運(yùn)動控制系統(tǒng)

1、一、復(fù)習(xí)：直流調(diào)速系統(tǒng)一、復(fù)習(xí)：直流調(diào)速系統(tǒng)問題1-1：電機(jī)的分類？ 發(fā)電機(jī)（其他能電能）直流發(fā)電機(jī) 交流發(fā)電機(jī) 電動機(jī)（電能其他能） 直流電動機(jī)： 有換向器直流電動機(jī)（串勵、并勵、復(fù)勵、他勵）無換向器直流電動機(jī)（又屬于一種特殊的同步電動機(jī)） 交流電動機(jī)：同步電動機(jī)異步電動機(jī)：鼠籠式 繞線式 ： 伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)變壓器控制電機(jī) 自整角機(jī)力矩電機(jī)測速電機(jī)步進(jìn)電機(jī)（反應(yīng)式、永磁式、混合式）問題1-2：衡量調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)是哪些？ 調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin 靜差率S=nnom/n0*100%對轉(zhuǎn)差率要求高，同時要求調(diào)速范圍大（D大S?。r，只能用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 和負(fù)載匹配情況

2、：一般要求：恒功率負(fù)載用恒功率調(diào)速，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。問題1-3：請比較直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并說明今后電力傳動系統(tǒng)的發(fā)展的趨勢.* 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍廣，易于實現(xiàn)平滑調(diào)速，起動、制動性能好，過載轉(zhuǎn)矩大，可靠性高，動態(tài)性能良好。缺點(diǎn)：有機(jī)械整流器和電刷，噪聲大，維護(hù)困難；換向產(chǎn)生火花，使用環(huán)境受限；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容量、轉(zhuǎn)速、電壓受限。* 交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（正好與直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相反）優(yōu)點(diǎn)：異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、維護(hù)方便、造價低廉，使用環(huán)境廣，運(yùn)行可靠，便于制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓電機(jī)。大量被用來拖動轉(zhuǎn)速基本不變的生產(chǎn)機(jī)械。缺點(diǎn)：調(diào)速性能比直流電機(jī)差。* 發(fā)

3、展趨勢：用直流調(diào)速方式控制交流調(diào)速系統(tǒng)，達(dá)到與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的調(diào)速性能；或采用同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng).問題1-4：直流電機(jī)有哪幾種？直流電機(jī)調(diào)速方法有哪些?請從調(diào)速性能、應(yīng)用場合和優(yōu)缺點(diǎn)等方面進(jìn)行比較. 哪些是有級調(diào)速？哪些是無級調(diào)速？直流電動機(jī)中常見的是有換向器直流電動機(jī)，可分為串勵、并勵、復(fù)勵、他勵四種，無換向器直流電動機(jī)屬于一種特殊的同步電動機(jī)。根據(jù)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式，調(diào)速方法有變壓調(diào)速、變電阻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速：調(diào)節(jié)電壓供電電壓進(jìn)行調(diào)速，適應(yīng)于：UUnom，基頻以下，在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速。弱磁調(diào)速：無級，適用于nom，一般只能配合調(diào)壓調(diào)速方案，在基頻以上(即電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速以

4、上)作小范圍的升速。變電阻調(diào)速：有級調(diào)速。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：無級調(diào)速。問題1-5：帶有比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，如果轉(zhuǎn)速的反饋值與給定值相等，則調(diào)節(jié)器的輸出為（ A ）A、零； B、大于零的定值C、小于零的定值； D、保持原先的值不變問題1-6：什么是調(diào)速范圍D？什么是靜差率S，兩者的關(guān)系如何？用什么方法可以使調(diào)速系統(tǒng)滿足D大S小的控制要求？ 調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin 靜差率S=nnom/n0*100%對轉(zhuǎn)差率要求高，同時要求調(diào)速范圍大（D大S?。r，只能用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。問題1-7：直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源有：旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組（G-M系統(tǒng)）、靜止可控整流器（V-M系

5、統(tǒng)）、 直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器（PWM）。名詞解釋1-8： G-M系統(tǒng) V-M系統(tǒng) PWM PFM G-M系統(tǒng)：交流電動機(jī)拖動直流發(fā)電機(jī)G實現(xiàn)變流，由直流發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動機(jī)M供電，調(diào)節(jié)G的勵磁電流及改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)M的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：在允許轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)四象限運(yùn)行。缺點(diǎn)：設(shè)備多，體積大，費(fèi)用高，效率低，有噪音，維護(hù)不方便。 V-M系統(tǒng)：晶閘管，工作在相位控制狀態(tài)，由晶閘管可控整流器V給需要調(diào)速直流電動機(jī)M供電，調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流器V的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)直流電動機(jī)M的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性和可靠性提高，無需另加功率放大裝置。快速性好，動態(tài)性能提

6、高。缺點(diǎn)：只允許單向運(yùn)行；元件對過電壓、過電流、過高的du/dt和di/dt十分敏感；低速時易產(chǎn)生電力公害：系統(tǒng)功率因數(shù)低，諧波電流大。 PWM：脈沖寬度調(diào)制(PWM)，晶閘管工作在開關(guān)狀態(tài)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機(jī)上；晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機(jī)斷開；這樣通過改變晶閘管的導(dǎo)通時間（即調(diào)占空比ton）就可以調(diào)節(jié)電機(jī)電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。PWM調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬；電動機(jī)損耗和發(fā)熱較?。幌到y(tǒng)快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)；器件工作早開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置效率較高。PWM調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用：中、小功率系統(tǒng) PFM脈沖頻率調(diào)制(PFM)，晶閘管工作在開關(guān)狀態(tài)，晶

7、閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機(jī)上；晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機(jī)斷開；晶閘管的導(dǎo)通時間不變，只改變開關(guān)頻率f或開關(guān)周期T（即調(diào)節(jié)晶閘管的關(guān)斷時間t0ff）就可以調(diào)節(jié)電機(jī)電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。問題1-9：哪些是控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)、穩(wěn)定性指標(biāo)和動態(tài)性能指標(biāo)？ 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)是：調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin和靜差率S=nnom/n0*100% 穩(wěn)定性指標(biāo)：柏德圖（對數(shù)幅頻特性和對數(shù)幅頻特性）典型型系：對數(shù)幅頻特性以20dB/dec的斜率穿越零分貝線，只有保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量。=90° -tg-1 cT > 45

