ：定子磁鏈計算模塊，根據靜止二相電壓/H：3/2變換模塊，把三相電壓/電流變換到靜止二相電壓/電流。s i Ei sEs i i

（3）、D（2分）答：（1）

sss

s BAG uH uAus uB

FBS

)eSign(es10

)Tes根據定子磁鏈幅值偏差（的正負符號（1分）和電磁轉矩偏差（的正負符號分，再依據當前定子磁鏈矢量所在的位置以及轉矩給定極性（的正負符號）

（4）直接轉矩控制系統需采用兩相靜止坐標（ 坐標）計算定子磁鏈，而避開旋轉坐標變換。分，直接選取合適的電壓空間矢量（1分轉矩的偏差，實現電磁轉矩與定子磁鏈的控制（1分。

(u Ris (u Ris s s

)dt)dt （24分）在靜止兩相坐標系中電磁轉矩表達式為：Tnp

(is

i s

) （2分）第1頁 (共4頁)成 3．寫出恒功率約束條件下合成電壓矢量表達式，畫出某一時刻u上海大學2015～2016學年冬季學期試卷B 績

0、uBO

0、課程名：運動控制系統(2) 課程號：09365149學分：3應試人聲明：我保證遵守《上海大學學生手冊》中的《上海大學考場規則應試人 應試人學號 應試人所在院系

u 0（6分）CO題號 一 二 三 四 五 六 七 八 九、得分 4．已知兩相交流電流、

i，根據矢量圖求出經過靜止/旋轉變換后的電流i id和，q一、簡答題（本大題共6小題，每小題6分，共36分）1．為了實現電磁轉矩解耦控制，異步電動機調速過程中往往采用恒定磁通控制方式。請畫出三種不同恒定磁通控制方式下的機械特性曲線，依據轉矩變化分析這三d和，q

dq（6分）q條機械特性曲線的本質區別（6分） N

F(i) ds s 1NiNi 2d2qN2i2UUN

和U

時的機械特性，并分析N

（6分）帶恒轉矩負載工作時系統的穩定工作范圍。（6分）注：教師應使用計算機處理試題的文字、公式、圖表等；學生應使用水筆或圓珠筆答題。第3頁第3頁(共4頁)SVPWM控制采用相鄰兩個有效工作矢量合成期望的輸出矢量，以期望電壓矢量tu 1ut

t2u位于第一扇區為例，電壓矢量合成表達式為s

T 1 T 2。0 0000矢量為首發矢量的波形（開關狀態）（6分）

、u、uA B

各相電壓三、綜合題（共13分）下圖為交－直－交變頻器主回路結構圖，根據電壓空間矢量合成 Us的表達式2二、綜合題（共8分）

u （us 3

u ejuB

ej2和三相開關狀態函數(Sa,Sb,Sc8個異步電動機基于轉速閉環轉差頻率控制的變壓變頻調速控制原理如下圖。U

基本電壓空間矢量。（1）請畫出各電壓空間矢量的位置（3分；*ASR

1s1

~U*U*f(*,I) s

sUsNI增大Is

（2）說明其開關狀態并確定其幅值大?。?0分。~~+2~Ud2~

1 s PWM* 1

M 電流補償控制的定子電壓 ABEgO'1 1 C O11FBS + Ud12畫出恒氣隙磁通控制時電機電磁轉矩與轉差頻率間關系曲線（4分；寫出轉差頻率控制的基本思想（4分；四、綜合題（共18分）按轉子磁鏈定向的矢量控制系統是高動態性能的交流調速系統。（8）（5）按如下方程（5）L LLLmL

[

Ris

Li ]ss r Lm

[

Ris s

)dtLi ]ss第4頁 (共4頁)五、綜合題（共18分）直接轉矩控制是繼矢量控制之后的又一種高性能交流調速系統控制策略。結合系統結構圖論述直接轉矩控制系統的基本工作原理（。5）1ψs1位于前30 ，轉子旋轉速與 同向，忽略定子電阻壓降對磁鏈幅值的影響，并d假定電流的變化足夠快，以電壓矢量u1（5）A~H（8）六、綜合題（共7分）試就控制方法、系統性能比較直接轉矩控制及矢量控制系統。性能與特點磁鏈控制

直接轉矩控制 矢量控制轉子磁鏈可以閉環控制，也可以開環控制異步電動機直接轉矩控制系統結構

轉矩控制電流控制

滯環控制，有轉矩脈動

閉環控制u u

靜止坐標變換，比較簡單 u3 2d ψ 4 uu u15 6

磁鏈定向 須知道定子磁鏈位置無需u,u為零矢量0 7 精確定向調速范圍第1頁 (共4頁)成 3．寫出恒功率約束條件下合成電壓矢量表達式，畫出某一時刻u上海大學2015～2016學年冬季學期試卷B 績

0、uBO

0、課程名：運動控制系統(2) 課程號：09365149學分：3應試人聲明：我保證遵守