電力拖動自動控制系統(tǒng) 運(yùn)動控制系統(tǒng)思考題和課后習(xí)題答案

1、第2章 2-1 直流電動機(jī)有哪幾種調(diào)速方法？各有哪些特點(diǎn)？ 答：調(diào)壓調(diào)速，弱磁調(diào)速，轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，變頻調(diào)速。特點(diǎn)略。 2-2 簡述直流 PWM 變換器電路的基本結(jié)構(gòu)。 答：直流 PWM 變換器基本結(jié)構(gòu)如圖，包括 IGBT 和續(xù)流二極管。三相交流電經(jīng)過整流濾波后送 往直流 PWM 變換器，通過改變直流 PWM 變換器中 IGBT 的控制脈沖占空比，來調(diào)節(jié)直流 PWM 變換 器輸出電壓大小，二極管起續(xù)流作用。 2-3 直流 PWM 變換器輸出電壓的特征是什么？ 答：脈動直流電壓。 2=4 為什么直流 PWM 變換器-電動機(jī)系統(tǒng)比 V-M 系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？ 答：直流 PWM 變換器

2、和晶閘管整流裝置均可看作是一階慣性環(huán)節(jié)。其中直流 PWM 變換器的時 間常數(shù) Ts 等于其 IGBT 控制脈沖周期（1/fc） ，而晶閘管整流裝置的時間常數(shù) Ts 通常取其最大 失控時間的一半（1/（2mf）。因 fc 通常為 kHz 級，而 f 通常為工頻（50 或 60Hz） 為一周內(nèi) ） ，m 整流電壓的脈波數(shù)，通常也不會超過 20，故直流 PWM 變換器時間常數(shù)通常比晶閘管整流裝置時 間常數(shù)更小，從而響應(yīng)更快，動態(tài)性能更好。 2=5 在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中， 當(dāng)電動機(jī)停止不動時， 電樞兩端是否還有電壓？電路中是否還有電 流？為什么？ 答：電樞兩端還有電壓，因?yàn)樵谥绷髅}寬調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)

3、電樞兩端電壓僅取決于直流 PWM 變換器的輸出。電樞回路中還有電流，因?yàn)殡姌须妷汉碗姌须娮璧拇嬖凇?2-6 直流 PWM 變換器主電路中反并聯(lián)二極管有何作用？如果二極管斷路會產(chǎn)生什么后果？ 答：為電動機(jī)提供續(xù)流通道。若二極管斷路則會使電動機(jī)在電樞電壓瞬時值為零時產(chǎn)生過電 壓。 2-7 直流 PWM 變換器的開關(guān)頻率是否越高越好？為什么？ 答：不是。因?yàn)槿糸_關(guān)頻率非常高，當(dāng)給直流電動機(jī)供電時，有可能導(dǎo)致電樞電流還未上升 至負(fù)載電流時，就已經(jīng)開始下降了，從而導(dǎo)致平均電流總小于負(fù)載電流，電機(jī)無法運(yùn)轉(zhuǎn)。 2-8 泵升電壓是怎樣產(chǎn)生的？對系統(tǒng)有何影響？如何抑制？ 答：泵升電壓是當(dāng)電動機(jī)工作于回饋制動狀態(tài)

4、時，由于二極管整流器的單向?qū)щ娦?，使得?動機(jī)由動能轉(zhuǎn)變?yōu)榈碾娔懿荒芡ㄟ^整流裝置反饋回交流電網(wǎng)，而只能向?yàn)V波電容充電，造成電 容兩端電壓升高。 泵升電壓過大將導(dǎo)致電力電子開關(guān)器件被擊穿。應(yīng)合理選擇濾波電容的容量，或采用泵升電 壓限制電路。 2-9 在晶閘管整流器-電動機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為什么轉(zhuǎn)速隨負(fù)載增加而降低？ 答：負(fù)載增加意味著負(fù)載轉(zhuǎn)矩變大，電機(jī)減速，并且在減速過程中，反電動勢減小，于是電 樞電流增大，從而使電磁轉(zhuǎn)矩增加，達(dá)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡，電機(jī)不再減速，保持穩(wěn)定。故負(fù)載 增加，穩(wěn)態(tài)時，電機(jī)轉(zhuǎn)速會較增加之前降低。 2-10 靜差率和調(diào)速范圍有何關(guān)系？靜差率和機(jī)械特性硬度是一回事嗎？舉個例子