8、76;典型型系統(tǒng)：對數(shù)幅頻特性以20dB/dec的斜率穿越零分貝線。=180°-180°+tg-1ct-tg-1cT=tg-1ct-tg-1cT 動態(tài)性能指標(biāo)分跟隨性能指標(biāo)和抗擾性能指標(biāo)：跟隨性能指標(biāo) 上升時間：在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所經(jīng)過的時間（有些教材定義為10%-90%） 超調(diào)量：在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏移量與穩(wěn)態(tài)值之比。 調(diào)節(jié)時間：又稱過度過程時間原則上是系統(tǒng)從給定量階躍變化到輸出量完全穩(wěn)定下來的時間。一般在階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取±5%（或±2%）的范圍作為允許誤差?？箶_性能指

9、標(biāo)： 動態(tài)降落：在系統(tǒng)穩(wěn)定時，突加一個約定的標(biāo)準(zhǔn)的擾動量，在過度過程中引起的輸出量最大降落值?；謴?fù)時間：從階躍擾動作用開始，到輸出量基本恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值之差進(jìn)入某基準(zhǔn)量的±5% （或±2%）范圍之內(nèi)所需的時間。問題1-10：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程特點(diǎn)是 、 和 。 飽和非線性控制ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；ASR不飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，無靜差調(diào)速系統(tǒng). 準(zhǔn)時間最優(yōu)控制：恒流升速可使起動過程盡可能最快. 轉(zhuǎn)速超調(diào)：只有轉(zhuǎn)速超調(diào)才能使ASR退飽和.問題1-11：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型 型系統(tǒng)設(shè)計，抗擾能力 強(qiáng) ，穩(wěn)態(tài) 無靜差

10、。電流環(huán)按典型 型系統(tǒng)設(shè)計，抗擾能力 稍差 ，超調(diào) 小 。問題1-12：無靜差調(diào)速系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器中P部份的作用是（D）A、消除穩(wěn)態(tài)誤差； B、不能消除穩(wěn)態(tài)誤差也不能加快動態(tài)響應(yīng)C、既消除穩(wěn)態(tài)誤差又加快動態(tài)響應(yīng)；D、加快動態(tài)響應(yīng)問題1-13：轉(zhuǎn)子位置檢測的方法有哪幾種？選擇其中12種進(jìn)行論述它們的工組原理和特點(diǎn)及其應(yīng)用場合？ 自整角機(jī)(角位移傳感器，成對應(yīng)用：發(fā)送機(jī)與指令軸相連，接收機(jī)與執(zhí)行軸相連) 旋轉(zhuǎn)變壓器(一種特制的兩相旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在定子和轉(zhuǎn)子上各有兩套在空間上完全正交的繞組。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，輸出電壓與轉(zhuǎn)子角呈一定的函數(shù)關(guān)系，主要作角度傳感器)。 感應(yīng)同步器(圓形感應(yīng)同步器用來測角位移，用于

11、轉(zhuǎn)臺(立式車床)的角度數(shù)字顯示和精確定位。直線式形感應(yīng)同步器用來測直線位移，安裝在具有平移運(yùn)動的機(jī)床上( 式車床)，用來測量刀架的位移并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。 光電編碼盤分增量式絕對式兩種（增量式光電編碼盤實際是一個光電脈沖發(fā)生器和一個可逆計算器）（絕對式光電編碼盤則是通過讀取碼盤的圖形來表示軸的位置，碼制可選二進(jìn)制、二-十進(jìn)制（BCD碼）、和循環(huán)碼（格雷碼）同軸齒輪在電機(jī)位置檢測是應(yīng)用較多。具體工作原理見(陳伯時主編.電力拖動自動控制系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社)P154-163問題1-14：什么是檢測誤差、原理誤差和擾動誤差？哪些無法克服？哪些能克服？ 檢測誤差：由檢測產(chǎn)生的誤差，它取決于檢測元件本身的精

12、度，位置隨動系統(tǒng)中常用的位置檢測元件如自整角機(jī)、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器等都有一定的精度等級，系統(tǒng)的精度不可能高于所用位置檢測元件的精度。檢測誤差是穩(wěn)態(tài)誤差的主要部分，這是系統(tǒng)無法克服的。 原理誤差：又稱系統(tǒng)誤差，它是系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)形式、系統(tǒng)特征參數(shù)和輸入信號的形式?jīng)Q定的，型系統(tǒng)只對位置輸入是無靜差的隨動系統(tǒng)（一階無差系統(tǒng)）；型系統(tǒng)對位置輸入和速度輸入都是無靜差的隨動系統(tǒng)（二階無差系統(tǒng)）。 擾動誤差分負(fù)載擾動、系統(tǒng)參數(shù)變化、噪聲干擾三種。* 負(fù)載擾動（恒值負(fù)載擾動和隨機(jī)性負(fù)載擾動），在抵抗負(fù)載擾動能力方面，型系統(tǒng)比型系統(tǒng)好。* 系統(tǒng)參數(shù)變化（放大器零漂、元件老化、電源電壓波動等）負(fù)載擾動和系統(tǒng)參

13、數(shù)變化都作用在系統(tǒng)的前向通道上，可通過閉環(huán)予以抑制。* 噪聲干擾（經(jīng)檢測裝置混入系統(tǒng)，一般多為高頻成分，其頻譜與輸入信號頻譜不重疊，可濾除，但影響快速性和系統(tǒng)動態(tài)精度）問題1-15：位置隨動系統(tǒng)解決的主要問題是什么？試比較位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的異同。 位置隨動系統(tǒng)解決的主要問題是實現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對位置指令（給定量）的準(zhǔn)確跟蹤。隨動系統(tǒng)一般稱伺服系統(tǒng) 位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的相同點(diǎn)：兩者的控制原理相同，它們都是反饋控制系統(tǒng)，即通過對系統(tǒng)的輸出量與給定量進(jìn)行比較，組成閉環(huán)控制。 位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的相異點(diǎn)：調(diào)速系統(tǒng)的給定量是恒值，不管外界擾動情況如何，希望輸出能夠穩(wěn)定，因此系統(tǒng)的抗擾性能顯得十分

