第一部分 运动控制复习要点（IRON ）
1、直流调速系统用的三种可控直流电源和各自的特点。P 2
1)旋转变流机组——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。 2)静止式可控整流器——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。 3)直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。
2.电流连续和断续时，V-M 系统机械特性的差别，电流断续有何不良影响。P 9
1）当电流连续时，特性还比较硬；断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。
2）电流断续给用平均值计算描述的系统带来一种非线性因素，也引起机械特性的非线性，影响系统的运行性能。
3、直流调速系统闭环静特性和开环机械特性的联系和区别（画图分析）。P 23~24
a 、闭环系统的静态特性可以比开环系统的机械特性硬很多；
b 、闭环系统的静差率比开环系统小得多；
c 、如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调 速范围。
d 、要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。
4、电流截止负反馈及其作用。P 28
当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。
作用：限流保护，即解决反馈闭环调速系统启动和堵转时电流过大的问题。
5、比例调节器、积分调节器、比例积分调节器各自的控制规律和特点。
比例调节器：a 、Uc=Kp ΔUn 输出信号与偏差信号成比例；有差调节。b 、能迅速响应控制作用。 积分调节器：a 、输出信号的速度与偏差信号成正比。b 、无静差调速。
比例积分调节器：a 、稳态精度高，动态响应快；b 、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。（控制规律即公式）
7、电压反馈电流补偿的调速系统进行稳态特性和与转速闭环调速系统的主要差别。
a 、结构框图的不同地方在于负反馈信号的取出处不同；P44
b 、电压负反馈的稳态性能比同样放大器的转速负反馈系统要差一些，在电压负反馈的基础上加入电流补偿，可以补偿一部分静差，以提高调速系统的稳态性能，但是不能指望其实现无静差，因为这时系统已经达到稳态的边缘了。
11、调节器工程设计法的思路。P 60
1、选择调节器结构,使系统典型化并满足稳定和稳态精度。
2、设计调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。
n
0O I d
I d1I d3I d2I d4
A
B
C A ’
D
闭环静特性
开环机械特性
图1-26 闭环系统静特性和开环机械特性的关系
U d4U d3U d2U d1
6、无静差调速系统的稳态结构图和稳态结构参数关系。P 43
无静差调速系统的稳态参数计算很简单，在理想情况下，稳态时Un= 0，因而Un =Un*=α*n ，
即max
*max
n n U =
α（1-66）
，α为转速反馈系数（V .min/r ），Nmax 为电动机调压时的最高转速（r/min ），U*nmax 为相应的最高给定电压（V ）。
图1-49 无静差直流调速系统稳态结构图（I d
<
I dcr ）
K s
1/C e
U *n
U c
?U n
I d R E n
U d0U n
+
+
-- 9、双闭环、单闭环、开环直流调速系统的静特性和机械特性的对比分析（画图）。
开环系统机械特性与闭环系统静特性比较：闭环系统静特性比开环系统机械特性的硬度大大提
高；当理想空载转速相同时，闭环系统的静差率要小得多；当要求的静差率一定时，闭环系统的调速范围可以大大提高；当给定电压相同时，闭环系统的理想空载转速大大降低。
8、转速电流双闭环系统中的两个调节器（ASR 、ACR ）的主要作用。P 59 1、转速调节器的作用(ASR)：
1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI 调节器，则可实现无静差。
2）对负载变化起抗扰作用。 3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。
2、电流调节器的作用（ACR ）：
1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即
外环调节器的输出量）变化。 2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。
4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，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。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。
10、双闭环直流调速系统起动的特点，起动波形。P 57
1)饱和非线性控制； 2)转速必有超调； 3)准时间最优控制。
12、典型I 型、II 型系统的结构及其各自的特性。P 61
1
、典型I 型系统结
构:
)
(s R )
1(+Ts s K )
(s C ；
特性：动态特性跟踪斜坡输入信号。
2、典型Ⅱ型系统结构:
)
(s R )
(s C )
1()1(2++Ts s s K τ；
特性：二阶误差，精度高，跟踪加速度信号。
14、转速微分负反馈的作用。P 87
抑制甚至消灭转速超调，大大降低动态速降获得实际可行的动态性能。
15、V-M 系统可逆路线的分类。P 154
a 、电枢反接可逆线路；
b 、励磁反接可逆线路。
16、V-M 系统可逆调速系统中的环流分类，利害及其抑制和消除法。P 152
a 、分类：动态环流；静态环流(直流平均环流，瞬间脉动环流)；
b 、α≧β可消除直流平均环流；环流（电路串入）电抗器可抑制瞬时脉动环流。
