電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(_阮毅_陳伯時(shí))思考題和課后習(xí)題答案

1、精品電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) - 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) （ 阮毅 陳伯時(shí)）課后 答案包括思考題和課后習(xí)題第22-1 直流電動(dòng)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(jiǎn)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(guò)整流濾波后送 往直流 PWM 變換器，通過(guò)改變直流 PWM 變換器中 IGBT 的控制脈沖占空比，來(lái)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(dòng)直流電壓。2=4 為什么直流 PWM 變換

2、器 -電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比 V-M 系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài) 性能？答：直流 PWM 變換器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(shí) 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(shí)間常數(shù) Ts 通常取其最大 失控時(shí)間的一半 （1/（ 2mf ）。因 fc 通 常為 kHz 級(jí)，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(huì)超過(guò) 20 ，故直流 PWM 變換器時(shí)間常數(shù)通常比晶閘管 整流裝置時(shí) 間常數(shù)更小，從而響應(yīng)更快，動(dòng)態(tài)性能更好。2=5 在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中， 當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止不動(dòng)時(shí)， 電

3、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(dòng)機(jī)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?阻的存在。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(huì) 產(chǎn)生什么后果？答：為電動(dòng)機(jī)提供續(xù)流通道。若二極管斷路則會(huì)使電動(dòng)機(jī)在電樞電壓瞬時(shí)值為 零時(shí)產(chǎn)生過(guò)電 壓。2-7 直流 PWM 變換器的開(kāi)關(guān)頻率是否越高越好？為什么？ 答：不是。因?yàn)槿糸_(kāi)關(guān)頻率非常高，當(dāng)給直流電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，有可能導(dǎo)致電樞 電流還未上升 至負(fù)載電流時(shí)，就已經(jīng)開(kāi)始下降了，從而導(dǎo)致平均電流總小于負(fù) 載電

4、流，電機(jī)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。2-8 泵升電壓是怎樣產(chǎn)生的？對(duì)系統(tǒng)有何影響？如何抑制？ 答：泵升電壓是當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作于回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)， 由于二極管整流器的單向?qū)щ?性，使得電 動(dòng)機(jī)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榈碾娔懿荒芡ㄟ^(guò)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(guò)大將導(dǎo)致電力電子開(kāi) 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(dòng)機(jī)開(kāi)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(guò)程中，反電動(dòng)勢(shì)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

5、穩(wěn)定。故負(fù)載 增加，穩(wěn)態(tài)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)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(gè) 例子。答：D= (nN/ )(s/ (1-s)。靜差率是用來(lái)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(lái)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(shí)提才 有意義？答：D= ( nN/小)(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

6、此必須同時(shí) 提才有意義。hyb2-13 為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無(wú)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(shí)，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(shí)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(shí)，調(diào)節(jié)器輸出電壓應(yīng) 為一個(gè)恒定的積分終值。它取決于 輸入偏差量在積分時(shí)間內(nèi)的積累，以及積分 調(diào)節(jié)器的限幅值。2-14 在無(wú)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(cè) 速發(fā)電機(jī)精度的 影響？為什么

7、？答：仍然受影響。因?yàn)闊o(wú)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(cè)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(huì)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(shí)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(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流 If。 （5）轉(zhuǎn)速反 饋系數(shù)a。答： （ 1 ）有。假設(shè) 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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下 降；而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，則反饋

8、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(méi)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(shí)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(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后進(jìn) 入穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速 n 和整流裝置的輸出電壓 Ud 是增加、減 少還是不變？（已驗(yàn) 證） 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

9、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(jiǎn)答題的2- 1 簡(jiǎn)述直流電動(dòng)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(shí)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(dòng)和斷續(xù)是如何形成的？如何抑制電流脈動(dòng)？11-12 答：整流器輸出電壓大于反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，電感儲(chǔ)能，電流上升，整流器輸 出電壓小于反電動(dòng)勢(shì) 時(shí)，電感放能，電流下降。整流器輸出電壓為脈動(dòng)電壓

