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运动控制系统_课后习题答案

运动控制系统课后习题答案

2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？

解：10000.02(100.98) 2.04(1)

n n s

n rpm D s ?==??=-

系统允许的静态速降为2.04rpm

2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为

0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降不变，

试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？

解：1）调速范围

max min

D n n =(均指额定负载情况下）

max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n ===

2) 静差率

01515010%N s n n =?==

378(0.023

0.022)0.1478115N n I R C e r p m

?==?+= [(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-=

[(1)]14300.3[115(10.3)]

5.33

N D 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

60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V ?min/r,

求：

（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？

（3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?=

(2)

0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+=

(3)

(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??=

2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压*

8.8u

U V =、比例调节器放大系数

2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压d U ；（2）若把反馈线断

开，d U 为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若把反馈系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压*

u U 应为多少？解：（1）*

(1)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??=

(2) 8.8215264d U V

=??=,开环输出电压是闭环的22倍

(3)

*(1)12(12150.35)(215) 4.6u d p s p s U U K K K K V

γ=+=?+???=

2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min ，要求系统的静差率5%s ≤，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？解： 1）()s n s n D

N N -?=1/

1015002%/98%N n =???

15002%/98%10 3.06/min N n r ?=??=

2）()

7.31106.3/1001/=-=-??=cl op n n K

2.8 某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电动机的速降为8 r/min ，如果将开环放大倍数提高到30，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？解：

()()12881511=?+=?+=?cl op n K n

如果将开环放大倍数提高到30, 则速降为：

()()rpm K n n op cl 13.4301/1281/=+=+?=?

在同样静差率要求下，D 可以扩大937

.1/21

=??cl cl n n 倍

2.9 有一V-M 调速系统：电动机参数P N =2.2kW, U N =220V , I N =12.5A, n N =1500 r/min ，电枢电阻R a =1.5Ω，电枢回路电抗器电阻RL=0.8Ω，整流装置内阻R rec =1.0Ω,触发整流环节的放大倍数K s =35。要求系统满足调速范围D=20，静差率S<=10%。

（1）计算开环系统的静态速降Δn op 和调速要求所允许的闭环静态速降Δn cl 。（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构图。

（3）调整该系统参数，使当U n *=15V 时，I d =I N ，n=n N ，则转速负反馈系数 α应该是多少？（4）计算放大器所需的放大倍数。解：（1）

()()/22012.5 1.5/1500201.25/15000.134min/N N a e

e n U I R C C V r

=-??=-?==

()//12.5 3.3/0.134307.836/min

N N e

op N e n U I R C n I R C r ∑∑=-???=?=?=

()()/1150010%/20*90%8.33/min N N n n s D s r ?=-=?=（）

所以，min

/33.8r n cl =?

（2）

（3）（4）()()()()[]

()()[]K C R I K KU K C R I U K K n

e d n e d n s p +-+=+-=*

*1/1/1/α

()/1307.836/8.33135.955op cl K n n =??-=-=

()()()150035.95515/135.95512.5 3.3/0.134135.955α??=??+?-?+????

r V min/0096.0=?α

可以求得，*35.955*0.134

14.34*35*0.0096

e p s K C K K α=

也可以用粗略算法：

n U U n n

α=≈*

，01.01500

*===n U n α /p e s K KC K α=，()35.9550.134/350.0113.76p K =??=

2.10 在题 2.9的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流N

dbl

I I 2≤，临界截止电流

N dcr I I 2.1≥，应该选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻？要求电流反馈采样电阻不超过主电路总

电阻的1/3 ,如果做不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统的原理图和静态结构图，并计算电流反馈放大系数。这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多少？解：（1）

A I I N dbl 252=≤，A I I N dcr 152.1=≥ s com s com dcr R U R U I /15/=?=

()

()Ω

=?+=?+≈5.1/1525/*

s s com s com n dbl R R U R U U I ，

V U com 5.225.115=?=

（2）

()(/3) 1.0 1.50.8/3 1.1,(/3)

1.1,

s s R R R R ∑∑=++=Ω>=Ω不符合要求，取需加电流反馈放大器

由于需要的检测电阻值大，说明要求的电流信号值也大。要同时满足检测电阻小和电流信号大的要求，则必须采用放大器，对电流信号进行放大。为此，取 1.1s R =Ω，则15 1.116.5com dcr s U I R V =?=?=

（3）当dcr d

I I >时，有

()[

]()()[

]

()[]()

()()[

](

)()()

[]

K C I R K K K R K C U K U K K K C RI K C U I R K K K K C U K K n e d s i s p e com i n s p e d e com d s i s p e n s p ++-++=+-+--+=1/1/1/1/1/**

当n=0时，

()()()**//dbl p s n i com p s i s n i com i s I K K U K U R K K K R U K U K R =++≈+

()()251516.5/1.115/22.513.5 1.36i i i K K K =+?=-=

2.11在题2.9的系统中，若主电路电感L=50mH ，系统运动部分的飞轮惯量2

2GD

=1.6Nm ，整流装置采

用三相零式电路，试判断按题2-9要求设计的转速负反馈系统能否稳定运行？如要保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数是多少？

解：

mH L 50=，226.1Nm GD =， 3.3R ∑=Ω，0.134/e C V rpm =

()()2/0.05/3.30.015/375 1.6 3.3/3750.1340.13430/3.145.28/64.330.0820.00333l m e m s T L R s

T GD R C C s T s

∑∑=====????===

()()222/0.0820.0150.003330.00333/0.0151*0.003330.00150.00333/0.0000498330.52

l m l s s s K T T T T T T ????<++=?++??????=+=??（）可见与前面的K>35.955相矛盾，故系统不稳定。要使系统能够稳定运行，K 最大为30.52。 2.12 有一个晶闸-电动机调速系统，已知：电动机：kW P N 8.2=，V U N 220=，A I N 6.15=，

1500=N n r/min ，a R =1.5Ω，整流装置内阻rec R =1Ω, 电枢回路电抗器电阻L R =0.8Ω，触发整流环节

的放大倍数35=s K 。

(1)系统开环工作时，试计算调速范围30=D 时的静差率s 值。 (2)当30=D ，%10=s 时，计算系统允许的稳态速降。

(3)如组成转速负反馈有静差调速系统，要求30=D ，%10=s ，在V U n 10*

=时N d I I =，N n n =，计

算转速负反馈系数α和放大器放大系数p K 。解：

()r V C e m in/1311.01500/5.16.15220=?-=

（1）

()min 0min /15.6 3.3/0.1311392.68/min 1500/3050

/392.68/392.685088.7%

op N e op n I R C r n s n n ∑?=?=?====??=+=

（2）

()min

/56.59.0/550/1.0r n n n ==?+??=

（3）

()()??