5、。 答：D=（nN/n） （s/（1-s）。靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的， ） 而機(jī)械特性硬度是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的降落 的。2-11 調(diào)速范圍與靜態(tài)速降和最小靜差率之間有何關(guān)系？為什么必須同時提才有意義？ 答：D=（nN/n） （s/（1-s）。因?yàn)槿糁豢紤]減小最小靜差率，則在一定靜態(tài)速降下，允許 ） 的調(diào)速范圍就小得不能滿足要求；而若只考慮增大調(diào)速范圍，則在一定靜態(tài)速降下，允許的最 小轉(zhuǎn)差率又大得不能滿足要求。因此必須同時提才有意義。 2-12 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？改變給定電壓能否改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給 定電壓不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)是

6、否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測速發(fā)電機(jī)的勵磁發(fā)生了變 化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？（已驗(yàn)證） 答：轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)增加了轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)（由轉(zhuǎn)速檢測裝置和電壓放大器構(gòu)成） ，可獲得比 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而保證在一定靜差率下，能夠提高調(diào)速范圍。 改變給定電壓能改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速。因?yàn)楦淖兘o定電壓則改變實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋電壓與給定電壓的 偏差，從而改變電力電子變換器的輸出電壓，即改變電動機(jī)的電樞電壓，改變了轉(zhuǎn)速。 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)而不改變給定電壓能改變轉(zhuǎn)速。因?yàn)楦淖冝D(zhuǎn)速反饋系數(shù)則改變實(shí)際轉(zhuǎn)速反 饋電壓，而給定電壓不變，則電壓偏差改變，從而電力電子變換器輸出電壓改變，即電動機(jī)電 樞電壓改變，轉(zhuǎn)

7、速改變。 若測速發(fā)電機(jī)勵磁發(fā)生變化，則反饋電壓發(fā)生變化，當(dāng)給定電壓一定時，則電壓偏差發(fā)生變 化，從而轉(zhuǎn)速改變。故系統(tǒng)無克服測速發(fā)電機(jī)勵磁發(fā)生變化干擾的能力。 2-13 為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的？在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸 入偏差電壓U=0 時，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它決定于哪些因素？ 答：因?yàn)榉e分調(diào)節(jié)器能在電壓偏差為零時仍有穩(wěn)定的控制電壓輸出，從而克服了比例調(diào)節(jié)器 必須要存在電壓偏差才有控制電壓輸出這一比例控制的調(diào)速系統(tǒng)存在靜差的根本原因。 當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓為零時，調(diào)節(jié)器輸出電壓應(yīng)為一個恒定的積分終值。它取決于 輸入偏差量在積分時間內(nèi)的積累，以及積分調(diào)節(jié)器

8、的限幅值。 2-14 在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測速發(fā)電機(jī)精度的 影響？為什么？ 答：仍然受影響。因?yàn)闊o靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只是實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)誤差為零，因此若給點(diǎn)電 源發(fā)生偏移，或者測速發(fā)電機(jī)精度受到影響而使反饋電壓發(fā)生改變，系統(tǒng)仍會認(rèn)為是給定或轉(zhuǎn) 速發(fā)生改變，從而改變轉(zhuǎn)速，以達(dá)到電壓偏差為零。 2-15 在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列參數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用？為 什么？（已驗(yàn)證） （1）放大器的放大系數(shù) Kp。 （2）供電電網(wǎng)電壓 Ud。 （3）電樞電阻 Ra。 （4）電動機(jī)勵磁電流 If。 （5）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 。 答： （1）有。假設(shè)

9、Kp 減小，則控制電壓減小，則電力電子變換器輸出減小，則電動機(jī)轉(zhuǎn)速下 降；而電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，則反饋電壓減小，則偏差電壓增大，則控制電壓增大，則轉(zhuǎn)速上升。 （2）有。不解釋。 （3）有。不解釋。 （4）有。不解釋。 （5）沒有。不解釋。 2-16 在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時晶閘管整 流裝置的輸出電壓 Ud 較之負(fù)載變化前是增加、減少還是不變？ 在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后進(jìn)入 少還是不變？（已驗(yàn)證） 是增加、減 Ud 和整流裝置的輸出電壓 n 穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速答： （1）Ud 減小。因負(fù)載減小，轉(zhuǎn)速上升，反饋電壓增加，給定電壓一定，偏差電壓減小， 控制電壓