14、重要。位置隨動系統(tǒng)中的位置指令是經(jīng)常變化的，是一個隨機(jī)變量，要求輸出量準(zhǔn)確跟蹤給定量的變化，輸出響應(yīng)的快速性、靈活性、準(zhǔn)確性成了位置隨動系統(tǒng)的主要特征。位置隨動系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上往往比調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜一些。位置隨動系統(tǒng)可以在調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一個位置環(huán)，位置環(huán)是位置隨動系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特征。問題1-16：什么是串聯(lián)校正、并聯(lián)校正和復(fù)合控制？試舉例說明它們的使用場合。 串聯(lián)校正（調(diào)節(jié)器校正），采用PID校正的單位置環(huán)隨動系統(tǒng)，可以得到較高的截止頻率和對給定信號的快速響應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡單。由于不使用測速機(jī)，從而排除了測速機(jī)帶來的干擾，但反過來又使摩察、間隙等非線性因素不能很好地受到抑制。負(fù)載擾動也必須通過位置環(huán)進(jìn)

15、行調(diào)節(jié)，沒有快速的電流環(huán)及時補(bǔ)償而使動態(tài)誤差增大。同時PID調(diào)節(jié)器是采用比例微分超前作用來對消調(diào)節(jié)對象中的大慣性，屬于串聯(lián)校正，常會因放大器的飽和而削弱微分信號的補(bǔ)償強(qiáng)度，還會因控對象參數(shù)變化而喪失零極點(diǎn)對消的效果。因此單位置環(huán)的隨動系統(tǒng)僅適用于負(fù)載較輕，擾動不大，非線性因素不太突出的場合。 并聯(lián)校正在調(diào)速系統(tǒng)中引入被調(diào)量的微分負(fù)反饋是一種很有效的并聯(lián)校正，在隨動系統(tǒng)中經(jīng)常采用這種并聯(lián)校正，有助于抑制振蕩、減小超調(diào)，提高系統(tǒng)的快速性。在位置隨動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的并聯(lián)校正比轉(zhuǎn)速反饋的并聯(lián)校正好，因為它不需增大K1就可以保證原有的穩(wěn)態(tài)精度，而快速性同樣可以得到一定程度的提高，只受到小時間常數(shù)及

16、測速發(fā)電機(jī)信號中噪聲干擾的限制。 復(fù)合控制當(dāng)隨動系統(tǒng)輸入信號的各階導(dǎo)數(shù)可以測量或者可以實時計算時，利用輸入信號的各階導(dǎo)數(shù)進(jìn)行前饋控制構(gòu)成前饋控制（開環(huán)控制）和反饋控制（閉環(huán)控制）相結(jié)合的復(fù)合控制，也是一種提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)品質(zhì)指標(biāo)的有效途徑。二、回顧：交流調(diào)速系統(tǒng)問題2-1：交流調(diào)速技術(shù)引起人們廣泛重視的原因是什么?交流電動機(jī)優(yōu)點(diǎn)，20世紀(jì)30年代，交流調(diào)速系統(tǒng)存在問題，70年代電子技術(shù)發(fā)展，高性能交流調(diào)速技術(shù)的不斷涌現(xiàn)：矢量變換控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、無速度傳感器控制系統(tǒng)、數(shù)字化技術(shù)等，非線性解耦控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制、模糊控制等新的控制策略不斷推進(jìn)。問題2-2：簡述異步電機(jī)的工作原理。三

17、相異步電動機(jī)的定子通入對稱三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 與靜止的轉(zhuǎn)子有相對運(yùn)動 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有感應(yīng)電流 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體帶電導(dǎo)體在磁場中受電磁力的作用 兩邊同時受到電磁力的作用，產(chǎn)生電磁力矩 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動 帶動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動。問題2-3：設(shè)異步電動機(jī)運(yùn)行時，定子電流的須率為f1，試問此時定子磁勢F1、轉(zhuǎn)子磁勢F2是多少？請畫出異步動電機(jī)的等效電路，并按頻率折算(折算前后磁動勢不變)和繞組折算(折算前后電機(jī)內(nèi)部的電磁性能和功率不變)對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行折算，最后得出T形效電路。定子輸入功率P1輸出功率P2效率=問題2-4：請寫出異步電動機(jī)的電磁關(guān)系。定子輸入功率： P1= Pm+ Pcu1+ Pfe 定子銅耗：

18、Pcu1=3I12R1 定子鐵耗： PFe= PFe1=3I12R1 轉(zhuǎn)子銅耗：Pcu2=3I22R2電磁功率： Pm = Pout + Pcu2 機(jī)械損耗：Ps 附加損耗： Pf軸上輸出功率： Pout = P2 + Ps + Pf 輸出功率： P2問題2-5：常用的異步電動機(jī)調(diào)速有哪些？哪些屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型？哪些屬于轉(zhuǎn)差功率不變型？哪些屬于轉(zhuǎn)差功率回饋型？ 異步電動機(jī)調(diào)速方法有：降電壓調(diào)速、繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級調(diào)速、變極調(diào)速、變頻調(diào)速等。 降電壓調(diào)速、繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型 串級調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率回饋型 變極調(diào)速、變頻調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率不變型。問題2-6

19、：變極調(diào)速方法對籠型與繞線式電動機(jī)是否都適用，為什么?變極調(diào)速只適合于本身具備改變極對數(shù)的籠型電動機(jī)（雙速電動機(jī)、三速和四速電動機(jī)），它們可以通過改變極對數(shù)是用改變定子繞組的接線方式來完成調(diào)速，繞線式電動機(jī)一般采用轉(zhuǎn)子傳電阻或串級調(diào)速。問題2-7：采用改變電動機(jī)極對數(shù)的方法調(diào)速時，改變極對數(shù)時，是否只需改變電動機(jī)定子繞組的聯(lián)結(jié)方式就可以了，還需要注意什么問題？采用改變電動機(jī)極對數(shù)的方法調(diào)速時，改變極對數(shù)時，除了需要改變電動機(jī)定子繞組的聯(lián)結(jié)方式外，還應(yīng)注意保持電源的相序不變，即：要對調(diào)電源端子。如：變極前：A0 B240 C480（120）變極后：A0 B120 C240與變極前不一致。應(yīng)對調(diào)B