18、V-M 系统可逆调速系统的两大类和各自特点。P 122、P 129
a 、有环流可逆调速系统：反应快，过度平滑，需要在回路中接入电抗器；
b 、无环流可逆调速系统：平滑过度性差，无直流平均环流和瞬时脉动环流。
19、逻辑无环流控制功能的两种实现方法。P 129
逻辑算法（软件）和逻辑电路（硬件）。
20、DLC 逻辑控制环节应有的四种基本功能和DLC 应有的两种延时。
延时功能；连锁功能；检测功能；判断功能。P 130 封锁延时tbdl 和开放延时tdt 。P 131
IdL Id n n* Idm
O O
I II
III
t4
t3 t2 t1
t
t
17、α-β配合控制原理，原理图和控制特性图。P 126
控制原理：为了实现配合控制，可将两组晶闸管装置的触发脉冲零位都定在90°。 a 、当Uc= 0时，使α f =αr = 90°，Ud0f = Ud0r = 0电机处于停止状态； b 、增大 Uc 移相时，只要使两组触发装置的控制电压大小相等符号相反就可以了。
图4-6 = 配合控制电路
GTF--正组触发装置 GTR--反组触发装置 AR--反号器
M
VR
VF
R rec
R
rec
-1
AR
GTR
GTF
U c
R a
c
U
rmin
180o 0o
-
U cm
U cm
U c
90o
90o
0o 180o
fmin
fmin
rmin
r
f
CTR CTF
U c 1
21、单级式、双极式、PMW 变换器电路原理和电压、电流波形。P 15
单极式：在电动机朝一个方向旋转时，变换器只在一个阶段中输出某一极性的脉冲电压，在另
一阶段中U AB =0。
多极式：四个功率开关管的控制极的驱动电压分为两组，有一组导通时，同时另一组关断。 PWM 变换器：一对功率管VT1和VT2交替导通和关断。
U , i U d E
i d
U s
t
t on T
0图1-16b 电压和电流波形
1 2 1 2 1 2 1
22、双极式PMW （H 型即桥式）电路对驱动信号的要求（画图分析说明）。P 15
Ug1=Ug4=-Ug2=-Ug3。在一个开关周期内，当0≤t ≤ton 期间，Ug1、Ug4为正，VT1、VT4导通，Ug2、Ug3为负，VT2、VT3截止，电流id 沿回路1流通，电动机M 两端电压UAB=+Us ；在ton ≤t ≤T 期间，Ug1、Ug4为负，VT1、VT4截止，VD2、VD3续流，并钳位使VT2、VT3保持截止，电流id 沿回路2流通，电动机M 两端电压UAB=–
Us 。一个周期内具有正负相间的脉冲波形——双极式。
23、泵升电压及其限制方法、电路、工作原理。P 18
PWM 变换器中的滤波电容，除滤波外，当电机制动时吸收运行系统动能的作用。由于直流电源靠二极管整流器供电，
不可能回馈电能，电机制动时只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，称作“泵升电压”。
电力电子器件的耐压限制着最高泵升电压Usm 采用镇流电阻Rb 来消耗掉部分动能。
26、转速闭环交流调压调速系统的静特性、机械特性和各自的特点（画图说明）。
P 150左右两边有极限，不能无限延长。当系统带负载在A 点运行时，如果负载增大引起转速
下降，反馈控制作用能提高定子电压，从而在右边一条机械特性上找到新的工作点A ’。同理，当负载降低时，会在左边一条特性上得到定子电压低一些的工作点A ’’。按照反馈控制规律，将A ’’、A 、A ’连接起来便是闭环系统的静特性。
e
T O
n n 0
T L
U sN
A
A ’
A ’’
U s min 恒转矩负载特性
图5-6b 闭环控制变压调速系统的静特性
U *n3
U *n1
U *n2
T e
O
n n 0
U sN
0.7U s N
A B
C
T L 0.5U sN
恒转矩负载特性
27、变频调速的基本控制方式（基频以上和基频以下）的特点（画图说明）。P 160~163
基频以下变压变频调速系统的特点是必须同时协调地控制电压和频率，使磁通恒定。在基频以下，磁通恒定时转矩也恒定，属
于“恒转矩调速”性质；在基频以上，转速升高时转矩降低，基本上属于“恒功率调速”。所以基频以上调频变速变速属于弱磁恒功率调速。
28、静止变频装置的两大类和变频范围。P 165
1、交-直-交变频器（间接式的变压变频器）和交-交变压变频
器（直接式的变压变频器或周波变换器）。
2、交-直-交变频器：最高输出频率不超过电网频率的1/3~1/2；
交-交变压变频器：输出频率不受限制，能量 可双向流动，以获得四象限运动，此种方式类似于PWM 控制方式。
过电压信号
U s
R b
VT b
C
+
f 1N 图6-2 异步电机变压变频调速的控制特性 恒转矩调速U s U sN ΦmN Φm
恒功率调速Φm U
s
f 1O
25、交流力矩电机与普通电机变压调速时的特点比较（画图分析）。P 149
T e
O
n n 0T emax s m
T L
U sN
0.7U sN A
B C F
D
E 0.5U sN
风机类负载特性恒转矩负载特性图5-4 异步电动机不同电压下的机械特性
T e
O
n
n 0
U sN
0.7U s N
A B
C
T L 0.5U sN
恒转矩负载特性图5-5 高转子电阻电动机（交流力矩电动机）
在不同电压下的机械特性
普通笼型异步电机：带恒转矩负载工作时，变电压时的稳定工作点为A 、B 、C ，转差率s 的变化范围不超过0~Sm ，调速范围有限。如果带风机类负载运行，则工作点为D 、E 、F ，调速范围可以大一些。
交流力矩电机：在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能在较低转速下运行而不致过热，且电机转子有较高的电阻值。
采用普通异步电机的变电压调速时，调速范围很窄，采用高转子电阻的力矩电机可以增大调速范围，但机械特性又变软，因而当负载变化时静差率很大。
24、交流调速系统按转差功率特点分的三种基本类型和各自特点。P 146
1、转差功率消耗型：全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中；
2、转差功率馈送型:除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多；
