电力拖动自动控制系统运动控制系统课后复习题答案.docx
《电力拖动自动控制系统运动控制系统课后复习题答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力拖动自动控制系统运动控制系统课后复习题答案.docx（85页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电力拖动自动控制系统运动控制系统课后复习题答案
第一章
闭环控制的直流调速系统
1－1为什么PWM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？
答：
PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：
（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。
（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。
（3）低速性能好，稳速精度高，调速围宽，可达1：
10000左右。
（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）功率开关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。
1－2试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的。
答：
在制动状态中，为负值，iVT就发挥作用了。
这种情况发生在电动运行过程中需要降
d
2
速的时候。
这时，先减小控制电压，使Ug1的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电
压Ud降低。
但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成EUd，很
快使电流id反向，VD2截止，在ton≤t＜Ｔ时，Ug2变正，于是VT2导通，反向电流沿回路
3流通，产生能耗制动作用。
在Tt≤＜Ｔ+t时，VT关断，
−id沿回路4经VD续流，向
on
2
1
电源回馈制动，与此同时，VD1两端压降钳住VT1使它不能导通。
在制动状态中，VT2和VT1
轮流导通，而VT始终是关断的。
1
在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT1关断后id经VD2续流时，还没有达到
周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD2两端电压也降为零，VT2便提前导通了，使电流反向，
产生局部时间的制动作用。
１－３调速围和静差率的定义是什么？
调速围、静差速降和最小静差率之间有什么关
系？
为什么说“脱离了调速围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？
答：
生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速围，用字母Ｄ表示，即
D
=
n
max
其中，n和n一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负
nmin
maxmin
载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。
当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落，与理
想空载转速之比，称作静差率s，即s=ΔnN
n0
或用百分比表示
s=
×
ΔnN100%
n0
在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速nN作为最高转速
则
s=
Δn
N=
n0
Δn
N
nmin+ΔnN
∴
n
min
=
Δn
N
s
−ΔnN=
n
（1−s）Δn
N
s
nS
D=
max=Δ
N
nmin
nN（1−S）
由上式可看出调速系统的调速围、静差速降和最小静差率之间的关系。
对于同一个调
速系统，
ΔnN值一定，如果对静差率要求越严，即要求s值越小时，系统能够允许的调速
围也越小。
一个调速系统的调速围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调
围。
１－４某一调速系统，测得的最高转速特性为nOmax=1500/min，最低转速特性为
nOmin=150/min，带额定负载时的速度降落
ΔnN=15/min，且在不同转速下额定速降
ΔnN不变，试问系统能够达到的调速围有多大？
系统允许的静差率是多少？
解系统能够达到的调速围为
D=
=
n
max=
nmin
Dn
1500=11
15015
×=
1115
×
系统允许的静差率
s
N
nN+ΔDnN
100%
15001115
100%10%
１－５某闭环调速系统的调速围是1500~150r/min，要求系统的静差率s≤2%，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？
解因为
s=
Δn
N=
n0
Δn
N
nmin+ΔnN
所以
ΔnN=
nsmin=1500.02=3.06/min
1−s10.02
Δn
因为
Δncl=1+op
K
K=
Δn
op−=1
100
−=
131.7
所以
Δn
cl
3.06
1－6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8r/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，调速围可以扩大多
少倍？
解
（1）因为
Δncl=
RId
C（1+K）
e
RId=Δn
×
所以
（1+K）=8（1+15）=128
则
Ce
Δn=
cl
RId
=
128
=
4.13/min
cl
C（1+K）130
（2）由
=
DΔn
nS
N
e
，可知在s和nN不变的情况下，D只与ΔnN有关
N
（1−S）
调速围扩大1.94倍。
1－7某调速系统的调速围D=20，额定转速
nN=1500/min，开环转速降落
ΔnNop=240/min，若要求系统的静差率由10%减少到5%，则系统的开环增益将如何变
化？
Δn=
ns
=
×
15000.1
=
解；当s=10%时，
N
N
（1-s）
D
Δn
20
240
×
（1-0.1）
8.33/min
此时
K=
op−=1
Δncl
8.33
ns
−=
127.8
×
当s=5%时，
ΔnN=
N
=
15000.05
×
=
3.95/min
Δn
（1-s）
D
240
20
（1-0.05）
此时
K=
op−=1
Δncl
3.95
−=
159.8
则若要求系统的静差率由10%减少到5%，则系统的开环增益将变大。
1—8转速单闭环调速系统有那些特点？
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，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？
为什么？
如果
测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？
答：
（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征
①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。
②反馈控制系统的作用是：
抵抗扰动，服从给定。
扰动性能是反馈控制系统最突出的特
征之一。
③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。
（2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。
（3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化，
它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。
反馈控制系统所能抑制的只是
被反馈环包围的前向通道上的扰动。
1—9在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测
速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？
为
什么？
答：
当电网电压发生变化时，系统对其有调节能力。
因为电网电压是系统的给定反馈控制系
统完全服从给定。
负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时系统对其有调节能力。
因为他们的变化最
终会影响到转速，都会被测速装置检测出来。
再通过反馈控制作用，减小它们对稳态转速的
影响。
测速发电机励磁各量发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量
的误差。
反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。
1—10有一V—M调速系统。
电动机参数为：
P
N
=2.2kWUN=220V，IN=12.5A，
nN=1500/minr，电枢电阻
Ra=1.2Ω，整流装置阻
Rrec=1.5Ω，触发整流环节的放
大倍数Ks=35。
要求系统满足调速围D=20，静差率s≤10%。
（1）计算开环系统的静态速降
Δnop和调速要求所允许的闭环静态速降
Δncl。
（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框图。
（3）调整该系统参数，使当Un∗=15V时，Id=IN，n=nN，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）先计算电动机的电动势系数
C
e
=
U
N−IRNa
n
=22012.51.2=0.1367V⋅min/
1500
r
N
则开环系数额定速降为
IR
12.5×
（1.2+1.5）
Δnop=
N
Ce
=
0.1367
=246.9/min
额定负载时的稳态速降应为
Δncl=
nsN
≤
×
15000.1
×
=8.33/min
（1-s）
D
20
（1-0.1）
（2）系统的静态结构框图如下所示
U*n+
-
∆Un
Un
Kp
Uc
Ks
α
Ud0
+
-IdR
E
1/Ce
n
转速负反馈系统的原理图
+
U*n
+
+
-
+n
-
U
∆Un
A
Uc
GT
UPE
Ud
Ud
Id
M
-
-
Un+
+
-
-
Utg
TG
n
+
-
（3）当Un∗=15V时，Id=IN，n=nN，则转速负反馈系数α应该是
∗
α
U∗U
=n=
n=
15=0.01
nnN
（4）闭环系统的开环放大系数应为
Δn246.9
1500
K=
op−=1
Δncl
8.33
−=
128.64
运算放大器所需的放大倍数
KP
=
K
αKC/
Se
=
28.64
0.0135/0.1367
=
11.19
1—11在题1-10的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求
升级会员 