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。
1.7静差率s与调速范围D有什么关系？静差率与机械特性硬度是一回事吗？
答：关系见书上公式
静差率与机械特性硬度是不同的概念，硬度是指机械特性的斜率，一般说硬度大静差率也大；但同样硬度的机械特性，随着起理想空载转速的降低，其静差率会随之增大。
1.11调速范围和静差率的定义是什么？为神马说“脱离了调速范围。要满足给定的静差率也就容易的多了”？
答：（1)生产机械要求电动机在额定负载的情况下所需的最高转速Nmax与最低转速Nmin之比称为调速范围；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转速的变化率，称为静差率。（2）s与D 是一对矛盾的指标，要求D越大，则所能达到的调速精度越大，s越大。
2.1带有比例放大器的转速反馈闭环调速系统（转速单闭环调速系统）特点a只有比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的；b反馈控制系统的作用是抵抗扰动，服从给定；c系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。改变给定电压会改变电动机转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。
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，因为反馈控制功能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。
2.2为什么用积分控制的调速系统是无静差的?
答：在积分调速系统中，当转速偏差电压等于零时Uc并不是零，而是一个终止Uf，如果转速偏差电压不变话，这是积分调节控制不同于比例环节的特点。正应为如此，积分环节可以使系统在无静差的条件下保持恒速运行，实现无静差调速。
2.3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？是说明理由。
答：闭环系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度，因此转速的稳定精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。
2.5
（1)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较之负载变化前减少了
（2)在无静差调速系统中，突加负载后进入稳态时转速n不变，整流装置的输出电压Ud增减
（3)在采用PI调节器的单环自动调速系统中，调节对象包含有积分环节，突加给定电压后PI调节器没有饱和，系统达到稳速前被调量不会出现超调。
2.8双闭环调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象？
（1）电流反馈极性接反
（2）转速极性接反
（3）启动时ASR未达到饱和，转速还处于闭合状态
（4）启动时ACR达到饱和，速度环开环2.13是从下述5个方面来比较转速，电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环调速系统。
（1）调速系统的静态特性：a单闭环在系
统稳时实现转速无静差b双闭环可实现转速无静差和电流无静差。
（2）动态限流性能a单闭环只能在超过临届电流Idcr后，限制电流冲击b 双闭环电流调节器通过电流反馈系统随时调节控制电流。
（3）启动的快速性a单闭环快，不平稳b 双闭环快，平稳
（4）抗负载扰动的性能a单闭环差b双闭环强
（5）抗电源电压波动的性能
第五章按转子磁链定向矢量控制的基本思想
1.在三相坐标系上的定子交流电流，通过三相-两相变换可以等效成两静止坐标系上的交流电流和，再通过与转子磁链同步的旋转变换，可以等效成同步旋转坐标系上的直流电流和，如上述所述，以和为输入的电动机模型就是等效的直流电动机模型，见图5-8.
2.异步电动机经过坐标变换等效成直流电动机后，就可以模仿直流电动机进行控制。即先用控制器产生按转子磁链定向坐标系中的定子电流励磁分量和转矩分量给定值和，经过反旋转变换得到和，再经过2/3变换的到，和，然后通过电流闭环控制，输出异步电动机调速所需的三相定子电流。这样，就得到矢量控制系统的原理结构图，如图5-9。
3.若忽略变频器可能产生的滞后，再考虑到2/3变换器与电机内部的3/2变换环节相抵消，控制器后面的反旋转变换器与电机内部的旋转变换环节相抵消，则图5-9中虚线框内的部分可以用传递函数为1的直线代替，那么，矢量控制系统就相当于直流调速系统了。图5-10为简化后的等效直流调速系统。
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，
第二章作业 思考题： 2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？ 1.电枢回路串电阻调速 特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。 反之机械特性的硬度变硬。 2.调节电源电压调速 特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。 不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。 3.弱磁调速 特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。 调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。 2-2简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。 IGBT，电容，续流二极管，电动机。 2-3直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？ 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？ 直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；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；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 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？ 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。 电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。 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？
电力拖动自动控制系统运动控制系统第版习题 答案 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
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：10000.020.98) 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） 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 =-=-?=
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=0.2Vmin/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)]10000.050.95] 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=+=??+??=
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，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 =?== 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 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/
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 ?=?=?=
