第一部分運動控制復習要點

1、學習必備歡迎下載第一部分 運動控制復習要點（IRON ）1、直流調速系統(tǒng)用的三種可控直流電源和各自的特點。P21）旋轉變流機組一一用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調的直流電壓。2）靜止式可控整流器一一用靜止式的可控整流器，以獲得可調的直流電壓。3）直流斬波器或脈寬調制變換器一一用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開關器件斬波或進行脈寬調制，以產生可變的平均電壓。2電流連續(xù)和斷續(xù)時，V-M系統(tǒng)機械特性的差別，電流斷續(xù)有何不良影響。P91）當電流連續(xù)時，特性還比較硬；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著的非線性，理想空載轉速 翹得很高。2）電流斷續(xù)給用平均值計算描述的系統(tǒng)帶來一種非線性

2、因素，也引起機械特性的非線性，影 響系統(tǒng)的運行性能。P23243、直流調速系統(tǒng)閉環(huán)靜特性和開環(huán)機械特性的聯(lián)系和區(qū)別（畫圖分析）a、閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)特性可以比開環(huán)系統(tǒng)的機械特性硬很多;b、閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率比開環(huán)系統(tǒng)小得多；c、如果所要求的靜差率一定，則閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調速范圍。d、要取得上述三項優(yōu)勢，閉環(huán)系統(tǒng)必須設置放大器。4、電流截止負反饋及其作用。P28當電流大到一定程度時才出現(xiàn)的電流負反饋叫做電流截止 負反饋，簡稱截流反饋。作用：限流保護，即解決反饋閉環(huán)調速系統(tǒng)啟動和堵轉時電流過大的問題5、比例調節(jié)器、積分調節(jié)器、比例積分調節(jié)器各自的控制規(guī)律和特點。比例調節(jié)器：a、Uc=Kp Un輸出信

3、號與偏差信號成比例；有差調節(jié)。b、能迅速響應控制作用。積分調節(jié)器：a、輸出信號的速度與偏差信號成正比。b、無靜差調速。比例積分調節(jié)器：a、穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)響應快；b、比例部分能迅速響應控制作用，積分部分則最 終消除穩(wěn)態(tài)偏差。（控制規(guī)律即公式）7、電壓反饋電流補償?shù)恼{速系統(tǒng)進行穩(wěn)態(tài)特性和與轉速閉環(huán)調速系統(tǒng)的主要差別。a、 結構框圖的不同地方在于負反饋信號的取出處不同；P44b、電壓負反饋的穩(wěn)態(tài)性能比同樣放大器的轉速負反饋系統(tǒng)要差一些，在電壓負反饋的基礎上 加入電流補償，可以補償一部分靜差，以提高調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，但是不能指望其實現(xiàn) 無靜差，因為這時系統(tǒng)已經達到穩(wěn)態(tài)的邊緣了。11、調節(jié)器工程設計

4、法的思路。P601、選擇調節(jié)器結構，使系統(tǒng)典型化并滿足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度。2、設計調節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能指標的要求。6、無靜差調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖和穩(wěn)態(tài)結構參數(shù)關系。P43n max無靜差調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算很簡單，在理想情況下，穩(wěn)態(tài)時Un= 0,因而Un =Un*= a *n，(1-66 )n max,a為轉速反饋系數(shù)（V.min/r）, Nmax為電動機調壓時的最高轉速（r/min),U*nmax為相應的最高給定電壓（V）圖1-49無靜差直流調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖（ld ldc）9、雙閉環(huán)、單閉環(huán)、開環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜特性和機械特性的對比分析（畫圖）開環(huán)系統(tǒng)機械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比較：閉

5、環(huán)系統(tǒng)靜特性比開環(huán)系統(tǒng)機械特性的硬度大大提 高；當理想空載轉速相同時，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多；當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)的調速范圍可以大大提高；當給定電壓相同時，閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉速大大降低。.：.雙耳豪統(tǒng)在匚 如陽轉腔無靜兼.在打-心時電師無靜弟帶電流截&負反饋、速度閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)訓速系統(tǒng)的許特性下垂特性挖土機特性3.轉速、趙流雙閉環(huán)調逮眾疑的靜特性8轉速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中的兩個調節(jié)器（ASR、ACR）的主要作用。P591、轉速調節(jié)器的作用（ASR）:1）轉速調節(jié)器是調速系統(tǒng)的主導調節(jié)器，它使轉速 n很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減 小轉速誤差，如果采用PI調節(jié)器，則可實

