学年第学期
4. 一般来说，调速系统的动态性能指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态性指标以跟随性能为主。 √ 号学
题 ：答 名 姓要 不 内 线 封 ： 级密班业专名院学《运动控制系统》试卷A 卷
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃
出卷教师：李智强 适应班级：自动F0601~0606 考试方式：闭卷 本试卷考试分数占学生总评成绩的 70 %
复查总分 总复查人
密
（本题 20 分）一、填空题（每空1分）
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃1. 直流拖动控制系统中，、改变电枢回路电阻和 减弱励磁磁通 等三种方法。
2. 3. 在直流调速系统数字控制中，采用旋转式光电编码盘的数字测速方法有法、法和 M/T 法等三种。（考）
封
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃4. 异步电动机的动态数学模型时一个高阶 、 非线性 、 强耦合 的多变量系统。（考） 5. 在V -M 系统中，由于电流波形的脉动，可能出现电流的连续和断续，抑制电流脉动的措施主要是 增加电路相数或采用多重化技术 和 设置电感量足够大的平波电抗器。（烤）
6. 双闭环直流调速系统的起动过程分为（考） 7. 从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为 交-交变频器 和 交-直-交变频器 两大类。 8. 在直流双闭环调速系统中，外环是 转速调节器 环，内环是 电流调节器 。考 线
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃PS:1：电压模型更适合中高速，电流模型适合低速（考）
3：增量式PI 算法只需输出限幅，而位置式同时设积分限幅和输出限幅。（考） 4：异步电动机的动态模型：磁链方程，电压方程，转矩方程，运动方程 考 ：1自然采样2：规则采样3：消除指定次数的谐波（130 131）
（本题 10 分）二、判断题（每题1分）
1. 微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化。 （ √ ）2. 在实际直流调速系统中，很少单独使用电流正反馈的补偿控制，只是在电压（或转速）负反馈系统 的基础上，加上电流正反馈补偿，作为减小静差的补充措施。 （ √ ） 3. 采用比例积分调节器的闭环调速系统是有静差调速系统。 （× ）
《运动控制系统》试卷A 第 1 页 （ 共 6 页 ）
5. 谐波和无功功率造成的“电力公害”是晶闸管可控整流装置的进一步普及的障碍；在“电力公害”
的情况下，必须设置无功补偿和谐波滤波装置。 （ √ ）
5. 在交流调速中，在基频以上，属于“恒转矩调速”的性质，在基频以下，属于恒功率调速。 123（×）
6. 交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的 电磁转矩。 （√） 8. 在SVPWM 控制算法中，不同开关状态的顺序必须遵循的原则是：每次切换开关状态时，只切换一个 功率开关器件，以满足最小开关损耗。（√）
9. 反馈控制系统有有效的抑止一切被反馈环包围的通道上的扰动作用，但完全服从给定作用。 （ ×） 10. α=β的配合控制，可以消除瞬时脉动态环流（抑制） P05 （× ）
（本题 36分）三、简答题（每题6分）
1.
P150 ：要有图
2. 在双闭环调速系统中，转速调节器有什么作用。还有电流调节起作用
1. 转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n 很快的跟随给定电压u 的变化稳态时可减小转速误差，如果采用pi 调节器，则可实现无静差。 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。
3：试说出矢量控制系统的基本思路。
通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型。仿照直流电
动机的控制方法控制电磁转矩与磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的
对应量，以实施控制。
《运动控制系统》试卷A 第 2 页 （ 共 6
4：写出 从三相坐标系中变换到两像坐标系中的变换矩阵
C 3/2=
5:泵升电压
电机从电动状态变为发电状态；与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。电机再生的电能经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，形成“泵升电压”
（本题23分）四、计算题
1. 某直流电机的额定电枢电流I N =760A，允许的过流倍数λ=1.5，额定转速n N =375
r/min,计算机内部定点数占一个字的位置（16位），试确定电枢电流和转速的存储系数。(电流、转速需