第10章习题解答 10-1 伺服系统的结构如图所示， 计算三种输入下的系统给定误差：（1）)(121* t m ?=θ；（2）)(12 * t t m ?=θ； （3）*21 (1)1()2 m t t t θ=++?。 解：系统开环传递函数500()(0.11)W s s s = + 系统给定误差 *00*2* 00() ()lim ()lim ()lim 1() ()()(0.11)lim lim 500(0.11)5001(0.11) m sr sr sr t s s m m s s s s e e t sE s W s s s s s s s s s s θθθ→∞→→→→∞===++==+++ + （1）)(121* t m ?= θ，* 1()2m s s θ= 系统给定误差2* 00()(0.11)(0.11) ()lim lim 0(0.11)5002(0.11)500 m sr s s s s s s s e s s s s θ→→++∞===++++ （2）)(12* t t m ?= θ，* 21()2m s s θ= 系统给定误差2* 00()(0.11)0.111 ()lim lim (0.11)5002[(0.11)500]1000 m sr s s s s s s e s s s s θ→→++∞===++++ （3）* 21(1)1()2 m t t t θ=++?，2* 2331111()m s s s s s s s θ++=++= 系统给定误差22* 001 (0.11)()(0.11)()lim lim (0.11)500(0.11)500 m sr s s s s s s s s s e s s s s θ→→++++∞===∞++++ 10-2 直流伺服系统控制对象如图10-8所示，机械传动机构的传动比10j =，驱动装置的放大系数40s K =及滞后时间常数0.001s T s =，直流伺服电机等效参数0.086m T s =，
电力拖动自动控制系统- 运动控制系统（阮毅伯时）课后答案包括思考题和课后习题第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），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）的调速围就小得不能满足要求；而若只考虑增大调速围，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
第五章 思考题 5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范围越大吗？ 答：对于恒转矩负载，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0 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 1.7静差率s与调速范围D有什么关系？静差率与机械特性硬度是一回事吗？ 答：关系见书上公式。静差率与机械特性硬度是不同的概念，硬度是指机械特性的斜率，一般说硬度大静差率也大；但同样硬度的机械特性，随着起理想空载转速的降低，其静差率会随之增大。 1.8直流PWM变换器的开关频率是否越高越好？为什么？ 第二章 思考题： 2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？ 1.电枢回路串电阻调速 特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。 反之机械特性的硬度变硬。 2.调节电源电压调速 特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。 不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。 3.弱磁调速 特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。 调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。 2-2简述直流PWM 变换器电路的基本结构。 IGBT，电容，续流二极管，电动机。 2-3直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？ 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？ 直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；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；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 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？ 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。 电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。 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？ 反并联二极管是续流作用。若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负 机电运动控制系统(习题集) 选做作业 参考答案 1．答: 与直流发电机-电动机组机械特性相比, 不同之处是: (1) 分电流连续与电流断续二个区域; (2) 电流连续区因可控整流器内阻大 (特别有换流重迭压降引入的等效电阻) 而使机械 特性软； 电流断续区则因电流不连续致使机械特性更软而无法负载工作。 三相半波可控整流器供电直流电机机械特性如图所示: 时，整流器工作在整流状态，电机工作在电动状态； 时，整流器工作在逆变状态，电机工作在制动状态。 2. 答: 由于可控整流器供电直流电机调速系统负载轻时电流断续, 机械特性软, 调速特性差，无静差度可言。 解决办法：串接平波电抗器L ，增大晶闸管导通角以使电流连续。 平波电抗器电感量计算原则是: 能确保轻载下最小电流 时电流仍连续。 一般规律是I dmin 越小，要求平波电抗器电感量越大。 3．答： (1) 电网电压波动：影响整流电压U d ，整流电流I d ，反映到控制信号即u fi ，它从电流环介入，故电流调节器起主要作用。 (2)负载扰动：负载T L 的变化将影响转矩平衡关系，继而影响转速ωr ，n ，反映到控制信号即u fn ，它从速度环介入，故速度调节器起主要作用 4. 答： (1) 根据PI 调节器的特性，稳态时能实现无差调节，使反馈等于给定，即： △u n ＝ 0 或 00α<00α>dmin (5~10)%20% N N I I I ?=?? △u i ＝ 0 ，两个PI 调节器的输入偏差为零。 (2) 它们的输出电压应对应于第一次进入△u n ＝ 0 或△u i ＝ 0 时的输出状态值(如 u n ， u i ，α，U d ，I d ，T )。这是由于PI 调节器有积分、记忆功能，对过去出现过的误差信号有记忆作用。 当 时， ，调节器输入为零，但由于PI 调节器的积分作用，对过去出现过的误差有记忆，则积分输出不为零，维持第一次出现时 的输出值 ，进而维持 （无差） 5．答： 两桥反并联且同时整流时, 产生的整流电压 会不经直流电机而顺串短路，因无电阻限流，会形成巨大环流。 限制环流的有效办法(对策)是: (1) 要求直流电压： ● 极性互顶：一桥整流、一桥逆变。 如图所示 ● 大小相等 ， 即 这样可以消除平均环流, 因为 ① 平均环流 整流平均电压 ，消除了平均环流 g fn u u =0 n u ?=0n n ?=0n u ≠g fn u u = p K E E 桥I 桥II I I ()αβII II ()αβI I αββα∏∏=??=?' d d U U =' d d U U 、cos cos I E E αβ∏=I I αββα∏ ∏=??=?' d d U U = 电力拖动自动控制系统运动控制系统阮毅陈伯时课后思考题习题答案 章 Coca-cola standardization office【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】 第二章 思考题： 2-1直流电动机有哪几种调速方法各有哪些特点 1.电枢回路串电阻调速 特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。反之机械特性的硬度变硬。 2.