6、現(xiàn)無靜差。2） 對負載變化起抗擾作用。3）其輸出限幅值決定電機允許的最大電流。2、電流調節(jié)器的作用（ACR）:1）作為內環(huán)的調節(jié)器，在外環(huán)轉速的調節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓 （即 外環(huán)調節(jié)器的輸出量）變化。2）對電網電壓的波動起及時抗擾的作用。3）在轉速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。4）當電機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。一旦故障消失， 系統(tǒng)立即自動恢復正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運行來說是十分重要的。10、雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)起動的特點，起動波形。P571）飽和非線性控制；2）轉速必有超調；3）準時間最優(yōu)控制。12、典型

7、I型、II型系統(tǒng)的結構及其各自的特性。P61R(s)C(s)s(Ts 1)特性：動態(tài)特性跟蹤斜坡輸入信號。2、典型U型系統(tǒng)結構： 特性：二階誤差，精度高,2K(is + 1)C(s)ts2(Ts+1)1FR(s)*跟蹤加速度信號。IInIdmt3t1t2Id O-1、 典 型 I 型 系 統(tǒng) 結14、轉速微分負反饋的作用。P87抑制甚至消滅轉速超調，大大降低動態(tài)速降獲得實際可行的動態(tài)性能。15、V-M系統(tǒng)可逆路線的分類。P154a、電樞反接可逆線路；b、勵磁反接可逆線路。16、 V-M系統(tǒng)可逆調速系統(tǒng)中的環(huán)流分類，利害及其抑制和消除法。P152a、分類：動態(tài)環(huán)流；靜態(tài)環(huán)流（直流平均環(huán)流，瞬間脈

8、動環(huán)流）；b、a三B可消除直流平均環(huán)流；環(huán)流（電路串入）電抗器可抑制瞬時脈動環(huán)流。18、 V-M系統(tǒng)可逆調速系統(tǒng)的兩大類和各自特點。P122、P129a有環(huán)流可逆調速系統(tǒng)：反應快，過度平滑，需要在回路中接入電抗器；b、無環(huán)流可逆調速系統(tǒng)：平滑過度性差，無直流平均環(huán)流和瞬時脈動環(huán)流。19、 邏輯無環(huán)流控制功能的兩種實現(xiàn)方法。P129邏輯算法（軟件）和邏輯電路（硬件）。20、 DLC邏輯控制環(huán)節(jié)應有的四種基本功能和DLC應有的兩種延時。延時功能；連鎖功能；檢測功能；判斷功能。P130封鎖延時tbdl和開放延時tdt。P13117、a - B配合控制原理，原理圖和控制特性圖。Pi26控制原理：為了實

9、現(xiàn)配合控制，可將兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖零位都定在90。a、當Uc= 0時，使a f = a r = 90 ，Ud0f = Ud0r = 0電機處于停止狀態(tài)；b、增大Uc移相時，只要使兩組觸發(fā)裝置的控制電壓大小相等符號相反就可以了21、單級式、雙極式、PMW變換器電路原理和電壓、電流波形。P15單極式：在電動機朝一個方向旋轉時，變換器只在一個階段中輸出某一極性的脈沖電壓，在另一階段中Uab=0。多極式：四個功率開關管的控制極的驅動電壓分為兩組，有一組導通時，同時另一組關斷。PWM變換器：一對功率管 VT1和VT2交替導通和關斷。圖1-16b電壓和電流波形22、雙極式PMW（ H型即橋式）電路對

10、驅動信號的要求（畫圖分析說明）。P15Ug1=Ug4=-Ug2=-Ug3。在一個開關周期內，當 0w t ton 期間，Ug1、Ug4 為正，VT1、VT4 導通，Ug2、Ug3 為負，VT2、VT3截止，電流id沿回路1流通，電動機M兩端電壓 UAB=+Us ;在 tonwt K K 0.5Us0.7UsnUsNT LTemax圖5-4異步電動機不同電壓下的機械特性風機類負載特性圖5-5高轉子電阻電動機（交流力矩電動機）在不同電壓下的機械特性普通籠型異步電機：帶恒轉矩負載工作時，變電壓時的穩(wěn)定工作點為 A、B、C,轉差率s的 變化范圍不超過0Sm，調速范圍有限。如果帶風機類負載運行，則工作點

