2014浙大遠(yuǎn)程機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)離線作業(yè)(必)答案..

1、浙江大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程作業(yè)答案（必做）j 答：E U _RI根據(jù)直流電機(jī)速度公式n二-二,一a生旦 有C/Ce*（1 1）電樞電壓 U Ua控制一調(diào)壓調(diào)速 （向下調(diào)速）采用電力電子手段時(shí)， 有晶閘管可控整流器供電和自關(guān)斷器件H H 型橋脈寬調(diào)制（PWMPWM）供電等方式，其損耗小，控制性能好。（2 2）磁場(chǎng)$控制一弱磁（向上調(diào)速），采用電力電子手段時(shí)，有晶閘管可控整流器供電勵(lì)磁控制。（3 3）由于運(yùn)行損耗大、效率低, ,一般不再釆用串 RaRa 調(diào)速。2.答：雙閉環(huán)晶閘管一直流電動(dòng)機(jī)不可逆調(diào)速系統(tǒng)電原理圖如下：兩閉環(huán)連接上的關(guān)系是速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，這就使得

2、該系統(tǒng)具有 由速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值確定了電流環(huán)的給定值，進(jìn)而確定了系統(tǒng)的最大電流的特點(diǎn)。3.答：（1 1） 改變轉(zhuǎn)速時(shí)只能改變速度調(diào)節(jié)器的輸入U(xiǎn)g，因?yàn)樗撬俣拳h(huán)的指令信號(hào)。改變速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)對(duì)穩(wěn)態(tài)速度無調(diào)節(jié)作用，僅會(huì)影響動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快慢。（2 2） 要控制系統(tǒng)的起動(dòng)電流、確保系統(tǒng)運(yùn)行安全，應(yīng)調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值。因?yàn)樗俣日{(diào)節(jié)器的輸出限幅值確定了電流環(huán)的給定值，進(jìn)而確定了系統(tǒng)的最大電流。4.答：雙閉環(huán)晶閘管一直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，內(nèi)環(huán)為 電流 環(huán)，外環(huán)為 速度環(huán)，其連接關(guān)系是：速度調(diào)節(jié)器的輸岀作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，因此外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出限幅值應(yīng)按調(diào)速系統(tǒng)允許最大電流來整定;內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器的

3、輸出限幅值應(yīng)按可控整流器晶閘管最大、最小移相觸發(fā)角來整定。兩調(diào)節(jié)器均為 PIPI 型調(diào)節(jié)器，調(diào)速系統(tǒng)能夠做到靜態(tài)無差是由于調(diào)節(jié)器具有 積分（記憶）功能；能實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)是由于調(diào)節(jié)器具有飽和限幅功能。-“， （速度鉅?wèi)?yīng)饋）5.答：速度調(diào)節(jié)器用于對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，以保障：特性硬，滿足負(fù)載要求。速度調(diào)節(jié)器輸出限幅值應(yīng)按調(diào)速系統(tǒng)允許最大電流來調(diào)整，以確保系統(tǒng)運(yùn)行安全( (過電流保護(hù)) )電流調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的控制，以保障： 精確滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小要求( (通過電流控制) )；調(diào)速的快速動(dòng)態(tài)特性( (轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)) )。電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅作為可控整流器晶閘管的移相觸發(fā)電壓，其限幅值決定了觸發(fā)角 的

4、移相范圍，故應(yīng)按aminamax來調(diào)整。6.答：(1)(1) 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)正常工作時(shí)，只有調(diào)節(jié)速度給定信號(hào)U Ug才可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。而改變速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)( (如比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)) )均無作用，改變負(fù)載大小也不能影響轉(zhuǎn)速，因?yàn)槭撬俣乳]環(huán)系統(tǒng)，不論負(fù)載大小均速度無差。(2)(2) 轉(zhuǎn)速反饋線突然斷掉時(shí)，U Ufn=0，使un=U Ug U Ufn= u ug很大，速度調(diào)節(jié)器飽和限 幅輸出，調(diào)速系統(tǒng)以最大電流、最大轉(zhuǎn)矩加速，直至電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩、阻尼轉(zhuǎn)矩相平衡，達(dá)到最高轉(zhuǎn)速而恒定，故電動(dòng)機(jī)不可調(diào)速。7.答：(1)(1) 起動(dòng)特征：1idid 由0_T_T(限幅值)dmax2STST、