20、、C兩相，以保證變極前后的電源相序一致。問題2-8：請簡述交流異步電動機(jī)變極調(diào)速的工作原理，并說明其特點(diǎn)和應(yīng)用場合。變極調(diào)速是通過改變定子繞組的極對數(shù)來改變旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速的，是無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式。改變極對數(shù)是用改變定子繞組的接線方式來完成的（雙速電動機(jī)、三速和四速電動機(jī)）這種改變極對數(shù)來調(diào)速的籠型電動機(jī)，通常稱為多速感應(yīng)電動機(jī)或變極感應(yīng)電動機(jī)。 缺點(diǎn)：有級調(diào)速，而且調(diào)速級差大，從而限制了它的使用范圍。特點(diǎn)：具有較硬的機(jī)械特性，穩(wěn)定性良好；無轉(zhuǎn)差損耗，效率高；接線簡單、控制方便、價格低；有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速；可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較高效率

21、的平 滑調(diào)速特性。變極調(diào)速適合于：按24檔固定調(diào)速變化的場合，（不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械），如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)、起重設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵等。問題2-9：晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，對觸發(fā)脈沖有何要求，為什么？晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，要求用寬脈沖、雙窄脈沖或脈沖列觸發(fā)，以保證可靠換流，防止直通。晶閘管是半控器件，只需要用脈沖觸發(fā)其導(dǎo)通，不需要控制其關(guān)斷。問題2-10：請簡述交流異步電動機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并對三種常用的調(diào)壓方法進(jìn)行說明。當(dāng)改變電動機(jī)的定子電壓時，可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源。目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器

22、、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點(diǎn)：調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制。調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。調(diào)壓調(diào)速一般適用于100KW以下的生產(chǎn)機(jī)械。 通過改變自耦變壓器變比，來改變電機(jī)電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。 通過改變直流勵磁電流來控制鐵心的飽和程度，改變交流電抗值，改變電機(jī)電壓，實現(xiàn)降壓調(diào)速。飽和，交流電抗小，電機(jī)定子電壓高。 通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，來調(diào)節(jié)電動機(jī)的端電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。問題2-11：在交流異步電動機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，怎樣解決調(diào)速范圍小和機(jī)械特性軟的問題？在交流異步電動機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此

23、最大轉(zhuǎn)矩下降很多，械特性曲線軟，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機(jī)難以應(yīng)用。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機(jī)，如專供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機(jī)，或者在繞線式電動機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。 為了擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)行范圍，當(dāng)調(diào)速在2：1以上的場合應(yīng)采用反饋控制以達(dá)到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。問題2-12：交流調(diào)速的主要應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？ 已普及國民經(jīng)濟(jì)各部門的傳動領(lǐng)域： 冶金機(jī)械 軋鋼機(jī)主傳動（大容量、低轉(zhuǎn)速、過載能力強(qiáng)，交交變頻調(diào)速取代直流調(diào)速。 高爐熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)。 機(jī)車牽引：電氣機(jī)車、電動機(jī)車等（不消耗汽油、不排廢氣、噪聲小，將燃油機(jī)車改電動機(jī)車）。 數(shù)控機(jī)床：主傳動（調(diào)速范圍寬、靜差率?。⑦M(jìn)給傳動

24、（輸出轉(zhuǎn)矩大、動態(tài)響應(yīng)好、定位精度高）采用交流傳動，異步電動機(jī)或同步電動機(jī)取代直流電動機(jī)。 礦井提升機(jī)：交交變頻電源供電（優(yōu)良的調(diào)速性能和位置控制以獲得平穩(wěn)、安全的制動運(yùn)行，消除失控現(xiàn)象，提高可靠性。 起重、裝卸機(jī)械：環(huán)境惡劣、頻繁迅速啟動和調(diào)速。 原子能及化工設(shè)備：使用條件惡劣要求調(diào)速范圍寬。 建筑電氣設(shè)備：空調(diào)系統(tǒng)、電梯傳動、供水系統(tǒng)等。 紡織、食品機(jī)械：紡織卷繞機(jī)、肉類攪拌機(jī)等。問題2-13：請簡述自耦調(diào)壓器調(diào)速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點(diǎn)。在交流異步電動機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，通過改變自耦變壓器變比，來改變電機(jī)電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。自耦調(diào)壓器調(diào)速可以實現(xiàn)無級調(diào)速

25、，但啟動轉(zhuǎn)矩也與電壓平方成正比，因而只能適合空載啟動或者輕載啟動。自耦調(diào)壓器調(diào)速結(jié)構(gòu)簡單，但性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都不高，常用于特殊效功率場合。問題2-14：請簡述串飽和電抗器調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點(diǎn)。在交流異步電動機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，通過改變直流勵磁電流來控制鐵心的飽和程度，以改變串接在定子回路中的交流電抗值，從而調(diào)節(jié)電機(jī)定子繞組上得到的電壓，實現(xiàn)降壓調(diào)速。如鐵心飽和，交流電抗小，電機(jī)定子電壓高，電機(jī)升速。反之則電機(jī)減速。串飽和電抗器調(diào)壓調(diào)速控制簡單，但電磁裝置太笨重。問題2-15：請簡述晶閘管調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點(diǎn)。畫出幾種晶閘管主電路的連

26、接方法，指出他們各自的特點(diǎn)。在交流異步電動機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，來調(diào)節(jié)電動機(jī)的端電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)方便，噪聲小，可以四象限運(yùn)行。缺點(diǎn)：電網(wǎng)輸入電壓為正弦波，但輸出電壓不為正弦波，諧波大，功率因素低，機(jī)械特性軟。解決辦法：采用閉環(huán)系統(tǒng)。 三相分支雙向控制繞組Y連接：特點(diǎn)：用雙脈沖或者寬60°脈沖觸發(fā)晶閘管SCR，輸出含有奇次諧波，繞組Y連接。如電機(jī)繞組帶中線，可消取三次諧波電流，但仍然存在其他次諧波，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩和附加損耗。與其它接法相比，此接法諧波分量最小。 三相分支雙向控制繞組連接：特點(diǎn)：用雙脈沖或者寬60°

