運(yùn)動(dòng)控制點(diǎn)題答案

1、為什么直流PW陝?chuàng)Q器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài)性能？答：與V-M系統(tǒng)相比，直流 PW碉速系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性：（1）主電路簡(jiǎn)單，需要的電力電子器件少（2）開(kāi)關(guān)頻率高，直流容易連續(xù)，諧波少，電動(dòng)機(jī)損耗及發(fā)熱都較小（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬（4）若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)（5）電力電子開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高（6）直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因素比相控整流器高2-1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

2、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換器電動(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PW陝?chuàng)Q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 ），晶閘管整流裝置的時(shí)間常數(shù) Ts通常取其最

3、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直流PWM換器間常數(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)殡姌须妷汉碗姌须娮璧拇嬖凇?-6直流PWM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)

4、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娦?，使得?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)

5、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/ n）（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/ n）（ s/（ 1

6、-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(shí)提才有意義。3- 1在恒流起動(dòng)過(guò)程中，電樞電流能否達(dá)到最大值I dm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Idm3-2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

7、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 AST給定電壓Ui*減小，則控制電壓 Uc減 小，則轉(zhuǎn)速n減?。粍t轉(zhuǎn)速反饋電壓 Un減小，知道轉(zhuǎn)速偏差電壓為零；古穩(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。5-1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？答：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時(shí)，普通龍型異步電

8、動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速時(shí)的穩(wěn)定工作范圍為0<s<sm, sm本來(lái)就不大，因此調(diào)速范圍也不大，降壓調(diào)速時(shí)，機(jī)械特性變軟，但 sm不變，故調(diào)速犯胃不變。5=2異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，為何要電壓協(xié)調(diào)控制？在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定是否可行？為何在基頻以下時(shí)，采用恒壓頻比控制，而在基頻以上保持電壓恒定？答：因?yàn)槎ㄗ与妷侯l率變化時(shí)，將導(dǎo)致氣隙磁通變化，影響電動(dòng)機(jī)工作。在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，若保持電壓恒定，則在基頻以上時(shí)，氣隙磁 通將減少，電動(dòng)機(jī)將岀力不足；而在基頻以下時(shí)，氣隙磁通將增加，由于磁路飽和，勵(lì)磁電流將過(guò)大，電動(dòng)機(jī)將遭到破壞。因此保持電壓 恒定不可行。在基頻以下時(shí)，若保持電壓不變，則氣隙磁通增加

9、，由于磁路飽和，將使勵(lì)磁電流過(guò)大，破壞電動(dòng)機(jī)，故應(yīng)保持氣隙磁通不變，即保持壓頻比不變，即采用恒壓頻比控制；而在基頻以上時(shí)，受繞組絕緣耐壓和磁路飽和的限制，電壓不能隨之升高，故保持電壓恒疋。5-3異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，基頻以下和基頻以上分別屬于恒功率還是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式？為什么？所謂恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，是否指輸岀功率或轉(zhuǎn)矩恒定？若不是，那么恒功率和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速究竟是指什么？答：在基頻以下調(diào)速，采用恒壓頻比控制，則磁通保持恒定，又額定電流不變，故允許輸岀轉(zhuǎn)矩恒定，因此屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。在基頻以下調(diào)速，采用恒電壓控制，則在基頻以上隨轉(zhuǎn)速的升高，磁通將減少，又額定電流不變， 故允許輸岀轉(zhuǎn)矩減小，因此

10、允許輸岀功率基本保持不變，屬于恒功率調(diào)速方式。恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式并不是指輸岀功率或輸岀轉(zhuǎn)矩恒 定，而是額定電流下允許輸出的功率或允許輸出的轉(zhuǎn)矩恒定。5- 4基頻以下調(diào)速可以是恒壓頻比控制，恒定子磁通© ms恒氣隙磁通© m和恒轉(zhuǎn)子磁通© mr的控制方式，從機(jī)械特性和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面分析與比較四種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)。答：恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，其機(jī)械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能滿足一般調(diào)速要求，低速時(shí)需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。恒定子磁通© ms恒氣隙磁通© m和恒轉(zhuǎn)子磁通© mr的控制方式均需要定子電壓補(bǔ)償，

11、控制要復(fù)雜一些。恒定子磁通© ms和恒氣隙磁通© m的控制方式雖然改善了低速性能，機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。恒轉(zhuǎn)子磁通 © mr控制方式可以獲得和直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能最佳。6- 1結(jié)合異步電動(dòng)機(jī)三相原始動(dòng)態(tài)模型，討論異步電動(dòng)機(jī)非線性、強(qiáng)耦合和多變量的性質(zhì)，并說(shuō)明具體體現(xiàn)在哪些方面？答：異步電動(dòng)機(jī)具有非線性、強(qiáng)耦合和多變量的性質(zhì)，要獲得良好的調(diào)速性能，必須從動(dòng)態(tài)模型岀發(fā)，分析異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制規(guī)律，研究高性能異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方案。矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制是兩種基于動(dòng)態(tài)模型的高性能交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。矢量控制系統(tǒng)通過(guò)矢量變換和