10、， 時(shí)而大于反電動(dòng)勢(shì)時(shí)而小于， 從而導(dǎo) 致了電流脈動(dòng)。 當(dāng)電感較小或電動(dòng)機(jī)輕載 時(shí)，電流上升階段電感儲(chǔ)能不夠大， 從而導(dǎo)致當(dāng)電流下降時(shí)， 電感已放能完畢、 電流已衰減至零，而下一個(gè)相卻尚未觸發(fā)，于是形成電流斷續(xù)。2-4 看 P14 圖簡(jiǎn)述 V-M 調(diào)速系統(tǒng)的最大失控時(shí)間。使電動(dòng)機(jī)在新14答：t1時(shí)刻某一對(duì)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)延遲角為a 1，在t2t1時(shí)刻， 控制電壓發(fā)生變 化，但此時(shí)晶閘管已導(dǎo)通， 故控制電壓的變化對(duì)它已不起作用， 只有等到下一個(gè)自然換向點(diǎn) t3 時(shí)刻到來(lái)時(shí)，控制電壓才能將正在承受正電壓的 另一對(duì)晶閘管在觸發(fā)延遲角a 2后導(dǎo)通。t3-t2即為失控時(shí)間，最大失控時(shí)間即 為考慮

11、t2=t1 時(shí)的失控時(shí)間。 2-5 簡(jiǎn)述 V-M 調(diào)速系統(tǒng)存在的問(wèn)題。 16 答： 整流器晶閘管的單向?qū)щ娦詫?dǎo)致的電動(dòng)機(jī)的不可逆行性。 整流器晶閘管對(duì)過(guò)電 壓過(guò)電流的敏感性導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行不可靠性。 整流器晶閘管基于對(duì)其門(mén)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(jiǎn)述不可逆 PWM 變換 器 （無(wú)制動(dòng)電流通路與有制動(dòng)電流通路） 各個(gè)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(shí)一般以電動(dòng)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(gè)調(diào)速系統(tǒng) 的調(diào)速范圍， 是指（在最低轉(zhuǎn)速時(shí)還能滿足所需靜差率

12、的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍） 。 2-9 簡(jiǎn)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，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(wú)數(shù)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性上各取 一個(gè)相應(yīng)的工作點(diǎn)連接而成的。 2-10 簡(jiǎn)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(dòng)，服從給定） ； 反饋系統(tǒng)的精度依賴于（給定和反饋檢測(cè)的 精度） 。2-11 簡(jiǎn)述積分控制規(guī)律答：積分控制可以使系統(tǒng)在無(wú)靜差的情況下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。2-12 比例調(diào)節(jié)器和積分調(diào)節(jié)器

13、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）包含了（輸入 偏差量的全部歷史）部分能（迅速響應(yīng)控制作用） ，積分部分則，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則2-13 簡(jiǎn)述比例積分控制規(guī)律。 答：比例 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： 轉(zhuǎn)編碼器分為哪幾種？各有什么特點(diǎn)？ 號(hào)，若需要轉(zhuǎn)速信號(hào)，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)角微分。 2-16 數(shù)字測(cè)速方法有哪些精度指標(biāo)？ 采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測(cè)速方法有（ 分需限幅？ 答：若沒(méi)有積分限幅， 2-19（信號(hào)離散化， 信息數(shù)字化） 。 2-15 旋答：絕對(duì)式編碼器：常用語(yǔ)檢測(cè)轉(zhuǎn)角信增量式編碼器：可直接檢測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)。答： （分辨率，測(cè)速誤差率） 。

14、 2-17M ，T， M/T ） 。高低全 2-18 為什么積 將產(chǎn)生較大的退飽和超調(diào)。積分項(xiàng)可能很大簡(jiǎn)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(gè)大電阻KpKsR ，導(dǎo)致當(dāng)Id=Idcr 時(shí)，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n O=(KpKs(U n*+Ucom)/(Ce(1+K) 二、公式和特性1. 整流 電壓 平均值：UdO=(m/冗)Umsin(m/ Qcos a ( Um/m_ 單 相 全波/三相半波/三相全波_V2U2/ V2U2/ V6U2/2/3/6