???=+-+=∑e s p e d e n s p C K K K K C I R K C U K K n /1/1/*α ()()()()

()?????=-=-??=+-+=∑5

.52156.5/48.2971/1/6.151/1500*cl op e e n s p n n K K C R K C U K K

2.13旋转编码器光栅数1024，倍频系数4，高频时钟脉冲频率MHz 1f 0

=，旋转编码器输出的脉冲个数

和高频时钟脉冲个数均采用16位计数器，M 法测速时间为0.01s ，求转速

min /r 1500n =和

min /r 150n =时的测速分辨率和误差率最大值。

解：

（1）M 法：分辨率min /465.101

.04102460

60r ZT Q

c =??==

最大误差率：→=

ZT M n 1

min /1500r n =时，102460

.0102441500601=???==

c nZT M

min /150r n =时，4.10260

.010*********=???==c nZT M min /1500r 时，%098.0%1001024

1%1001%1max =?=?=

M δ min /150r 时，%98.0%1004

.1021%1001%1max =?=?=

M δ 可见M 法适合高速。（2）T 法：分辨率：

min /1500r n =时，min /171150041025101601500410246062

02r Zn f Zn Q =??-????=-=

min /150r n =时，min /55.1150

410241016015041024606

02r Zn f Zn Q =??-????=-=

最大误差率：2

060ZM f n

，Zn

f M 02

60=

，

当min /1500r n =时，77.915004102410606

2=???=

M 当min /150r n =时，7.97150

4102410606

2=???=

M min /1500r n =时，%4.11%1001

77.91

%10011%2max =?-=

?-=

M δ

min /150r n =时，%1%1001

7.971

%1001

%2max =?-=

?-=

M δ

可见T 法适合低速

习题三

3.1双闭环调速系统的ASR 和ACR 均为PI 调节器，设系统最大给定电压*

nm U =15V ，N n =1500r/min ，N I =20A ，电流过载倍数为2，电枢回路总电阻R =2Ω，s K =20，e C =0.127V ·min/r ，求：（1）当系统稳定运行在*

n U =5V ，

dL I =10A 时，系统的n 、n U 、*i U 、i

U 和c U 各为多少？（2）当电动机负载过大而堵转时，*

i U 和c

U 各为多少？解：(1)

**0*/15/15000.01/55,

5000.01/150.375/400.375*10 3.750.127*50010*2

4.17520500,5, 3.75,nm N n

im dm i d i d dL e N dL C s s s n i i c U n V rpm V rpm

U V

U V n rpm

V rpm

U V V A

I A

U I V U U E I R C n I R U V K K K n rpm U V U U V U αα

ββ=====

========+++=========当转速即

4.175v

（2）堵转时，V I U dm i 15*

==β，

()040*2420

e d d dm c s s s C n I R U I R U V K K K +=====

3.2 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器ASR ，ACR 均采用PI 调节器。已知参数：电动机：N P =3.7kW ，

N U =220V ，N I =20A ，N n =1000 r/min ,电枢回路总电阻R =1.5Ω,设cm im nm

U U U ==*

* =8V ，电枢回路最大电流dm I =40A,电力电子变换器的放大系数s K =40。试求：

（1）电流反馈系数β和转速反馈系数α。

（2）当电动机在最高转速发生堵转时的,0d U c i i U U U ,,*值。

解:1）

*880.2/0.008/401000im nm dm N U V U V V A V rpm I A

n rpm

βα======

040*1.560d dl e N dl U E I R C n I R A V

∑∑=+=+=Ω=

这时： *8,0n n U V U ==，ASR 处于饱和，输出最大电流给定值。

*8,8,i i U V U V ==

06040 1.5C d S U U K V ===

3.3 在转速、电流双闭环调速系统中，调节器ASR ，ACR 均采用PI 调节器。当ASR 输出达到*

im U =8V 时，主电路电流达到最大电流80A 。当负载电流由40A 增加到70A 时，试问：（1）*i U

应如何变化？（2）c U 应如何变化？（3）c U 值由哪些条件决定？解: 1)

80.1/80im dm U V V A I A

β===

因此当电流从40A ?70A 时， *i U 应从4V ?7V 变化。

2) C U 要有所增加。

C U 取决于电机速度和负载大小。因为 0d dl e N dl U E I R C n I R

∑

=+=+

()0e d d c s s

C n I R U U K K +== 3.5 某反馈控制系统已校正成典型I 型系统。已知时间常数T=0.1s, 要求阶跃响应超调量σ≤10％。（1）系统的开环增益。

（2）计算过渡过程时间s t 和上升时间r t ；

（3）绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间r t <0.25s, 则K=?，σ％=? 解：取0.69,0.6,%9.5%KT

ξσ===

(1) 系统开环增益：0.69/0.69/0.1 6.9(1/)K T s ===

(2) 上升时间 3.30.33r t T S ==

过度过程时间：

660.10.6s n

t T s ξω≈

==?=

（3）

如要求0.25r

t s <，查表

3-1则应取

1,0.5KT ξ== , 2.4 2.4*0.10.24r t T s

=== 这时

1/10K T ==,超调量=16.3%。

3.6有一个系统，其控制对象的传递函数为1

01.010

1)(1+=+=

s s K s W obj τ，要求设计一个无静差系统，在阶跃输入下系统超调量σ％≤5％（按线性系统考虑）。试对系统进行动态校正，决定调节器结构，并选择其参数。

解：按典型I 型系统设计，选0.5,0.707,

3-1% 4.3%KT

ξσ===查表，得。

选I 调节器，

(),W s s

τ=

校正后系统的开环传递函数为

110

(),

T 0.01(0.011)

W s s s ττ=

+这样，＝， K=10/，已选KT ＝0.5, 则K ＝0.5/T=50, 所以

10/10/500.2K S τ===，积分调节器：11()0.2W s s s

τ=

=。

3.7有一个闭环系统，其控制对象的传递函数为)

102.0(10

)1()(1+=

s s Ts s K s W obj ，要求校正为典型Ⅱ型系统，在阶跃输入下系统超调量σ％≤30％（按线性系统考虑）。试决定调节器结构，并选择其参数。解：应选择PI 调节器，1

(1)(1)(),()(1)

PI PI PI K s K s K W s W s s s s Ts ττττ++==+校正后系统的开环传递函数，对照典型Ⅱ型系统， 1/,

h 83-4PI K K K hT ττσ==,选＝，查表， %=27.2%，满足设计要求。这样

8*0.020.16hT s τ===，

12222

181

175.78,/175.78*0.16/10 2.8122*8*0.02PI h K K K K h T τ++=

=====

3.8在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：60=N P kW , 220=N U V , 308=N I A , 1000=N n r/min , 电动势系数e C =0.196 V·

min/r , 主回路总电阻R =0.18Ω,触发整流环节的放大倍数s K =35。电磁时间常数l T =0.012s,机电时间常数m T =0.12s,电流反馈滤波时间常数i T 0=0.0025s,转速反馈滤波时间常数n T 0=0.015s 。额定转速时的给定电压(U n *