5、LTLT 全部飽和限幅，蛻化為限幅器，系統(tǒng)實(shí)為速度、電流雙開環(huán)過程 電機(jī)靜止，Ufn=0給定Ug突加，：UUUUg很大，STST 飽和，Un輸出限幅，無 PIPI 調(diào)節(jié)作用2電流給定Un為限幅值T對(duì)應(yīng)電流指令ldmax；但電流未建立，UfUf =0=0 , LTLT 輸入U(xiǎn)i=Un， LTLT 飽和，輸出Uk限幅，推-min,至使 UdmaxIdmaxTmax加速 n。3因轉(zhuǎn)子慣性，n：ng(2)(2) 加速特征1ld= ldmax恒定(電流調(diào)節(jié)結(jié)果，非限幅)2STST 飽和限幅，LTLT 作 PIPI 調(diào)節(jié)，實(shí)為電流單閉環(huán)系統(tǒng)。過程1n : ng g Ufn：Ug-；二Un二Ug-口卬很大

6、STST 仍飽和限幅，無調(diào)節(jié)作用。2STST 輸出Un為限幅值T使 LTLT 以ldmax為指令值T電流閉環(huán)不斷調(diào)節(jié)整流觸發(fā)：角T動(dòng)態(tài)地保持Id=ldmax，維持與給定無差 一一動(dòng)態(tài)平衡”3動(dòng)態(tài)平衡過程：隨nE = CenId二UjRE-原定(Ud)下Id將“一反饋Ufi“一二Ui=Un二Ufi：經(jīng)經(jīng)LTLT P P 碉節(jié)后,u,u I II.并維持不變k kd d dmaxdmax調(diào)速精度，做到靜態(tài)無差；機(jī)械4電機(jī)以恒定dmax、Tmax加速，n(3)(3) PIPI 調(diào)節(jié)至穩(wěn)定特征1轉(zhuǎn)速穩(wěn)定至n = ng，電流穩(wěn)定至 打=lL（對(duì)應(yīng)TL）；2STST、LTLT 均作 PIPI 調(diào)節(jié)，真正速

7、度、電流雙閉環(huán)工作。過程1首先分析進(jìn)入本階段開始點(diǎn)的初值情況A A速度：上階段末加速至n=ngUfn二ug ST輸入：u0;但 PIPI 型 STST的積分（記憶）作用使 STST 輸出un=0T仍暫作飽和輸出T電流指令為ldrldmax。B電流：上階段末Id=ldmax,與指令相同一Ufi=Un二 g = =0 0. .PIPI 型 LTLT 的積分（記憶）作用使 LTLT 輸出Uk= 0 T迫使移至能產(chǎn)生d =Jmax的位置。2故以丨d=丨dmax進(jìn)入（3 3），會(huì)用T =Tmax驅(qū)動(dòng)而加速過頭，出現(xiàn)n ng轉(zhuǎn)速超調(diào)3超調(diào)時(shí)n ng二unug_ufn：0rPI調(diào)節(jié)器反向積分 宀 STST