12、按轉(zhuǎn)子 磁鏈定向，得到等效直流電動(dòng)機(jī)模型，然后按照直流電動(dòng)機(jī)模型設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)；直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)矩偏差和定子磁鏈幅值偏差的符 號(hào)，根據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢?，直接選取合適的定子電壓矢量，實(shí)施電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的控制。6-14按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC 系統(tǒng)與磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制（VC 統(tǒng)系在控制方法上有什么異同？答：1）轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式砰 -砰控制器，并在PWM逆變器中直接用這兩個(gè)控制信號(hào)產(chǎn)生電壓的SVPW波形， 從而避開(kāi)了將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩和磁鏈分量，省去了旋轉(zhuǎn)變 換和電流控制，簡(jiǎn)化了控制器的結(jié)構(gòu)。2）選擇定子磁鏈作為被控量，而不象VC系統(tǒng)中那樣選擇轉(zhuǎn)子磁鏈，

13、這樣一來(lái)， 計(jì)算磁鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。如果從數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)按定子磁鏈控制的規(guī)律，顯然要比按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時(shí)復(fù)雜，但是，由于采用了砰-砰控 制，這 種復(fù)雜性對(duì)控制器并沒(méi)有影響。3 ）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)載變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必須注意限制過(guò)大的沖擊電流，以免損壞功率開(kāi)關(guān)器件，因此實(shí)際的轉(zhuǎn)矩響 應(yīng)的 快速性也是有限的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n0max =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 =15rmin，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問(wèn)

14、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）Rmax = nOmax=nn T5°° -15 = 1485nmin = nOmin -八nN150 15 = 135D 二 nmax . nmin 二 1485 135 = 112） 靜差率 sinN,n0=15150=10% *2.4 直流電動(dòng)機(jī)為 R=74kW,UN=220V I n=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%寸，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍

15、。如果s=30%寸，則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？解：Ce = (UN -尿).nN =(220 -378 0.023) 1430 = 0.1478V rpmn = I NR. Ce =378 (0.023 0.022). 0.1478 = 115rpmD=n nSL： n(1-s)=1430 0.2 115 (1 0.2)=3.1D=nNS,.：n( 1-s) =1430 0.3115 (1 一0.3) = 5.33*2.5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)，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 AnN為多

16、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 W5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落.)nN又為多少？解：nN =IN R. Ce=305 0.18 0.2 =274.5r/min(2)S -. nN .g 二 274.5(1000 274.5) = 21.5%(3) n = nN S D(1-s) = 1000 0.05 20 0.95 = 2.63r /min*2.9有一 V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)參數(shù)PN=2.2kW,UN=220V,I n=12.5A,nN=1500 r/min ,電樞電阻Ra=1.5 Q ,電樞回路電抗器電阻RL=0.8 Q

17、,整流裝置內(nèi)阻Rec=1.0 Q ,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍 D=20,靜差率S<=10%(1)計(jì)算開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降 nop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降 nd o ( 2)采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫(huà)岀系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。(3)調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)Un*=15V時(shí)，I d=In,n=nN，則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a應(yīng)該是多少？ (4)計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。解：(1)n = Un -In R /Ce=Ce = 22012.5 1.5 /1500=201.231500=0.13Vmi n/rn = Un -I n Ru/Ce=% =In RJCe =1

18、2.5 3.3/0.134=307.836/minnN = nNs/ D 1-s =1500 10%/(20*90%)8.33r/min所以，：nc| =8.33r/min(2)3 / 6(2)(3) (4)n 二 KpKsUn -IdR/Ce 1 KKUn/： 1 K LldR/Ce1 K 1K =n°p / 嘰 -1 = 307.836 / 8.33 - 1 二 35.9551500 二 35.955 15/： 1 35.955- 12.5 3.3/ 0.134 135.955二:-0.0096V min/ r可以求得,KpK*CeKs* :35.955*0.134-35*0.0

19、096= 14.34也可以用粗略算法:U 15Un ： Unn，n 150.01n1500Kp=KCe/Kso( , Kp =35.955 X 0.134 / (35 X0.01 )=13.76*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 , U n -220V , I n =15.6A , n” =1500 r/min , Ra =1.5 Q,整流裝置內(nèi)阻Rrec =1 Q ,電樞回路電抗器電阻 R_=0.8 Q ,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) Ks =35。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。當(dāng)D =30, s =10%時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降

20、。（3）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% , 在U ； =10V時(shí)Id =1 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 =0.1311/mi n/rnop =IN R/Ce=15.6 3.3/0.1311 =392.68r/min(1)nmin =1500 / 30 =50s嘰訕=392.68/ 392.68 50=88.7%0.1 二.：n / n 50.：n = 5/0.9 = 5.56r / min(3)：n = KpKsU：/Ce(1 +K )Rjd/Ce0 + K )K =K

21、pOtKs/Ce彳500 =KpKsU；/Ce(1 +K )(電5.6 yCe(1 + K )K =9nop/Anci )1 =(297.48/5.56)1 =52.5*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=2Q, Ks=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、5、Uj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)，U；和Uc各為多少？解：(1)U nm / nN

22、=15V/1500rpm =0.01V/rpm5 / 6(2)# / 6(2)當(dāng) U； =5V,:Uim 15V0.375V / AI dm 40 A"Id =0.375*10_Ud。_E %R 一心 一 KsUiUcn =500rpm,Un=3.75VCen N1 dL R°.127*50°10*2 M175VKs=5V,U* =Ui =3.75V,Uc =4.175v205V500 rpm0.01V / rpm# / 6(2)# / 6(2)(2)堵轉(zhuǎn)時(shí)，u*=2ldm=15V ,UcUd0KsCen IdRIdmR 40*2KsKs20=4V# / 6(2)*3.2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)： PN =3.7kW, U N =220V, I N =