)N =10V,

调节器ASR ，ACR 饱和输出电压U im *

=8V,U cm =6.5V 。

系统的静、动态指标为:稳态无静差,调速范围D=10,电流超调量i σ≤5% ,空载起动到额定转速时的转速超调量n σ≤10%。试求：

（1）确定电流反馈系数β(假设起动电流限制在1.1N I 以内)和转速反馈系数α。

（2）试设计电流调节器ACR,计算其参数R i, 、C i 、C Oi 。画出其电路图,调节器输入回路电阻R 0=40Ωk 。（3）设计转速调节器ASR,计算其参数R n 、C n 、C On 。(R 0=40k Ω) （4）计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量σn 。（5）计算空载起动到额定转速的时间。解：（1）*

/8/(1.1*)8/3390.0236/im dm N U I V I V A V A β====

10/10000.01min/V r α==

（2）电流调节器设计确定时间常数：)0.00333s

a T s =

)0.0025oi b T s =

0)0.00250.003330.00583i i s c T T T s ∑=+=+=

电流调节器结构确定：因为5%i

σ≤，可按典型I 型系统设计，选用PI 调节器，(1)

()i i ACR i K S W S S

ττ+=

电流调节器参数确定:

0.012,0.5,0.5/85.76i l I i I i T s K T K T s τ-∑∑=====选，

85.760.0120.18

0.224350.0173

I i i s K R K K τβ??=

==?。

校验等效条件：185.76ci

I K s ω-==

1111)1101.01330.00333)79.06)115.52ci

S ci

a T

b S

c s ωωω--==>?==<===>电力电子装置传递函数的近似条件：忽略反电势的影响的近似条件：

可见满足近似等效条件，电流调节器的实现：选0

40R K

=,则：

00.224408.96i i R K R K K ==?=, 取9K.

由此

000/0.012/(910) 1.334/40.0025/40100.25i i i i i C R F C T R F

τμμ==?===??=

（3）速度调节器设计确定时间常数： a) 电流环等效时间常数1/

I K :因为0.5I i K T ∑=

则 1/220.00583

0.011

I i K T s ∑==?= b) 0.015on T s =

1/0.011660.0150.02666n I on T K T s ∑=+=+=

速度调节器结构确定：

按照无静差的要求，应选用PI 调节器，

(1)

()n n ASR n K s W s s

ττ+=

, 速度调节器参数确定：

,5,0.1333n n n n hT h hT s ττ∑∑====取

222216

168.822250.02666

(1)60.02360.1960.12

6.94

2250.010.180.02666

N n e m n n h K s h T h C T K h RT βα-∑∑+===??+???=

==????校验等效条件：

11/168.820.133322.5cn N N n K K s ωωτ-===?=

)40.43

)25.2

a s

b s

==>

可见满足近似等效条件。

转速超调量的校验(空载Z=0）

max

3080.180.02666 %2*()()281.2% 1.1

0.19610000.12

11.23%10%

b m

C n

C n T

σλ∑

???

=-=????

转速超调量的校验结果表明，上述设计不符合要求。因此需重新设计。

查表，应取小一些的h，选h=3进行设计。

按h=3，速度调节器参数确定如下：0.07998

n n

hT s

∑

2222

(1)/24/(290.02666)312.656

(1)/240.02360.1960.12/(230.010.180.02666)7.6

N n

n e m n

K h h T s

K h C T h RT

βα

∑

=+=??=

=+=???????=

校验等效条件：1

/312.6560.0799825

cn N N n

K K s

ωωτ-

===?=

1/21/21

)1/3(/)1/3(85.76/0.00583)40.43

)1/3(/)1/3(85.76/0.015)25.2

I i cn

I on cn

a K T s

b K T s

∑

==>

可见满足近似等效条件。

转速超调量的校验：

272.2% 1.1(3080.18/0.1961000)(0.02666/0.12)9.97%10% n

σ=??????=<

转速超调量的校验结果表明，上述设计符合要求。

速度调节器的实现：选

R K

=,则

7.640304

n n

R K R K

=?=?=,取310K。

/0.07998/310100.258

4/40.015/4010 1.5

n n n

on on

C R F

C T R F

τμ

==?=

==??=

4) 40%额定负载起动到最低转速时:

%272.2%(1.10.4)(3080.18/0.196100)(0.02666/0.12)63.5% n

σ=??-????=

5) 空载起动到额定转速的时间是：(书上无此公式）

仅考虑起动过程的第二阶段。

222()(),

()375375375m dm dL dm dL e L dm dL

e m

m e

GD dn

dn C I I R I I R T T I I GD GD R dt

dt C T C C C --=-===-根据电机运动方程：所以：*0.196*0.12*1000

0.385()(1.1*3080)*0.18

e m dm dL C T n t s I I R ===--

3.10 有一转速、电流双闭环调速系统,主电路采用三相桥式整流电路。已知电动机参数为：P N =500kW ，U N =750V ，I N =760A ，n N =375 r/min ，电动势系数C e =1.82V ·min/r, 电枢回路总电阻R=0.14Ω,允许电流过载倍数λ=1.5,触发整流环节的放大倍数K s =75,电磁时间常数l T =0.031s,机电时间常数m T =0.112s,电流反馈滤波时间常数i T 0=0.002s,转速反馈滤波时间常数n T 0=0.02s 。设调节器输入输出电压U nm *

=U im *

= U nm =10V,调节器输入电

阻R 0=40k Ω。

设计指标:稳态无静差，电流超调量i σ≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量n σ≤10%。电流调节器已按典型I 型系统设计,并取参数KT=0.5。（1）选择转速调节器结构,并计算其参数。

（2）计算电流环的截止频率ci ω和转速环的截止频率cn ω，并考虑它们是否合理?

