运动控制系统思考题和课后习题答案Word格式.docx
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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/△ns/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/△ns/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发生了变化系统有无克服这种干扰的能力已验证答转速单闭环调速系统增加了
转速反馈环节由转速检测装置和电压放大器构成可获得比开环调速系统硬得多的稳
态特性从而保证在一定静差率下能够提高调速范围。
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偏差从而改变电力电子变换器
的输出电压即改变电动机的电枢电压改变了转速。
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馈电压而给定电压不变则电
压偏差改变从而电力电子变换器输出电压改变即电动机电枢电压改变转速改变。
若
测速发电机励磁发生变化则反馈电压发生变化当给定电压一定时则电压偏差发生变化
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为什么用积分控制的调速系统是无静差的在转速单闭环调速系统中当积分调节器
的输入偏差电压△U=0时调节器的输出电压是多少它决定于哪些因素
答因为积分调节器能在电压偏差为零时仍有稳定的控制电压输出从而克服了比例调节器
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
积分调节器的输入偏差电压为零时调节器输出电压应为一个恒定的积分终值。
它取决于输
入偏差量在积分时间内的积累以及积分调节器的限幅值。
2-14在无静差转速单闭环调速系统中转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精
度的影响为什么
答仍然受影响。
因为无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零因此若给点
电源发生偏移或者测速发电机精度受到影响而使反馈电压发生改变系统仍会认为是给
定或转速发生改变从而改变转速以达到电压偏差为零。
2-15在转速负反馈单闭环有静差调速系统中当下列参数发生变化时系统是否有调节作
用为什么已验证1放大器的放大系数Kp。
2供电电网电压Ud。
3电枢电阻Ra。
4电动机励磁电流If。
5转速反馈系数α。
答1有。
假设Kp减小则控制电压减小则电力电子变换器输出减小则电动机转
速下降而电动机转速下降则反馈电压减小则偏差电压增大则控制电压增大则转
速上升。
2有。
不解释。
3有。
4有。
5没有。
2-16在转速负反馈单闭环有静差调速系统中突减负载后又进入稳定运行状态此时晶闸
管整流装置的输出电压Ud较之负载变化前是增加、减少还是不变在无静差调速系统
中突加负载后进入稳态时转速n和整流装置的输出电压Ud是增加、减少还是不变已
验证答1Ud减小。
因负载减小转速上升反馈电压增加给定电压一定偏差
电压减小控制电压减小故输出电压减小。
2n不变Ud增加。
转速负反馈调速系
统转速仅取决于给定电压故不变略。
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。
答直流调速系统常以调压调速为主必要时辅以
弱磁调速以扩大调速范围实现额定转速以上调速。
2-2直流调压调速主要方案有G-M调速系统V-M调速系统直流PWM调速系统。
2-3V-M调速系统的电流脉动和断续是如何形成的如何抑制电流脉动
11-12答整流器输出电压大于反电动势时电感储能电流上升整流器输出电压小于反
电动势时电感放能电流下降。
整流器输出电压为脉动电压时而大于反电动势时而小
于从而导致了电流脉动。
当电感较小或电动机轻载时电流上升阶段电感储能不够大
从而导致当电流下降时电感已放能完毕、电流已衰减至零而下一个相却尚未触发于
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答t1时刻某一对晶闸管被触发导通触发延迟角为α1在t2>