27、;脈沖觸發(fā)SCR，輸出含有奇次諧波，繞組連接。有其它的高次諧波，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩和附加損耗。 三相分支單向控制繞組Y連接：特點(diǎn)：每一相制用一個用晶閘管和一個二極管反并聯(lián)，可以降低成本，但各相波形不對稱，輸出含有偶次諧波，降低了運(yùn)行性能，所以只用于小容量裝置。 三相形雙向控制繞組連接特點(diǎn)：晶閘管串接在相繞組回路中，在同等容量下，晶閘管承受的電壓高而電流小，適合于電機(jī)繞組連接的情況。 三相零點(diǎn)連接，單向控制特點(diǎn)：電路簡單，晶閘管放在負(fù)載后面，可以減小電網(wǎng)浪涌電壓對它的沖擊，但因為是單向控制奇次、偶次諧波都存在，運(yùn)行效率稍低。只適合于小容量電機(jī)。問題2-16：請簡述轉(zhuǎn)差離合器調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并說明其

28、優(yōu)缺點(diǎn)。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。 電樞和后者沒有機(jī)械聯(lián)系，都能自由轉(zhuǎn)動。 電樞與電動機(jī)轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電動機(jī)帶動； 磁極用聯(lián)軸節(jié)與負(fù)載軸對接稱從動部分 當(dāng)電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對N、S極性交替的磁極，其磁通經(jīng)過電樞。當(dāng)電樞隨拖動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，由于電樞與磁極間相對運(yùn)動，因而使電樞感應(yīng)產(chǎn)生渦流，此渦流與磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動有磁極的轉(zhuǎn)子按同一方向旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速恒低于電樞的轉(zhuǎn)速N1，這是一種轉(zhuǎn)差調(diào)速方式，變動轉(zhuǎn)差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。電磁調(diào)速電動機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)：裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單、運(yùn)

29、行可靠、維修方便；調(diào)速平滑、無級調(diào)速；對電網(wǎng)無諧影響；速度失大、效率低。本方法適用于中、小功率，要求平滑動、短時低速運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械。 問題2-17：請簡述繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點(diǎn)。繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電動機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，串入的電阻越大，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機(jī)械特性較軟。三、 交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速的理論基礎(chǔ)Egm =Kf1問題3-1：在電動機(jī)調(diào)速時，為什么要保持每極磁通量為額定值不變？對直流電機(jī)和交流異步電機(jī)，分別采用什么方法使電機(jī)每極的磁通恒定？異

30、步電機(jī)的氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢Eg=4.44f1N1kN1m 如果使Eg/f1=K，則可使氣隙磁鏈保持不變，以便實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速（恒磁通調(diào)速）。要保持直流電機(jī)的磁通恒定，因為其勵磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，容易做到保持磁通恒定。要保持交流異步電機(jī)的磁通恒定，必須采用恒壓頻比控制。問題3-2：交流異步電動機(jī)的恒壓頻比控制有哪三種方式？試就其實現(xiàn)難易程度、機(jī)械特性等方面進(jìn)行比較。Eg/f1=K，氣隙磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢/輸入頻率為恒值，機(jī)械特性非線性，難實現(xiàn)，加定子電壓補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)，改善低速性能。Tmax，Dnm與頻率無關(guān)，機(jī)械特性平行，硬度相同，類似于直流電動機(jī)的降壓

31、調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。U1/f1=K，定子相電壓/輸入頻率為恒值，U1定子相電壓，機(jī)械特性非線性，易實現(xiàn)。f1接近額定頻率時，Tmax變化不大，f1的降低，Tmax變化較大，在低速時甚至拖不動負(fù)載。Unn0fE2/f1=K=K實際上U1/f1=常數(shù)，由于頻率很低時定子電阻損耗相對較大，U1/f1=K=KEg/f1=K=K不可忽略，故必須進(jìn)行定子電壓補(bǔ)償。E2/f1=K，轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢/輸入頻率為恒值，E2轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢（忽略轉(zhuǎn)子電阻損耗）Tf帶定子電壓補(bǔ)償?shù)腢1/f1=K轉(zhuǎn)子磁鏈恒值，機(jī)械特性線性，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能好，最難實現(xiàn)。這是矢量控制追求的目標(biāo)。mU

32、1fnUn0nT問題3-3：交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)在基速以上和基速以下分別采用什么控制方法，磁通、轉(zhuǎn)矩、功率呈現(xiàn)怎樣的變化規(guī)率？并請用圖形表示。恒磁通調(diào)速（基頻以下）U1/f1=常數(shù)，并補(bǔ)償定子電阻損耗。恒功率調(diào)速（基頻以上）升高電源電壓時不允許的，在頻率上調(diào)時，只能保持電壓不變。 頻率越大，磁通就越小，類似于直流電動機(jī)的弱磁增速。問題3-4：正弦波恒流供電時交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性有何特點(diǎn)？TI1a>I1b,1a>1bI1a,1bI1b,1bI1b,1a0UfnI1a,1a 與恒壓頻比控制的機(jī)械特性相似，有空載轉(zhuǎn)矩點(diǎn)和最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)， 恒流機(jī)械特性的最大轉(zhuǎn)矩與1無關(guān)，

33、恒流變頻時最大轉(zhuǎn)矩不變，但改變定子電流時，最大轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比。 由于L1Lm，所以恒流機(jī)械特性的線性段比恒壓機(jī)械特性較平，而且最大轉(zhuǎn)矩處很尖。 恒流特性限制了定子電流I1，而恒壓供電時隨著轉(zhuǎn)速n降低電流I1會不斷增大。所以額定電流時TemaxI1=cont比額定電壓時Temaxv1=cont小得多。但這并不影響恒流控制得系統(tǒng)承擔(dān)短時過載能力。因為過載時加大定子電流，以產(chǎn)生更大得轉(zhuǎn)矩。問題3-5：交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒電流控制三種，其中恒磁通控制又稱恒轉(zhuǎn)矩控制。問題3-6：如果在交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)采用恒轉(zhuǎn)矩控制時，出現(xiàn)勵磁電流急劇增加的現(xiàn)