3、转差功率不变型:转差功率只有转子铜损，无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高。
29、电压源型和电流源型变频器和各自特点（作对比分析）。P 168
1、无功能量的缓冲：在调速系统中，逆变器的负载是异步电机，属感性负载。在中间直流环
节与负载电机之间，除了有功功率的传送外，还存在无功功率的交换。滤波器除滤波外还起着对无功功率的缓冲作用，使它不致影响到交流电网；
2、能量的回馈：用电流源型逆变器给异步电机供电的电流源型变压变频调速系统有一个显著特征，就是容易实现能量的回馈，从而便于四象限运行，适用于需要回馈制动和经常正、反转的生产机械；
3、动态响应：正由于交-直-交电流源型变压变频调速系统的直流电压可以迅速改变，所以动态响应比较快，而电压源型变压变频调速系统的动态响应就慢得多；
4、应用场合：电压源型逆变器属恒压源，电压控制响应慢，不易波动，适于做多台电机同步运行时的供电电源，或单台电机调速但不要求快速起制动和快速减速的场合。采用电流源
型逆变器的系统则相反，不适用于多电机传动，但可以满足快速起制动和可逆运行的要求。
30、SPWM 逆变器及其与普通交-直-交逆变器比较的优点。
1、驱动电路简单，效率高；
2、转矩脉动小，调整范围宽，稳态性能好；
3、动态性能快速性好；
4、功率因素高；
5、输出电压波形更接近正弦波。
31、SPWM 调速器 和SPWM 变频器的异同。
32、单极性、双极性SPWM 逆变器。P 170
1、单极性控制方式：电压全部是正的；
2、双极性控制方式：电压有正有负；
3、SPWM 逆变器：是不同占空比的“正弦波”。
33、异步电动机压频协调控制有哪三种方式，其机械特性和各自特点（画图对比）。 P 160~1621）恒压频比（Us/ω1=恒值）控制:最容易实现，变频机械特性基本上是平行下移，硬度也
较好，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿; 2）恒E g /ω1控制:通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到Φrm=恒值，从而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制;
3)恒E r /ω1控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通Φrm 恒定进行控制，即得Er/ω1=恒值,而且，在动态中也尽可能保持Φrm 恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。
34、给定积分器的作用。
斜坡缓慢上升；防止电流过大产生电流冲击，起缓冲启动作用。
35、三相异步电动机在三相坐标系动态数学模型的性质。P 191
直流电机的磁通由励磁绕组产生，可以在电枢合上电源以前建立起来而不参与系统的动态过程（弱磁调速时除外），因此它的动态数学模型只是一个单输入和单输出系统。
36、转差频率控制的最基本概念和两条基本规律。P 188
1）在ωs ≤ωsm 的范围内，转矩Te 基本上与ωs 成正比，条件是气隙磁通不变；
2）在不同的定子电流值时，按上图的函数关系Us=f(ω1,Is)控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通Φm 恒定。
s
1
0T e
图6-6 不同电压－频率协调控制方式时的机械特性
恒 E r / 1 控制
恒 E g /
1 控制
恒 U s /
1 控制
a
b
c
37、坐标变换原理及变换矩阵、电流、电压、磁链变换矩阵方程。P 199
电流变换阵也就是电压变换阵，也是磁链的变换阵。
??sin cos t m αi i i -=?
?cos sin t m βi i i +=写成矩阵方程：
式中
???
?
??-=????
cos sin sin cos s 2/r 2C 是两相旋转坐标系变换到两相静止坐
标系的变换阵。
38、异步电机在两相（任意旋转）坐标系上的数学模型（物理模型图、动态等效电路图及电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程）。P 200~201
1、磁链方程：
???????
???????????????????=??????????????rq rd sq sd r m
r m m s m s
rq rd sq sd 0
0000000i i i i L L L L L L L L ψψψψ
2、电流方程：
3、电压方程：
????
??
?
++=-+=++=-+=rd dqr rq rq r rq rq dqr rd rd r rd sd dqs sq sq s sq sq dqs sd sd s sd ψωψψωψψωψψωψp i R u p i R u p i R u p i R u 4、转矩方程：
)
(rq sd rd sq m p e i i i i L n T -=
5、运动方程：t
n J T T d d p L e ω
+
=
39、转子串联同相电动势和串联反相电动势及各自的调速原理。P 219
绕线转子异步电动机在外接附加电动势时，转子回路的相电流表达式：2
0r 2
r add 0r r )(sX R E sE I +±=
(7-3)
1、Er 与Eadd 同相：Eadd 后↓
↑→↑→↑→↑→+s n T I E E s e r add 0r 1。使得'
add 0r 2add 0r 1E E s E E s +=+，
有21s s >，转速上升；当Eadd ↑↓→↓→↓→↓→+s n T I E E s e
r add 0r 1。使得'
add 0r 2add 0r 1E E s E E s +=+，有
21s s <，转速下降。
2、Er 与Eadd 反相: 同理可知，若减少或串入反相的附加电动势，则可使电动机的转速降低。
??
?
???=????????????-=??????t m s 2/r 2t m βαcos sin sin cos i i C i i i i ??
??
