运动控制系统思考题和课后习题答案资料

电力拖动自动控制系统-阮毅

第2章

2-1

2-2 简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。

PWM IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送往直流 PWM PWM 变换器中 IGBT

直流 PWM 变换

2-3 直流 PWM

2=4 为什么直流 PWM 变换器-电动机系统比 V-M

PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流 PWM 变换器的

时间常数 Ts 等于其 IGBT 1/fc Ts 通

常取其最大1/2mf fc 通常为 kHz f 通50 或

60Hz为一周内m 20 PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时

2=5

还有电

PWM

2-6 直流 PWM

压。

2-7 直流 PWM

升

2-8

电容两端电压升高。泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。应合理选择滤波电容

压限制电路。

2-9 在晶闸管整流器-

枢电流增

2-10

D=nN/△n s/1-s

而机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落的。

2-11

D=nN/△n s/1-s速降下

许

允许的最小转差率又大得不能满足要求。因此必须同时提才有意义。

2-12

果给

发生了变

开环调速系统硬得多的稳

改变给定电压能改变电动机转速。因为改变给定电压则改变实际转速反馈电压与给定电压的

调节转速反馈系数而不改变给定电压能改变转速。因为改变转速反馈系数则改变实际转速反

若

差发生变

从而转速改变。故系统无克服测速发电机励磁发生变化干扰的能力。

2-13

的输入偏差电压△U=0

必须要存在电压偏差才有控制电压输出这一比例控制的调速系统存在静差的根本原因。当

于输

2-14

度的

电

定或转

2-15

1 Kp。

2 Ud。3

Ra。4 If。5α。

1 Kp

速下

速上升。2345

解释。

2-16

管整流装置的输出电压 Ud 在无静差调速系统

n 和整流装置的输出电压 Ud 是增加、减

已

1Ud

差

2n Ud 增加。转速负反馈调速

系

一、可以作为填空题或简答题的

2-1 简述直流电动机的调速方法。

。

2-2 G-M V-M PWM 。

2-3 V-M

11-12

电动势

而导致了电流脉动。

是形成电流断续。

2-4 看 P14 图简述 V-M 调速系统的最大失控时间。

14 t1 α1 t2>t1

发生变

然

换向点 t3 触发延迟角α2 后导通。t3-t2 t2=t1 时的失控时间。

2-5 简述 V-M 调速系统存在的问题。

16 整流器晶闸管对过电压过电流的敏感性导致的电动机的运行不可靠性。整流器晶闸管基于对其门极的移相触发控制的可控性导致的低功率因数性。

2-6 简述不可逆 PWM 变换器各个工作状态下的导通器件和电流通路。17-18 2-7

2-8 。 2-8 一个调速系统

。

2-9 简述转速反馈控制的直流调速系统的静特性本质。

使电动机在新的机械特性下工作。因此闭环系统的静特性本质上就是无数开环机械特性上各取一个相应的工作点连接而成的。

2-10 简述比例反馈控制的规律。

反馈系统的精度依

。

2-11 简述积分控制规律

2-12 比例

入

2-13 简述比例积分控制规律。

。

2-14 。 2-15 旋

2-16 。

2-17 M T M/T。高低全

2-18

调。

2-19 简述带电流截止负反馈环节转速反馈调速系统机械特性的特点。

KpKsR Id=Idcr

机

械比较电压 Ucom 与给定电压 Un* 作用一致相当于把理想空载转速提高到 n0`=(KpKs(Un*+Ucom))/(Ce(1+K))。

二、公式和特性

1. 整流电压平均值 Ud0=(m/π)Umsin(m/π)cosα Um/m_ 单相全波 / 三相

半波 / 三相全波 _√2U2/√2U2/√6U2/2/3/6

2.V-M n=(Ud0-IdR)/Ce

3.Tsmax=1/mf

4.D=nmax/nmin

5.s=△n/n

6.ncl=(Ud0cl-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/(Ce(1+K)) nop=(Ud0op-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/Ce

7.D_=(nN/△n_)(s/(1-s))

ncl= △nop/(1+K) 8.转速反馈控制直流调速系统的 K K=KpKsα/Ce 9. 临界开环放大倍数 Kcr=(Tm(Tl+Ts)+Ts^2)/(TlTs)