解：（1）

*100.00877/1.5*760

0.0267min/375

im dm nm

N U V A

I U V r n βα====

电流调节器已按典型I 型系统设计如下：

确定时间常数：)0.00176)0.002)0.00367S oi

i a T s

b T s

c T s

∑===

电流调节器结构确定：因为σ%≤5%，可按典型I 型系统设计，选用PI 调节器， W ACR (s)=K i (τi s+1)/τi s ， T l /T ∑i =0.031/0.00367=8.25<10

电流调节器参数确定：τi =T l =0.031s ， K I T ∑i = 0.5， K I = 0.5/T ∑i =136.24 s -1

/136.240.0310.14/750.008770.899i I I s K K T R K β==???=

校验等效条件：ωci =K I =136.24 s -1

11/21/211/21/21)1/31/30.00167199.6)(1/)3(1/0.1120.031)50.9)1/3(1/)1/3(1/0.001670.002)182.39s ci

m l ci

s oi ci

a T s

b T T s

c T T s ωωω---=?=>=?=<=?=>

可见满足近似等效条件。

电流调节器的实现：选R 0=40K ，则

00.8994035.96i i R K R =?=?= 取36K

000/0.031/36100.864/40.002/40100.2i i i i i C T R F C T R f

μμ==?===??=

速度调节器设计确定时间常数：

a) 电流环等效时间常数1/K I ：因为K I T ∑i = 0.5 则1/K I =2T ∑i =2*0.00367=0.00734s b) b)T on =0.02s

c) c)T ∑n =1/K I +T on =0.00734+0.02=0.02734s 速度调节器结构确定：

按照无静差的要求，应选用PI 调节器， W ASR (s)=K n (τn s+1)/τn s 速度调节器参数确定：

τn =hT ∑n ，选h=5，则τn =hT ∑n =0.1367s,

K N =(h+1)/（2h 2T 2∑n ）=6/2*25*0.027342=160.54 s -2

K n =(h+1)βC e T m /（2h αRT ∑n ）= 6*0.00877*1.82*0.112/2*5*0.0267*0.14*0.02734=10.5 校验等效条件：ωcn =K N /ω1=K N τn =160.54*0.1367 =21.946 s -2

a) 1/3(K I /T ∑i )1/2=1/3(136.24/0.00367)1/2=64.22s -1>ωcn b) 1/3(K I /T on )1/2=1/3(136.24/0.02)1/2=27.51s -1>ωcn 可见满足近似等效条件。

速度调节器的实现：选R 0=40K ，则 R n =K n *R 0=10.5*40=420K

由此 C n =τn /R n =0.1367/420*103=0.325μF 取0.33μF C 0n =4T 0n /R 0=4*0.02/40*103=2μF 2) 电流环的截止频率是：ωci =K I =136.24 s -1

速度环的截止频率是： ωcn =21.946 s -2

从电流环和速度环的截止频率可以看出，电流环比速度环要快，在保证每个环都稳定的情况下，再求

系统的快速性，充分体现了多环控制系统的设计特点。

3.11 在一个转速、电流双闭环V-M 系统中，转速调节器ASR ，电流调节器ACR 均采用PI 调节器。（1）在此系统中,当转速给定信号最大值U nm *=15V 时,n=n N =1500 r/min;电流给定信号最大值U im *

=10V 时,允

许最大电流I dm =30A,电枢回路总电阻R=2Ω,晶闸管装置的放大倍数K s =30 ,电动机额定电流I N =20A ,电动势系数C e =0.128V ·min/r 。现系统在U n *

=5V ,I dl =20A 时稳定运行。求此时的稳态转速n=? ACR 的输出电压U c =?

（2）当系统在上述情况下运行时,电动机突然失磁(Φ=0) , 系统将会发生什么现象? 试分析并说明之。若系统能够稳定下来,则稳定后n=? U n =? U i *

=? U i =? I d =? U c =?

（3）该系统转速环按典型Ⅱ型系统设计, 且按M rmin 准则选择参数,取中频宽h=5, 已知转速环小时间常数T

∑n

=0.05s ,求转速环在跟随给定作用下的开环传递函数,并计算出放大系数及各时间常数。

（4）该系统由空载(dL I =0)突加额定负载时,电流d I 和转速n 的动态过程波形是怎样的?已知机电时间常数

m T =0.05s,计算其最大动态速降max n ?和恢复时间v t 。

1) α= U*nm /n N =15/1500=0.01 Vmin/r β= U*im /I dm = 10/30=0.33 V/A U*n =5 V ，n=U*n /α=5/0.01=500 r/min

U c =U d0/K s =(E+I d R ∑)/K s =(C e n+I dLl R ∑)/Ks=(0.128*500+20*2)/30=3.467 V

2) 在上述稳定运行情况下，电动机突然失磁（Φ=0）则电动机无电动转矩，转速迅速下降到零，转速调节器很快达到饱和，要求整流装置输出最大电流I dm 。因此，系统稳定后， n=0，U n =0

U*i =U*im =10， U i =U*i =10 I d =I dm =30A

U c =U d0/K s =(E+I d R ∑)/K s =(0+30*2)/30=2 V

3) 在跟随给定作用下，转速环处于线性状态，此时系统的开环传递函数是：

()()()

112

++=

∑s T s s K s W n n N n τ

τn =hT ∑n =5*0.05=0.25s T ∑n =0.05s

K N =(h+1)/2h 2T 2=6/2*25*0.052=48s-2

4) 空载突加额定负载时，转速有动态降落。（p93,94)

Δn b =2(λ-z)Δn N T ∑n /T m =2*(1-0)*20*2/0.128*(0.05/0.05)= 625 r/min [ C b =2FK 2T=2I dN RT ∑n /C e T m =2*20*2*0.05/0.128*0.05=625 r/min ] 最大动态速降：Δn max =(ΔC max /C b )*Δn b =81.2%*625 =507.5 r/min 恢复时间：t v =8.8T=8.8*0.05=0.44s(p81表）

习题五

运动控制系统思考题课后习题答案完整版

思考题答案 1.1直流电动机有哪几种调速方式？各有那些特点？答：a改变电枢回路电阻调速法外加电阻Radd的阻值越大，机械特性的斜率就越大，相同转矩下电动机的转速越低b减弱磁通调速法减弱磁通只能在额定转速以上的范围内调节转速c调节电枢电压调速法调节电枢电压调速所得的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速以下实现平滑调速。 1.2为什么直流PWM变换器-电动机系统比相控整流器-电动机系统能够获得更好的动态性能？答：a PWM变换器简单来讲调节的是脉冲串的宽度，直流成分没有受到破坏，也就是说其最大值=峰值是不变的，变的是平均值； b 相控整流，是由交流整流得到的直流，虽然也是平均值在变，但是其最大值、峰值也是随着导通角的大小时刻在变，且导通角越小波形的畸变越严重。从而影响了电机的输出特性。答：直流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控制脉冲周期（1/fc），晶闸管整流装置的时间常数Ts通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。因fc通常为kHz级，而f通常为工频（50或60Hz）为一周内），m整流电压的脉波数，通常也不会超过20直流PWM变换器间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。 1.4简述直流PWM 变换器电路的基本结构。答：直流PWM 变换器基本结构如图，包括IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送往直流PWM 变换器，通过改变直流PWM 变换器中IGBT的控制脉冲占空比，来调节直流PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。 1.5 答：不会

运动控制系统练习题

判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T 法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ）7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k的大小并非仅取决于速度定U g*的大小。（√） 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（Ⅹ） 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ）