保留0.3的余量) （5分）
2. 有一个调速系统，其控制对象的传递函数为W s ) =18
obj ((0. 005s +1)(0. 25s +1)
， 要求用调节器分别
将其校正成典型Ⅰ型和Ⅱ系统，超调量σ≤5%，求调节器的结构与参数。 （8
分）
（1）校正成典型Ⅰ型系统：
① 选择调节器为PI 调节器，Wpi （s ）=Kpi（τs+1）/τs ；
② 令τ=0.25，则校正之后的新系统的传递函数为W （s ）=18Kpi/[τs (0.005s+1)]； ③ WⅠ（s ）=K/s（Ts+1），令KT=0.5，则，18Kpi/τ×0.005=0.5，代入τ=0.25，得：Kpi=1.4。 （2）校正成典型II 型系统：
① 传递函数近似处理：Wobj （s ）=18/[(0.25s+1)(0.005s+1)]≈18/[0.25s(0.005s+1)]；
《运动控制系统》试卷A 第 4 页
② 选择调节器为PI 调节器，Wpi （s ）=Kpi（τs+1）/τs ；
③ 校正之后的新系统的传递函数为W （s ）=18Kpi（τs+1）/ [0.25τs2（0.005s+1)]； ④ WⅡ（s ）=K（τs+1）/s2（Ts+1），令h=5，h=τ/T=τ/0.005=5，则τ=0.025； K=（h+1）/2h2T2=18Kpi/ 0.25τ，代入τ，T ，h ，得：Kpi=1.67。
《运动控制系统》试卷A 第 4 页 （ 共 6 页 ）
3. 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控制有静差直流调速系统，主电路是由晶闸管可控整流器供电的V-M 系统，已知数据如下：电动机的额定数据为：10KW ，220V ，55A ，1000r/min,电枢电阻R a =0.5Ω；转速反馈系数为α=0. 01158V ⋅min/r ，晶闸管整流装置的电压放大系数K s =44，V-M 系统电枢回路总电阻R =1.0Ω；直流稳压电源±15V 。 （10分） 如生产机械要求转速范围D =10，静差率s ≤5%，
试求出：（1）转速负反馈闭环有静差直流调速系统的稳态结构图 （2）额定负载稳态速降∆ n cl （3）求出闭环系统的开环放大系数 （4）试求计算运算放大器的放大系数
《运动控制系统》试卷A 第 5 页
C e =220-55*0. 5/1000=0. 1925
1）n dn R C =55*1
op =
I =285. 7e 0. 1925
2）2）n n N S
cl =
D (1-S )
=5. 3
3）3) K =
n op n -1=53
cl
4）4） k kc e
p =k =20. 4 s α
（本题 11 分）五、设计题
某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电动机：220V 、136A 、1460r/min，C e ＝0.132V min/r，允许过载倍数λ＝1.5。晶闸管
装置放大系数：K s =40；电枢回路的总电阻：R=0.5Ω；时间常数：T l =0. 03s ，T m =0. 18s ；三相桥式电路平均失控时间T s =0. 0017s ；电流滤波时间常数T 0i =0. 002s ，转速滤波时间常数T =0. 01s ；电流反馈
0n
系数β=0.05V/A，转速反馈系数α=0.07V min/r。设计要求： 稳态指标：无静差；
动态指标：电流超调量σi ≤5%, 空载起动到额定转速时的转速超调量σn ≤10% （1）试设计电流调节器，并计算其参数。 （2）计算出电流环的截止频率。 β=0.05V/A，α=0.07V min/r
T s =0. 0017s ，T 0i =0. 002s ，T ε=T s +T oi
=0. 0037S
电流调节器结构确定：因为σ%≤5%，可按典型I 型系统设计，选用PI 调节器， W ACR (s)=Ki (τi s+1)/τi s ， T l /T∑i=0.03/0.0037=8.1
电流调节器参数确定：τ K -1
i =Tl =0.03s， K I T ∑i= 0.5，I = 0.5/T∑i=135.14 s
k i =K I T I R /K S β=135. 14*0. 0037*0. 5/40*0. 05=1. 25
校验等效条件：ωci =KI =135.14 s-1
1/3T S =196. 08>w ci 1(1/T m T l ) 2
=13. 6
1/3(1/T S T oi ) 2=180. 8>w ci
可见满足近似等效条件。
电流调节器的实现：选R 0=50K，则
R i =K i R 0=1. 25*40=50K
C i =T i /R i =0.031/36⨯103=0.86μF C 0i =4T 0i /R 0=4⨯0.002/40⨯103=0.2μf C i =Ti /R i =0. 03/50000=0. 6μf C oi =4T oi /R 0=
电流环的截止频率是：ωci =KI =135.14 s-1
《运动控制系统》试卷A 第 5页 （ 共 6 页 ）
（本页试卷不能答题，否则不得分！）