15、 )2. V-M 調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性方程： n=(UdO-IdR)/Ce3. 晶閘管整流器最大失控時(shí)間：Tsmax=1/mf4. 調(diào)速范圍定義式： D=nmax/nmin5靜差率定義式：s= Ai/n6. 閉環(huán)靜特性與開(kāi)環(huán)靜特性：ncl=(UdOcl-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/(Ce(1+K)nop=(UdOop-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/Ce7. 調(diào)速范圍，靜差率和額定速降之間的關(guān)系式(開(kāi)環(huán)和閉環(huán))： D_=(nN/ n_)(s/(1-s) (ncl= nop/(1+K) ) 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 a

16、/Ce 9. 臨 界 開(kāi) 環(huán) 放 大 倍 數(shù) Kcr=(Tm(TI+Ts)+TsA2)/(TITs)K ( TI=L/R | Tm=(GDA2)R)/(375CeCm) ) 10. 各種數(shù)字測(cè)速方法 其分辨率和 測(cè)速誤差 率表達(dá)式： nM=(6OM1)/(ZTc)|QM=60/(ZTc) | SM=1/M1 | nT=(60f0)/(ZM2) | QT=(Z nA2)/(60f0-Z n) |ST=1/(M2-1) | nMT=(60f0M1)/(ZM2)=nT?M1| QMT=60/(ZTc)=QM | SMT= 低速一 ST | 高速一 SM | 11.連續(xù)式 PI 算式：？u(t)=Kp

17、e(t)+(1/ T / (0_t)e(t)dt 12.位置式 PI 算式：u(k)=Kpe(k)+(Tsam/ T0=0_k)e(i) 13.增量式 PI 算式：Ai(k)=u(k)-u(k-1)=Kp(e(k)-e(k-1)+(Tsam/Te(k) 1.V-M 調(diào)速-系統(tǒng)原理圖： 2.(無(wú)制動(dòng)和有制動(dòng))直流 PWM 變換器-電動(dòng)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(dòng)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(dòng)電流通路的不可逆 PWM 變換器 -直流電

18、動(dòng)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：三、思考題3- 1 在恒流起動(dòng)過(guò)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^(guò)程中，電流閉環(huán)調(diào)節(jié)的擾動(dòng)是電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)， 是一個(gè)線性漸 增的斜坡擾動(dòng)量，而電流閉環(huán)采用的 PI 調(diào)節(jié)器對(duì)斜坡擾動(dòng)無(wú)法 消除靜差，故 Id 略低于 Idm 。3- 2 由于機(jī)械原因，造成轉(zhuǎn)軸堵死， 分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 （未 驗(yàn)證）答：電動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由于轉(zhuǎn)軸堵死無(wú)法提升，故 ACR 無(wú)法退

19、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) a,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) a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?。晦D(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)時(shí)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(shí)， 遇到下列情況會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ （未通過(guò)驗(yàn)證， 求姐） （1）電流反饋極性接反。 （

20、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(dòng)機(jī)飛車(chē)。 （2）由于轉(zhuǎn)速環(huán)的正反饋?zhàn)饔茫?ACR 無(wú)法退飽和，電動(dòng)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(shí)， Idm=20A ； 如欲使 Un*=10V 時(shí)， n=1000rpm ，應(yīng)調(diào)什 么參數(shù)？答：（1）調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù) 背0.3 ；（2）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) a=0.01。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(dòng)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？（ =

21、 =| ）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)a行不行？若要改變電動(dòng)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(duì)前 向通道內(nèi)的階躍擾動(dòng)均有能力克服。也可以改變a,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) B3-7 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(shí), 兩個(gè)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:輸入偏差電壓皆是零。因?yàn)橄到y(tǒng)無(wú)靜差。則ASR輸出電壓Ui*=Ui= 0d=BldL ; ACR 輸出電壓 Uc=Ud0/Ks= 見(jiàn) P62。