34、象（實際上時由于電壓補(bǔ)償過多），導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，應(yīng)采取的解決辦法有：適當(dāng)增加定子電壓U1和在開環(huán)系統(tǒng)上加電流負(fù)反饋，以便限制定子勵磁電流，（實際上，變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩負(fù)載加恒電流控制）。問題3-7：已知一臺異步電動機(jī)參數(shù)如下：PN3KW，U1N380V，I1N=7.5A，nN=1450rmin，電樞繞組電阻R11.5W，R20.823W。定子漏抗L1=0.0038H，轉(zhuǎn)子漏抗L20.00475H，勵磁電感Lm0.0968H，勵磁電阻Rm1.49W，試計算： 在U1/f1=C 方式控制下， f1=5Hz時U1 =? 在Temax=C 方式控制下， f1=5Hz時U1 =? 在f1=5Hz時，U1/

35、f1=C 方式控制下， Temax=? 在f1=50Hz時，U1/f1=C 方式控制下， Temax=?解： U1/f1=C 方式下，U1/f1= U1P/f1N= C 相電壓U1=（f1/ f1N）× U1N=(5/50) ×380/=22伏 Temax=C 方式，= f1/ f1N=(5/50)=0.1=XN/R=2f1N(L1+ L2)/R1=2×3.140.0038+0.00475/ 1.5=1.778=電壓調(diào)節(jié)系數(shù)=0.257U1=U1N=0.257×220=56.5伏>22伏結(jié)論：恒轉(zhuǎn)矩控制方式下，在f1較低時提高了定子電壓。 f1=5

36、Hz時，U1/f1=C 方式控制下，nN=1450rmin，n=1500rmin，為2對磁極電機(jī)。Temax-5=15.2牛頓.米 f1=50Hz時，U1/f1=C 方式控制下Temax-50=100.8牛頓.米結(jié)論：U1/f1=C 方式控制下，在f1較低時應(yīng)補(bǔ)償了定子繞組壓降，以提高最大轉(zhuǎn)矩.。問題3-8：從結(jié)構(gòu)上看，靜止式變頻裝置分為哪兩類？間接變頻裝置（交-直-交變頻）直接變頻裝置（交-交變頻）問題3-9：什么是間接變頻？按照控制方式不同，請畫出三種間接變頻的結(jié)構(gòu)圖，并說明其優(yōu)缺點(diǎn)先將交流經(jīng)整流裝置變成直流，再經(jīng)過逆變裝置變成交流，實現(xiàn)調(diào)壓變頻功能。 三相交流輸入經(jīng)晶閘管組成的可控整流變

37、成直流實現(xiàn)調(diào)壓，再由晶閘管組成的逆變器轉(zhuǎn)換成交流實現(xiàn)變頻。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、控制方便。缺點(diǎn)： 輸入環(huán)節(jié)用可控整流，電壓和頻率較低時，電網(wǎng)的功率因數(shù)較小。 輸出環(huán)節(jié)多由晶閘管組成的三相六拍逆變器（每周換流六次），輸出的諧波較大。 三相交流輸入經(jīng)二極管組成的不控整流變成直流，然后由直流斬波器實現(xiàn)調(diào)壓，再由晶閘管組成的逆變器將直流轉(zhuǎn)換成交流實現(xiàn)變頻。優(yōu)點(diǎn)：不控整流，輸入功率因數(shù)高，控制較方便。缺點(diǎn)： 輸出環(huán)節(jié)多由晶閘管組成的三相六拍逆變器（每周換流六次），輸出的諧波較大。 三相交流輸入經(jīng)二極管組成的不控整流變成直流，然后由PWM逆變器將直流轉(zhuǎn)換成交流實現(xiàn)變頻調(diào)壓。優(yōu)點(diǎn)：不控整流，輸入功率因數(shù)高， 控制

38、較方便。PWM逆變器 輸出諧波減少。缺點(diǎn)： 諧波減少程度取決于PWM逆變器的開關(guān)頻率，開關(guān)頻率受功率器件開關(guān)時間限制。解決方法： 采用全控器件，提高開關(guān)頻率，組成SPWM（正弦波脈寬調(diào)制）逆變器。問題3-10：什么是直接變頻？晶閘管的觸發(fā)控制角采用怎樣的變化規(guī)律能得到正弦輸出電壓？三相交流輸入經(jīng)晶閘管組成的交-交變頻器轉(zhuǎn)換成交流輸出，實現(xiàn)變頻調(diào)壓。a 在 0 至 p 之間變化，輸出交流電壓，兩組三相可控整流電路反并聯(lián)組成的可逆電路，其輸出電壓和電流的方向及大小是可以任意改變的。三個單相交-交變頻器互差120°工作，就構(gòu)成了一個三相交-交變頻器。問題3-11：什么是變轉(zhuǎn)差率調(diào)速? 在轉(zhuǎn)

39、差率s很小的范圍內(nèi)，只要能夠維持氣隙磁通m不變異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率s成正比，即在異步電機(jī)中，控制轉(zhuǎn)差率就代表了控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。問題3-12：請從換能形式、換流方式、元件數(shù)量、調(diào)頻范圍、電網(wǎng)功率因數(shù)和適用場合等方面比較交-直-交間接變頻器和交-交直接變頻器。比較項目交-直-交間接變頻器交-交直接變頻器換能形式兩次換能，效率較低一次換能，效率較高換流方式強(qiáng)迫或負(fù)載諧振換流電源電壓換流元件數(shù)量元件數(shù)量較少元件數(shù)量較多調(diào)頻范圍頻率調(diào)節(jié)范圍寬一般情況下，輸出最高頻率為電網(wǎng)頻率的1/31/2。電網(wǎng)功率因數(shù)用可控整流調(diào)壓時，功率因數(shù)在低壓時較??；斬波器或PWM實現(xiàn)調(diào)壓時，