10. nM=(60M1)/(ZTc) | QM=60/(ZTc) | δ

M=1/M1 | nT=(60f0)/(ZM2) | QT=(Zn^2)/(60f0-Zn) | δT=1/(M2-1) |

nMT=(60f0M1)/(ZM2)=nT?M1 | QMT=60/(ZTc)=QM | δMT=—>δT | 高速—>δM | 11. 连续式 PI ?u(t)=Kpe(t)+(1/τ)∫(0_t)e(t)dt 12.位置式 PI

u(k)=Kpe(k)+(Tsam/τ)∑(i=0_k)e(i) 13.增量式 PI

u(k)=u(k)-u(k-1)=Kp(e(k)-e(k-1))+(Tsam/τ)e(k)

1.V-M 调速-

2. PWM 变换器-电动机-

3.转速负反馈直流调速系统-

4.转速负反馈直流调速系统-

5. 转速负反馈直流调速系统-

6.带电流截止负反馈的闭环直流调速系统-静态结

1.有制动电流通路的不可逆 PWM 变换器-直流电动机系统各工作状态下的电压和电

2.带电流截止负反馈比例控制闭环直流调速系统-

第3章

三、思考题

3-1 Idm

渐 PI Id 略低于 Idm。

3-2 双闭环直流调速系统的工作状态。

ASR 迅速达到饱 ACR ASR 饱和状态。

3-3 Un*α

速反馈电压 Un 和实际转速 n α

Un Un*则 ASR 给定电压Ui* Uc n n Un 减小

Un n 减小。

3-4

1

电流反馈极性接反。2

1

2ACR 动机转速持续恒流上升。

3-5 ASR、均采用 PI ACR 调试中怎样才能做到 Uim*=6V 时

Idm=20A如欲使 Un*=10V n=1000rpm

1β=0.32α=0.01。

3-6

转速调节器的放大倍数 Kn = =||| Ks 行不速反馈系数α

Kn 和 Ks

前向通道内的阶跃扰动均有能力克服。也可以改变α

械特性。β。

3-7

多

则 ASR 输出电压 Ui*=Ui=βId=βIdL ACR 输

出电压 Uc=Ud0/Ks=见 P62。

3-8

统的

0 变为 1/1+Kn

静

差由 0 变为 1/1+Kc

3-9 从下述五个方面来比较转速电流双闭环直流调速系统和带电流截止负反馈环节的转速

单闭环直流调速系123

的

快速性。45 3-10 根据 ASR

和

ACR PIR1

反

2

动

12

一、可以作为填空题或简答题的

3-1

。

3-2 0。

3-3 当 ASR Uim*

不

Id

=Idm。

3-4 电流限幅值 Idm 取。 3-5 简述采用两个 PI 调节器分别形成内外闭环的效果。双闭环直流调速系统的静特

性在负载电流小于 Idm 此时转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到 Idm Uim*节器起主要调节作用

3-6 简述 ASR 的退饱和条件。 ASR

则反馈电压 ASR

调节状态。 3-7 简述转速电流负反馈控制电流调速系统起动过程。63 3-8 简述双闭环直流调速系统起动过程的特点。

3-9 。

3-10 简述双闭环直流调速系统中转速调节器的作用。

PIR 可实现无静差。对

负载变化其抗扰作用。其输出限幅值决定电动机允许最大电流。

3-11 简述双闭环直流调速系统中电流调节器的作用。

对电网电压波动起及时抗扰作用。在转速动态过程

限制电

起快速的自动保护作用。系统立即自动恢复正常。

二、公式和特性

1.P62 Un*=Un=αn=αn0 Ui*=Ui=βId=βIdL Uc=Ud0/Ks=(Cen+IdR)/Ks=(Ce(Un*/ α)+IdR)/Ks

2.α=Un*m/nm

3.β=Ui*m/Idm 1.转速电流反馈控制直流调速系统- 2.转速电流反馈控制直流调速系统- 3.转速电流反馈控制直流调速系统-

1. 2.