t1时刻控制电压发生变化但此时晶闸管已导通故控制电压的变化对它已不起作用只有等到下一个自然
换向点t3时刻到来时控制电压才能将正在承受正电压的另一对晶闸管在触发延迟角α2
后导通。
t3-t2即为失控时间最大失控时间即为考虑t2=t1时的失控时间。
2-5简述V-M调速系统存在的问题。
16答整流器晶闸管的单向导电性导致的电动机的不可逆行性。
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变换器无制动电流通路与有制动电流通路各个工作状态下的导
通器件和电流通路。
17-182-7调速时一般以电动机的额定转速作为最高转速。
2-8调速范围和静差率合称调速系统的稳态性能指标。
2-8一个调速系统
的调速范围是指在最低转速时还能满足所需静差率的转速可调范围。
2-9简述转速反馈控制的直流调速系统的静特性本质。
答在闭环系统中每增加或减
少一点负载就相应地提高或降低一点电枢电压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。
答比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制
系统反馈控制系统的作用是抵抗前向通道的扰动服从给定反馈系统的精度依
赖于给定和反馈检测的精度。
2-11简述积分控制规律
答积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行实现无静差调速。
2-12比例
调节器和积分调节器有何不同
答比例调节器的输出只取决于输入偏差的现状而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史
2-13简述比例积分控制规律。
答比例部分能迅速响应控制作用积分部分则最
终消除稳态偏差。
2-14微机控制的调速系统有什么特点答信号离散化信息数字化。
2-15旋
转编码器分为哪几种各有什么特点答绝对式编码器常用语检测转角信号若需要
转速信号应对转角微分。
增量式编码器可直接检测转速信号。
2-16数字测速方法有哪些精度指标答分辨率测速误差率。
2-17采用旋转编码器的数字测速方法有MTM/T。
高低全
2-18为什么积分需限幅答若没有积分限幅积分项可能很大将产生较大的退饱和超
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。
答电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻KpKsR导致当Id=Idcr时机
械特性急剧下垂比较电压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）cosαUm/m_单相全波/三相
半波/三相全波_√2U2/√2U2/√6U2/2/3/6
2.V-M调速系统机械特性方程n=（Ud0-IdR）/Ce
3.晶闸管整流器最大失控时间Tsmax=1/mf
4.调速范围定义式D=nmax/nmin
5.静差率定义式s=△n/n
6.闭环静特性与开环静特性ncl=（Ud0cl-IdR）/Ce=（KpKsUn*-IdR）/（Ce（1+K））nop=（Ud0op-IdR）/Ce=（KpKsUn*-IdR）/Ce
7.调速范围静差率和额定速降之间的关系式开环和闭环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定义式及表达式K=KpKsα/Ce9.
临界开环放大倍数Kcr=（Tm（Tl+Ts）+Ts^2）/（TlTs）<
KTl=L/R|Tm=（（GD^2）R）/（375CeCm）
10.各种数字测速方法其分辨率和测速误差率表达式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=低速—>
δT|高速—>
δM|11.
连续式PI算式?
u（t）=Kpe（t）+（1/τ）∫（0_t）e（t）dt12.位置式PI算式
u（k）=Kpe（k）+（Tsam/τ）∑（i=0_k）e（i）13.增量式PI算式△
u（k）=u（k）-u（k-1）=Kp（e（k）-e（k-1））+（Tsam/τ）e（k）
1.V-M调速-系统原理图2.无制动和有制动直流PWM变换器-电动机-电路原理图
3.转速负反馈直流调速系统-系统原理图4.转速负反馈直流调速系统-静态结构图5.
