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机电运动控制系统离线作业答案(必)2017

机电运动控制系统离线作业答案(必)2017
机电运动控制系统离线作业答案(必)2017

浙江大学远程教育学院

《机电运动控制系统》课程作业(必做)

姓名: 学 号:

年级:

2015年春

学习中心:

广东(珠海)

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1. 直流电机有哪些调速方法? 根据其速度公式说明之, 并说明如何釆用电力电子手段实

现。

答:

根据直流电机速度公式 , 有 (1) 电枢电压 Ua 控制 - 调压调速 (向下调速)

采用电力电子手段时,有晶闸管可控整流器供电和自关断器件H 型桥脉宽调制(PWM)

供电等方式, 其损耗小,控制性能好。

(2) 磁场φ 控制 - 弱磁(向上调速),采用电力电子手段时,有晶闸管可控整流器

供电励磁控制。

(3)由于运行损耗大、效率低, 一般不再釆用串 Ra 调速。

2. 画出双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统电原理图(非方块图),须清楚表达两个闭环的关键元件,写出各部分名称,标注有关信号量;指出两闭环连接上的特点及相互关系。 答:

双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统电原理图如下:

两闭环连接上的关系是速度调节器的输出作为电流调节器的输入,这就使得该系统具有由速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值,进而确定了系统的最大电流的特点。

3. 分析双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统: (1) 如果要改变转速,应调节什么参数?为什么?

C C e e U R I E a

a a n φφ

-==

(2) 如要控制系统的起动电流、确保系统运行安全,应调节什么参数?为什么?

答:

(1) 改变转速时只能改变速度调节器的输入u g,因为它是速度环的指令信号。改变速度

调节器的参数对稳态速度无调节作用,仅会影响动态响应速度快慢。

(2) 要控制系统的起动电流、确保系统运行安全,应调节速度调节器的输出限幅值。因为速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值,进而确定了系统的最大电流。

4. 填空:双闭环晶闸管━直流电动机调速系统中,内环为_电流_环,外环为_速度_环,其连接关系是:速度调节器_的输出作为_电流调节器_的输入,因此外环调节器的输出限幅值应按__调速系统允许最大电流_来整定;内环调节器的输出限幅值应按_可控整流器晶闸管最大、最小移相触发角_来整定。

两调节器均为_PI_型调节器,调速系统能够做到静态无差是由于调节器具有_积分(记忆)_功能;能实现快速动态调节是由于调节器具有_饱和限幅__功能。

5.在转速、电流双闭环系统中,速度调节器有哪些作用?其输出限幅值应按什么要求来调整?电流调节器有哪些作用?其输出限幅值应如何调整?

答:

速度调节器用于对电机转速进行控制,以保障:①调速精度,做到静态无差;②机械特性硬,满足负载要求。

速度调节器输出限幅值应按调速系统允许最大电流来调整,以确保系统运行安全(过电流保护)

电流调节器实现对电流的控制,以保障:①精确满足负载转矩大小要求(通过电流控制);②调速的快速动态特性(转矩的快速响应)。

电流调节器的输出限幅作为可控整流器晶闸管的移相触发电压,其限幅值决定了触发角的移相范围,故应按αmin― αmax来调整。

6. 双闭环调速系统正常工作时,调节什么参数可以改变电动机转速?如果速度闭环的转速反馈线突然断掉,会发生什么现象?电动机还能否调速?

答:

(1) 双闭环调速系统正常工作时,只有调节速度给定信号u g才可以改变电动机转速。而改变速度调节器的参数(如比例系数、积分时间常数)均无作用,改变负载大小也不能影响转速,因为是速度闭环系统,不论负载大小均速度无差。

(2) 转速反馈线突然断掉时,u fn=0,使△u n=u g-u fn=u g很大,速度调节器饱和限幅输出,调速系统以最大电流、最大转矩加速,直至电磁转矩与负载转矩、阻尼转矩相平衡,达到最高转速而恒定,故电动机不可调速。