10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ）12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ） 14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 15 闭环系统可以改造控制对象。（√） 16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。（√）18 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。（Ⅹ）

19电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。（√） 20对电网电压波动来说，电压环比电流环更快。（√）选择题 1．转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是B A．PID B．PI C．P D．PD 2．静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,静差率A A．越小B．越大C．不变D．不确定 3．下列异步电动机调速方法属于转差功率不变型的调速系统是D A．降电压调速B．串级调速C．变极调速D．变压变频调速

电力拖动自动控制系统期末考试复习资料

电力拖动自动控制系统复习（14电气工程本）一．题型填空（20）、选择（10）、简答（30）、计算（40）二．各章节内容提要（一）绪论——基本概念 1.运动控制系统的组成（电动机、功率放大与变换装置、控制器、相应的传感器）【P1】【填空】 2.直流电机的数学模型简单，转矩易于控制。交流电机具有结构简单等优点，但其动态数学模型具有非线性多变量强耦合的性质。【P3】【填空】 3.转矩控制是运动控制的根本问题，磁链控制与转矩控制同样重要。【P5】【填空】 4.典型的生产机械负载转矩特性主要包含恒转矩负载特性、恒功率负载特性、风机与泵类负载特性。【P5】【填空】（二）第2章 1．基本概念（1）直流调速转速公式、方法。【P7】【填空】公式：方法：1）调节电枢供电电压U； 2）减弱励磁磁通； 3）改变电枢回路电阻R （2）可控直流电源（G-M系统、V-M系统、PWM变换器）【P9】【填空】（3）增设平波电抗器来抑制电流脉动，总电感量的计算。【P12】【选择题】三相桥式三相半波单相桥式（4）失控时间的选择【p15】【选择题】整流电路形式最大失控时间单相半波20 10 单相桥式（全波）10 5 三相半波 6.67 3.33 三相桥式 3.33 1.67 ★★★★（5）PWM调速系统的优越性表现【p16】【简答题】 ○1主电路简单，需要的电力电子器件少；

○2开关频率高，电路容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小； ○3低速性能好，稳速精度高，调速范围宽； ○4若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； ○5电力电子器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高； ○6直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高（6）不可逆PWM系统中，γ与ρ的关系。【P17】 γ=ρ （7）泵升电压【P20】【填空题】对滤波电容充电的结果造成直流侧电压升高（8）调速系统的稳态性能指标S与D及相互之间的关系。【P21-22】【填空题】 ○1——额定负载时的最高和最低转速 => ○2最低速 => 空载转速 ○3例： ★★★★（9）开环系统与闭环系统比较（4点结论）【P29-30】【简答题】 ○1闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多。 ○2闭环系统的静差率要比开环系统小得多。 ○3当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围。 ○4要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。 ★★★★（10）闭环系统能减少稳态转速降的实质问题是什么？结合图形分析【P31】【简答题】闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降。（11）反馈控制规律（3点）【P31】【简答题】 ○1比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统 ○2反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定 ○3系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度

运动控制系统思考题和课后习题答案

第2章 2-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速。特点略。 2-2 简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。答：直流 PWM 变换器基本结构如图，包括 IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流 PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。 2-3 直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？答：脉动直流电压。 2=4 为什么直流 PWM 变换器-电动机系统比 V-M 系统能够获得更好的动态性能？答：直流 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 控制脉冲周期（1/fc），而晶闸管整流装置的时间常数 Ts 通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。因 fc 通常为 kHz 级，而 f 通常为工频（50 或60Hz）为一周内），m 整流电压的脉波数，通常也不会超过 20，故直流 PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应更快，动态性能更好。 2=5 在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电流？为什么？答：电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流 PWM 变换器的输出。电枢回路中还有电流，因为电枢电压和电枢电阻的存在。 2-6 直流 PWM 变换器主电路中反并联二极管有何作用？如果二极管断路会产生什么后果？答：为电动机提供续流通道。若二极管断路则会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电压。 2-7 直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？答：不是。因为若开关频率非常高，当给直流电动机供电时，有可能导致电枢电流还未上升至负载电流时，就已经开始下降了，从而导致平均电流总小于负载电流，电机无法运转。2-8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电性，使得电动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只能向滤波电容充电，造成电容两端电压升高。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的容量，或采用泵升电压限制电路。 2-9 在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低？答：负载增加意味着负载转矩变大，电机减速，并且在减速过程中，反电动势减小，于是电枢电流增大，从而使电磁转矩增加，达到与负载转矩平衡，电机不再减速，保持稳定。故负载增加，稳态时，电机转速会较增加之前降低。 2-10 静差率和调速范围有何关系？静差率和机械特性硬度是一回事吗？举个例子。答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的，）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 调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系？为什么必须同时提才有意义？答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。因为若只考虑减小最小静差率，则在一定静态速降下，允许）的调速范围就小得不能满足要求；而若只考虑增大调速范围，则在一定静态速降下，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 转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调节转速反馈系数是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁

(完整版)运动控制考试复习题

一、填空题 1、控制系统的动态性能指标是指跟随指标和抗扰指标，而调速系统的动态指标通常以抗扰性能指标为主 2、直流电机调速方法有变压调速、电枢串电阻调速和弱磁调速。异步电动机调速方式常见有6种分别是：降压调速、差离合调速、转子串电阻调速、串级调速和双馈电动机调速、变级调速、变压变频调速。其中转差率不变型有：变级调速、变压变频调速，只有变压变频应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统。同步电动机按频率控制方式不同分为：他控式变频调速和自控式变频调速。（变电阻调速：有级调速。变转差率调速：无级调速。调压调速：调节供电电压进行调速）按按转差功率可以怎么划分电动机:转差功率消耗型、转差功率不变型、转差功率馈送型 3、对于异步电动机变压变频调速，在基频以下，希望维持气隙磁通不变，需按比例同时控制定子电压和定子频率，低频时还应当抬高电压以补偿阻抗压降，基频以下调速属于恒转矩调速；而基频以上，由于电压无法升高，只好仅提高定子频率而迫使磁通减弱，相当直流电动机弱磁升速情况，基频以上调速属于恒功率调速。 4、对于SPWM型逆变器，SPWM的含义为正弦波脉宽调制，以正弦波作为逆变器输出的期望波形，SPWM波调制时，调制波为频率和期望波相同的正弦波，载波为频率比期望波高得多的等腰三角波，SPWM型逆变器控制方式有同步调制、异步调制、混合调制。