10、減小，故輸出電壓減小。 （2）n 不變，Ud 增加。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速僅取決于給定電壓，故不變；略。 2-17 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些基本特征？它能減少或消除轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差的實(shí)質(zhì)是什么？ 一、可以作為填空題或簡答題的 2-1 簡述直流電動機(jī)的調(diào)速方法。 答：直流調(diào)速系統(tǒng)常以（調(diào)壓調(diào)速）為主，必要時輔以（弱磁調(diào)速） ，以（擴(kuò)大調(diào)速范圍） ， 實(shí)現(xiàn)（額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速） 。 2-2 直流調(diào)壓調(diào)速主要方案有（G-M 調(diào)速系統(tǒng)，V-M 調(diào)速系統(tǒng)，直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)） 。 2-3 V-M 調(diào)速系統(tǒng)的電流脈動和斷續(xù)是如何形成的？如何抑制電流脈動？ 11-12 答：整流器輸出電壓大于反電動勢時，電感儲能，電

11、流上升，整流器輸出電壓小于反電動勢 時，電感放能，電流下降。整流器輸出電壓為脈動電壓，時而大于反電動勢時而小于，從而導(dǎo) 致了電流脈動。 當(dāng)電感較小或電動機(jī)輕載時，電流上升階段電感儲能不夠大，從而導(dǎo)致當(dāng)電流下降時， 電感已放能完畢、電流已衰減至零，而下一個相卻尚未觸發(fā)，于是形成電流斷續(xù)。 2-4 看 P14 圖簡述 V-M 調(diào)速系統(tǒng)的最大失控時間。 14 答：t1 時刻某一對晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)延遲角為1，在 t2t1 時刻，控制電壓發(fā)生變 化，但此時晶閘管已導(dǎo)通，故控制電壓的變化對它已不起作用，只有等到下一個自然換向點(diǎn) t3 時刻到來時，控制電壓才能將正在承受正電壓的另一對晶閘管在觸發(fā)延遲角

12、2 后導(dǎo)通。t3-t2 即為失控時間，最大失控時間即為考慮 t2=t1 時的失控時間。 2-5 簡述 V-M 調(diào)速系統(tǒng)存在的問題。16 答：整流器晶閘管的單向?qū)щ娦詫?dǎo)致的電動機(jī)的不可逆行性。 整流器晶閘管對過電壓過電流的敏感性導(dǎo)致的電動機(jī)的運(yùn)行不可靠性。 整流器晶閘管基于對其門極的移相觸發(fā)控制的可控性導(dǎo)致的低功率因數(shù)性。 2-6 簡述不可逆 PWM 變換器 （無制動電流通路與有制動電流通路） 各個工作狀態(tài)下的導(dǎo)通器件和 電流通路。17-18 2-7 調(diào)速時一般以電動機(jī)的（額定轉(zhuǎn)速）作為最高轉(zhuǎn)速。 2-8 （調(diào)速范圍）和（靜差率）合稱調(diào)速系統(tǒng)的（穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)） 。 2-8 一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍

13、，是指（在最低轉(zhuǎn)速時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍） 。 2-9 簡述轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性本質(zhì)。 答：在閉環(huán)系統(tǒng)中，每增加（或減少）一點(diǎn)負(fù)載，就相應(yīng)地提高（或降低）一點(diǎn)電樞電壓， 使電動機(jī)在新的機(jī)械特性下工作。因此閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性本質(zhì)上就是無數(shù)開環(huán)機(jī)械特性上各取 一個相應(yīng)的工作點(diǎn)連接而成的。 2-10 簡述比例反饋控制的規(guī)律。 答：比例控制的反饋控制系統(tǒng)是（被調(diào)量有靜差）的控制系統(tǒng)； 反饋控制系統(tǒng)的作用是（抵抗前向通道的擾動，服從給定） ； 反饋系統(tǒng)的精度依賴于（給定和反饋檢測的精度） 。 2-11 簡述積分控制規(guī)律 答：積分控制可以使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜

14、差調(diào)速。 2-12 比例調(diào)節(jié)器和積分調(diào)節(jié)器有何不同？ 答：比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于（輸入偏差的現(xiàn)狀） ，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了（輸入 偏差量的全部歷史） 2-13 簡述比例積分控制規(guī)律。 答：比例部分能（迅速響應(yīng)控制作用） ，積分部分則（最終消除穩(wěn)態(tài)偏差） 。 2-14 微機(jī)控制的調(diào)速系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？ 答： （信號離散化，信息數(shù)字化） 。 2-15 旋答：絕對式編碼器：常用語檢測轉(zhuǎn)角信 轉(zhuǎn)編碼器分為哪幾種？各有什么特點(diǎn)？號，若需要轉(zhuǎn)速信號，應(yīng)對轉(zhuǎn)角微分。 增量式編碼器：可直接檢測轉(zhuǎn)速信號。 2-16 數(shù)字測速方法有哪些精度指標(biāo)？ 答： （分辨率，測速誤差率） 。 2-17 采用旋轉(zhuǎn)編碼器的

15、數(shù)字測速方法有（M，T，M/T） 。高低全 2-18 為什么積分需限幅？ 答：若沒有積分限幅，積分項(xiàng)可能很大，將產(chǎn)生較大的退飽和超調(diào)。 2-19 簡述帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的特點(diǎn)。 答：電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個大電阻 KpKsR，導(dǎo)致當(dāng) Id=Idcr 時，機(jī)械 特性急劇下垂； 比 較 電 壓 Ucom 與 給 定 電 壓 Un* 作 用 一 致 ， 相 當(dāng) 于 把 理 想 空 載 轉(zhuǎn) 速 提 高 到 n0=(KpKs(Un*+Ucom)/(Ce(1+K)。 二、公式和特性 1. 整 流 電 壓 平 均 值 ： Ud0=(m/)Umsin(m/)cos （

16、 Um/m_ 單 相 全 波 / 三 相 半 波 / 三 相 全 波 _2U2/2U2/6U2/2/3/6） 調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性方程：n=(Ud0-IdR)/Ce 3.晶閘管整流器最大失控時間：Tsmax=1/mf 4.調(diào)速范圍定義式：D=nmax/nmin 5.靜差率定義式：s=n/n 6.閉環(huán)靜特性與開環(huán)靜特性： ncl=(Ud0cl-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/(Ce(1+K) nop=(Ud0op-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/Ce 7.調(diào)速范圍，靜差率和額定速降之間的關(guān)系式（開環(huán)和閉環(huán)） ：D_=(nN/n_)(s/(1-s)（ncl= nop/(1+K)

17、） 8.轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的 K 定義式及表達(dá)式：K=KpKs/Ce 9.臨界開環(huán)放大倍數(shù) Kcr=(Tm(Tl+Ts)+Ts2)/(TlTs)T | 高速M(fèi) | 11.連續(xù)式 PI 算式：?u(t)=Kpe(t)+(1/)(0_t)e(t)dt 12.位置式 PI 算式：u(k)=Kpe(k)+(Tsam/)(i=0_k)e(i) 13.增量式 PI 算式：u(k)=u(k)-u(k-1)=Kp(e(k)-e(k-1)+(Tsam/)e(k) 調(diào)速-系統(tǒng)原理圖： 2.（無制動和有制動）直流 PWM 變換器-電動機(jī)-電路原理圖： 3.轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)-系統(tǒng)原理圖： 4.轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直

18、流調(diào)速系統(tǒng)-靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖： 5.轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)-動態(tài)結(jié)構(gòu)圖： 6.帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)-靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖： 1.有制動電流通路的不可逆 PWM 變換器-直流電動機(jī)系統(tǒng)各工作狀態(tài)下的電壓和電流波形： 2.帶電流截止負(fù)反饋比例控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)-靜特性： 第3章 三、思考題 3-1 在恒流起動過程中，電樞電流能否達(dá)到最大值 Idm？為什么？ 答：不能。因?yàn)楹懔魃龠^程中，電流閉環(huán)調(diào)節(jié)的擾動是電動機(jī)的反電動勢，是一個線性漸 增的斜坡擾動量，而電流閉環(huán)采用的 PI 調(diào)節(jié)器對斜坡擾動無法消除靜差，故 Id 略低于 Idm。 （未 分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)。造成轉(zhuǎn)軸堵死，由于機(jī)械原