7.以双闭环直流调速系统两个闭环之间连接上的特点及各个闭环的功能为依据,详细解释

下图所示从静止起动至给定转速n g并带负载(以负载电流I L表示)的过程,即说明(1)、

(2)、(3) 阶段转速n、电枢电流i d的变化规律。,至此启动过程结束。

答:

(1) 起动 ● 特征:

① i d 由 (限幅值)

② ST 、LT 全部饱和限幅,蜕化为限幅器,系统实为速度、电流双开环 ● 过程

① 电机静止, 给定 突加, 很大,ST 饱和, 输出限幅,无PI 调节作用 ② 电流给定 为限幅值→对应电流指令 ;但电流未建立, , LT 输入 ,LT 饱和,输出 限幅,推 ,至使 。

③ 因转子惯性, (2) 加速 ● 特征 ① 恒定(电流调节结果,非限幅)

② ST 饱和限幅,LT 作PI 调节,实为电流单闭环系统。 ● 过程 ① 很大→ST 仍饱和限幅,无调节作用。 ② ST 输出 为限幅值→使LT 以 为指令值→电流闭环不断调节整流触发

角 →动态地保持 ,维持与给定无差——“动态平衡”

③ 动态平衡过程:随

并维持不变

④ 电机以恒定 加 速, (3) PI 调节至稳定 ● 特征

① 转速稳定至 ,电流稳定至 (对应 ); ② ST 、LT 均作PI 调节,真正速度、电流双闭环工作。 ● 过程

①首先分析进入本阶段开始点的初值情况 A .速度:上阶段末加速至 输入 ;但PI 型ST 的积分(记忆)作用使ST 输出 → 仍暂作饱和输出→电流指令为 。

dmax

0I ↑→0fn u =g u n g u u ?=n u dmax I n u 0fi u

=i n u u ?=k u min

αα=dmax dmax max U I T n →→→↑加速g n n

-↑→=↑→=↓()d d fi i n f i U I u u u u α→↓→↓→?=-↑

原定下将反馈LT PI ,dmax u I I

k d α→↑→↓→=经调节后dmax max

I T 、n ↑g n n =d L I

I =L T ST g fn g n n u u =→=→

0n u ?=

B .电流:上阶段末 ,与指令相同 PI 型LT 的积分(记忆)作用使LT 输出 →迫使 移至能产生

的位置。

②故以 进入(3),会用 驱动而加速过头,出现 ——转速超调 ③超调时 调节器反向积分→ST 退出饱和,进入PI 调节 命令 输出 其中 时, (超调)最大,以后 。

④ 由于电磁惯性, 可能达 电机进入制动 回升, 重新回到(平衡)

⑤ 经几次振荡,PI 调节达平衡 虽 ,但PI 调节器积分记忆功能使 → 推 至适当位置 → 产生合适 U d 、I d 、T →保证系统静态无差运行。

8. 在直流可逆调速系统中,主回路为何需要双桥反并联? 答:

在直流可逆系统中,要求电磁转矩具有两种方向,以实现四象限运行

单桥只能提供单一方向电枢电流→产生单一方向电磁转矩;

g

n n

=0

>

t a

T C I φ=C

φ=00

n u ≠dmax d I I =dmax d I I =f i n u u →=0i u →?=→0k u ≠αdmax d I I =dmax d I I =max T T =g n n >0PI g n g fn n n u u u >→?

=-<→

n u →

↓→dmax d I I LT <→k d d u U I T α↓→↑→↓→↓→↓d L I I =n n ↓d I ↓d L L I I T T <→<→d d U E n E I R ∑

-→

↓→↓→=↑→

→0,0n i u u ?=?=0k u ≠α

双桥反并联 才能提供两个方向电枢电流,产生两个方向电磁转矩,构成可逆系统主电路。

9. 图示为直流电动机脉宽调制(PWM)调速系统主电路(H 型桥),各功率开关元件编号及电机反电势E a 方向如图。当采用双极性脉宽调制时:

⑴ 画出VTl ~ VT4 基极控制信号u bl ~ u b4及电机端电压U a 波形; ⑵ 说明为何叫双极性?如何实现正、反转?何时速度为零?