学年第学期
4. 一般来说，调速系统的动态性能指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态性指标以跟随性能为主。 √ 号学
题 ：答 名 姓要 不 内 线 封 ： 级密班业专名院学《运动控制系统》试卷A 卷
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出卷教师：李智强 适应班级：自动F0601~0606 考试方式：闭卷 本试卷考试分数占学生总评成绩的 70 %
复查总分 总复查人
密
（本题 20 分）一、填空题（每空1分）
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃1. 直流拖动控制系统中，、改变电枢回路电阻和 减弱励磁磁通 等三种方法。
2. 3. 在直流调速系统数字控制中，采用旋转式光电编码盘的数字测速方法有法、法和 M/T 法等三种。（考）
封
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃4. 异步电动机的动态数学模型时一个高阶 、 非线性 、 强耦合 的多变量系统。（考） 5. 在V -M 系统中，由于电流波形的脉动，可能出现电流的连续和断续，抑制电流脉动的措施主要是 增加电路相数或采用多重化技术 和 设置电感量足够大的平波电抗器。（烤）
6. 双闭环直流调速系统的起动过程分为（考） 7. 从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为 交-交变频器 和 交-直-交变频器 两大类。 8. 在直流双闭环调速系统中，外环是 转速调节器 环，内环是 电流调节器 。考 线
┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃┃PS:1：电压模型更适合中高速，电流模型适合低速（考）
3：增量式PI 算法只需输出限幅，而位置式同时设积分限幅和输出限幅。（考） 4：异步电动机的动态模型：磁链方程，电压方程，转矩方程，运动方程 考 ：1自然采样2：规则采样3：消除指定次数的谐波（130 131）
（本题 10 分）二、判断题（每题1分）
1. 微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化。 （ √ ）2. 在实际直流调速系统中，很少单独使用电流正反馈的补偿控制，只是在电压（或转速）负反馈系统 的基础上，加上电流正反馈补偿，作为减小静差的补充措施。 （ √ ） 3. 采用比例积分调节器的闭环调速系统是有静差调速系统。 （× ）
《运动控制系统》试卷A 第 1 页 （ 共 6 页 ）
5. 谐波和无功功率造成的“电力公害”是晶闸管可控整流装置的进一步普及的障碍；在“电力公害”
的情况下，必须设置无功补偿和谐波滤波装置。 （ √ ）
5. 在交流调速中，在基频以上，属于“恒转矩调速”的性质，在基频以下，属于恒功率调速。 123（×）
6. 交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的 电磁转矩。 （√） 8. 在SVPWM 控制算法中，不同开关状态的顺序必须遵循的原则是：每次切换开关状态时，只切换一个 功率开关器件，以满足最小开关损耗。（√）
9. 反馈控制系统有有效的抑止一切被反馈环包围的通道上的扰动作用，但完全服从给定作用。 （ ×） 10. α=β的配合控制，可以消除瞬时脉动态环流（抑制） P05 （× ）
（本题 36分）三、简答题（每题6分）
1.
P150 ：要有图
2. 在双闭环调速系统中，转速调节器有什么作用。还有电流调节起作用
1. 转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n 很快的跟随给定电压u 的变化稳态时可减小转速误差，如果采用pi 调节器，则可实现无静差。 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。
3：试说出矢量控制系统的基本思路。
通过坐标变换，在按转子磁链定向同步旋转正交坐标系中，得到等效的直流电动机模型。仿照直流电
动机的控制方法控制电磁转矩与磁链，然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的
对应量，以实施控制。
《运动控制系统》试卷A 第 2 页 （ 共 6
4：写出 从三相坐标系中变换到两像坐标系中的变换矩阵
C 3/2=
5:泵升电压
电机从电动状态变为发电状态；与此同时，电机轴上的转矩变成了制动转矩，使电机的转速迅速下降，电机处于再生制动状态。电机再生的电能经续流二极管全波整流后反馈到直流电路。由于直流电路的电能无法通过整流桥回馈到电网，仅靠变频器本身的电容吸收，虽然其他部分能消耗电能，但电容仍有短时间的电荷堆积，形成“泵升电压”
（本题23分）四、计算题
1. 某直流电机的额定电枢电流I N =760A，允许的过流倍数λ=1.5，额定转速n N =375
r/min,计算机内部定点数占一个字的位置（16位），试确定电枢电流和转速的存储系数。(电流、转速需