所以，在绕线转子异步电动机的转子侧引入一个可控的附加电动势，就可调节电动机的转速。40、简化的电气串级调速系统基本组成原理图及其基本原理。P223~224
工作原理：1、串级调速系统能够靠调节逆变角β实现平滑无级调速；2、系统能把异步电动机的转差功率回馈给交流电网，从而使扣除装置损耗后的转差功率得到有效的利用，大大提高了调速系统的效率。
41、串级调速系统有哪几种工作状态（定子相序不变时）。P220~221
1、次同步转速电动状态；
2、反转倒拉制动状态；
3、超同步转速回馈制动状态；
4、超同步转速电动状态；
5、次同步转速回馈制动状态。
42、所有与基本原理密切相关的图形要求能画出原理图。
第二部分 课后作业题
1.4、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 =?==
1.5、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%2≤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
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
2．7、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======
2)
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
===
1.14、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
1.10、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
15*===n U n α /p e s K KC K α=，()35.9550.134/350.0113.76p K =??=
第三部分 读图分析
1、转差型矢量控制的交－直－交电压源变频调速系统：
p
1K/P
ACR
UR
CSI
M
TG
+
TA
+
++
++÷
L d
3~
+
s
T r
L m L m T r p+1
÷
ASR
矢量控制器
1
*
s *s
i *s i s
i *s t
i *sm
*r
*
图6-61 磁链开环转差型矢量控制系统原理图
TG
ASR ：转速调节器；ACR ：电流调节器；K/P ：直角坐标-极坐标变换器；ωs*：转差频率给定信号。 3、
4、矢量控制系统原理结构图：
*
ω
*A
i ?
?-
电流控制变频器
m
p r L n L ÷
*C
i *B
i
*sm
i
*st
i ω
*
ψ
r
异步电机矢量变换模型
s
3/r 2C -
r
?ψA
i C
i B
i r
ψR
A ψASR
2、转速磁链闭环微机控制电流滞环型PWM 变频调速系统：
VR -1
2/3
L r
ATR
ASR
A R
电流变换和磁链观测
M 3~
TA +
+
+
cos
sin
i s
n p L m i s *
T *e T e
*r
r
r
i *st
i *sm i *s
i *s
i *sA
i *sB i *sC
i st
电流滞环型PWM 变频器
微型计算机
图6-60 带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统
ASR ：转速调节器；A ΨR ：磁链调节器；ATR ：转矩调节器；FBS ：测速反馈环节。
教学设计 高一年级物理《圆周运动的实例分析》 子 洲 中 学 艾娜
高一年级物理《圆周运动的实例分析》教学设计 一、教材依据 本节课是沪科版高中物理必修2第二章《研究圆周运动》的第3节《圆周运动的实例分析》。 二、设计思路 （一）、指导思想 ①突出科学的探究性和物理学科的趣味性； ②体现了以学生为主体的学习观念；注重了循序渐进性原则和学生的认知规律，使学生从感性认识自然过渡到理性认识。 （二）、设计理念 本节对学生来说是比较感兴趣的，要使学生顺利掌握本节内容。引导学生在日常生活经验的基础上通过观察和主动探究和归纳，就成为教学中必须解决的关键问题。所以在本节课的设计中，结合新课改的要求，利用“六步教学法”：教师主导——提出问题；学生探求——发现问题；主体互动——研究问题；课堂整理——解决问题；课堂练习——巩固提高；反思小结——信息反馈，为学生准备了导学提纲，重视创设问题的情境和指导学生探究实验，引导学生分析实验现象，归纳总结出实验结论。 （三）教材分析 本节是《研究圆周运动》这一章的核心，它既是圆周运的向心力与向心加速度的具体应用，也是牛顿运动定律在曲线运动中的升华，它也将为学习后续的万有引定律应用、带电粒子在磁场中运动等内容作知识与方法上的准备。 本节通过对自行车、交通工具等具体事例的分析，理解圆周运动规律分析和解决物理问题的方法。在本节教学内容中，圆周运动与人们日常生活、生产技术有着密切的联系，本节教材从生活场景走向物理学习，又从物理学习走向社会应用，体现了物理与生活、社会的密切联系。 （四）学情分析 本人任教的学生基础较好、动手能力较强，对物理学科特别是紧密联系生活的内容特感兴趣。而且学生已经学完向心力和向心加速度理论知识，将会在极大的好奇心中学习本节内容，只是缺乏对实际圆周运动的深度分析，还没有能将其上升至理论高度。 三、教学目标 （一）知识与技能
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 0.25 B 0.5 C 0.75 D 1.0 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 Ⅰ PI B Ⅱ PI C Ⅰ P D Ⅱ P 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？
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