转速负反馈直流调速系统-动态结构图6.带电流截止负反馈的闭环直流调速系统-静态结
构图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
流波形2.带电流截止负反馈比例控制闭环直流调速系统-静特性
第3章
三、思考题
3-1在恒流起动过程中电枢电流能否达到最大值Idm为什么
答不能。
因为恒流升速过程中电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势是一个线性
渐增的斜坡扰动量而电流闭环采用的PI调节器对斜坡扰动无法消除静差故Id略低
于Idm。
3-2由于机械原因造成转轴堵死分析双闭环直流调速系统的工作状态。
未验证
答电动机堵转则转速恒为零在一定的给定下偏差电压相当大从而使ASR迅速达到饱和又电动机转速由于转轴堵死无法提升故ACR无法退饱和因此系统处于ASR饱
和状态。
3-3双闭环直流调速系统中给定电压Un*不变增加转速负反馈系数α系统稳定后转
速反馈电压Un和实际转速n是增加、减小还是不变已验证答转速反馈系数α
增加则转速反馈电压Un增加给定电压Un*则转速偏差电压减小则ASR给定电压
Ui*减小则控制电压Uc减小则转速n减小转速n减小则转速反馈电压Un减小
直到转速偏差电压为零故稳态时转速反馈电压Un不变且实际转速n减小。
3-4双闭环直流调速系统调试时遇到下列情况会出现什么现象未通过验证求姐1
电流反馈极性接反。
2转速极性接反。
答1由于电流环的正反馈作用电枢电流将持续上升转速上升飞快电动机飞车。
2由于转速环的正反馈作用ACR无法退饱和电动机转速持续恒流上升。
3-5某双闭环调速系统ASR、均采用PI调节器ACR调试中怎样才能做到Uim*=6V时
Idm=20A如欲使Un*=10V时n=1000rpm应调什么参数
答1调节电流反馈系数β=0.32调节转速反馈系数α=0.01。
3-6在转速、电流双闭环直流调速系统中若要改变电动机的转速应调节什么参数改变
转速调节器的放大倍数Kn行不行==|||改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不
行改变转速反馈系数α行不行若要改变电动机的堵转电流应调节系统中的什么参
数
答通常可以调节给定电压。
改变Kn和Ks都不行因为转速电流双闭环直流调速系统对
前向通道内的阶跃扰动均有能力克服。
也可以改变α但目的通常是为了获得更理想的机
械特性。
若要改变堵转电流应调节电流反馈系数β。
3-7转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少为什么
答输入偏差电压皆是零。
因为系统无静差。
则ASR输出电压Ui*=Ui=βId=βIdLACR输
出电压Uc=Ud0/Ks=见P62。
3-8在双闭环系统中若速度调节器改为比例调节器或电流调节器改为比例调节器对系
统的稳态性能影响如何
答速度调节器对阶跃扰动的静差由0变为1/1+Kn或电流调节器对阶跃扰动的静
差由0变为1/1+Kc而对斜坡扰动的静差变得更大。
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
单闭环直流调速系统1调速系统的静态特性。
2动态限流性能。
3起动的
快速性。
4抗负载扰动的性能。
5抗电源电压波动的性能。
答3-10根据ASR和
ACR的作用回答均为PIR已验证1双闭环系统在稳定运行中如果电流反
馈信号线断开系统仍能正常工作吗2双闭环系统在额定负载下稳定运行时若电动
机突然失磁最终电动机会飞车吗答1稳态时转速不变电流减小。
2不会
飞车而是停转。
3-1为了实现电流的实时控制和快速跟随希望电流调节器不要进入饱和状态
因此对于静特性来说只有转速调节器的饱和与不饱和两种情况。
3-2当两个调节器都不饱和且稳态时它们的输入偏差电压分别为0。
3-3当ASR输出达到限幅值Uim*转速外环呈开环状态转速变化对转速环不
会产生影响双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。
稳态时Id
=Idm。
3-4电流限幅值Idm取决于电动机的容许过载能力和系统要求的最大加速度。
3-5简述采用两个PI调节器分别形成内外闭环的效果。
答双闭环直流调速系统的静特
性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差此时转速负反馈起主要调节作用。
当负载
电流达到Idm时对应于转速调节器为饱和输出Uim*此时电流调节器起主要调节作用
系统表现为电流无静差起到过电流的自动保护作用。
3-6简述ASR的退饱和条件。
答当ASR处于饱和状态时若实际转速大于给定转速
则反馈电压大于给定电压使偏差电压小于零则ASR反向积分从而退饱和返回线性