11、為 D、E、F,調速范圍 可以大一些。交流力矩電機：在恒轉矩負載下擴大調速范圍，并使電機能在較低轉速下運行而不致過熱， 且 電機轉子有較高的電阻值。采用普通異步電機的變電壓調速時， 調速范圍很窄，采用高轉子電阻的力矩電機可以增大調速 范圍，但機械特性又變軟，因而當負載變化時靜差率很大。24、交流調速系統(tǒng)按轉差功率特點分的三種基本類型和各自特點。P1461、轉差功率消耗型：全部轉差功率都轉換成熱能消耗在轉子回路中；2、 轉差功率饋送型：除轉子銅損外，大部分轉差功率在轉子側通過變流裝置饋出或饋入， 轉速越低, 能饋送的功率越多；3、轉差功率不變型：轉差功率只有轉子銅損，無論轉速高低，轉差功率基本不

12、變，因此效率更高。29、電壓源型和電流源型變頻器和各自特點（作對比分析）。P1681、無功能量的緩沖：在調速系統(tǒng)中，逆變器的負載是異步電機，屬感性負載。在中間直流環(huán) 節(jié)與負載電機之間，除了有功功率的傳送外，還存在無功功率的交換。濾波器除濾波外還 起著對無功功率的緩沖作用，使它不致影響到交流電網；2、能量的回饋：用電流源型逆變器給異步電機供電的電流源型變壓變頻調速系統(tǒng)有一個顯著 特征，就是容易實現(xiàn)能量的回饋，從而便于四象限運行，適用于需要回饋制動和經常正、 反轉的生產機械；3、動態(tài)響應：正由于交-直-交電流源型變壓變頻調速系統(tǒng)的直流電壓可以迅速改變，所以動 態(tài)響應比較快，而電壓源型變壓變頻調速系

13、統(tǒng)的動態(tài)響應就慢得多；4、應用場合：電壓源型逆變器屬恒壓源，電壓控制響應慢，不易波動，適于做多臺電機同步 運行時的供電電源，或單臺電機調速但不要求快速起制動和快速減速的場合。采用電流源型逆變器的系統(tǒng)則相反，不適用于多電機傳動，但可以滿足快速起制動和可逆運行的要求。30、SPWM逆變器及其與普通交-直-交逆變器比較的優(yōu)點1、驅動電路簡單，效率高；2、轉矩脈動小，調整范圍寬，穩(wěn)態(tài)性能好；3、動態(tài)性能快速性好；4、功率因素高；5、輸出電壓波形更接近正弦波31、SPWM調速器和SPWM變頻器的異同恒Er仙控制恒Eg仙控制恒Us /仙控制圖6-6不同電壓一頻率協(xié)調控制方式時的機械特性32、單極性、雙極性

14、SPWM逆變器。P1701、單極性控制方式：電壓全部是正的；2、雙極性控制方式：電壓有正有負；3、SPWM逆變器：是不同占空比的“正弦波”。33、 異步電動機壓頻協(xié)調控制有哪三種方式，其機械特性和各自特點（畫圖對比）。P1601621）恒壓頻比（US/3 1=恒值）控制：最容易實現(xiàn)，變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也 較好，但低速帶載能力有些差強人意，須對定子壓降實行補償；2） 恒Eg/ 1控制:通常對恒壓頻比控制實行電壓補償?shù)臉藴剩?可以在穩(wěn)態(tài)時達到rm=恒值,從而改善了低速性能。但機械特性還是非線性的，產生轉矩的能力仍受到限制；3）恒Er/ 3 1控制可以得到和直流他勵電機一樣的線性機械