SPWM 型逆变器的输出的基波频率取决于正弦波。SPWM 控制技术包括单极性控制和双极性控制两种方式。 5、调速系统的稳定性能指标包括调速范围和静差率 6、供变压调速使用的可控直流电源有：旋转交流机组（G-M 系统）、静止式可控整流器（V-M 系统）与直流斩波器（PWM-M 系统）或脉宽调制变换器。 7、典型 I 型系统与典型 II 型系统相比, 前者跟随性能好、超调小，但抗扰性能差。典型I 型系统和典型Ⅱ型系统在稳态误差和动态性能上有什么区别？答：稳态误差：对于典型I 型系统，在阶跃输入下，稳态时是无差的；但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与K 值成反比；在加速度输入下稳态误差为∞ 。对于典型II 型系统，在阶跃和斜坡输入下，稳态时均无差；加速度输入下稳态误差与开环增益K 成反比。动态性能：典型 I 型系统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰性能稍差；典型Ⅱ型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。 8、数字测速中,T 法测速适用于低速,M 法测速适用于高速。 9、PI 调节器的双重作用是指：一是比例部分加快动态进程；二是积分部分最终消除偏差。 10、直流调速系统的理论依据φ e n C R I U d d -= ，交流调速系统的理论依据)1(60n s p f -=。 11、交-直-交电压型变频器的主要电路基本组成为整流器、直流平滑电路、逆变器。 12、在交-直-交逆变器中，直流侧所用滤波元件为大电容，因而直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻为零的恒压源，成

《运动控制系统》综合复习题

一、单项选择题 1.只能实现有级调速调速方式为（ C ） 2.调速系统的静差率指标，应以（ D ） 3.某直流调速系统电动机额定转速nN=1430r/min，额定速降ΔnN=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的调速范围是（ C ） 4.对自动调速系统来说，主要的扰动量是（B） 5.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速，可调节（ C ） 6.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，控制电压不取决于（D） 7.不是跟随性能指标是（D ） 8.在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型I型系统，是因为电流环（ A ） 9.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做（A ） 10.在配合无环流可逆系统中，可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制，但需将两组晶闸管装置的触发脉冲的初始相位都整定在（C ） 11.在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，当正组的控制角小于反组的逆变角时，将会产生（B ） 12.交-直-交PWM变压变频器中，逆变器起作用是（A ） 13.当交流电动机由常规的六拍阶梯波逆变器供电时，磁链轨迹是一个（A ） 14.不是异步电动机动态数学模型的特点为（B ） 15.不是直接转矩控制的特点为（A ） 16.采用旋转编码器的数字测速方法不包括（ D ） 17.交流电动机带恒转矩负载作调压调速时，其转差功率与转差率（ A ） 18.在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式为（ D ） 19.不是异步电动机动态数学模型的特点。（D ） 20.电流跟踪PWM控制时，当环宽选得较大时（ A ） 21.只能实现有级调速调速方式为（ C ） 22.调速系统的静差率指标，应以（ D ） 23.某直流调速系统电动机额定转速n N=1430r/min，额定速降Δn N=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的调速范围是（C ） 24.对自动调速系统来说，主要的扰动量是（B） 25.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速，可调节（ C ） 26.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，控制电压不取决于（B ） 27.不是跟随性能指标是（ D ） 28.在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型I型系统，是因为电流环（ A ） 29.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做（A ） 30.在配合无环流可逆系统中，可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制，但需将两组晶闸管装置的触发脉冲的初始相位都整定在（ C ） 31.不适合使用矢量控制方式是（ B ） 32.PMW变压变频器，通过它可同时调节电压和频率，其可控的是（B ）。

运动控制系统期末复习题(直流部分)

运动控制直流部分复习题一、填空： 1. 调速系统的稳态性能指标主要是指和静差率。 2. 采用V-M系统，当系统处于深调速状态时，功率因数将较。 3. 直流调速系统中，晶闸管触发和整流装置的传递函数可近似成环节，时间常数称为。 4. 晶闸管-电动机转速、电流双闭环调速系统中，环为内环，环为外环。 5. 双惯性环节校正成典型Ⅰ型系统，引入的调节器是调节器。 6 直流调速的方法包括改变电枢回路电阻调速、调速和减弱磁通调速。7．闭环调速系统对于_ 的扰动具有抑制作用，而对于_ _的扰动则无能为力。 8．转速、电流双闭环调速系统中，调节_ _的限幅值可以调节系统最大电流；调节_ _的限幅值可以调节UPE的最大输出电压。 9．双极性直流PWM变换器的占空比，当时，输出平均电压为正，要使输出平均电压为负，应使。二、选择题 1.下列说法正确的是（） A 积分调节器的输出决定于输入偏差量的历史过程。 B 比例控制可以使系统在偏差电压为零时保持恒速运行。 C 比例调节器可以实现无静差。 D 采用积分调节器动态相应快。 2.双闭环调速系统中电流调节器具备的作用为（） A 对负载变化起抗扰作用。 B 对电网电压波动起及时抗扰作用。 C 输出限幅决定允许的最大电流。 D 使转速跟随转速给定电压变化。 3.双闭环调速系统中转速调节器不具备的作用为（） A 对负载变化起抗扰作用。 B 对电网电压波动起及时抗扰作用。 C 输出限幅决定允许的最大电流。 D 使转速跟随给定电压变化。 4.在工程设计中，如果将系统校正成典型Ⅰ型系统的过程，KT值取为（）时为无超调。

A B C D 5. 采用工程设计法的双闭环直流调速系统中，电流环设计成典型（）型系统，引入的电流调节器为（）调节器。 A ⅠPI B ⅡPI C ⅠP D ⅡP 6. G-M直流调速系统中的G指的是哪一种直流电源（）。 A 直流发电机； B 静止整流器； C 脉宽调制电源； D 以上情况均可能。三、分析与简答 1.在调速系统中，为什么在开环系统中晶闸管整流装置的控制电压前面没有加放大器，而在闭环之后要添加放大器？ 2. 双闭环调速系统中，电流调节器的作用各是什么？ 3.采用双极型PWM变换器的调速系统，当电动机停止时，电枢电流是否等于零，为什么？ 4. 假设某转速单闭环调速系统的电源电压突然降低，则该调速系统将如何进行调节，请结合稳态结构图加以说明。 5. 转速、电流双闭环直流调速系统设计后，ASR限幅对应倍额定电流，但是在空载额定励磁稳速运行时突加额定转矩负载，转速不能回到给定转速，请分析原因？ 6. 在转速、电流双闭环直流调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，试分析系统进入稳态后调节器、转速、电枢电流的情况。 7. 写出直流电动机反馈闭环调速系统的临界放大系数表达式，并请说明表达式中各个参数含义。 8. 请写出双闭环调速系统起动过程的三个特点。 9. 请简述H型双极式PWM变换器的缺点。四、设计题 1、某晶闸管供电的双闭环直流调速系统，整流装置采用三相桥式电路，基本数据如下：直流电动机220V、136A、1460r/min，C e=r，允许过载倍数λ=。晶闸管装置放大系数40。电枢回路总电阻Ω。时间常数T l=，T m=。电流反馈系数β=A（≈10V/），转速反馈系数α=r（≈10V/n N）。将电流环校正成典型Ⅰ型系统，取KT=；将转速环校正成典型Ⅱ型系统，取h=5。电流环滤波时间常数；转速环滤波时间常数。请选择并设计各调节器参数。 2、有一转速、电流双闭环调速系统,已知电动机参数为：P N =，U N =220V， I N=28A，n N=1490 r/min，电枢回路电阻R=Ω,允许电流过载倍数λ=，电磁时间常数T L=，机电时间常数T m=，主电路采用三相桥式整流电路，触发整流环节的放大倍数Ks=35，整流电装置内阻R res=Ω，平均失控时间常

