2025年大学大四（自动化）运动控制系统基础测试题及答案.doc

2025年大学大四（自动化）运动控制系统基础测试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
答题要求：本大题共10小题，每小题3分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。

1. 以下哪种调速方法不属于直流电动机的调速方法？（ ）
A. 改变电枢电压调速
B. 改变励磁磁通调速
C. 改变转差率调速
D. 电枢回路串电阻调速

2. 交流异步电动机的调速方法中，最节能的是（ ）。
A. 变极调速
B. 变频调速
C. 调压调速
D. 转子串电阻调速

3. 直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端的平均电压为（ ）。
A. 电源电压
B. 0
C. 电源电压的一半
D. 不确定

4. 位置随动系统的主要任务是（ ）。
A. 实现转速的精确控制
B. 实现转角的精确控制
C. 实现速度的精确控制
D. 实现转矩的精确控制

5. 矢量控制的基本思想是通过（ ），将交流电动机等效为直流电动机进行控制。
A. 坐标变换
B. 磁场定向
C. 变频调速
D. 以上都是

6. 转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器ASR的作用不包括（ ）。
A. 使转速跟随给定电压变化
B. 对负载变化起抗扰作用
C. 限制电枢电流的最大值
D. 实现转速无静差

7. 交流伺服电动机的控制方式不包括（ ）。
A. 幅值控制
B. 相位控制
C. 幅相控制
D. 频率控制

8. 步进电动机的步距角误差是指（ ）。
A. 实际步距角与理论步距角之差
B. 最大步距角与最小步距角之差
C. 不同相之间步距角的差异
D. 步距角随时间的变化量

9. 直流电动机的调速范围是指（ ）。
A. 电动机能够达到的最高转速与最低转速之比
B. 电动机额定转速与最低转速之比
C. 电动机最高转速与额定转速之比
D. 电动机能够达到的最高转速与负载转速之比

10. 以下哪种控制方式不属于智能控制？（ ）
A. 模糊控制
B. 神经网络控制
C. 比例积分控制
D. 专家控制

第II卷（非选择题 共70分）
11. （10分）简述直流电动机调速的三种方法及其特点。

12. （15分）画出转速、电流双闭环调速系统的原理图，并说明各环节的作用。

13. （15分）简述交流异步电动机变频调速的基本原理。

14. （15分）阅读材料：
在某工业生产线上，需要对一台三相异步电动机进行调速控制，以满足不同生产工艺的要求。已知该电动机额定功率为10kW，额定转速为1460r/min，电源频率为50Hz。
问题：请设计一种合适的调速方案，并说明理由。

15. （15分）阅读材料：
某位置随动系统采用直流电动机作为执行元件，系统要求能够快速准确地跟踪输入信号的变化。已知系统的开环传递函数为G(s)=K/s(s+1)(s+5)。
问题：分析该系统的稳定性，并提出改进措施。

答案：
1. C
2. B
3. B
4. B
5. D
6. C
7. D
8. A
9. A
10. C

11. 直流电动机调速的三种方法及其特点：
- 改变电枢电压调速：通过改变电枢两端的电压来实现调速，调速范围宽，平滑性好，效率高，但需要专用的可调压电源。
- 改变励磁磁通调速：通过改变励磁电流来改变磁通，从而实现调速，调速范围较窄，常用于恒功率调速场合，调速时机械特性较软。
- 电枢回路串电阻调速：在电枢回路中串入电阻来改变电枢电压，实现调速，调速方法简单，但效率低，调速范围窄且机械特性软。

12. 转速、电流双闭环调速系统原理图：由给定电压Un、转速调节器ASR、电流调节器ACR、触发器、晶闸管整流装置、电动机M等组成。
- 给定电压Un：给出调速系统转速的给定值。
- 转速调节器ASR：使转速跟随给定电压变化，对负载变化起抗扰作用，实现转速无静差。
- 电流调节器ACR：限制电枢电流的最大值，加快动态过程的恢复，对电网电压波动起及时抗扰作用。
- 触发器：将控制信号转换为触发脉冲。
- 晶闸管整流装置：将交流电转换为直流电供给电动机。
- 电动机M：执行机构。

13. 交流异步电动机变频调速的基本原理：根据异步电动机的转速公式n=(l-s)60f/p，通过改变电源频率f来改变电动机的同步转速n0，从而实现调速。同时，为了保持电动机的磁通不变，需要在改变频率的同时，相应地改变电压，即采用恒压频比控制方式。当频率降低时，电压也降低，以避免磁通过大导致铁心饱和；当频率升高时，电压也升高，但受电动机绝缘等限制，电压不能无限制升高。

14. 对于该三相异步电动机的调速控制，可以采用变频调速方案。理由如下：变频调速具有调速范围宽、调速精度高、效率高、能实现无级调速等优点。该电动机额定功率为10kW，对调速性能要求较高，变频调速能够很好地满足不同生产工艺对转速的要求，并且能提高系统的运行效率和稳定性，相比其他调速方法更适合该工业生产线的应用。

15. 系统的开环传递函数为G(s)=K/s(s+1)(s+5)，其特征方程为s(s+1)(s+5)+K=0，即s³+6s²+5s+K=0。根据劳斯判据，系统的稳定性取决于K值。当K较小时，系统稳定；当K增大到一定程度时，系统可能会出现不稳定。改进措施：可以增加校正环节，如采用PI调节器或PID调节器，改善系统的动态性能和稳定性；也可以采用反馈控制等方法，提高系统对干扰的抑制能力，确保系统能够快速准确地跟踪输入信号的变化。