10 机电控制系统试题模拟答案.docx

第1页：简答题参考答案要点

模拟试题简答题参考答案：以下按题号列出作答提示。

• 简述控制系统有哪些要求（解：略，见课件）
• 步进电机有哪些特点（解：略，见课件）
• 步进电动机步距角细分控制的基本原理是什么？用哪些方法来实现（解：略，见课件）
• 负载转矩和转动惯量对步进电动机的启动频率和运行频率有什么影响（解：略，见课件）
• 步进电动机对驱动电路有何要求？常用驱动电路有什么类型？各有什么特点（解：略，见课件）
• 步进电动机为什么要进行加减速控制？如何实现加减速控制（解：略，见课件）
• 步进电动机开环控制与闭环控制各有什么特点？各用在什么场合（解：略，见课件）
• 使用步进电动机需注意哪些主要问题（解：略，见课件）
• 如何减小或消除步进电机的振荡现象（解：略，见课件）
• 如何提高步进电机的负载能力（解：略，见课件）
• 有静差调节系统和无静差调节系统的含义是什么（解：略，见课件）
• 积分调节器为什么能消除误差（解：略，见课件）
• 什么叫调速范围？什么叫静差度？这两项指标有什么关系（解：略，见课件）
• 直流调速有哪些方法？比较各种方法的特点（解：略，见课件）
• 简述直流桥式双极型可逆PWM变换器原理（解：略，见课件）
• 双闭环调速系统中转速调节器的作用是什么？它的输出限幅值按什么进行调整？电流调节器的作用是什么？它的限幅值按什么来整定（解：略，见课件）

第2页：双闭环调节器作用答案

本页以公式推导与图示为主，关键文字如下，公式与波形细节请对照原课件图片。

解：双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。

当负载电流达到Idm后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。

转速调节器ASR的输出限幅电压U*决定了电流给定电压im的最大值；

电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm转速调节器的作用1转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快地跟随给定电压变化，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机允许的最大电流。

电流调节器的作用4作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。

5对电网电压的波动起及时抗扰的作用。

6在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。

7当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。

一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。

这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。

二、计算题1、三相步进电机工作在双三拍方式，已知步距角3°，最大转矩Tmax=N.m，转动部分的转动惯量J=×10-5kg.m2，试求该步进电机的自由振荡频率和周期 m3 3解：Z 360 360 40，f 1 ZT 402 J2 10 5 、一台三相反应式步进电机，采用三相六拍分配方式，转子有40个齿，

时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到

后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。转速调节器

的最大值；电流调节器

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机允许的最大电流。电流调节器的作用4作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）变化。5对电网电压的波动起及时抗扰的作用。6在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。7当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。二、计算题1、三相步进电机工作在双三拍方式，已知步距角3

第3页：步进电机计算题答案

脉冲源频率600Hz，求：1写出一个循环的通电顺序2求步进电机的步距角3求步进电动机转速3、一台步进电动机，已知相数m=6，单六拍运行步距角为3°，单双十二拍运行时步距角为°，求转子数？

• 有一脉冲电源，通过环形分配器将脉冲分配给五相十拍通电的步进电动机定子励磁绕组，测得步进电动机的转速为100r/min，已知转子有24个齿，求：（1）步进电机的步距角；
• 脉冲电源的频率

第4页：四相步进电机与机械系统答案

、若一台四相反应式步进电机的步距角为°/°，试问：（1）°/°表示什么意思？

2转子齿数是多少？

3写出四相八拍运行方式的一个通电顺序。

4在A相测得电源频率为400赫兹时，每分钟的转速为多少？

试求图所示机械系统的微分方程式和传递函数。

图中力f(t)是输入量，位移x(t)为输出量，m为质量，k为弹簧的弹性系数，B为粘性阻尼系数。

解取质量m的平衡点为位移零点，根据达朗贝尔原理，可列出系统输入

第5页：系统参数整定与稳态误差答案

本页以公式推导与图示为主，关键文字如下，公式与波形细节请对照原课件图片。

f(t)与输出x(t)之间的微分方程式为7、控制系统方框图如图所示，若要求系统单位阶跃响应超调量MP 20%，调节时间ts s（ 5%），试确定K与τ的值。

-Ks s 1 1 sXi(s)+Xo(s)解由系统方框图可以求得系统的闭环传递函数为KΦ(s) s s 1 Ks s 1 1 K 1 s s2 1 K s K与二阶系统传递函数的标准形式比较，可得22nnn2 1K ， / 由性能指标MP=，ts=s可以求得系统的特征参数为 , n 将系统的特征参数代入，可以求得2nnnK 2 ， 2 1 / 、单位反馈系统的开环传递函数为G(s) Ks s 1 s 5 ，当输入单位斜坡信号时，系统的稳态误差ess ，试求K值。

解对于单位反馈系统，其稳态误差计算可以用误差系数法。

值。解对于单位反馈系统，其稳态误差计算可以用误差系数法。将系统的开换

将上式在零初始条件下取拉氏变换，可得机械系统的传递函数为

第6页：R-L-C电路与扰动误差答案

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传递函数化为常数相为1的各因式乘积形式，则有K/5s s 1 s 1 G(s) 由此可见，控制系统为I型系统，其开环增益为K/5。

当输入斜坡函数时，系统的稳态误差为

为输出电压1列出

之间的微分方程2根据微分方程绘制系统结构图

系统框图如图所示

为系统扰动信号

第7页：二阶环节与调速范围答案

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Xi(s)为系统输入，试求干扰信号n(t)作用下引起的稳态误差enss（Xi(s)=0）N（s）+Xo(s)Xi（s）解enss=-1/911、二阶环节的单位阶跃响应曲线如图所示，确定该二阶环节的闭环传递函数。

试求：系统的调速范围和系统允许的静差度。

有一直流调速系统

有一晶体管电动机直流脉宽调速系统，其主电路的电源电压

第8页：PWM调速计算题答案

交替导通的开关频率f=5kHz，在脉冲周期内正向全导通时的理想空载转速n01=3000r/min，试问正向理想空载转速n02=600r/min时的正向导通时间t1为多少？

解：14、某一晶体管电动机直流脉宽调速系统，脉宽调制（PWM）放大器的电源电压US=100V，开关频率f=5kHz，正向全导通时的理想空载转速n01=2000r/min，试问正向导通时间t1=×10-4s时的理想空载转速n02为多少？

三、分析题1、如果采用步进电机作为伺服系统的执行元件，应考虑哪些因素解：见课件，总结2、欲改变双闭环调速系统中的转速，可调什么参数？

改变转速反馈系统γ行不行？

欲改变最大允许电流，应调节什么参数？

解：结合双闭环调速系统的原理分析，调Ug可调n，改变γ也可，欲改变Iam应调β3、如图所示转速负反馈直流调速系统，已知数据如下：直流电动机采用Z2-41型，其主要技术数据为：PN=3kW、UN=220V、IN=A、nN=1500r/min、Ra=Ω。

晶闸管可控整流电源的等效电阻RX=Ω；

晶闸管可控整流器的电压放大倍数KS=50；

第9页：转速负反馈系统静态参数答案

直流电动机为最高转速nN=1500r/min时的给定电压Ugm=10V对该调速系统的技术指标要求是：调速范围D=20，静差度S=5%；

试求：该闭环调速系统的静态参数：ΔnNf、K、Ud、Uk、Kp、γ

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