竖直平面内的圆周运动及实例分析 竖直平面内的圆周运动一般是变速圆周运动(带电粒子在匀强磁场中运动除外)，运动的速度大小和方向在不断发生变化，运动过程复杂，合外力不仅要改变运动方向，还要改变速度大小，所以一般不研究任意位置的情况，只研究特殊的临界位置──最高点和最低点。 一、两类模型——轻绳类和轻杆类 1．轻绳类。运动质点在一轻绳的作用下绕中心点作变速圆周运动。由于绳子只能提供拉力而不能提供支持力，质点在最高点所受的合力不能为零，合力的最小值是物体的重力。所以：（1）质点过最高点的临界条件：质点达最高点时绳子的拉力刚好为零，质点在最高点 的向心力全部由质点的重力来提供，这时有，式中的是小球通过最高点的 最小速度，叫临界速度；（2）质点能通过最高点的条件是；（3）当质点的速度小于这一值时，质点运动不到最高点高作抛体运动了；（4）在只有重力做功的情况下，质点在最低点的速度不得小于，质点才能运动过最高点；（5）过最高点的最小向心加速度。 2．轻杆类。运动质点在一轻杆的作用下，绕中心点作变速圆周运动，由于轻杆能对质点提供支持力和拉力，所以质点过最高点时受的合力可以为零，质点在最高点可以处于平衡 状态。所以质点过最高点的最小速度为零，（1）当时，轻杆对质点有竖直向上的支持 力，其大小等于质点的重力，即；（2）当时，；（3）当，质点的重力不足以提供向心力，杆对质点有指向圆心的拉力；且拉力随速度的增大而增大；（4）当时，质点的重力大于其所需的向心力，轻杆对质点的竖直向上的支持力，支持力随的增大而减小，；（5）质点在只有重力做功的情况下，最低点的速度，才能运动到最高点。过最高点的最小向心加速度。
一、填空题 1、直流电动机有三种调速方案：（1）调节电枢供电电压U；（2）减弱励磁磁通Φ；（3）改变电枢回路电阻R。 2、当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈，叫做电流截止负反馈。 3、额定励磁状态下的直流电动机电枢电流与直流电动机的电磁转矩成正比。 4、他励直流电动机的调速方法中，调压调速是从基速（额定转速）往下调，在不同转速下容许的输出恒定，所以又称为恒转矩调速。调磁调速是从基速往上调，励磁电流变小，也称为弱磁调速，在不同转速时容许输出功率基本相同，称为恒功率调速。 5、直流调速系统的静态性能指标主要包括静差率和调速范围。 6、在比例积分调节调节过程中，比例部分的作用是迅速响应控制，积分部分的作用是消除稳态误差。 7、采用积分速度调节器的闭环调速系统是无静差的。 8、直流调速系统中常用的可控直流电源主要有旋转变流机组、静止式可控整流器和直流斩波器或脉宽调制变换器三种。 9、所谓稳态是指电动机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态。 10、在额定负载下，生产工艺要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围。 11、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叫做静差率。 12、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的可调范围。 13、反馈控制的作用是抵抗扰动、服从给定。 14、脉宽调制的方法是把恒定的直流电源电压调制成幅值相同、频率一定、宽度可变脉冲序列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节转速。 15、调速系统的要求有调速、稳速、加，减速。 16、直流电动机在调速过程中，若额定转速相同，则转速越低时，静差率越大。 17、在转速、电流双闭环直流调速系统中转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器。 18、双闭环调速系统在正常运行时， ACR 调节器是不会达到饱和的。 19、反馈控制系统所能抑制的知识被反馈环包围的前向通道上的扰动。 20、一般来说，调速系统的的动态指标以抗扰性能为主，而随动系统的动态性能指标则以跟随性能为主。 21、转速、电流双闭环直流调速系统在起动过程中，转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况。 22、双闭环调速系统的起动过程分为三个阶段，即电流上升阶段、恒流升速介段、转速调节阶段。 23、双闭环系统由于起动过程中转速调节器饱和，使电动机一直处于最大起动电流。 24、转速、电流双闭环系统在恒流升速阶段转速调节器饱和，电流调节器不饱和。 25、在转速、电流双闭环系统中，出现电网波动时，电流调节器其主要作用；出现负载扰动时，转速调节器其主要作用。 26、在双闭环系统中中引入转速微分负反馈抑制转速超调，显著地降低（填增加或减少）动态速降，提高抗扰性能。27、V-M系统的可逆线路有两种方法，即电枢反接可逆线路和励磁反接可逆线路。 28、变流装置有整流和逆变两种状态，直流电动机有电动和制动两种状态。 29、逻辑无环流可逆调速系统的结构特点是在可逆系统增加DLC，称为无环流逻辑控制环节，包括电平检测、逻辑判断、延时电路、联锁保护四部分，它的功能是根据系统运行情况实时地封锁原工作的一组晶闸管脉冲，然后开放原封锁的一组晶闸管的脉冲。 30、环流是指不流过电动机或其他负载，而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。 31、无环流可逆调速系统可按实现无环流的原理的不同分为逻辑无环流系统和和错位控制无环流系统。 32、有环流可逆调速系统中采用 β ≥ ?配合控制时可消除直流平均环流；设置环流电抗器可抑制瞬时脉动换流。 33、在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器按典型 II 型系统设计，其抗干扰能力 好，稳态无误差；电流调节器按典型 I 型系统设计，其抗干扰能力差，超调较小。 34、异步电动机变压变频调速系统必须具备能同时控制电压幅值和频率的交流电源。 