40、功率因數(shù)高。較低。適用場合可用于各種電力拖動裝置，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源和不停電電源。特別適合于低頻大功率拖動。問題3-13：請從直流回路濾波環(huán)節(jié)、輸出電壓波形、輸出電流波形、輸出阻抗、回饋制動、調(diào)速動態(tài)響應(yīng)、對晶閘管的要求和適用范圍等方面比較電壓源和電流源交-直-交變頻器。比較項目電壓源型電流源型直流回路濾波環(huán)節(jié)無功功率緩沖環(huán)節(jié)電容電感輸出電壓波形矩形波決定于負(fù)載，對異步電機(jī)負(fù)載近似為正弦波。輸出電流波形決定于負(fù)載的功率因數(shù)，有較大的諧波分量。矩形波輸出阻抗小大回饋制動須在電源側(cè)設(shè)置反并聯(lián)逆變器方便，主回路不需附加設(shè)備調(diào)速動態(tài)響應(yīng)較慢快對晶閘管的要求關(guān)斷時間要短，對耐壓要求一般較低耐壓高，對關(guān)斷時間無

41、特殊要求使用范圍多電機(jī)拖動，穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源單電機(jī)拖動，可逆拖動問題3-14：請舉例說明交-直-交電壓源變頻調(diào)速系統(tǒng)、交-直-交電流源變頻調(diào)速系統(tǒng)、電流源變頻器-異步電動機(jī)變頻調(diào)速矢量控制系統(tǒng)、電壓型變頻器的矢量控制系統(tǒng)、電壓型SPWM變頻器的矢量控制系統(tǒng)、交-交變頻器的矢量控制系統(tǒng)、無速度傳感器的矢量控制系統(tǒng)的工作原理。問題3-15：異步電動機(jī)變壓變頻調(diào)速時，采用（ B ）控制方式，可獲得一線性機(jī)械特性。A、U1f1=常值； B、Eg/f1=常值；C、Es/f1=常值； D、Er/f1=常值問題3-16：一般的間接變頻器中，逆變器起（ B ）作用。A、調(diào)壓； B、調(diào)頻；C、調(diào)壓與逆變； D、調(diào)頻

42、與逆變問題3-17：變頻器從結(jié)構(gòu)上看，可分為直接變頻、簡接變頻兩類，從變頻電源性質(zhì)看，可分為電流型、電壓型兩類。問題3-18：轉(zhuǎn)差頻率控制變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本思想是控制（C）。A、電機(jī)的調(diào)速精度； B、電機(jī)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩；C、電機(jī)的氣隙磁通； D、電機(jī)的定子電流問題3-19：交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速控制策略的研究（電氣傳動自動化）2003，25（5）P2225 常規(guī)控制策略：恒壓頻比控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制 現(xiàn)有控制策略：轉(zhuǎn)子參數(shù)推算法、自適應(yīng)控制、魯棒控制非線性控制（非線性反饋控制、逆控制）智能控制（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)于內(nèi)模復(fù)合控制、模糊于模型參考自適應(yīng)復(fù)合控制、模糊于變結(jié)構(gòu)復(fù)合控制、滑模/

43、模糊/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合控制） 熱門課題及關(guān)鍵技術(shù)非線性自適應(yīng)控制智能控制器算法的實用化、雙優(yōu)控制、在線診斷和容錯控制）四、交流異步電動機(jī)矢量變換控制問題4-1： 在實際系統(tǒng)中，怎樣保證E2/f1=K ？E2轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢，（忽略轉(zhuǎn)子電阻損耗）轉(zhuǎn)子磁鏈恒值，機(jī)械特性線性，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能好，最難實現(xiàn)。是矢量控制追求的目標(biāo).問題4-2： 什么是矢量控制系統(tǒng)VCS或TCS矢量變換控制系統(tǒng)？請畫出矢量控制系統(tǒng)的構(gòu)思框圖，并簡述其工作原理。將異步電動機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電動機(jī)，那么，模仿直流電動機(jī)的控制方法，求得直流電動機(jī)的控制量，經(jīng)過坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動機(jī)。由于進(jìn)行

44、坐標(biāo)變換的是電流（代表磁動勢）的空間矢量，所以這樣通過坐標(biāo)變換的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)VCS（Vector Control System）矢量變換控制系統(tǒng)TCS(Trans-vector Control System)?？刂破鱒R-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機(jī)模型+i*m1i*t1j w1i*a1i*b1i*Ai*Bi*CiAiBiCia1i1im1it1反饋信號異步電動機(jī)給定信號j 問題4-3：三相異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括： 電壓方程、 磁鏈方程、 轉(zhuǎn)矩方程和 運(yùn)動方程。問題4-4：將三相交流電機(jī)變換成兩極直流電機(jī)的物理模型要經(jīng)過的坐標(biāo)變換有哪些？先將靜止的三相坐標(biāo)A-B

45、-C轉(zhuǎn)換成靜止的兩相坐標(biāo)-，再將靜止的兩相坐標(biāo)-換成旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)d-q或極坐標(biāo)(M-T)。問題4-5：三相異步電動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，問題4-6：請寫出Park定理。V=矢量V稱為Park矢量，即空間矢量，表示合成矢量在某時刻在空間的位置。三相電動勢、電壓、電流、磁動勢、磁通均是三相電磁量，若在復(fù)平面中，它們都能用一個矢量表示三相電磁量的合成作用，則可將三維物理量變?yōu)槎S物理量。問題4-7： 坐標(biāo)變換有哪些？坐標(biāo)變換原則有哪兩種？它們各用于什么場合？坐標(biāo)變換有： 靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C）旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q-0）， P246 cos sin C3S/2

46、R= cos(-120) sin(-120) Cos(+120) sin(+120) 旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q）靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C），C2R /3S= C3S/2R-1 靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C）靜止的兩相坐標(biāo)（-0），零軸電流 1 - -C3S/2s= 0 - K K K 靜止的兩相坐標(biāo)（-0）靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C），C2s /3S= C3S/2s-1 靜止的兩相坐標(biāo)（-）旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q）， C2s /2R= cos sin -sin cos 旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q）靜止的兩相坐標(biāo)（-）C2s /2R= C2R/2s-1 直角坐標(biāo)與極坐標(biāo) I= =artg() 或 I=