19、因，3-2 驗(yàn)證） 答：電動機(jī)堵轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn)速恒為零，在一定的給定下，偏差電壓相當(dāng)大，從而使 ASR 迅速達(dá)到飽 和，又電動機(jī)轉(zhuǎn)速由于轉(zhuǎn)軸堵死無法提升，故 ACR 無法退飽和，因此系統(tǒng)處于 ASR 飽和狀態(tài)。 3-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，給定電壓 Un*不變，增加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù) ，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋 電壓 Un 和實(shí)際轉(zhuǎn)速 n 是增加、減小還是不變？（已驗(yàn)證） 答：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 增加，則轉(zhuǎn)速反饋電壓 Un 增加，給定電壓 Un*，則轉(zhuǎn)速偏差電壓減小， 則 ASR 給定電壓 Ui*減小，則控制電壓 Uc 減小，則轉(zhuǎn)速 n 減??；轉(zhuǎn)速 n 減小，則轉(zhuǎn)速反饋電壓 Un 減小，直到轉(zhuǎn)速偏差電壓為零；故穩(wěn)態(tài)

20、時轉(zhuǎn)速反饋電壓 Un 不變，且實(shí)際轉(zhuǎn)速 n 減小。 3-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試時，遇到下列情況會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（未通過驗(yàn)證，求姐） （1）電流反饋極性接反。 （2）轉(zhuǎn)速極性接反。 答： （1）由于電流環(huán)的正反饋?zhàn)饔?，電樞電流將持續(xù)上升，轉(zhuǎn)速上升飛快，電動機(jī)飛車。 （2）由于轉(zhuǎn)速環(huán)的正反饋?zhàn)饔?，ACR 無法退飽和，電動機(jī)轉(zhuǎn)速持續(xù)恒流上升。 3-5 某雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)， ASR、 均采用 PI 調(diào)節(jié)器， ACR 調(diào)試中怎樣才能做到 Uim*=6V 時， Idm=20A； 如欲使 Un*=10V 時，n=1000rpm，應(yīng)調(diào)什么參數(shù)？ 答： （1）調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù) =； （2）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) =

21、。 3-6 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)？改變轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù) Kn 行不行？（= =|）改變電力電子變換器的放大倍數(shù) Ks 行不行？改變轉(zhuǎn) 速反饋系數(shù) 行不行？若要改變電動機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？ 答：通?？梢哉{(diào)節(jié)給定電壓。改變 Kn 和 Ks 都不行，因?yàn)檗D(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)對前 向通道內(nèi)的階躍擾動均有能力克服。也可以改變 ，但目的通常是為了獲得更理想的機(jī)械特性。 若要改變堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù) 。 3-7 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，兩個調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多 少？為什么？ 答：輸入偏差電壓

22、皆是零。因?yàn)橄到y(tǒng)無靜差。 則 ASR 輸出電壓 Ui*=Ui=Id=IdL；ACR 輸出電壓 Uc=Ud0/Ks=見 P62。 3-8 在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，若速度調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器，或電流調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)的 穩(wěn)態(tài)性能影響如何？ 答：速度調(diào)節(jié)器對階躍擾動的靜差由 0 變?yōu)?1/（1+Kn） ，或電流調(diào)節(jié)器對階躍擾動的靜差由 0 變?yōu)?1/（1+Kc） ，而對斜坡擾動的靜差變得更大。 3-9 從下述五個方面來比較轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉 環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)： （1）調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性。 （2）動態(tài)限流性能。 （3）起動的快速性。 （4）抗負(fù)載擾動的性能。 （

23、5）抗電源電壓波動的性能。 答： 3-10 根據(jù) ASR 和 ACR 的作用，回答（均為 PIR）（已驗(yàn)證） ： （1）雙閉環(huán)系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行中，如果電流反饋信號線斷開，系統(tǒng)仍能正常工作嗎？ （2）雙閉環(huán)系統(tǒng)在額定負(fù)載下穩(wěn)定運(yùn)行時，若電動機(jī)突然失磁，最終電動機(jī)會飛車嗎？ 答： （1）穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速不變，電流減小。 （2）不會飛車，而是停轉(zhuǎn)。 一、可以作為填空題或簡答題的3-1 為了實(shí)現(xiàn)（電流的實(shí)時控制和快速跟隨） ，希望電流調(diào)節(jié)器（不要）進(jìn)入飽和狀態(tài)，因此， 對于靜特性來說，只有（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和與不飽和兩種情況） 。 3-2 當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和且穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓分別為（0） 。 3-3

