Title: 自控实践

控制系统框图

Q: 直流电动机运行中，每个元件所导通的电流也是交变的，改变线圈中电流方
向是[1]和[2]完成的。
A: 电刷、换向器

Q: 永磁材料的重要指标包括
A: [1]剩磁密度Br
[2]矫顽力Hc
[3]最大磁能积BHmax

Q: 控制:?
A: 主体按照给定的条件和目标，对客体施加影响的过程和行为（plus 手段）

Q: 控制系统：？
A: 实现控制过程的装置、体系。常见的自动化系统是指由相应的硬件和软件构成的机构、设备

Q: 直流电机优缺点：
A: 优：①转矩大②调速范围宽③易于控制，可靠性高，调速时能量损耗小
缺：有换向器，造价贵，寿命短，容量有限制

Q: 直流电机构成：定子、转子
A: 定子：定子铁芯、励磁绕组/永磁体、机壳、电刷
转子：电枢铁芯、电枢绕组，换向器

Q: 电枢反应成因及影响
A: 磁场物理/几何中性面不重合
减少总磁通（去磁）
使气隙磁场发生畸变

Q: 直流电机三种调速特性
A: 串电阻调速：1。简单,易实现；2。损耗大,低效率；3。降速调速；4。一般为有级调速；5。特性变软（抗负载TL能力变差）；6。轻载时调速范围小。（只适用于小功率，卷扬机等场合。）
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弱磁调速：1。基速以上的调速，无级调速；2。转速上升； 3。机械特性曲线变软；4。高效率；5。恒功率（稳态后Ua Ia不变）,但转矩Tem随着磁通减少；6。一般调速比范围在2-4。（几个隐患，因此磁通不能太小，且有保护功能。 1. 磁通太小，导致电枢电流Ia过载；2. 飞车；3. 堵转。）
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降压调速：1。基速以下调速； 2。线性直线族特性； 3。控制与调节特性良好，范围大； 4。易于无级调速； 5。效率高； 6。需调压电源实现; 7. 硬度不变；8.恒转矩（磁通，Ia不变）

Q: 换向火花的影响
A: ①电枢电流增大，负载转矩增大
②电机转速增大。电枢电压提高
③换向器表面变粗糙

Q: 如何消除幻想火花
A: ①移动电刷法
②设置换向磁极
③选用合适的电刷

机电时间常数、电磁时间常数

Q: 电枢绕组构成原则：
A: 1. 产生最大的感应电势；
2. 可以承载一定的电流；
3. 结构简单；
4. 节约有色金属。

Q: 常用低压电器
A: --断路器
--电磁式接触器
--电磁式继电器与固态继电器
--熔断器
--主令电器

Q: 控制元件的发展趋势
A: 高集成，高精度，轻量化

晶闸管、功率晶体管GTR、功率mos场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极性晶体管IGBT的优缺点

线性功放、开关功放优缺点

Q: 开关类型
A: （GTR）

T型电路、H型电路优缺点

Q: 防直通：
A: 加阻塞二极管、强行钳位

Q: 续流二极管功能：
A: 防止感性负载的高反电压现象，将电流释放掉

Q: [...]是阻塞二极管，[...]是续流二极管
A: D_1、D_2; D_3-D_6

Q: PWM基本原理：
A: 面积等效原理、香浓采样定理

Q: 单极性PWM优缺点：
A: 电流波动小；控制复杂

变压器电压平衡方程

Q: 驱 动 器细分后的 主要优 点:[...]
A: ( 1)消除了电机的低频振荡。
(2)同时也提高了电机的输出转矩。 ( 3)提高了电机步进运行的分辨率。

Q: 步进电机功放电路
A: 1️⃣单电压限流型驱动电路
2️⃣高低压切换型驱动电路
3️⃣恒流斩波型驱动电路
4️⃣分频段调压驱动电路

Q: 1. 单相绕组通入直流电，单相绕组通入交流电以及两相对称绕组通入两相对称交流电各形成 什么磁场?它们的气隙磁通密度的基波在空间怎样分布?在时间上又怎么变化?(课后作业第 1 题)
A: 答:直流整距线圈--矩形恒定磁场;直流整距分布式---正弦恒定磁场(阶梯波); 单相交流整距线圈---矩形脉振磁场;单相交流分布式线圈-----正弦脉振磁场(阶梯波脉振磁场);以上磁场在空间中不变化
两相对称电流是相位差 90 度电流，两相对称绕组电角度差 90 度。两相对称交流电产生幅值恒定的正弦旋 转磁场，磁场为行波。

Q: 如何理解电机拖动中，既不要“小马拉大车”，也不要“大马拉小车”这句话?
A: 答:电机是设计在其额定功率点附近工作时效率最高。额定功率小的电机在超过额定功率区域工作时，工作电流会超过额定电流。如果电机长时间以超过额定电流区域工作，则会影响电机寿命。这就是说不要“小马拉大车”。
额定功率高的电机在低功率区域工作时，因为功率因数和效率原因，运行时的电流可能会比额定功率小的 电机还要大。电流大，对应的线路损耗大，不经济，这就是说不要“大马拉小车”。