22、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(duì)系統(tǒng)的 穩(wěn)態(tài)性能影響如何？答：速度調(diào)節(jié)器對(duì)階躍擾動(dòng)的靜差由 0 變?yōu)?1/ （1+Kn ） ，或電流調(diào)節(jié)器對(duì) 階躍擾動(dòng)的靜差由 0 變?yōu)?1/ （1+Kc ） ，而對(duì)斜坡擾動(dòng)的靜差變得更大。 3-9 從下述五個(gè)方面來(lái)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(dòng)態(tài)限流性 能。 （3）起動(dòng)的快速性。 （4）抗負(fù)載擾動(dòng)的性能。 （ 5）抗電源電壓波動(dòng) 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

23、）雙閉環(huán)系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行中，如果電流反饋信號(hào)線斷開(kāi)，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(shí)，若電動(dòng)機(jī)突然失磁，最終電動(dòng) 機(jī)會(huì)飛車(chē)嗎？ 答： （ 1 ）穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速不變，電流減小。（ 2 ）不會(huì)飛車(chē)，而是停轉(zhuǎn)。一、可以作為填空題或簡(jiǎn)答題的3-1 為了實(shí)現(xiàn)（電流的實(shí)時(shí)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(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，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(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和且穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓分別為（0） 。3-3 當(dāng) ASR 輸出（達(dá)到限幅值 Uim* ） ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈（開(kāi)環(huán)狀態(tài)） ，轉(zhuǎn)速變 化對(duì)轉(zhuǎn)速環(huán)（不會(huì)）產(chǎn) 生影

24、響，雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)（電流無(wú)靜差的單電流閉 環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)） 。穩(wěn)態(tài)時(shí)， Id（=） Idm 。3-4 電流限幅值 Idm 取決于（電動(dòng)機(jī)的容許過(guò)載能力和系統(tǒng)要求的最大加速 度）3-5 簡(jiǎn)述采用兩個(gè) 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(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差， 此時(shí)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(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽和輸出 Uim* ， 此時(shí)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(wú)靜差，起到過(guò)電流的自動(dòng) 保護(hù)作用。3-6 簡(jiǎn)述 ASR 的退飽和條件。 答：當(dāng) ASR 處于飽和狀態(tài)時(shí)，若實(shí)際轉(zhuǎn)速大 于給定轉(zhuǎn)速，

25、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(jiǎn)述轉(zhuǎn)速電流負(fù)反饋控制電流調(diào)速 系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程。 63 3-8 簡(jiǎn)述雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)。 （飽和非線 性控制；轉(zhuǎn)速超調(diào)；準(zhǔn)時(shí)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(dòng)；抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)） 。3-10 簡(jiǎn)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(dòng)態(tài)過(guò)程中，使轉(zhuǎn)速快速跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)減小轉(zhuǎn)速 誤差，采 用 PIR 可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。 對(duì)負(fù)載變化其抗擾作用。 其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允 許最大電流。3-11 簡(jiǎn)述雙閉環(huán)直流調(diào)

26、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(guò)程中，使電流緊緊跟隨給定電流變化。 對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗 擾作用。 在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)最大允許電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò) 程。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載或堵轉(zhuǎn)時(shí)， 限制電樞電流最大值， 起快速的自動(dòng)保護(hù)作用一旦故障消失， 系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。二、公式和特性1. P62 穩(wěn)態(tài)時(shí)：Un*=Un=a n= a nO Ui*=Ui= B Id= B IdLUc=UdO/Ks=（Ce n+ldR）/Ks=（Ce（U n*a）+IdR）/Ks2. 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：a =Un *m/nm3. 電流反饋系數(shù)：p=Ui*m/Idm 1.轉(zhuǎn)速電流反饋控制

27、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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖： 1 .時(shí)間最優(yōu)的理想過(guò)渡過(guò)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(jiǎn)答題的4- 1 直流 PWM 可逆調(diào)速系統(tǒng)中當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，電樞電壓瞬時(shí)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（高頻微振電流） ，其平均值為（），不能產(chǎn)生（平 均轉(zhuǎn)矩） 。4- 2 高頻微振電流對(duì)電機(jī)有何影響？ 答：消除電機(jī)正反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起動(dòng)力潤(rùn)滑作用。同時(shí)也增大了電機(jī)的損耗。二、公式和特性1.雙極式控制可逆 PWM變換器輸出電壓平均值： U