调节电源电压调速 特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。 3.弱磁调速 特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。 2-2简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。 IGBT，电容，续流二极管，电动机。 2-3直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么 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 直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；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；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。 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 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。 电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。 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 反并联二极管是续流作用。若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负时，无法完成续流，导致电动机电枢电压不近似为零。 2-7直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好为什么 不是越高越好，因为太高的话可能出现电容还没充完电就IGBT关断了，达不到需要的输出电压。2-8泵升电压是怎样产生的对系统有何影响如何抑制 对滤波电容充电的结果造成直流侧电压升高。 过高的泵升电压将超过电力电子器件的耐压限制值。 选取电容量较大且合适的电容。 运动控制系统 课后习题答案 2.2 系统的调速围是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围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1）调速围 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 =?== 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，求系统的调速围。如果s=30%时，则系统的调速围又为多少？？ 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 =?-=??-= 第五 章 思考题 5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范围越大吗？ 答：对于恒转矩负载，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0 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，那么恒功率或恒转矩调速究竟是指什么？ 答：在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式；在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，输出功率基本不变，属于“近似的恒功率调速”方式。 5-4基频以下调速可以是恒压频比控制、恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式，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：恒压频比控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。在对于相同的电磁转矩，角频率越大，速降落越大，机械特性越软，与直流电动机弱磁调速相似。在基频以下运行时，采用恒压频比的控制方法具有控制简便的优点，但负载变化时定子压降不同，将导致磁通改变，因此需采用定子电压补偿控制。根据定子电流的大小改变定子电压，以保持磁通恒定。 恒定子磁通：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。频率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定不变。恒定子磁通控制的临界转差率大于恒压频比控制方式。恒定子磁通控制的临界转矩也大于恒压频比控制方式。控制方式均需要定子电压补偿，控制要复杂一些。 恒气隙磁通：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 电力拖动自动控制系统-运动控制系统（阮毅陈伯时）课 后思考题答案 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。 运动控制系统综合练习答案 一．单项选择题 1.A 2.B 3.A 4.B 5.A 6.A 7.C 8.A 9.B 10.D 11.D 12.C 13.C 14.A 15.B 16. B 17.A 18. B 19.B 20.D 21C 22.A 23.D 24.C 25.D 26.C 27.D 28.B 29.B 30.A 31.A 32.B 33.B 34.C 35.D 36.B 37.D 38.B 39.B 40.D 41.B 42.D 43. A 44.B 45.B 46. B 47.B 48.C 49.D 50.A 51.D 52.A 53.A 54.B 55.D 56.C 57.B 58.D 59. B 60. B 61.A 62.D 63.C 64.A 65.B 66.D 67.A 68.D 69.B 70.C 71.B 72.A 73.A 74.C 75.D 76. C 77.D 78 A 79.A 80.B 81.C 82.A 83.B 84.C 85.D 86.B 87.B 88.A 89.B 90.D 91. C 92.B 93.D 94.C 95.D 96.C 97.A 98.B 99.B 100.D 101.D 102.A 103.D 104.D 105.A 106.C 107.D 108.C 109.B 110.C 111. D 112. D 113 A 114.A 115.C 116.B 117.A 118. A 119.B 120.A 二．填空题 1. 静特性 2. 加快动态响应 3. 滤波器 4. 积分（累加或PI调节器） 5. 转速n 6. 环流 7. 限幅 8. 降低9 一条直线 10. 转速开环恒压频比控制系统（通用变频器-异步电动机调速系统） 11. 转速闭环12. 比例积分调节器13. I 14. 全部历史15. 控制电流16. 回馈制动17. 0~s m18. 转速闭环转差频率控制19 电压20 动态指标 21. 调速范围22. 前向23. 大于24. 电流25. 稳定性26 跟随 27. 环流电抗器28. Er/f1=常值29. 电流源30. 矢量控制系统 31. 整流32. 最低速33. 稳态偏差34. 0 35. 转速36. 抗干扰37. 整流 38. 消耗39. 0～N N 40. 恒功率 41.断续42.不能43.无44.转速45.负载电流46.低通滤波 47.配合控制48.恒转矩49.电压源50.转子总磁通恒定 51. 纯滞后52. 比例53 开54. 好55. 电流截止负反馈56. 受限单极 57. 转速闭环转差频率控制58. 转矩59. 电源角频率60. 独立的 61.静差率62. 给定和反馈检测63. 比例64限幅值65.饱和（饱和限幅输出）66. Ⅱ67 直流侧68 正69. 降低70. 除法 71. 触发角α72. 电流截止负反馈73. 积分74. 电流75. 大 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 * nmax ２） U*nmax/n max ３）n max×U * nmax ４）不确定 4、反并联无环流配合控制的条件是答案：（ 4 ） １）α＋β＝ 240o ２）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，运动控制系统思考题课后习题答案完整版(1).
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