電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)(2)-期末試卷B卷答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第 1 頁 ( 共 4 頁 )成績3異步電動機(jī)原始數(shù)學(xué)模型具有高階、非線性、強(qiáng)耦合的特點。請從電感矩陣方面說明其非線性強(qiáng)耦合的根本原因。為了簡化數(shù)學(xué)模型，常采用坐標(biāo)變換，坐標(biāo)變換的原則是什么？約束條件是什么？（6分） 答：定轉(zhuǎn)子間的相對位置在變化，導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子間的互感是轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)。（2分） 常用坐標(biāo)變化包括3/2變換（1分）、靜止/旋轉(zhuǎn)變換（1分）；變換的原則是產(chǎn)生的磁動勢相等（1分）；約束條件是變換前后總功率不變（1分）。4寫出恒功率約束條件下合成電壓矢量表達(dá)式，在圖中畫出某一時刻、時各相電壓矢量和合成矢量。（3分） 5異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速時希望保持氣隙磁通恒定

2、，為此需要采用合適的控制方法，請說明在額定頻率以上和以下定子電壓與頻率的控制規(guī)律和特點。（6分）答：（1）基頻以下調(diào)速原則：m恒定，U與f1同時增大或同時減小。即： 由于電機(jī)繞組中的電動勢難以直接測量和控制，當(dāng)Eg較高時，忽略定子電阻和漏磁感抗壓降，認(rèn)為定子相電壓UEg,，則有。為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。低頻時適當(dāng)提高定子電壓，補(bǔ)償定子阻抗壓降。（3分）；（2）基頻以上調(diào)速原則：頻率從f1N向上升高，因為定子電壓UUsN，最多只能保持U=UsN，所以，當(dāng) 頻率f1升高，減少氣隙磁通m，使定子電壓U=UsN保持不變，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，為恒功率調(diào)速。（3分） 20 20 學(xué)年 冬 季學(xué)期試卷B課程名： 運動控制系

3、統(tǒng)(2) 課程號： 學(xué)分： 3 應(yīng)試人聲明： 我保證遵守學(xué)生手冊中的考場規(guī)則，如有考試違紀(jì)、作弊行為，愿意接受學(xué)生考試違紀(jì)、作弊行為界定及處分規(guī)定的紀(jì)律處分。應(yīng)試人 應(yīng)試人學(xué)號 應(yīng)試人所在院系 題號一二三四五六七八九得分一、簡答題（本大題共 5 小題，每小題 6 分，共 30分）1從能量轉(zhuǎn)換效率上看，可以依據(jù)轉(zhuǎn)差功率的變化和流向?qū)惒诫妱訖C(jī)調(diào)速系統(tǒng)分為哪三類？降壓調(diào)速、恒壓頻比控制和矢量控制分別屬于哪一類調(diào)速系統(tǒng)？（6分）答：依據(jù)轉(zhuǎn)差功率將異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分為轉(zhuǎn)差功率消耗型、轉(zhuǎn)差功率不變型和轉(zhuǎn)差功率饋送型。（3分）降壓調(diào)速屬于功率消耗型，恒壓頻比控制和矢量控制屬于轉(zhuǎn)差功率不變型。（3分）2說

4、明異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想，并簡述轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律。（6分） 答：基本思想是在保持氣隙磁通恒定不變的前提下，可以通過控制轉(zhuǎn)差角頻率來控制轉(zhuǎn)矩。（2分） 轉(zhuǎn)差頻率控制的基本規(guī)律如下：（1）在轉(zhuǎn)差角頻率小于臨界轉(zhuǎn)差率即范圍內(nèi)，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩基本上與轉(zhuǎn)差角頻率成正比，條件是保持氣隙磁通不變。（2分）（2）在不同的定子電流時，按照一定的函數(shù)關(guān)系如來控制定子電壓和頻率，能保持在保持氣隙磁通恒定。（2分）答：（1）合成矢量表達(dá)式： （2分）（2）畫圖如右圖共4分，其中、各1分。 注：教師應(yīng)使用計算機(jī)處理試題的文字、公式、圖表等；學(xué)生應(yīng)使用水筆或圓珠筆答題。第 2 頁 ( 共 4 頁 )三、

5、綜合題（共 11分） SVPWM控制采用相鄰兩個有效工作矢量（幅值為）合成期望的輸出矢量，以期望電壓矢量位于第一扇區(qū)為例，電壓矢量合成表達(dá)式為：（1）請在下圖中畫出電壓矢量合成圖，求出各矢量作用時間t0、t1和t2。（6分）（2）采用零矢量集中的實現(xiàn)方法，當(dāng)選?。?11）零矢量時畫出uA , uB , uC各相電壓波形（開關(guān)狀態(tài)）并標(biāo)出作用時間。（5分） 答：(1) 上圖三個矢量各1分，共3分 ， ， ，（3分） (2) 畫出下圖，共5分，其中uA , uB , uC每個波形各為1分，時間標(biāo)識為2分。 二、綜合題（共 15分） 異步電動機(jī)基于穩(wěn)態(tài)模型調(diào)速時可采用降壓調(diào)速和恒壓頻比調(diào)速，試分析在