24、 當(dāng) ASR 輸出（達(dá)到限幅值 Uim*） ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈（開環(huán)狀態(tài)） ，轉(zhuǎn)速變化對轉(zhuǎn)速環(huán)（不會）產(chǎn) 生影響，雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個（電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)） 。穩(wěn)態(tài)時，Id（=）Idm。 3-4 電流限幅值 Idm 取決于（電動機(jī)的容許過載能力和系統(tǒng)要求的最大加速度） 。 3-5 簡述采用兩個 PI 調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)外閉環(huán)的效果。 答： 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于 Idm 時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差， 此時轉(zhuǎn)速負(fù)反 饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到 Idm 時，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽和輸出 Uim*，此時電流調(diào) 節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，起到過電流的自動保護(hù)作用。 3-

25、6 簡述 ASR 的退飽和條件。 答：當(dāng) ASR 處于飽和狀態(tài)時，若實(shí)際轉(zhuǎn)速大于給定轉(zhuǎn)速，則反饋電壓大于給定電壓，使偏差 電壓小于零，則 ASR 反向積分，從而退飽和，返回線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。 3-7 簡述轉(zhuǎn)速電流負(fù)反饋控制電流調(diào)速系統(tǒng)起動過程。63 3-8 簡述雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的特點(diǎn)。 （飽和非線性控制；轉(zhuǎn)速超調(diào)；準(zhǔn)時間最優(yōu)控制） 3-9 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能主要包括（抗負(fù)載擾動；抗電網(wǎng)電壓擾動） 。 3-10 簡述雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用。 答：作為主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，使轉(zhuǎn)速快速跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時減小轉(zhuǎn)速 誤差，采用 PIR 可實(shí)現(xiàn)無靜差。 對負(fù)載變

26、化其抗擾作用。 其輸出限幅值決定電動機(jī)允許最大電流。 3-11 簡述雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中電流調(diào)節(jié)器的作用。 答：作為內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流緊緊跟隨給定電流變化。 對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用。 在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電動機(jī)最大允許電流，從而加快動態(tài)過程。 當(dāng)電動機(jī)過載或堵轉(zhuǎn)時， 限制電樞電流最大值， 起快速的自動保護(hù)作用。 一旦故障消失， 系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。 二、公式和特性 穩(wěn)態(tài)時： Un*=Un=n=n0 Ui*=Ui=Id=IdL Uc=Ud0/Ks=(Cen+IdR)/Ks=(Ce(Un*/)+IdR)/Ks 2.轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：=Un*m/nm 3.電流反饋系數(shù)：=

27、Ui*m/Idm 1.轉(zhuǎn)速電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)-系統(tǒng)原理圖： 2.轉(zhuǎn)速電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)-穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖： 3.轉(zhuǎn)速電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)-動態(tài)結(jié)構(gòu)圖： 1.時間最優(yōu)的理想過渡過程： 2.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性： 第4章 一、可以作為填空題或簡答題的 4-1 直流 PWM 可逆調(diào)速系統(tǒng)中當(dāng)電動機(jī)停止時，電樞電壓瞬時值（）零，是（正負(fù)脈寬相等的交 變脈沖電壓） ，故（電流也是交變的） ，稱為（高頻微振電 。 均轉(zhuǎn)矩） ，不能產(chǎn)生（平 ，其平均值為（） 流）4-2 高頻微振電流對電機(jī)有何影響？ 答：消除電機(jī)正反向時的靜摩擦死區(qū)，起動力潤滑作用。同時也增大了電機(jī)的損耗。 二、公式和特性 1

28、.雙極式控制可逆 PWM 變換器輸出電壓平均值：Ud=(2ton/T-1)Us 1.調(diào)速系統(tǒng)四象限運(yùn)行-示意圖： 2.橋式可逆 PWM 變換器電路-原理圖： 3.橋式可逆 PWM 調(diào)速系統(tǒng)主電路-原理圖： 第5章 5-1 對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，為什么調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速范圍不大？電機(jī)機(jī)械特性越軟調(diào)速范圍越大嗎？ 答：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時，普通籠型異步電動機(jī)降壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍為 0s（旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系動態(tài)數(shù)學(xué)模型）轉(zhuǎn)速為（） 。 6-15 旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的優(yōu)點(diǎn)在于（增加了一個輸入量1，提高了系統(tǒng)控制的自由度） 。 二、公式和特性 1.異步電動機(jī)三相動態(tài)數(shù)學(xué)模型：磁鏈方程+電壓方程+轉(zhuǎn)矩方程+運(yùn)動方程+約束