28、d=（2ton/T-1）Us1.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55- 1 對(duì)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(shí)，普通籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速時(shí)的穩(wěn)定工作范圍為 0s （旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系動(dòng)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(gè)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(dòng)機(jī)三相動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型： 磁鏈方程+電壓 方程+轉(zhuǎn)矩方程+運(yùn)動(dòng)方程+約束條件：習(xí)題解答（供參考）習(xí)題二2.2系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1000

29、100 r；min，要求靜差率 s=2%，那么系統(tǒng)允許的靜差轉(zhuǎn)速解:降是多少?1000 0.02(10 0.98) 2.04rpm系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為2.04rpm。2.3某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為nmax 1500r min，最低轉(zhuǎn)速特性為nomin 150r min，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落nN 15r min，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問(wèn)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？解：1 ）調(diào)速范圍 D nmax nmin （均指額定負(fù)載情況下）nmaxn0maxnN 1500 151485n minnominnN150 15 135D nmax n min

30、1485 135112) 靜差率 snN n。 15 150 10%感謝下載載2.4 直流電動(dòng)機(jī)為 PN=74kW,UN=220V, In=378A , nN=1430r/min , Ra=0.023 Q。相控整流器內(nèi)阻 Rrec=0.022 Q。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求 s=20%時(shí)，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果s=30%時(shí)，則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？解：Ce (Un I n Ra ) nN (220 378 0.023).14300.1478V； rpmInR Ce 378 (0.023 0.022).0.1478 115rpmnNS n(1 s)1430 0.2 115 (1 0.2)3.

31、1nNS n(1 s)1430 0.3 115 (1 0.3)5.332.5 某龍門(mén)刨床工作臺(tái)采用 V-M 調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動(dòng)機(jī)PN60kW,UN 220V, I N 305 代nN 1000r. mi n，主電路總電阻 R=0.18 Q,Ce=0.2V?min/r,求：(1)當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落nN為多少？(2 )開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率SN多少？(3 )若要滿足D=20,s 5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落nN又為多少？解：(1) nN In R Ce 305 0.18. 0.2274.5r/min(2) SnnN；n。274.5 (1000 274.

32、5) 21.5%(3) n nNS D(1 s)1000 0.0520 0.952.63r/min2.6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 8.8V、比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù)KP 2、晶閘管裝置放大系數(shù) Ks 15、反饋系數(shù)丫 =0.7。求：(1 )輸出電壓Ud ;(2)若把反饋線斷開(kāi)，Ud為何值？開(kāi)環(huán)時(shí)的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍？ (3 )若把反饋系數(shù)減至丫 =0.35，當(dāng)保持同樣的輸出電壓時(shí)，給定電壓Uu應(yīng)為多少？解：(1) UdKpKsU；.(1 KpKs ) 2 15 8.8(1 2 15 0.7) 12V(2) Ud 8.8 2 15264V ,開(kāi)環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的

33、 22倍(3) UU Ud(1 KpKs ), KpKs 12 (1 2 15 0.35) (2 15) 4.6V2.7 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 s 5% ,那么系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100r/mi n ，則閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi) 環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大？解： 1) D nN s/ nN 1 s10 1500 2%/ nN 98%nN 1500 2% / 98% 10 3.06r / min2) Knop / ncl 1 100 / 3.06 1 31.72.8 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為 15 時(shí)，額定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)的

34、速降為 8 r/min ，如果 將開(kāi)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(diào)速范圍可以擴(kuò)大多 少倍？解：nop 1 K ncl1 15 8 128如果將開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)提高到 30, 則速降為：nclnop /1 K 128/ 1 30 4.13rpm在同樣靜差率要求下， D 可以擴(kuò)大 ncl1/ ncl2 1.937 倍2.9 有一 V-M 調(diào)速系統(tǒng)： 電動(dòng)機(jī)參數(shù) PN=2.2kW, U N=220V, I N=12.5A, n N=1500 r/min ，電樞電阻Ra=1.5 Q,電樞回路電抗器電阻 RL=0.8 Q,整流裝置內(nèi)阻 Rrec=1.0 Q,觸發(fā)整流環(huán) 節(jié)的