35、电压型变频器的主电路包括整流电路、中间直流电路、逆变电路三部分。 36、根据直流环节的储能方式分，交-直-交变频器可分为电压型和电流型。 37、对异步电动机进行调速控制时，希望电动机的主磁通保持额定值不变。磁通太弱，铁心利用不充分；磁通太强，则铁心饱和，导致励磁电流过大。 38、异步电动机变频调速是靠改变电动机供电频率调速，而其转差频率控制方式中控制的是转差角频率，故可将电动机转差角频率与电动机转速信号相加获得定子给定频率，就可对定子频率进行控制。 39、异步电动机调速，按对转差功率处理方式的不同，交流调速系统可分为转差功率消耗型调速系统、 转差功率回馈型调速系统、转差功率不变型调速系统三类。 40、变频器的转差频率控制方式的控制思想是建立在异步电动机的稳态数学模型的基础上。 41、按照异步电动机的工作原理，电磁功率和机械功率的关系为 mech P= 1-s m P，电磁功率和转差功率的关系为 Ps=sPm 。 42、异步电动机变压调速系统，当电压减小时，最大电磁转矩减小，最大电磁转矩所对应的转差率减小。（减小、增大、不变） 43、SPWM的调制方式有同步调制、异步调制、分段同步调制和混合调制。 44、SPWM逆变器是利用正弦波信号与三角波信号相比较后，而获得一系列等幅不等宽的脉冲波形。 45、矢量控制系统的基本思想是通过坐标变换得到等效的两相数学模型，然后按转子磁链定向，将交流电动机定子电流分解为励磁分量和转矩分量，从而可以获得和直流电动机相仿的高动态性能。 46、异步电动机三相动态模型结构复杂，采用坐标变换和矩阵变换可简化动态数学模型，坐标变换的原则是磁动势不变。 47、同步电动机的转子旋转速度就是同步转速，转差 S ω恒等于 0 。 48、同步电动机的变压变频调速系统属于转差功率不变型的调速系统。 1
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 __________________________________________________
圆周运动实例分析 广州南沙东涌中学 一．教学目标 1.知识与技能 1.能定量分析汽车转弯时的向心力由谁提供。 2.能定量分析汽车过拱形桥最高点和凹形桥最低点的压力问题。 3.会用牛顿第二定律分析生活中较简单的圆周运动问题。 2.过程与方法 通过对圆周运动的实例分析,渗透理论联系实际的观点,提高分析和解决问题的能力。 3.情感、态度与价值观 养成应用实践能力和思维创新意识;运用生活中的几个事例,激发学习兴趣、求知欲和探索动机;通过对实例的分析,建立具体问题具体分析的科学观念。 二．学情分析 学生已经学习过了圆周运动以及向心力的基本知识,并且生活中有很多圆周运动,学生在生活经验中已具备一些有关圆周运动的感性认识,但他们还不是很清楚物体做圆周运动的向心力应该由谁来充当,,也不能理性的分析和解释各种实际的圆周运动的情况。教学中要充分利用学生已有知识经验,使学生积极主动地参与教学过程。 三．重点难点 会用牛顿第二定律分析生活中较简单的圆周运动问题 四．教学过程 活动1【导入】引入新课 向同学们提出以下问题:1.物体做圆周运动受到的合外力是否为0? 2.向心力它是恒力还是变力以及向心力的公式? 3.生活中有哪些运动是圆周运动?引出本节课《圆周运动实例分析》 活动2【讲授】讲授新课 本节课主要有两个知识点:(1)汽车转弯问题(2)汽车过拱形桥问题 (1)汽车转弯的问题 1.汽车在水平路面转弯: 汽车在水平面转弯时,向心力由哪个力来提供?为什么汽车转弯时,要减速慢行? 通过PPT呈现汽车转弯时的图片,引导学生找出汽车转弯时的向心力由静摩擦力提供,通过分析可知,汽车转弯时 ,车速越大,所需向心力越大,因此,转弯时,必须减速慢行。 例题讲解; 例1.在一段半径为R的圆弧形水平弯道上,已知地面对汽车轮胎的最大静摩擦力等于车重的μ倍 ,则汽车转弯时的 安全速度是多少?
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
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速度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。（√） 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。（√） 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
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
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 （C）并联大感器（D）并联大电容 4、变频器主电路中逆变器的任务是把（ B ）。 （A）交流电变成直流电（B）直流电变成交流电 （C）交流电变成交流电（D）直流电变成直流电 5、在转速负反馈系统中，闭环系统的转速降减为开环转速降的（ D ）倍。 （A）1+K（B）1+2K（C）1/（1+2K）（D）1/（1+K） 6、无静差调速系统中，积分环节的作用使输出量（ D ）上升，直到输入信号消失。 （A）曲线（B）抛物线（C）双曲线（D）直线