第4章

一、可以作为填空题或简答题的

4-1 直流 PWM

等的交

。

4-2

用。同时也增大了电机的损耗。

二、公式和特性

1.双极式控制可逆 PWM Ud=(2ton/T-1)Us 1.调速系统四象限运行-

2.桥式可逆 PWM 变换器电路-

3.桥式可逆 PWM 调速系统主电路-原理

第5章

5-1

0

本 sm

围不变。

5-2

可

在整个调速范围

因此保持电压恒定不可行。

压

故保持电压恒定。

5-3

什

和恒转

恒功率或恒转矩调速方式并不是指输出功率或输出而是额定电流下允许输出的功率或允许输出的转矩恒定。

5-4 φms、恒气隙磁通φm 和恒转子磁通φ

mr 的

速恒定子磁通φms、恒气隙磁通φm 和恒转子磁通φmr 要复杂一些。恒定子磁通φms 和恒气隙磁通φm 是非线性

恒转子磁通φmr 控制方式可以获得和直流他励电动机一样的

5-5 常用的交流 PWM SPWM、CFPWM 和 SVPWM

征及各自的优缺点。

5-6 分析 CFPWM h 对电流波动与开关频率的影响。

5-7 三相异步电动机 Y

为当电动机发生故障或不正常运行时其中性点可能会有不平衡电流流过。

5-8 U、电流相量 I 5.4.5 节定义的空间矢量 us、is 与相量有何区

uAO 固定在 A

稳

5=9 采用 SVPWM 由于期望输出电压矢量是连续

量

只能是断续的。

5-10 Us=fω1Is

什么影

一、可以作为填空题或简答题的

5-1 简述矢量控制的基本思想。

以在电机内产生圆形旋转磁场为目标来控制变频

器工作。

5-2

调

5-3 Ud

而

。若直流侧电压 Ud ω1 t |Ψs k|

大。

Ud/ω1

须调节直流电压 Ud。 5-4 简述转差频率控制的基本思想。φm ωs。 5-5

。

5-6

恒

转矩、ASR

在ASR

出

5-7 简述转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统起动过程。恒

二、公式和特性 1.公式略 1. 2.交-

直-交电压源型 PWM 3.转速开环变压变频调速系统- 4.转速闭环转差频率控制变压变频调速系统- 1.异步电动机调压调 2. 3.异步电动机变压变频调速机械

4.

第6章

一、可以作为填空题或简答题的

6-1

6-2

6-3

6-4

6-5

Y/Y 联结绕组的电

相变量中只有两相是独立的。 6-6

6-7 。 6-8 3/2 2r/2s 。 6-9 定转子 绕组的 3/2 变

3/2 2r/2s

到

。 6-103/2 2π/3 分布的三

除

化了定转子 的自感矩阵。 6-112r/2s

。

6-122r/2s

线

性耦 合程度。 6-132s/2r 并使等效的转子绕 组与等

相对运动。 6-14—> 。 6-15 ω1 。 二、

公式和特性 1.+电压方程+转矩方程+运动方程+约

习题二

2.2 系统的调速范围是1000~100min r s=2%

1000 0.02 (10 0.98) 2.04

(1 )nn s

n rpm

D s

系统允许的静态速降为2.04rpm。

2.3

0max1500 min

n r

0min150 min

n r15 min

Nn r

转速下额定速降

1 max minD n n

(

max 0max1500 15 1485Nn n n

min 0min150 15 135Nn n n

max min1485 135 11

D n n

2) 静差率

015 150 10%Ns n n

2.4 直流电动机为PN=74kW,UN=220V IN=378A nN=1430r/min Ra=0.023Ω。相控整流器

内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%s=30%

( ) (220 378 0.023) 1430 0.1478

N N a NCe U I R n V rpm

378 (0.023 0.022) 0.1478 115

Nn I R Ce rpm

[ (1 )] 1430 0.2 [115 (1 0.2)] 3.1

ND n S n s

[ (1 )] 1430 0.3 [115 (1 0.3)] 5.33

ND n S n s

2.5 某龙门刨床工作台采用V-M调速系统。已知直流电动机60 , 220 , 305 , 1000 min N N N NP kW U V I A n r

R=0.18Ω,Ce=0.2V?

min/r,

1Nn

2NS3D=20,s≤

5%Nn

? (1)305 0.18 0.2 274.5 /min

N Nn I R Ce r

(2)