29、條件： 習(xí)題解答（供參考） 習(xí)題二minr，那么系統(tǒng)允許的靜差轉(zhuǎn)速降是多 1000100系統(tǒng)的調(diào)速范圍是，要求靜差率s=2% 少？snrpm2.040.98)?0.02(10?n?1000n 解：)D(1?srpm2.04 系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為。 minr1500n? ，最低轉(zhuǎn)速特性為某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為max0min150rmin?n15n?r? ，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降，帶額定負(fù)載時的速度降落N0min 不變，試問系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少？ nD?n (解：1）調(diào)速范圍均指額定負(fù)載情況下） minmax1485?1500?15nn?n? N

30、max0max13515?nn?150?n? Nmin0min111485135?D?nn minmax10%s?n?15150n? 靜差率 2) 0N Rrec=。相控整流器內(nèi)阻，n=1430r/minRa=， 直流電動機(jī)為P=74kW,UN=220VI=378ANNN時，則系統(tǒng)s=30%。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求s=20%時，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果 的調(diào)速范圍又為多少？rpmV1430?0.1478?)?Ce(U?IRn?(220?3780.023) 解：NNaNrpm1150.1478?In?RCe?378?(0.0230.022)? N3.10.2)?0.2115?(1?1430?

31、DnS?n(1s)? ND?nS?n(1?s)?1430?0.3115?(1?0.3)?5.33 N 機(jī)V-M調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動床 某龍門刨工作臺采用minI220V,?305A,n?1000rP?60kW,U?min/r,，主電路總電阻R=,Ce=?NNNN 求：n? 1）當(dāng)電流連續(xù)時，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為多少？（NS 多少？（2）開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率Nn? ?又為多少）若要滿足D=20,s5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落（3Nmin0.18Ce?305?0.2?274.5r/?n?I?R 解：(1)NN21.5%274.5)?S?nn?274.5(1000?

32、(2) 0NNmin/2.63r?1000?0.0520?0.95?nnSD(1?s) (3) N *V8.8U?、比例調(diào)節(jié)器放 有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，已知給定電壓uU?15K?2K）（=大系數(shù)。求：（1、晶閘管裝置放大系數(shù)）輸出電壓2；、反饋系數(shù)dSPU）若把反饋系數(shù)為何值？開環(huán)時的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍？（若把反饋線斷開，3d*U =減至，當(dāng)保持同樣的輸出電壓時，給定電壓應(yīng)為多少？ u*?V12?15?0.7)?)?215?8.8(1?2KKU?KU(1?K ）（解：1 spsdupV2642?15?U?8.8? 倍,開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22 (2) d*?V15)?

33、4.6?2?15?0.35)(2(1(1U?U?KK)KK?12? (3) spupds 5%s?，那么系 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500r/min150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100r/min 倍數(shù)應(yīng)有多大？?s?n1?Dns/ ）解： 1NN10?1500?2%/?n?98% N?n?1500?2%/98%?10?3.06r/min N?7?./?n/n?K?1100306131. ）2clop 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時，額定負(fù)載下電動機(jī)的速降為8 r/min，如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30，它的速降為

34、多少？在同樣靜差率要求下，調(diào)速范圍可以擴(kuò)大多少倍？ ?8?K15?n?1281?n?1? 解：clop如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30, 則速降為： ?4.3013?128/rpm1?n?n/1?K? opcl?n/?n?1.937倍D可以擴(kuò)大 在同樣靜差率要求下，2cl1cl 有一V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動機(jī)參數(shù)P=, U=220V, I=, n=1500 r/min，電樞電阻R=，電aNNNN樞回路電抗器電阻RL=，整流裝置內(nèi)阻R=,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)K=35。要求系統(tǒng)srec滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率S相矛盾，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，K最大為。 有一個晶閘-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：