35、放大倍數(shù) Ks=35 。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍 D=20 ，靜差率 S35.955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30.52。2.12 有一個(gè)晶閘 -電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)， 已知：電動(dòng)機(jī)： PN 2.8kW， UN 220V ， IN 15.6A，nN 1500r/min ,民=1.5 Q,整流裝置內(nèi)阻 Rrec =1 Q,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。（1）系統(tǒng)開(kāi)環(huán)工作時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍D 30時(shí)的靜差率 s 值。（2）當(dāng) D 30， s 10%時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D 30 , s 10%，

36、在U ； 10V時(shí)Id I n ,n nN，計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù) Kp。解：Ce 220 15.6 1.5 /1500 0.1311V min/ r（1 ）nop IN R /Ce 15.6 3.3 / 0.1311 392.68r /minnmin 1500/ 30 50snop / n0min 392.68 / 392.68 50 88.7%（2）0.1 n/ n 50n 5/0.9 5.56r /min（3）n KpKsU： /Ce 1 K R Id /Ce 1 KK Kp Ks/Ce1500 KpKsU：/Ce1 K R 15.6 /Ce 1 KK n p/ nci 12

37、97.48/5.56152.52.13旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)1024，倍頻系數(shù)4 ,高頻時(shí)鐘脈沖頻率f。 1MHz ,旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)均采用16位計(jì)數(shù)器，M法測(cè)速時(shí)間為 0.01s，求轉(zhuǎn)速n 1500r/min和n 150r/min時(shí)的測(cè)速分辨率和誤差率最大值。解:(1)M法：分辨率Q60ZTc1.465r/ min1024 4 0.01最大誤差率：n聖性ZTcn 1500r / min 時(shí)，MnZTc601500 4 1024 0.01601024n 150r / min 時(shí)，M1nZTc60150 4 1024 0.0160102.41500r / min 時(shí)，max

38、%M1100%1100%10240.098%150r / min 時(shí)，max%丄 100%M11 100%102.40.98%可見(jiàn)M法適合高速。(2)T 法:分辨率:n 1500r / min 時(shí),Zn21024 415002n 150r / min 時(shí),60f0 ZnZn260f0 Zn6171r/min60 1 106 1025 4 15001024 4 1502a1.55r / min60 1 106 1024 4 150n 1500r/min 時(shí),660 109.771024 4 1500n 150r/min 時(shí),M260 1061024 41500r / min 時(shí),max %M2

39、1100%100%11.4%9.771150r / min 時(shí),max %M21100%97.7 1100%1%最大誤差率：n 60 f0 , M260f0 ,ZM2Zn可見(jiàn)T法適合低速習(xí)題二3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的ASR和ACR均為PI調(diào)節(jié)器，設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓U；m=15V ,nN =1500r/min， I n =20A，電流過(guò)載倍數(shù)為2，電樞回路總電阻R =2 Q,心=20 ,Ce =0.127V min/r，求:1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在U n =5V ,I dL =10A時(shí)，系統(tǒng)的n、Un、Ui、Ui和Uc各為多少？ （ 2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，Ui和Uc各為多少?解：U nm / nN 15V /1500rpm0.01V / rpm*U5V當(dāng) Un 5V,轉(zhuǎn)速 n 一500rpm0.01V / rpmUimI dm空 0.375V / A40 A*UiId0.375*103.75VUiUd0E %RCenNIdL R0.127*50010*2U C4.175VKsKsKs20即n500 rpm, U n5V,U*Ui3.75V ,Uc4.175v(2)堵轉(zhuǎn)時(shí)，U*I dm 15VUcUd0Cen I d R I dmR 40*2 KSk204V3.2在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中， 兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR , ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù):電動(dòng)機(jī)：P