运动控制系统课后习题答案

运动控制系统课后习题答案系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少解：10000.02(100.98) 2.04(1) n n s n rpm D s ?==??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降不变，试问系统能够达到的调速范围有多大系统允许的静差率是多少解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=Ω。相控整流器内阻Rrec=Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= 378(0.0230.022)0.1478115N n I R rpm ?==?+= [(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-= 某龙门刨床工作台采用 V-M 调速系统。已知直流电动机

交直流调速系统期末考试(运动控制系统)资料

交直流调速系统期末考试(运动控制系统)

一．判断题（正确的打√，错误的打×，答案填在题号的前面） 1. （dui ）交 - 直 - 交电压型变频器采用电容滤波，输出交流电压波形是规则矩形波。 2. （错）变频调速效率高，调速范围大，但转速不能平滑调节，是有级调速。 3. （对）有静差调速系统是依靠偏差进行调节的，而无静差调速系统则是依靠偏差对作用时间的积累进行调节的 4. （错）电动机的机械特性愈硬，则静差度愈大，转速的相对稳定性就愈高。 5. （dui ）转速负反馈调速系统能够有效抑制一切被包围在负反馈环内的扰动作用。 6. （ dui）SPWM 即正弦脉宽调制波形，是指与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲列。 7. （cuo ）在一些交流供电的场合，可以采用斩波器来实现交流电动机的调压调速。 8. （错）转速负反馈单闭环无静差调速系统采用比例调节器。 9. （dui ） PWM 型变频器中的逆变器件采用高频、大功率的半控器件。 10. （对）矢量变换控制的实质是利用数学变换把三相交流电动机的定子电流分解成两个分量，一个是用来产生旋转磁动势的励磁电流分量，一个是用来产生电磁转矩的转矩分量。 __________________________________________________

二．填空题 1. 根据公式，交流异步电动机有三种调速方法： ① _调压 __ 调速、②__ 串电阻 __ 调速、③ ___变励磁磁通 _ 调速。 3. IGBT 全称为 __绝缘栅双极晶闸管__ ，GTO 全称为 _门极可关断晶体管__ ， GTR 全称为 _电力晶体管 ______________ 。 4. 异步电动机的变频调速装置，其功能是将电网的恒压恒频交流电变换成变压变频的交流电，对交流电动机供电，实现交流无级调速。三、选择题 1、变频调速中的变频电源是（C ）之间的接口。（A）市电电源（B）交流电机（C）市电电源与交流电机（D）市电电源与交流电源 2、调速系统的调速范围和静差率这两个指标（ B ）。（A）互不相关（B）相互制约（C）相互补充（D）相互平等 3、电压型逆变器的直流端（ D ）。（A）串联大感器（B）串联大电容 __________________________________________________

电力拖动自动控制系统-运动控制系统习题解答第2-5章

习题解答（供参考） 2.1试分析有制动电流通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的？解：减小控制电压，使U g1 得正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压U d 降低，使得E>U d，电机流过反向电流，电机进入制动状态。0 t< t on 时，通过二极管VD1续流，在t on t

2.4 直流电动机为P N =74kW, U N =220V，I N =378A，n N =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%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？ 0.1478 当s=20%时 D n N s 1430 0.2 3.1 n(1 s) 115 (1 0.2) 当s=30%时 D n N s 1430 0.3 5.33 n(1 s) 115 (1 0.3) 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 P N 60kW,U N 220V , I N 305 A, n N 1000r min ，主电路总电阻R=0.18 Ω ,Ce=0.2V?min/r,求： 1) 当电流连续时，在额定负载下的转速降落n N 为多少？ 2) 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率S N 多少？ 3) 若要满足D=20,s≤5%的要求，额定负载下的转速降落n N 又为多少? 解：(1) n N I N R 305 0.18 C e 0.2 274.5rpm (2) s N n N 274.5 n 1000 274.5 21.5%

电力拖动自动控制系统--运动控制系统第四版复习题考试题目

考试题型及分数分配 1 判断题（20分，10~20小题）范围广， 2 选择题（20分，10~20小题）内容深，细节区分 3 填空题（10分，10小题） 4 设计题（10分，2小题） 5 简述题（10分，2小题） 6 无传感器算法：磁链、转矩的计算算法异步电动机转子磁链和定子磁链的估算、转矩的估算 7 分析计算题（20分，3小题）直流调速系统一判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ）的大小并非仅取决于7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k *的大小。（√）速度定 U g 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（Ⅹ）9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ） 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ） 12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ）14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√）

运动控制系统课后答案

习题解答（供参考）习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？解：10000.02(100.98) 2.04(1)n n s n rpm D s ?==??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。 2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落 15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降不变，统允许的静差率是多少？解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511 D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?==

2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =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%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= 378(0.0230.022)0.1478115N n I R rpm ?==?+= [(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D 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，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V ?min/r,求：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？（3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?=

运动控制系统考试资料

问答题部分 1、试述交流调速系统要获得工业应用的条件，为什么条件：（1）使用高转子电阻电动机（2）系统工作点只是沿着极限开环特性变化原因：能够在恒转矩负载下扩大调整范围，并使电动机能够在较低转速下运行而不致过热。 2、简述交流软启动器的作用。定义：软启动器是一种集软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，它的主要构成是串接于电源与被控电极之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。作用：防止电动机启动电流过大损坏电机，或造成电网电压下降过大，使电机无法正常启动。 3、简述恒压频比控制方式。绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压s g U E ≈，则得：1 s U f =常值这是恒压频比的控制方式。但是，在低频时s U 和g E 都比较小，定子阻抗压降所占的分量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压s U 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。 4、交流电机矢量控制的基本思想是什么基本思路：将异步电动机经过坐标变换等效在直流电动机，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，再经过相应的坐标反变换，控制异步电机。（关键词：坐标变换） 5、试分析矢量控制系统与直接转矩控制系统的优缺点。 VC 系统强调c T 与r ψ的解耦，有利于分别设计转速与磁链调节器，实现连续调节，可以获得较宽的调速范围，但是按定向受电动机转子参数的影响，降低了系统的鲁棒性。DTC 系统则实行e T 与r ψ的砰-砰控制，避开了旋转坐标变换，简化了控制结构，控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响，但不可避免的产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到限制。 6、试分析什么是转差频率控制转差频率控制的规律是什么（P188、189）定义：控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。控制规律：（1）在s sm w w ≤的范围内，转矩e T 基本上与s w 成正比，条件是气隙磁通不变。（2）在不同的定子电流值时，按下图的1s s U f w I =（）函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通m Φ恒定。