8、退出飽和，進(jìn)入 PIPI 調(diào) 節(jié)一Un丿命令I(lǐng)d :JmaxrLT輸出UkUdJldJT兒其中l(wèi)dIL時(shí)，n（超調(diào)）最大，以后n/。4由于電磁慣性，ld0可能達(dá)ld T :T電機(jī)進(jìn)入制動(dòng) n : E : ld二Ud一回升，重新回到n一ng（平衡）5經(jīng)幾次振蕩，PI調(diào)節(jié)達(dá)平衡、雖u “ = 0,厶4 -0，但PI調(diào)節(jié)器積分記憶功 能使Uk=0=0T推至適當(dāng)位置T產(chǎn)生合適Ud d、Id d、T TT保證系統(tǒng)靜態(tài)無差運(yùn)行。8.答：在直流可逆系統(tǒng)中，要求電磁轉(zhuǎn)矩具有兩種方向，以實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行單橋只能提供單一方向電樞電流T產(chǎn)生單一方向電磁轉(zhuǎn)矩亠J學(xué)丄5J. 5LV+1J_ _AYYY_a -IB9.答：

9、正半周（0乞t ”：ti）電機(jī)電壓UA A 0 0 （BTA A）負(fù)半周（ti豈t”：T）電機(jī)電壓UA u正轉(zhuǎn)制動(dòng)n n 00F-Ji電動(dòng)反轉(zhuǎn)1正轉(zhuǎn)電動(dòng)T 0制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為正轉(zhuǎn)矩為負(fù)T 0電流為正電流為負(fù)la：雙橋反并聯(lián) 才能提供兩個(gè)方向電樞電流,產(chǎn)生兩個(gè)方向電磁轉(zhuǎn)矩， 構(gòu)成可逆系統(tǒng)主電路。正n n . . 0 0T二Ctla正/ /反轉(zhuǎn)控制只需改變t1位置（占空比 丫）,方便: :t1T/2,平均值 UA0、電機(jī)正轉(zhuǎn)t1: T/2,平均值 UA電機(jī)反轉(zhuǎn)Si*VTIVTVT4基極信號(hào) u ublu ub4及電機(jī)端電壓 U Ua波形blb4cici10.10.答：工作過程（設(shè)Us.Ea）（1）ub1

10、,4 AOTVT；,VT4通 1Ub2,3 VT2,VT3斷在（Us-Ea） .0作用下，形成電流路徑ITIa,Ea反向T電機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行VT1VT2VT4VD4兀AVD1VD3VT3VD2（2）tt Tub1,40T應(yīng) VT2VT2、VT3VT3 通，T但電樞電感自感電勢(shì)Ldia/dt作用維持電流方向不能突變TVD2VD2、VD3VD3 通T續(xù)流TVT2VT2、VTVT3 3反偏，斷T形成電流|a路徑HTIa與Ea反向T電機(jī)仍作電動(dòng)運(yùn)行aaT使Ldia/dt很快衰減為零，為Ia換向創(chuàng)造條件（設(shè)在1：t2: T T 時(shí)刻斷流）。1111.答：異步電機(jī)調(diào)速方法可按其速度公式n = (1-s) ns

11、來分類：60 f1(1)(1) 變同步速調(diào)速ns -, ,具體有：P1變頻調(diào)速?？刹捎弥? -交變換的逆變器戓交- -交變頻器改變電機(jī)供電頻率 f fl。2變極調(diào)速。需同時(shí)改變定、轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)，故只適合鼠籠式異步電機(jī)。3串級(jí)調(diào)速，繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子中串入與轉(zhuǎn)子同頻的電勢(shì)吸收或補(bǔ)充滑差功率來實(shí) 現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)，采用不控整流器一有源逆變器裝置。4雙饋調(diào)速，繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子中采用功率可雙向流動(dòng)變頻裝置，實(shí)現(xiàn)同步速上、 下的調(diào)速和四限象運(yùn)行。(2 3)t2_t : Tt2時(shí)刻路徑n斷流TVD2VD2、VD3VD3 斷TVT2、VT3VT3 反偏消失，通T在(UsEa)作用下產(chǎn)生大值沖擊電流U +Ela-