保留0.3的余量) （5分）
2. 有一个调速系统，其控制对象的传递函数为W s ) =18
obj ((0. 005s +1)(0. 25s +1)
， 要求用调节器分别
将其校正成典型Ⅰ型和Ⅱ系统，超调量σ≤5%，求调节器的结构与参数。 （8
分）
（1）校正成典型Ⅰ型系统：
① 选择调节器为PI 调节器，Wpi （s ）=Kpi（τs+1）/τs ；
② 令τ=0.25，则校正之后的新系统的传递函数为W （s ）=18Kpi/[τs (0.005s+1)]； ③ WⅠ（s ）=K/s（Ts+1），令KT=0.5，则，18Kpi/τ×0.005=0.5，代入τ=0.25，得：Kpi=1.4。 （2）校正成典型II 型系统：
① 传递函数近似处理：Wobj （s ）=18/[(0.25s+1)(0.005s+1)]≈18/[0.25s(0.005s+1)]；
《运动控制系统》试卷A 第 4 页
② 选择调节器为PI 调节器，Wpi （s ）=Kpi（τs+1）/τs ；
③ 校正之后的新系统的传递函数为W （s ）=18Kpi（τs+1）/ [0.25τs2（0.005s+1)]； ④ WⅡ（s ）=K（τs+1）/s2（Ts+1），令h=5，h=τ/T=τ/0.005=5，则τ=0.025； K=（h+1）/2h2T2=18Kpi/ 0.25τ，代入τ，T ，h ，得：Kpi=1.67。
《运动控制系统》试卷A 第 4 页 （ 共 6 页 ）
3. 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控制有静差直流调速系统，主电路是由晶闸管可控整流器供电的V-M 系统，已知数据如下：电动机的额定数据为：10KW ，220V ，55A ，1000r/min,电枢电阻R a =0.5Ω；转速反馈系数为α=0. 01158V ⋅min/r ，晶闸管整流装置的电压放大系数K s =44，V-M 系统电枢回路总电阻R =1.0Ω；直流稳压电源±15V 。 （10分） 如生产机械要求转速范围D =10，静差率s ≤5%，
试求出：（1）转速负反馈闭环有静差直流调速系统的稳态结构图 （2）额定负载稳态速降∆ n cl （3）求出闭环系统的开环放大系数 （4）试求计算运算放大器的放大系数
《运动控制系统》试卷A 第 5 页
C e =220-55*0. 5/1000=0. 1925
1）n dn R C =55*1
op =
I =285. 7e 0. 1925
2）2）n n N S
cl =
D (1-S )
=5. 3
3）3) K =
n op n -1=53
cl
4）4） k kc e
p =k =20. 4 s α
（本题 11 分）五、设计题
某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电动机：220V 、136A 、1460r/min，C e ＝0.132V min/r，允许过载倍数λ＝1.5。晶闸管
装置放大系数：K s =40；电枢回路的总电阻：R=0.5Ω；时间常数：T l =0. 03s ，T m =0. 18s ；三相桥式电路平均失控时间T s =0. 0017s ；电流滤波时间常数T 0i =0. 002s ，转速滤波时间常数T =0. 01s ；电流反馈
0n
系数β=0.05V/A，转速反馈系数α=0.07V min/r。设计要求： 稳态指标：无静差；
动态指标：电流超调量σi ≤5%, 空载起动到额定转速时的转速超调量σn ≤10% （1）试设计电流调节器，并计算其参数。 （2）计算出电流环的截止频率。 β=0.05V/A，α=0.07V min/r
T s =0. 0017s ，T 0i =0. 002s ，T ε=T s +T oi
=0. 0037S
电流调节器结构确定：因为σ%≤5%，可按典型I 型系统设计，选用PI 调节器， W ACR (s)=Ki (τi s+1)/τi s ， T l /T∑i=0.03/0.0037=8.1
电流调节器参数确定：τ K -1
i =Tl =0.03s， K I T ∑i= 0.5，I = 0.5/T∑i=135.14 s
k i =K I T I R /K S β=135. 14*0. 0037*0. 5/40*0. 05=1. 25
校验等效条件：ωci =KI =135.14 s-1
1/3T S =196. 08>w ci 1(1/T m T l ) 2
=13. 6
1/3(1/T S T oi ) 2=180. 8>w ci
可见满足近似等效条件。
电流调节器的实现：选R 0=50K，则
R i =K i R 0=1. 25*40=50K
C i =T i /R i =0.031/36⨯103=0.86μF C 0i =4T 0i /R 0=4⨯0.002/40⨯103=0.2μf C i =Ti /R i =0. 03/50000=0. 6μf C oi =4T oi /R 0=
电流环的截止频率是：ωci =KI =135.14 s-1
《运动控制系统》试卷A 第 5页 （ 共 6 页 ）
（本页试卷不能答题，否则不得分！）