6、恒定轉(zhuǎn)矩負(fù)載下，分別采用上述兩種調(diào)速方式從額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速時，異步電動機(jī)的電磁功率、輸出機(jī)械功率和轉(zhuǎn)差功率的變化，并簡要說明原因。（15分）答：電磁功率：，輸出機(jī)械功率：，轉(zhuǎn)差功率：，轉(zhuǎn)差角頻率（1）降壓調(diào)速：采用降壓調(diào)速向下調(diào)速時，電磁功率不變，輸出機(jī)械功率減小，轉(zhuǎn)差功率增加。（3分） 降壓調(diào)速向下調(diào)速時，電壓下降，但頻率不變，因此角頻率不變，由于帶恒定負(fù)載，所以不變，電磁功率不變（1分）；隨著速度的下降轉(zhuǎn)差率增大，輸出機(jī)械功率減?。?分）；轉(zhuǎn)差功率隨著轉(zhuǎn)差率的增大而增大（1分）。（2）恒壓頻比調(diào)速：采用恒壓頻比控制方式向下調(diào)速時，轉(zhuǎn)差功率不變，電磁功率變小，輸出機(jī)械功率減小。（3分） 帶恒

7、轉(zhuǎn)矩負(fù)載采用恒壓頻比向下調(diào)速時，不變，頻率下降，角頻率下降，電磁功率變?。?分）；向下調(diào)速過程中，機(jī)械特性基本平行下移，轉(zhuǎn)速降落基本不變，即，即基本不變，因此轉(zhuǎn)差功率基本不變（2分）；輸出機(jī)械功率隨著變小而變小或輸出機(jī)械功率在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時隨輸出轉(zhuǎn)速下降而減小（2分）。第 3 頁 ( 共 4 頁 )五、綜合題（共 12分） 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的電流閉環(huán)控制系統(tǒng)可采用電流跟蹤PWM控制，其控制結(jié)構(gòu)圖如圖所示：（1）寫出圖中環(huán)節(jié)A、B、C、D、E的功能模塊名稱（用文字表述），說明圖中，各量物理含義。(9分) （2）分析該矢量控制系統(tǒng)可否采用轉(zhuǎn)子磁鏈開環(huán)的控制模式，說明原因。（3分）答：（1）

8、A：轉(zhuǎn)子磁鏈調(diào)節(jié)器，B：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；C：反旋轉(zhuǎn)變換或2r/2s；D: 2/3變換；E：轉(zhuǎn)子磁鏈計算。（各1分，共5分） ，分別為定子電流勵磁分量給定，定子電流轉(zhuǎn)矩分量給定（各1分，共2分）；，定子電流軸、軸分量給定（各1分，共2分）。 （2）可以采用轉(zhuǎn)子磁鏈開環(huán)的控制方式（1分），這是因為轉(zhuǎn)子磁鏈與定子電流勵磁分量直接為一階慣性環(huán)節(jié)，由轉(zhuǎn)子磁鏈給定可以直接求出對應(yīng)的定子電流勵磁分量給定值。（2分）四、綜合題（共 11分） 異步電動機(jī)在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)M/T坐標(biāo)系下：（1）寫出按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的轉(zhuǎn)子磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程，分別說明控制規(guī)律。（6分）（2）根據(jù)上述方程在畫出異步電動機(jī)矢量變換及等

9、效直流電動模型結(jié)構(gòu)圖。（5分）答：（1）（1分），轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生，并且受到轉(zhuǎn)子電磁時間常數(shù)構(gòu)成的慣性環(huán)節(jié)的影響（2分）。 （1分），電磁轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)子磁鏈和定子電流轉(zhuǎn)矩分量的乘積。在轉(zhuǎn)子磁鏈恒定條件下，電磁轉(zhuǎn)矩正比于定子電流轉(zhuǎn)矩分量（2分）。（2）按下圖所示分塊給分，共5分 （1分） （1分） （3分）第 4 頁 ( 共 4 頁 )（2）（各1分，共8分）模塊A：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，根據(jù)轉(zhuǎn)速偏差產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩給定信號。模塊B：磁鏈調(diào)節(jié)器，根據(jù)定子磁鏈偏差產(chǎn)生定子磁鏈偏差符號。 模塊C：給定轉(zhuǎn)矩極性鑒別器，根據(jù)轉(zhuǎn)矩給定信號產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩給定極性。模塊D：轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，根據(jù)轉(zhuǎn)矩偏差產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩偏差符號

10、。模塊E：電磁轉(zhuǎn)矩計算模塊，根據(jù)靜止二相磁鏈和電流計算出電磁轉(zhuǎn)矩。模塊F：電壓矢量選擇模塊，根據(jù)定子磁鏈偏差符號、轉(zhuǎn)矩偏差符號和給定轉(zhuǎn)矩極性 以及定子磁鏈位置選取電壓矢量并輸出。 模塊G：定子磁鏈計算模塊，根據(jù)靜止二相電壓/電流計算出定子磁鏈幅值和相角。 模塊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。（3） B、D環(huán)節(jié)為滯環(huán)控制器，輸入輸出特性：（2分） （4）直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)需采用兩相靜止坐標(biāo)（坐標(biāo)）計算定子磁鏈，而避開旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換。 （每式2分，共4分）在靜止兩相坐標(biāo)系中電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為： （2分）六、綜合題（共 21分）基于定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理框圖如下圖所示：（1）請根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖寫出直接轉(zhuǎn)矩控制的基本工作原理。（5分）（2）寫出系統(tǒng)中AH這八個環(huán)節(jié)的名稱（用文字表述）。（8分）（3）定性畫出B、D環(huán)節(jié)輸入輸出特性。（2分）（4）寫出兩相靜止坐標(biāo)系下電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的計算式。（6