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18．某直流调速系统电动机额定转速为1430 r/min ，额定速降 ?n N = 115r/min ，当要求静差率30%时，允许多大的调速范围？如果要求静差率20%，则调速范围是多少？如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？解： 35701153 014301%30。。。）（时：要求=??=-??= =S n S n D S N N 1380 1152 014301%20。。。）（时：要求=??=-??= =S n S n D S N N %6444460115 101430115 1010。。时，静差率：希望==?+?=??+??= =N N N n D n n D S D 19．[2-2；1。4]调速系统的调速范围是1000~100 r/min ，要求静差率S =2%，那麽系统允许的稳态转速降是多少？解：ｒ／ｍｉｎ。）（则：；根据给定条件：041298102 1000110100 1000 =??=-?=?== S D S n n D N N 20．某一调速系统，在额定负载下，最高转速为n 0max =1500r/min ，最低转速为 n 0min =150r/min ，带额定负载时的速度降落min /15r n N =?，且在不同转速下额定速降不变，试问系统的调速范围有多大？系统的静差率是多少？解： % 101015 1114851511%1010150 15 1115 15015 1500max 0min 0min 0max 0==?+?=??+?-??====?= =--=?-?-= 。）（或：；。根据静差率的定义，；根据给定条件，N N N N N N n D n n n D S n n S n n n n D 21．直流电动机： min /1430,023.0,378,220,74r n R A I V U kW P N a N N N =Ω====晶闸管整流器内阻Ω=022.0S R 系统采用降压调速，当生产机械要求静差率S =20%，求系统的调速范围有多大？如果要求静差率S =30%，则系统的调速范围又有多大？解：

运动控制系统试卷

南京农业大学试题纸 2011学年第一学期课程类型：必修试卷类型：A

基频以下运行时，采用恒压频比的控制方法具有控制简便的优点，但负载的变化将导致磁通的改变，因此采用定子电流补偿控制，根据定子电流的大小改变定子电压，可保持磁通恒定，从而解决了负载改变的扰动问题。 4. 变频能节能，请说明原因。三．问答（40’） 1. 画出运动控制系统以及组成，并分析各个组成单元的作用？请举例说明实际项目中各个组成部分及其对应关系？ 2. 直流电机的转速公式是什么？通常改变直流电机转速有哪几种方法，各有什么优缺点？可以用强磁的方式来调速吗，为什么？对于调节电枢电压调速，为什么必须在额定电压以下进行调速？答： n=U-IR/KeФ 方法有：1。调节电枢供电电压U；2。减弱励磁磁通Ф；3。改变电枢回路电阻R。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在额定转速以上做小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。对于调节电枢电压调速，必须在额定电压以下进行调速，因为当电枢电压大于额定电压时，电机电线的绝缘层会被烧坏 3．名词解释PWM、SPWM 、CFPWM 、SVPWM。 p.w.m。脉冲宽度调制。：控制逆变器中电力电子器件的开通或关断，输出电压为幅值相等，宽度为按一定规律变化的脉冲序列，用这样的高频脉冲序列代替期望的输出电压。 s.p.w.m。正弦脉冲调制。：以频率与期望的输出电压波形相同的正弦波作为调制波，以频率比期望高的多的等腰三角波作为载波，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相等，宽度按正弦规律变化的脉冲序

运动控制系统试题库完整

目录㈠直流调速系统（复习）P4 ㈡交流调速系统（回顾）P9 ㈢交流异步电动机变频调速的理论基础P13 ㈣交流异步电动机矢量变换控制P17 ㈤交流异步电动机直接转矩控制P20 ㈥PWM 和 SPWM P31 ㈦双馈调速和内反馈P36 ㈧绕线转子异步电动机串级调速系统P42 ㈨无速度传感器调速系统P46 ㈩同步电机变频调速系统P52 (十一) 开关磁阻电动机调速控制技术P56 (十二) 双定子电机调速系统P75 (十三) 直线电机调速系统P82

一、复习：直流调速系统问题1-1：电机的分类？ ①发电机（其他能→电能）直流发电机 3

交流发电机 ②电动机（电能→其他能）直流电动机：有换向器直流电动机（串励、并励、复励、他励）无换向器直流电动机（又属于一种特殊的同步电动机）交流电动机：同步电动机异步电动机：鼠笼式绕线式：伺服电机旋转变压器控制电机自整角机力矩电机测速电机步进电机（反应式、永磁式、混合式）问题1-2：衡量调速系统的性能指标是哪些？ ①调速范围 D=n max/n min=n nom/n min ②静差率 S=△n nom/n0*100%对转差率要求高.同时要求调速范围大（D 大 S 小）时.只能用闭环调速系统。 ③和负载匹配情况：一般要求：恒功率负载用恒功率调速.恒转矩负载用恒转矩调速。问题1-3：请比较直流调速系统、交流调速系统的优缺点.并说明今后电力传动系统的发展的趋势. * 直流电机调速系统优点：调速范围广.易于实现平滑调速.起动、制动性能好.过载转矩大.可靠性高.动态性能良好。缺点：有机械整流器和电刷.噪声大.维护困难；换向产生火花.使用环境受限；结构复杂.容量、转速、电压受限。 * 交流电机调速系统（正好与直流电机调速系统相反）优点：异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、造价低廉.使用环境广.运行可靠.便于制造大容量、高转速、高电压电机。大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。缺点：调速性能比直流电机差。 * 发展趋势：用直流调速方式控制交流调速系统.达到与直流调速系统相媲美的调速性能；或采用同步电机调速系统. 问题1-4：直流电机有哪几种？直流电机调速方法有哪些?请从调速性能、应用场合和优缺点等方面进行比较. 哪些是有级调速？哪些是无级调速？直流电动机中常见的是有换向器直流电动机.可分为串励、并励、复励、他励四种.无换向器直流电动机属于一种特殊的同步电动机。根据直流电机的转速速。n U IR K e 公式.调速方法有变压调速、变电阻调速和变转差率调调压调速：调节电压供电电压进行调速.适应于：U≤U nom.基频以下.在一定范围内无级平滑调速。弱磁调速：无级.适用于Φ≤Φnom.一般只能配合调压调速方案.在基频以上(即 4

运动控制系统_课后习题答案

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