15、特性，按照轉子全磁通 rm恒定進 行控制，即得Er/3 1=恒值,而且，在動態(tài)中也盡可能保持 rm恒定是矢量控制系統(tǒng)的目標，當然實 現(xiàn)起來是比較復雜的。34、給定積分器的作用。斜坡緩慢上升；防止電流過大產生電流沖擊，起緩沖啟動作用。35、 三相異步電動機在三相坐標系動態(tài)數(shù)學模型的性質。P191直流電機的磁通由勵磁繞組產生，可以在電樞合上電源以前建立起來而不參與系統(tǒng)的動態(tài)過程 （弱磁調速時除外），因此它的動態(tài)數(shù)學模型只是一個單輸入和單輸出系統(tǒng)。36、 轉差頻率控制的最基本概念和兩條基本規(guī)律。P1881）在3齊3 sm的范圍內，轉矩Te基本上與3 s成正比，條件是氣隙磁通不變；2） 在不同的定子電

16、流值時，按上圖的函數(shù)關系Us=f（ 3 1,Is）控制定子電壓和頻率，就能保持氣 隙磁通m恒定。37、坐標變換原理及變換矩陣、電流變換陣也就是電壓變換陣，i a 二 imCos - itSin r卜爲即亠劇2r/2s電流、電壓、磁鏈變換矩陣方程。P199也是磁鏈的變換陣。廠 im sin it cos3 m七寫成矩陣方程：cos-sin : |_sincos是兩相旋轉坐標系變換到兩相靜止坐C2r/2s 式中標系的變換陣。38、異步電機在兩相（任意旋轉）坐標系上的數(shù)學模型（物理模型圖、動態(tài)等效電路圖及電壓方程、磁鏈方程、轉矩方程和運動方程）。P2002011、磁鏈方程:2、電流方程:3、電壓方程

17、:4、轉矩方程:5、運動方程:sdlyjrsq甲rdLrqLs0jLm0L.0LmLm0Lr00 isd Lm0LrisqirdJrq 一UsdUsqUrdUrqTeTeRsisdRsisq Rri rd Rri rqPPPrdPrq-CO屮sd dqs+屮dqs-CO屮 dqr十國x屮 dqrsqnp Lm (i sqirdI I1 sd rqsqsdrqrdP219I sEr 0 - Eadd_ Rr2 (SX0)2(7-3)y使彳得 s)ErO Eadd - S2E2 Eadd 使彳得 S1Er0 Eadd - S2 Er0Eadd39、轉子串聯(lián)同相電動勢和串聯(lián)反相電動勢及各自的調速原理

18、。繞線轉子異步電動機在外接附加電動勢時，轉子回路的相電流表達式：1、 Er與 Eadd同相：Eadd后siEr0 Eadd Ir Te 、n s 有 Si S2 轉速上升.當Eo +Eadd vT T 兀 yT n t S 有si 9 ,轉速下降。2、Er與Eadd反相：同理可知，若減少或串入反相的附加電動勢，貝U可使電動機的轉速降低。所以，在繞線轉子異步電動機的轉子側引入一個可控的附加電動勢，就可調節(jié)電動機的轉速。40、簡化的電氣串級調速系統(tǒng)基本組成原理圖及其基本原理。P223224工作原理：1串級調速系統(tǒng)能夠靠調節(jié)逆變角B實現(xiàn)平滑無級調速；2、系統(tǒng)能把異步電動機 的轉差功率回饋給交流電網，

19、從而使扣除裝置損耗后的轉差功率得到有效的利用， 大大提高了調速 系統(tǒng)的效率。I41、串級調速系統(tǒng)有哪幾種工作狀態(tài)（定子相序不變時）。P2202211、次同步轉速電動狀態(tài)；2、反轉倒拉制動狀態(tài)；3、超同步轉速回饋制動狀態(tài)；4、超同步轉速電動狀態(tài)；5、次同步轉速回饋制動狀態(tài)。42、所有與基本原理密切相關的圖形要求能畫出原理圖第二部分課后作業(yè)題1.4、某一調速系統(tǒng)，在額定負載下，最高轉速特性為nmax =1500門min，最低轉速特性為nmin =150r；min，帶額定負載時的速度降落.汕“ =15r.min，且在不同轉速下額定速降不變，試問系統(tǒng)能夠達到的調速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少？解