圆周运动的实例分析（三） 1．(圆锥摆模型)两个质量相同的小球，在同一水平面内做匀速圆周运动，悬点相同，如图9所示，A运动的半径比B的大，则() A．A所需的向心力比B的大 B．B所需的向心力比A的大 C．A的角速度比B的大 D．B的角速度比A的大 2.如图所示，固定的锥形漏斗内壁是光滑的，内壁上有两个质量相等的小球A和B，在各自不同的水平面做匀速圆周运动，以下物理量大小关系正确的是() A．速度v A＞v B B．角速度ωA＞ωB C．向心力F A＞F B D．向心加速度a A＞a B 3.如图所示，一个内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，有两个质量相同的小球A和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动，则下列说法正确的是() A．球A的线速度必定大于球B的线速度 B．球A的角速度必定小于球B的角速度 C．球A的运动周期必定小于球B的运动周期 D．球A对筒壁的压力必定大于球B对筒壁的压力 4．如图所示，一根细线下端拴一个金属小球P，细线的上端固定在金属块Q上，Q放在带小孔的水平桌面上．小球在某一水平面内做匀速圆周运动(圆锥摆)．现使小球在一个更高一些的水平面上做匀速圆周运动(图上未画出)，两次金属块Q都保持在桌面上静止．则后一种情况与原来相比较，下面的判断中正确的是() A．小球P运动的周期变大 B．小球P运动的线速度变大 C．小球P运动的角速度变大 D．Q受到桌面的支持力变大 5．质量不计的轻质弹性杆P插在桌面上，杆端套有一个质量为m的小球，今使小球沿水平方向做半径为R的匀速圆周运动，角速度为ω，如图4所示，则杆的上端受到的作用力大小为() A．mω2R B.m2g2－m2ω4R2 C.m2g2＋m2ω4R2 D．不能确定
直流调速系统 选择题 1直流双闭环调速系统中出现电源电压波动和负载转矩波动吋，（A ）。 A ACR 抑制电网电压波动，ASR 抑制转矩波动 B ACR 抑制转矩波动，ASR 抑制电压波动 C ACR 放大转矩波动，ASR 抑制电压波动 D ACR 放大电网电压波动，ASR 抑制转矩波动 2桥式可逆PWM 变换器给直流电动机供电时采用双极性控制方式，其输出平均电压U”等于 （B ）。 3与机组相比，相控整流方式的优点是（A 、B 、C 、D ）,缺点是（E 、F ）。 A 功率放大倍数小于1000倍 B 可逆运行容易实现 C 控制作用的快速性是毫秒级 D 占地面积小，噪咅小 E 高次谐波丰富 F 高速时功率因数低 4系统的静态速降厶ned —定时，静差率S 越小，则（）。 A 1 B 0 （K 为开环放大倍数） C 1+K D 1/ （1+K ） 6速度单闭环系统中，不能抑制（D ）的扰动。 A 调节器放大倍数 B 电网电压波动 C 负载 D 测速机励磁电流 7转速一电流双闭环不可逆系统正常稳定运转后，发现原定正向与机械要求的正方向相反, 需改变电机运行方向。此吋不应（C ）。 A 调换磁场接线 B 调换电枢接线 C 同时调换磁埸和电枢接线 D 同时调换磁埸和测速发电机接线 8—个设计较好的双闭环调速系统在稳态工作时（C ）0 A 两个调节器都饱和 B 两个调节器都不饱和 C ST 饱和，LT 不饱和 D ST 不饱和，LT 饱和 9a = [3配合控制有环流可逆调速系统的主回路中（D ） A 调速范围D 越小 B 额定转速化〃越大 C 调速范围 D 越大 D 额定转速讥〃越大 5当理想空载转速n°相同时, 闭环系统的静差率*与开环下的》之比为 i+q (2f B 5=屮-1 Us \ 1 丿 2/ D U =^U
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。
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与降磁调速都可做到无级调速。(√) 5静差率与机械特性硬度就是一回事。( Ⅹ ) 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不就是单闭环系统。 ( 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,速度调节器总就是处于饱与状态。 ( 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就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与它组制动两阶段(√) 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就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就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就是B A.PID B.PI C.P D.PD 2.静差率与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就是D A.降电压调速 B.串级调速 C.变极调速 D.变压变频调速
匀速圆周运动的实例分析例题[1][1]
匀速圆周运动的实例分析 典型例题1——关于汽车通过不同曲面的问题分析 一辆质量t的小轿车，驶过半径m的一段圆弧形桥面，求： （重力加速度） （1）若桥面为凹形，汽车以20m／s的速度通过桥面最低点时，对桥面压力是多大？ （2）若桥面为凸形，汽车以10m／s的速度通过桥面最高点时，对桥面压力是多大？ （3）汽车以多大速度通过凸形桥面顶点时，对桥面刚好没有压力？ 解： （1）汽车通过凹形桥面最低点时，在水平方向受到牵引力F和阻力f．在竖直方向受到桥面向上的支持力和向下的重力，如图（甲）所示．圆弧形轨道的圆心在汽车上方，支持力与重力的合力为，这个合力就是汽车通过桥面最低点时的向心力，即．由向心力公式有： ， 解得桥面的支持力大小为 根据牛顿第三定律，汽车对桥面最低点的压力大小是N．
（2）汽车通过凸形桥面最高点时，在水平方向受到牵引力F和阻力f，在竖直方向受到竖直向下的重力和桥面向上的支持力，如图（乙）所示．圆弧形轨道的圆心在汽车的下方，重力与支持力的合力为，这个合力就是汽车通过桥面顶点时的向心力，即，由向心力公式有 ， 解得桥面的支持力大小为 根据牛顿第三定律，汽车在桥的顶点时对桥面压力的大小为N． （3）设汽车速度为时，通过凸形桥面顶点时对桥面压力为零．根据牛顿第三定律，这时桥面对汽车的支持力也为零，汽车在竖直方向只受到重力G作用，重力就是汽车驶过桥顶点时的向心力，即，由向心力公式有 ， 解得： 汽车以30 m／s的速度通过桥面顶点时，对桥面刚好没有压力． 典型例题2——细绳牵引物体做圆周运动的系列问题 一根长的细绳，一端拴一质量的小球，使其在竖直平面内绕绳的另一端做圆周运动，求：