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。
633-8简述双闭环直流
调速系统起动过程的特点。
饱和非线性控制转速超调准时间最优控制
3-9双闭环直流调速系统的抗扰性能主要包括抗负载扰动抗电网电压扰动。
3-10简述双闭环直流调速系统中转速调节器的作用。
答作为主导调节器在转速动态过
程中使转速快速跟随给定电压变化稳态时减小转速误差采用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。
答作为内环调节器在转速调节过
程中使电流紧紧跟随给定电流变化。
对电网电压波动起及时抗扰作用。
在转速动态过程
中保证获得电动机最大允许电流从而加快动态过程。
当电动机过载或堵转时限制电
枢电流最大值起快速的自动保护作用。
一旦故障消失系统立即自动恢复正常。
1.P62稳态时Un*=Un=αn=αn0Ui*=Ui=βId=βIdLUc=Ud0/Ks=（Cen+IdR）/Ks=（Ce（Un*/
α）+IdR）/Ks
2.转速反馈系数α=Un*m/nm
3.电流反馈系数β=Ui*m/Idm1.转速电流反馈控制直流调速系统-系统原理图2.转速电
流反馈控制直流调速系统-稳态结构图3.转速电流反馈控制直流调速系统-动态结构图1.时间最优的理想过渡过程2.双闭环直流调速系统静特性
第4章
4-1直流PWM可逆调速系统中当电动机停止时电枢电压瞬时值零是正负脉宽相
等的交变脉冲电压故电流也是交变的称为高频微振电流其平均值为
不能产生平均转矩。
4-2高频微振电流对电机有何影响答消除电机正反向时的静摩擦死区起动力润滑作
用。
同时也增大了电机的损耗。
1.双极式控制可逆PWM变换器输出电压平均值Ud=（2ton/T-1）Us1.调速系统四象限运行
-示意图2.桥式可逆PWM变换器电路-原理图3.桥式可逆PWM调速系统主电路-原理
图
第5章
5-1对于恒转矩负载为什么调压调速的调速范围不大电机机械特性越软调速范围越大
吗
答带恒转矩负载工作时普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0<
s<
smsm
本来就不大因此调速范围也不大。
降压调速时机械特性变软但sm不变故调速范
围不变。
5-2异步电动机变频调速时为何要电压协调控制在整个调速范围内保持电压恒定是否
可行为何在基频以下时采用恒压频比控制而在基频以上保持电压恒定答因为定子电压频率变化时将导致气隙磁通变化影响电动机工作。
在整个调速范围
内若保持电压恒定则在基频以上时气隙磁通将减少电动机将出力不足而在基频
以下时气隙磁通将增加由于磁路饱和励磁电流将过大电动机将遭到破坏。
因此保
持电压恒定不可行。
在基频以下时若保持电压不变则气隙磁通增加由于磁路饱和
将使励磁电流过大破坏电动机故应保持气隙磁通不变即保持压频比不变即采用恒
压频比控制而在基频以上时受绕组绝缘耐压和磁路饱和的限制电压不能随之升高
故保持电压恒定。
5-3异步电动机变频调速时基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式为
什么所谓恒功率或恒转矩调速方式是否指输出功率或转矩恒定若不是那么恒功率
和恒转矩调速究竟是指什么
答在基频以下调速采用恒压频比控制则磁通保持恒定又额定电流不变故允许输出
转矩恒定因此属于恒转矩调速方式。
在基频以下调速采用恒电压控制则在基频以上
随转速的升高磁通将减少又额定电流不变故允许输出转矩减小因此允许输出功率
基本保持不变属于恒功率调速方式。
恒功率或恒转矩调速方式并不是指输出功率或输出
转矩恒定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基频以下调速可以是恒压频比控制恒定子磁通φms、恒气隙磁通φm和恒转子磁通φ
mr的控制方式从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。
答恒压频比控制最容易实现其机械特性基本上是平行下移硬度也较好能满足一般调
速要求低速时需适当提高定子电压以近似补偿定子阻抗压降。
恒定子磁通φms、恒气
隙磁通φm和恒转子磁通φmr的控制方式均需要定子电压补偿控制要复杂一些。
恒定
子磁通φms和恒气隙磁通φm的控制方式虽然改善了低速性能但机械特性还是非线性
的仍受到临界转矩的限制。
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线性机械特性性能最佳。
5-5常用的交流PWM有三种控制方式分别为SPWM、CFPWM和SVPWM论述它们的基本特
征及各自的优缺点。
答略。
5
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