35、電動機(jī)：，V220U?P?2.8kWA.6I?15NNNR=，電樞回路電抗器電阻 觸發(fā)整流=，整流裝置內(nèi)阻=1, r/min，R?1500RnrecNaL環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。 35K?s(1)系統(tǒng)開環(huán)工作時，試計算調(diào)速范圍時的靜差率值。 s30?D(2)當(dāng)，時，計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。 %s?D?3010*(3)如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求，在時，%?D?3010sI?IV10U?Ndn?和放大器放大系數(shù)。，計算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù) Knn?pN解： ?/1500?0.1311Vm15?.6?1.5in/C?r220 e（1） ?n?I?R/C?15.6?3.3/0.1311?392.68r/m

36、ine?opNn?1500/30?50 min?88.7%?392.68?n/?n392.68/50s?minop0 2）（?50n/?0.1?n min/.56r/50.9?5?n? ）（3?*?K?1?RI/n?KKU/C?1KC?eedps?n ?K/KCK?esp?*?K1/?CR15.6/1500?KKUC?1?K?esnep? ?552.56?1?.n?/?n?1?29748/5K?clopf?1MHz，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的，高頻時鐘脈沖頻率，倍頻系數(shù)4旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)10240n?1500r/min求轉(zhuǎn)速脈沖個數(shù)和高頻時鐘脈沖個數(shù)均采用16位計數(shù)器，M法測速時間為，n?150r/mi

37、n時的測速分辨率和誤差率最大值。和 解： 6060?1.465r/min?Q ）（1M法：分辨率 ZT01.0?4?1024c60M1?n? 最大誤差率： ZTcnZT1500?4?1024?0.01c?M?1024minr/n?1500 時，1 6060nZT150?4?1024?0.01c?102.4M?min/?150rn 時，1 606011?%?098%?100%0.?100%?min/1500r時， max 1024M111?100%?100%?%?0.98%min/150r 時，max M102.41 法適合高速。M可見 法：（2）T 分辨率：2215004?Zn1024?n?1

38、500r/minQ?171r/min時， 6Znf?60?1025?4?1500160?100221504?1024?Znn?150r/minQ.55r/min?1時， 660f?Zn60?1?10?1024?4?150060ff6000M?n，最大誤差率：， 2 ZnZM2610?60?9.77M?minr/n?1500時， 當(dāng)2 1024?4?150061060?97.7M?min/n?150r時， 當(dāng)2 1024?4?15011?100%?11.4%?100%min?n1500r/ 時，max 91?.77?1M211?100%?%?1%100?%minn?r/150 時，max 97.

39、1?M7?12 法適合低速可見T 習(xí)題三 *U，系統(tǒng)最大調(diào)節(jié)為ACRASR統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào)速系的和均PI器，設(shè)給定電壓=15VnmnCKIR，2，電樞回路總電阻，=2=min/r，=1500r/min，=20A，電流過載倍數(shù)為=20NeNs*nIUUUUU各為多、時，系統(tǒng)的、求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在和=5V，、=10AdLcinin*UU 和各為多少？少？（2）當(dāng)電動機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時，ic (1)解：*?rpm/1500rpm?0.01V?U/n?15VNnm*VU5*nrpm?500當(dāng)U?5V,轉(zhuǎn)速n n?rpm0.01V/*VU15?imA0.375V/? AI40dm*?U3.75V?I?

40、0.375*10U? idi2*R0.127*500?10nUE?IRC?IdLdLed0NV4.175?U? C20KKKsss*v4.175V即,U5V,U?U?3.75?n?500rpm,Ucini*?V?15IU ）堵轉(zhuǎn)時，（2dmi?RCn?I40*2RIUdedm0dV4?U? c20KKKsss調(diào)節(jié)器。已知參數(shù)：電PI，ACR均采用 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器ASR設(shè)=,樞回路總電阻，動機(jī)：=，=220V，=20A=1000 r/min ,電RnUIP NNNN* 。試求：電樞回路最大電流=8V，=40A,電力電子變換器的放大系數(shù)=40U?U?UKI cmnmimsdm 和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。（1）電流反饋系數(shù)?* 值。（2）當(dāng)電動機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的,UU,U,U0dcii*V8V8UU?nmimrpm0.008V/?0.2V/A? ）解:1 rpmn1000I40ANdmV60A*1.5?IR?I?Cn?R?40EU? 2) dldl0dNe? 這時： *0,U?U?8V ASR 處于飽和，輸出最大電流給定值。，nn*,?8VUU?8V, iiU?UK?6040?1.5V S0dC* 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器ASR，ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR輸出達(dá)到U im*