一、选择填空：（每空2分、共20分） 1、一个调速系统的调速范围，是指在时还能满足所需静差率的转速可调范围。答案：（ 1 ） １)最低速；２)最高速； ３)平均速；４)不能确定； 2、闭环调速系统可以获得比开环调速系统的稳态特性。 答案：（ 2 ） １）硬得不多；２）硬得多； ３）软得多；４）软得不多； 3、无静差调速系统的最高转速n max，最高给定电压U*nmax其速度反馈系数为。答案：（ 2 ） １）n max/U*nmax２）U*nmax/n max ３）n max×U*nmax４）不确定 4、反并联无环流配合控制的条件是答案：（ 4 ）１）α＋β＝240o２）α＋β＝300o ３）α＋β＝360o 4）α＋β＝180o 5、无环流逻辑环节切换到正组晶闸管工作时，。答案：（ 4 ）１）正、反组同时封锁；２）封锁正组开放反组； ３）正、反组同时开放；４）封锁反组开放正组； 6、在理想情况下电压型逆变器直流环节采用大电容滤波，它是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压波形是。答案：（ 3 ） １）锯齿波；２）正弦波 ３）矩形波；４）不能确定； 7、在理想情况下电流型逆变器直流环节采用电感滤波，它是一个相当于一个恒流源，输出交流电流波形是。答案：（ 1 ） １）矩形波；２）正弦波 ３）锯齿波；４）不能确定；
8、SPWM变频器中，如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做
方式。答：（ 3 ） １）多极性控制；２）双极性控制； ３）单极性控制；４）没用定义 9、调速系统的动态性能就是控制的能力。答案：（ 2 ）１）磁场；２）转矩； ３）转速；４）转差率； 10、矢量控制系统是控制系统。答案：（ 2 ） １）静止坐标；２）旋转坐标； ３）极坐标；４）不能确定； 二、什么是有静差闭环调速系统？怎样减少静差？什么是无静差闭环调速系统？怎样实现？（12分） 答：系统在稳态时，需要一定的速度偏差来维持的速度控制系统为有静差调速系统。减少静差的方法是提高系统的开环放大倍数，但不能消除静差。系统在稳态时，不需要速度偏差来维持的速度控制闭环调速系统为无静差系统。实现的办法是通过采用积分环节或比例积分环节。 三、简述双闭环调速系统在电机起动时两个调节器的工作过程及工作状态。在双闭环调速系统时，电流环按几型系统设计？速度环又按几型系统设计？（12分） 答: 双闭环调速系统在电机起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况：1.起动初始阶段：由于速度调节器的输入偏差电压比较大，比例积分环节很快进入饱和状态，速度环开环，电机以最大电流起动，此时电机转速变化不大，电流调节器ACR 一般不饱和。2.恒流升速阶段：起动过程中的主要阶段，此时速度调节器一直处于饱和状态，速度环开环，为了保证电流环的主要调节作用，在起动过程中电流调节器不饱和。电机以最大电流加速，此时电机转速变化大。3.
一、 填空题(每空2分，共40分) 1．调速系统的稳态性能指标主要包括： 1） ； 2） 。 2．在直流脉宽调速系统中，PWM 装置的延迟时间为T s =0.1ms ,而且知道触发电路控 制电压在0~10V 范围内变化时，PWM 装置输出的平均电压变化范围是0~220V ，则 PWM 装置的传递函数W s (s )≈ 。 3.某调速系统的调速范围D=10，静差率S=5%，额定负载最低转速为135转/分，那 么该系统的额定负载最高转速是 ，系统允许的静态速降 是 。 4．脉宽调速系统的开环额定速降min /175=?op n ,为保证闭环系统的额定静态 速降不大于r /m i n 5，那么该闭环系统的开环放大系数K 应满足关系 式： 。 5.系统的精度依赖于 和 检测的精 度。 6．用积分控制的调速系统是 静差系统，用比例控制的系统是 静差系统。 7．调速系统的动态性能指标主要包括：1） ； 2） 。 8. 在直流双闭环系统中，典型I 系统一般用于 环设计，典型II 系统一般用 于 环设计。 9．典I 系统的开环传递函数为)1004.0(135 )(+=s s s W ，则系统的开环截止频率
=c ω ；典Ⅱ系统的开环传递函数为 ) 1004.0(101.0135)(2++=s s s s W ）（，则系统的开环截止频率=c ω 。 10. 在微机数字调速系统中， PI 调节器可以用 或 算法来实现。 11.在无环流控制的可逆晶闸管-电动机系统中，正、反组晶闸管装置的切换需要检测两个信号，一个是 ， 一个是 。 二、判断题( 正确打√号，错误打×。每题2分，共20分) 1．调速系统的静差率指标应以最高速时能达到的数值为准。（ ） 2．一个调速系统的调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。（ ） 3．闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）间的稳态关系。（ ） 4．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。（ ） 5. 一个闭环系统的稳定性可以根据该系统的开环传递函数所确定的伯德图来判定。（ ） 6. 在f r βα=的有环流调速系统中存在直流平均环流（ ） 7. 一般来说，在动态性能中典I 系统可以在跟随性能上做到超调小，但抗扰性能稍差；而典Ⅱ系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。这是设计时选择典型系统的重要依据。（ ） 8. 在转速、电流双闭环直流调速系统中，转速环的动态响应速度要比电流环的快。（ ）