Q: 用感应同步器作为一旋转轴系转角测量元件，信号处理电路采用鉴相式方 法，在轴系旋转过程中，分析能否实时得到准确的位置信息?
A: 答:不能在轴系旋转时得到准确的位置信息， 因为在转动过程中，转子输出的信号频率随转速变化，与定子激磁频率不同因此不能准确测量相位，进而无法得到准确的位置信息。

Q: 简述 M 法测速的原理和适用场合。
A: 答:
在规定的检测时间内，检测传感器输出的脉冲数并计算速度，称为 M 法测速。设 传感器每转产生的脉冲数为 P，在检测时间段 Tg(s)内测得的脉冲数为 m1，则转速 n为
  M 法测速，适用于高速场合。

Q: 两种主要的旋转变压器/感应同步器信号处理方式为：
A: 鉴相处理方式—两相激磁方式
鉴幅处理方式—单相激磁方

Q: 简要分析三相异步电动机在起动前 和运行中两种条件下，一相断路发生时，会出现什么现象?为什么三相异步电动机不允 许长时间缺相运行? (3分)
A: 2 三相异步电机一相发生断路，则会产生脉振磁场。当启动前一相发生断路时，由于脉振磁场没有 启动转矩，所以电动机不会转动;当运行中一相发生断路时，如果负载转矩大于脉振磁场最大转矩 时，电机将逐渐停止转动，如果负载转矩小于脉振磁场的最大转矩时，电机将继续旋转，不过转速 小于断路之前的转速。
3 三相异步电机缺相运行属于脉振磁场状态下运行，此时效率低，长时间运行可能会烧毁电机。

Q: 7) 三相对称绕组的感应电机，在绕组中施加三相对称电流时，各绕组产生的磁动势 为何种形式?请通过公式推到的方式说明三相绕组磁场叠加后产生的基波磁动势为 何种形式?
A: 答:三相对称绕组的感应电机，在绕组中施加三相对称电流时，各绕组产生的 磁动势为脉振磁势。
三相对称电流为:
基波磁势为：

Q: 6) 异步电机从基频向下变频调速时，请分别画出保持 E/f 等于常数的机械特性曲线 族和保持 U/f 等于常数的机械特性曲线族，并分析两种情况的区别。
A: 如下图，其中虚线为 E/f 等于常数的机械特性曲线族其中实线为 U/f 等于常数的机械 特性曲线族
E/f 为常数时，主磁通φm 等于常数，是恒磁通控制方式，其特点是不同频率的各机械 特性曲线彼此平行，最大转矩 Tm 不变，与频率无关。优点是机械特性硬，调速范围 宽，稳定性好，并且能无极调速，效率高。
U/f 为常数时，主磁φm 通接近常数，最大转矩 Tm 随 f 降低而减小，低频时，启动转 矩减小。

Q: (1) 有一工作在步距角为 1.8°模式的步进电机，给电机发 100 个正转脉冲后，电机正 向旋转了 147.6°，分析产生问题的可能原因，并给出可能的解决方法。
A: 答:问题是出现了丢步现象，可能是输入脉冲频率过高或频率变化率过高造成的，解 决方法，a.降低输入脉冲频率和频率变化率。b.如可以，减小负载的转动惯量

Q: 四大元件的作用（控制系统）
A: 校正元件的作用:改善系统的性能，使系统能正常可靠地工作并达到规定的性 能指标
功率元件的作用:提供能量，将微弱控制信号放大驱动执行元件
执行元件的作用:驱动被控对象，控制或改变被控量
测量元件的作用:检测被控量，并转换成系统希望的另一种容易处理和使用的 量

Q: 开关功率放大器的损耗有几种？其中与开关频率有关的损耗有哪些？同样条件下，
电阻性负载与感性负载对功率损耗的影响有何不同？
A: 答：开关功率放大器的损耗包括：通态损耗、断态损耗、开通损耗、关断损耗及驱动损耗。
其中与开关频率有关的损耗包括：开通损耗和关断损耗
同样条件下，电阻性负载和感性负载的通态损耗、断态损耗及驱动损耗相同；同样条件下，电阻性负载与感性负载相比开通损耗和关断损耗小。

极齿配合条件：（三相步进电机）

Q: 一个脉振磁动势可以分解为
A: 两个方向相反，转速相同的圆形旋转磁动势

Q: BLDCM由………………组成
A: 电动机、位置传感器、电子开关线路

Q: 使用增量码盘如何获得绝对位置信息？如何获得旋转方向信息？
A: 增量码盘在开机后，需要一个寻零过程，即检测Z信号后建立基准（零位），相对于这个零位信号的位置获得绝对位置，旋转方向通过比较A、B信号的相位获得

Q: 测量元件通常由 [...] ， [...] 和 [...] 三部分组成。
A: 敏感元件; 转换元件; 转换电路

Q: 旋转变压器的补偿方式包括 [...] 和 [...] 。
A: 原边补偿; 副边补偿

分辨率与误差的大小关系