0274.5 (1000 274.5) 21.5%N NS n n

(3) [ (1 )] 1000 0.05 [20 0.95] 2.63 /min

Nn n S D s r

2.6 *8.8uU V

放大系数2PK15SKγ=0.71dU

2dU3

系数减至γ=0.35*

uU

1*(1 ) 2 15 8.8 (1 2 15 0.7) 12d p s u p sU K K U K K V

(2) 8.8 2 15 264

dU V

,开环输出电压是闭环的22倍

(3) *(1 ) 12 (1 2 15 0.35) (2 15) 4.6u d p s p sU U K K K K V

2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min5%

s

100r/min

大

1s

nsnDNN1/ 10 1500 2% / 98%Nn 1500 2%/98% 10 3.06 / minNn r

2

7.31106.3/1001/clopnnK

2.8 某闭环调速系统的开环放大倍数为158 r/min

开环放大倍数提高到30

128

81511clopnKn 如果将开环放大倍数提高到30, rpmKnnopcl13.4301/1281/

D 可以扩大937 .1/21clclnn 倍

2.9 有一V-M PN=2.2kW, UN=220V, IN=12.5A, nN=1500 r/min

枢

电阻Ra=1.5ΩRL=0.8ΩRrec=1.0Ω,触发整流环节的放大倍数Ks=35。要求系统满足调速范围D=20S<=10%。 1

态速降Δnop 和调速要求所允许的闭环静态速降Δncl 。 2

3Un*=15V Id=IN n=nN α应该是多

4

1

/ 220 12.5 1.5 /1500 201.25/1500 0.134 min/N N a een U I R CC V r

/

/ 12.5 3.3/ 0.134 307.836 / minN N e

op N en U I R C

n I R C r

/ 1 1500 10%/ 20*90% 8.33 / minN Nn n s D s r

min

/33.8rncl

2

34

KCRIKKUKCRIUKKnednednsp 1/1/1/

/ 1 307.836/8.33 1 35.955op clK n n

1500 35.955 15/ 1 35.955 12.5 3.3/ 0.134 1 35.955

r

Vmin/0096.0

* 35.955*0.134

14.34

* 35*0.0096e

p

sK C K

K

n

UUnn01.0

1500

15*

n

Un /p e sK KC K

35.955 0.134/ 35 0.01 13.76pK

2.10 在题2.9N dblII2

电流N

dcrII2.1

过主电路总电阻的1/3 ,

1 A

IINd b l252AIINdcr152.1 scomscomdcrRURUI/15/

5.1/1525/*

sscomscomndbl

RRURUUI V

Ucom5.225.115

2( /3) 1.0 1.5 0.8 /3 1.1 , ( /3)

1.1 ,s

sR R R

R需加电流反馈放大器

取1.1sR15 1.1 16.5com dcr sU I R V

3当dcr

dII

KCIRKKKRKCUKUKK

KCRIKCUIRKKKKCUKKne

dsispecominsp

edecomdsispensp

1/1/

1/1/1/*

* 当n=0

* *

/ /dbl p s n i com p s i s n i com i sI K K U KU R K K KR U KU KR

25 15 16.5 /1.1 15/ 22.5 13.5 1.36i i iK K K

2.11在题2.9L=50mH 2 2GD =1.6Nm 整流装置采用2-9

mH

L50226.1NmGD 3.3R 0.134 /eC V rpm 2/ 0.05/ 3.3 0.015 / 375 1.6 3.3/ 375 0.134 0.134 30/ 3.14

5.28/ 64.33 0.082

0.00333l

m e m

sT L R s

T GD R C C

s

T s

2 2

2/ 0.082 0.015 0.00333 0.00333 / 0.0151*0.003330.0015 0.00333 / 0.00004983 30.52lm l s s sK T T T T TT

可见与前面的K>35.955K 最大为30.52。

2.12 有一个晶闸-kW PN8.2VUN220AIN6.151500Nnr/min aR=1.5ΩrecR=1Ω, 电枢回路电抗器电阻LR=0.8Ω 触

发整流环节的放大倍数35

sK 。 (1)30

D 时的静差率s 值。

(2)当30 D %10s

(3)30 D %10s VUn10*NdII Nnn

pK 。

rVCemin/1311.01500/5.16.15220

1

min

0min/ 15.6 3.3/ 0.1311 392.68 / min 1500/30 50

/ 392.68/ 392.68 50 88.7%op N e

opn I R C r

n

s n n

2min

/56.59.0/5

50/1.0

rn

nn

3

esp

edenspCKKK

KCIRKCUKKn

/

1/1/*

5

.52156.5/48.2971/

1/6.151/1500*

clop

eenspn

nK

KCRKCUKK

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