47、 =artg() 因為在090變化時， tg的變化范圍是0，這個變化范圍太大，常改用下式求值：=2artg()坐標(biāo)變換原則有功率不變原則和空間矢量不變原則兩種。功率不變原則是保持坐標(biāo)變換前后的電動機(jī)功率不變，在電力拖動系統(tǒng)中應(yīng)用較多。空間矢量不變原則是保持坐標(biāo)變換前后的電流、電壓、電動勢等空間矢量的相位、幅值不變。問題4-8：磁鏈直接檢測的方法有哪些？各有何缺點(diǎn)？磁鏈直接檢測的方法有檢測線圈法和磁通傳感器法 檢測線圈法是在定子中安放寬度等于全極距的檢測線圈，可產(chǎn)生正比于磁通變化的信號，通過積分求得主磁通的測量值。這種方法由于積分有漂移，硬件上不易實現(xiàn)，故應(yīng)用不多。 磁通傳感器法是異步電動機(jī)的氣

48、隙中設(shè)置兩個磁鏈傳感器，它們分別裝在與相繞組磁軸重合和垂直的位置，用來分別檢測氣隙磁鏈在靜止坐標(biāo)系中的兩個分量m和m。由于這種檢測方法必須在電機(jī)內(nèi)置檢測器，使用不方便，且檢測的氣隙磁鏈含有大量諧波，容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。問題4-9：請寫出在二相靜止坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型。在二相靜止坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型有電流模型觀測器和電壓模型觀測器： 電流模型觀測器：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速的10，定子繞組壓降不可忽略，異步電動機(jī)在靜止坐標(biāo)系（ab）中的電壓方程為：uas (Rs+Lsp 0 Lmp 0 iasubs = 0 Rs+Lsp 0 Lmp ibs 0 Lmp wLm Rr+Lrp wLr i

49、ar0 -wLm Lmp -wLr Rr+Lrp ibr可得： 0p（Lm iasLr iar）w（Lm ibsLr ibr）Rr iar 0p（Lm ibsLr ibr）w（Lm iasLr iar）Rr ibr 轉(zhuǎn)子磁鏈可表示為：yarLm iasLr iar ybr= Lm ibsLr ibr由上述3式解出iar、ibr并化簡得： yar（Lm iaswTr ybr ），ybr= （Lm ibswTr yar）式中：Tr轉(zhuǎn)子繞組的電磁時間常數(shù)，uas定子a繞阻電壓，ubs定子b繞阻電壓，ias定子a繞阻電流，ibs定子b繞阻電流，yar與轉(zhuǎn)子a繞阻匝鏈的磁鏈，ybr與轉(zhuǎn)子b繞阻匝鏈的磁鏈

50、。 電壓模型觀測器：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的10以上，忽略定子繞組壓降，定子回路的電壓平衡方程式為：us=pys=Ls pis+Lm pir轉(zhuǎn)子磁鏈可以用電感和電流表示，yr=Lm is+Lr ir其中：p微分算子us定子電壓，is定子電流，ys定子磁鏈，yr轉(zhuǎn)子磁鏈，Rs定子繞阻電阻，Rr轉(zhuǎn)子繞阻電阻，Ls定子繞阻全電感，Lr轉(zhuǎn)子繞阻全電感，Lm定、轉(zhuǎn)子繞阻之間的互感。從上述兩式中消去ir，得：yr=us-· dt，令：Ks，Kr=，yr在靜止坐標(biāo)系中的分量為： yar=Ksuas-Krdt ，ybr=Ksubs-Krdt。問題4-10： 異步電動機(jī)A、B、C、坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型經(jīng)三相

51、旋轉(zhuǎn)/兩相靜止/兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，可得到d-q-o坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型。問題4-11：異步電動機(jī)的等效二相模型為什么簡單？四個方程中的為0項很多，轉(zhuǎn)矩和磁通分開控制(相互垂直).問題4-12：磁鏈定向方法有哪些？采用M-T坐標(biāo)系是按什么磁鏈定向？磁鏈定向方法有三種： 按轉(zhuǎn)子磁鏈r（2）定向：控制性能最好，但轉(zhuǎn)子磁鏈不易測量和控制； 按氣隙磁鏈m定向：氣隙磁鏈較易測量和控制，但控制性能不好； 按定子磁鏈s（1）定向：定子磁鏈最容易測量和控制，但控制性能不好；問題4-13：按轉(zhuǎn)子磁場定向和矢量控制變頻調(diào)速成系統(tǒng)中，在（C轉(zhuǎn)子磁鏈恒定；）條件下，有電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與定子電流轉(zhuǎn)矩分量成正比的關(guān)系。五、 交流異步

52、電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制名詞解釋： DTC DSC SPWM 原型電動機(jī)DTC(Direct Torque Control)或DSC（Direct Self Control）：直接轉(zhuǎn)矩控制，通過改變電機(jī)磁場對轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)差速率，以直接控制異步機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩增加率，獲得電機(jī)的快速響應(yīng)。SPWM：正弦波脈寬調(diào)制，將正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積用一個與此面積相等的等高矩形脈沖來替代。三角波載波信號Ut與一組三相對稱的正弦參考電壓信號Ura、Urb、Urc比較后，產(chǎn)生的SPWM脈沖序列波Uda 、Udb、Udc作為逆變器功率開關(guān)器件的驅(qū)動控制信號。逆變器輸出電壓的基波正是調(diào)制時所要求的正弦波，調(diào)節(jié)正弦波參考信號的幅值和頻率就可以調(diào)節(jié)SPWM逆變器輸出電壓的幅值和頻率。原型電動機(jī)：（兩相電動機(jī)），它具有兩個集中繞組，即d軸繞組（直軸繞組）和q軸繞組（交軸繞組），兩個繞組互相垂直，可以對轉(zhuǎn)矩和磁通進(jìn)行獨(dú)立控制其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與直流電動機(jī)一樣，有樞和換向器等。問題5-1：簡述直接轉(zhuǎn)矩控制的工作原理