12、形成電流路徑 IIIIIITla, Ea同向T電機(jī)作反接制動(dòng)至下周期 (T t1)時(shí)刻(4)T ：,1N:采用零矢量控制A 磁鏈圓大小恒定-恒磁通控制基頻1N:不用零矢量，有效矢量作用時(shí)間額定基頻以上轉(zhuǎn)速變快r1N:不用零矢量，減少有效矢量作用時(shí)間磁鏈圓變小（弱磁控制），正弦脈寬調(diào)制（SPWMSPWM）變頻器要獲得正弦脈寬的輸出電壓可采用自然采樣法的調(diào)制技術(shù)，即采用正弦調(diào)制波與等腰三角形載波相交、交點(diǎn)決定逆變器功率器件開關(guān)時(shí)刻的方式得到正弦脈寬的輸出電壓。調(diào)節(jié)正弦調(diào)制波的頻率可實(shí)現(xiàn)逆變器輸出頻率的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)正弦調(diào)制波的幅值可實(shí)現(xiàn)逆變器輸出電壓大小的調(diào)節(jié)。23.23.答：U U|隨頻率 f f1

13、的變化規(guī)律是：（1 1） 基頻以下（f f1 f f1N）: :釆用 5/5/舟= =C C 控制，確保恒磁通控制，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。但在 f f1 f f1N）: :保持 5=5= C,C,則隨 f f1上升, , U U1N/ / f f1下降,電機(jī)作弱磁控制，實(shí)現(xiàn)恒功率運(yùn)行。24.24.答：頻率開環(huán)、電壓源（SPWMSPWM）逆變器一異步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)原理如右圖所示。由于異步電機(jī)是一種需要感性無功功率的交流電機(jī)，電機(jī)電流落后于電壓。 為給落后的感性無功電流提供通路，必須在逆變器主功率開關(guān)器件旁反并聯(lián)續(xù)流二極管。25.25.答：（1 1）控制系統(tǒng)分為頻率控制通道和電壓控制通道，其總信號(hào)為速

14、度給定。速度給定的正、負(fù)分別表示正、反轉(zhuǎn)，速度給定絕對(duì)值代表速度高低。為避免給定突變引起電流、轉(zhuǎn)矩的沖擊，采用給定積分器將階躍給定變?yōu)樾逼陆o定。為簡(jiǎn)化頻率通道及電壓通道的運(yùn)算，可將速度給定的大小和極性分離，采用絕對(duì)值電路提取速度給定的大小來進(jìn)行控制運(yùn) 算，用轉(zhuǎn)向判別器提取轉(zhuǎn)向標(biāo)志來干預(yù)轉(zhuǎn)向控制。進(jìn)入頻率通道的轉(zhuǎn)速絕對(duì)值經(jīng)V/fV/f 變換器變成運(yùn)行頻率信號(hào)，作為正弦調(diào)制波的頻率給定值，與三角形載波相交生成SPWMSPWM 波調(diào)制信號(hào)。而正弦調(diào)制波的幅值大小則由電壓通道產(chǎn)生和給定。但三角載波頻率決定于調(diào)制控制方式（異步調(diào)制、同步調(diào)制、混合同步調(diào)制），故需從調(diào)制方式控制決定載波頻率，通過三角波發(fā)生器產(chǎn)生三角載波， 與正弦調(diào)制波一起送進(jìn) PWMPWM 調(diào)制生成 PWMPWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)，送入脈沖分配器再根據(jù)轉(zhuǎn)向信 號(hào)決定逆變器各功率開關(guān)信號(hào)分配，控制電機(jī)按給定轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速運(yùn)行。為確保變頻運(yùn)行時(shí)電機(jī)磁路工作點(diǎn)不變或按要求變化，進(jìn)入電壓控制通道的轉(zhuǎn)速絕對(duì)值必須通過一稱之為函數(shù)發(fā)生器的電路，按基頻以下恒 U U1/f/fl= = C C （恒磁通）控制、基頻以上 U U1=U=UlN（弱磁）控制。這是一個(gè)協(xié)調(diào)兩通通控制的單元，其輸入f f輸出 U U1關(guān)系如下圖所示。函數(shù)發(fā)生器的輸出電壓須經(jīng)