20、：1)調速范圍D =nmax,nmin (均指額定負載情況下)max n max - : “N 1500 - 15 二 1485nmin nmin - : n n 150 - 15 = 135D 二 nmax nmin - 1485 135 = 112)靜差率 s =En ；汕0 = 15 150 =10%1.5、某閉環(huán)調速系統(tǒng)的調速范圍是1500r/min150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率S乞2%，那么系統(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，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應有多大？解.1) D=n Ns/= n”1 - s10 =1500 2%/ .tin 98%.:n

21、N =1500 2%/98% 10=3.06r/min2)Knop /：ncl 1=100/3.06 1 =31.71.6、某閉環(huán)調速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時，額定負載下電動機的速降為8 r/min，如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30,它 的速降為多少？在同樣靜差率要求下，調速范圍可以擴大多 少倍？解.：n op = 1 K ：n ci = 1 15 8 =128如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30,則速降為：n ci = ： nop/1 K =128/ 130 =4.13rpm在同樣靜差率要求下，D可以擴大衍歯八嘰12 = 1.937倍2. 7、在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，兩個調節(jié)器ASR，ACR均采

22、用PI調節(jié)器。已知參數(shù)：電* *動機：PN=3.7kW, Un =220V, In =20A, nN =1000 r/min，電樞回路總電阻 R=1.5Q，設UnUm =Ucm=8V，電樞回路最大電流1 dm =40A,電力電子變換器的放大系數(shù)Ks=40。試求：(1) 電流反饋系數(shù)和轉速反饋系數(shù) 亠(2) 當電動機在最高轉速發(fā)生堵轉時的Ud0，Ui，Ui，Uc值。二厶 8V 0.2V / A :% 8V 0.008V / rpm解：1) Idm 40Ar)N1000rpm2)Udo =E IdiR為=CenN IdiR為=40A*1560V這時：Un =8V，U0，ASR處于飽和，輸出最大電流

23、給定值。U： =8V,Ui =8V,Uc =UdoKs =60)40 =1.5V17 Q凋連系統(tǒng)的調速范IH D-20.額定轉3L /rA-1500r/nun ,開環(huán)轉速降器A/._= 240/inn桿餐求廉統(tǒng)的靜監(jiān)率山10%減少到刃S 則系統(tǒng)的開環(huán)堆益將如何變化？解： al0%llt* 丹$ =：= 亠-= S.33/t/nunIp 20x( l-o. 1)S =時.1500 x0 05n l-s5 20r( 1-0, 05 )=3 95/7 minA/ 2240此時 K 1 一 1 = 59A/怙3.95則拎要求系議的靜牟率l!l 10%到59S 則系統(tǒng)的戸環(huán)瓚益將變人.1.14、有一個晶

24、閘-電動機調速系統(tǒng)，已知：電動機：入=2.8kW , Un =220V , In =15.6A ,n n =1500r/mi n ,Ra=1.5 Q ,整流裝置內阻Rrec=1Q ,電樞回路電抗器電阻 Rl =0.8 Q ,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks =35 o(1) 系統(tǒng)開環(huán)工作時，試計算調速范圍 D =30時的靜差率s值。(2) 當D =30 , s =10%時，計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。如組成轉速負反饋有靜差調速系統(tǒng)，要求D=30 , s=10%，在U；=10V時ld=lN, n = nN，計算轉速負反饋系數(shù)：和放大器放大系數(shù)Kp o解：Ce 二 220 -15.6 1.5 /1500 =

25、0.1311V min/ rnOp=lN R/Ce =15.6 3.3/0.1311 =392.68r/min(1)(2)(3)nmin =1500/30 =50s #nop / ：n0min =392.68/ 392.68 50 =88.7%0.1 n/ n 50=n = 5/ 0.9 = 5.56r / minn= KpKsU：/Ce(1+K )Rd/Ce(1 + K )K =KpGKs/Ce1500 =KpKsU n /Ce(1 +K )(R$15.6)/Ce(1 + K )K =仏nop Mnci)T =(297.48/5.56 )1 =52.51.10、有一 V-M 調速系統(tǒng)：電動機參數(shù) PN=2.2kW,UN=220VN=12.5A,nn=1500 r/min，電樞電阻 Ra=1.5Q,電樞回路電抗器電阻RL=0.8 Q,整流裝置內阻Rrec=1.0Q觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大