答:

正半周(

)电机电压U A > 0(B →A ) 负半周(

)电机电压U A < 0(A →B ) 即一个周期内可获得两个方向电压极性,称双极性。 正/反转控制只需改变 t 1 位置(占空比 γ),方便:

E

E

11/2,0/2,0A A t T U t T U >>→?

?

<<→?

平均值电机正转平均值电机反转10t t ≤<1t t T ≤<

VTl ~ VT4 基极信号u bl ~ u b4及电机端电压U a 波形

10. 图示为直流电动机脉宽调制(斩波)调速系统主电路(H 型桥),各功率开关元件编号及电机反电势E a 方向如图。当采用双极性脉宽调制时,分析: ① 不同时刻的导通元件及导通原因; ② 画出各阶段的电流路径及维持电流的源泉(电源电压、电枢反电势、自感电势 等)③ 电机运行状态(电动、能耗制动、再生制动、反接制动等)及其原因。

答:

工作过程(设 )

(1)

在 作用下,形成电流路径Ⅰ → 反向→电机作电动运行

(2) → VT1、VT4断,切断电源 ;

s a U E >10t t ≤<1,4142,3230,0,b b u

VT VT u VT VT >→??<→?

通断()0s a U E ->,a a I E

1t t T ≤<1,40b u

→应VT2、VT3通,

→ 但电枢电感自感电势 作用 维持电流方向不能突变→VD2、VD3通→ 续流→VT2、VT3反偏,断→形成电流 路径Ⅱ→ 与 反向→电机仍作电动运行 →使 很快衰减为零,为 换向创造 条件(设在 时刻断流)。

(3) 时刻路径Ⅱ断流→VD2、VD3断

→VT2、VT3反偏消失,通→ 在( )作用下产生大值冲击电流

形成电流路径III→

同向→电机作反接制动至下周期

( )时刻

(4)

→但在 续流及反电势 共同作用下电流方向不变→

VD1、VD4通→形成电流路径Ⅳ→ 同向→再生制动(能量回馈电源 ) →直至( ) ,路径Ⅳ断流 →VT1、VT4得以导通,进入下一周期

输出电压

一周期内瞬时电压为双极性方波,平均值

负载电压系数

2,30b u >/a Ldi dt

a I a I a E /a Ldi dt a I 12t t T <<

2t t T ≤<2t s a U E +s a

a U E I R ∑

+=,a a I E 1T t +1T t T t ≤<+2,3231,41400b b u VT VT u VT VT <→>→???

断应通、

、/a Ldi dt a E a a I E 、s U /a a E Ldi dt +s U

U s

U s

-U 111

()(21)A s s

s s t T t t U U U U U T T T

ρ-=-=-=121= -1 ~ 0 ~ +1

A s U t

U T

ρ==-

11.异步电机有哪些调速方法? 从转速公式上进行分类说明。这些调速方法又各采用什么样的电力电子手段来实现? 答:

异步电机调速方法可按其速度公式 来分类:

(1) 变同步速调速 , 具体有:

① 变频调速。可采用直-交变换的逆变器戓交-交变频器改变电机供电频率f l 。 ② 变极调速。需同时改变定、转子极对数,故只适合鼠笼式异步电机。

(2) 变滑差S 调速。这是一种改变转子滑差功率消耗的调速方式。具体有: ① 交流调压调速 采用双向晶闸管构成的交流固态调压器实现。 ② 转子串电阻调速,仅适合绕线式异步电机。

③ 串级调速,绕线式异步电机转子中串入与转子同频的电势吸收或补充滑差功率来实现速度的调节,采用不控整流器一有源逆变器装置。

④ 双馈调速,绕线式异步电机转子中采用功率可双向流动变频装置,实现同步速上、下的调速和四限象运行。

12.鼠笼式异步电机采用调压调速时,适合拖动什么样的负载?为什么? 答:

鼠笼式异步电机采用调压调速时,适合于拖动风机、水泵类负载,这类负载的转矩与转速平方成正比,功率与转速三次方成正比。调压调速的特性与这类负载特性很匹配,主要从转子发热能通过来考虑。

用于调压调速的异步电机应是高转子电阻电机(高滑差电机,转子串电阻绕线式异步电机), 这是基于以下考虑:

(1) 限制转子发热(滑差功率消耗型调速):转子发热与滑差消耗有关,而 P s = S P M 与 S , 即 调速范围有关。而风机/水泵调速范围不宽(100 ~ 70% ),两者特性相配 (2) 高转子电阻能软化异步电机的T-S 曲线,扩大调速范围

13. 交-直-交变频调速系统:

(1)六阶梯波逆变器中,① 改变U l 依靠调节_可控整流器的移相触发角__来实现, ② 改变f 1依靠调节_逆变器晶闸管换流快慢(频率)___ 来实现, ③改变电机转向依靠改变 _逆变器晶闸管触发脉冲的分配规律_来实现。

(2)在正弦脉宽调制型SPWM 逆变器中,① 改变U l 依靠调节_正弦调制波幅值_来实现, ②改变f 1依靠调节_正弦调制波频率_来实现,

③改变电机转向依靠改变_逆变器开关元件驱动脉冲的分配规律_ _来实现。

14.变流器非正弦供电对电机运行性能有何影响?

(1)s n -s n =160s f

n p

=

答:

变流器非正弦供电对电机运行性能的影响有:

(1) 磁路工作点: 使六阶梯波电压源供电电机气隙磁密比正弦波供电时大10%, 磁路将饱

和,使力能指标η↓,cosΦ↓

设计非正弦电压源供电电机时,其磁路设计和空载试验须提高电压10%,以计及谐波磁场的饱和效应

(2)电流中的谐波将使槽电流增大(1.1倍),槽磁势增大,漏磁路饱和,使定子漏抗减小

(15~20)%

(3)转子参数:谐波滑差S k = 1 ,转子频率f2= S k f1 = f1为高频,转子集肤效应严重。转

子电阻增大;转子电流挤向槽口,分布不均,槽漏抗减小。

(4)功率因数: 电流谐波→增大电流有效值→提高磁路饱和程度→增加励磁电流→cosφ降低

(5)损耗与效率: 变频器非正弦供电时,谐波电流增加了损耗、降低了效率。但变化趋势与变频器型有关:

①电压源型逆变器供电时, 谐波电流大小及产生的谐波损耗Δp不随负载Ρ2变化而恒定,

造成: 轻载时,η↓多;满载时,η↓少(2%)

②电流源型逆变器供电时, 电流中各次谐波含量比例确定,大小随负载变,造成: 满载时,损耗增大,η、cosΦ↓多;

轻载时,损耗较小,η、cosΦ↓少。

(6) 谐波转矩

①恒定谐波转矩

气隙磁通中谐波磁通与在转子中感应出同次谐波电流相互作用产生的异步性质谐波转矩,

),影响可忽略。

其值恒定但很小(1%T

N

②脉动转矩

不同次数谐波磁场(主要是幅值最大的5、7次)与基波磁场的相互作用产生出六倍频谐波转矩.其性质为脉振转矩,平均值为零。

(7) 电应力——非正弦电压波形上电压变化梯度大,绕组进线第一匝电容小、容抗大,将承受40%的过电压(电位梯度),使绝缘因电晕而老化、击穿。

(8) 轴电流:零序电压U0作用在零序回路上, 形成流过轴、轴承的轴电流.变频器供电时,其中谐波电压频率高,容性零序阻抗小,轴电流大。流过轴承,破坏油膜稳定生成,形成干磨擦,烧毁电机,成为变频电机常烧轴承的原因.

15.在设计及选用变流器非正弦供电电机时, 应作如何考虑?

答:

在设计及选用变流器非正弦供电电机时, 应考虑的对策是:

①电压源型变流器供电时, 因变频器输出电压谐波含量确定,要设计或选用漏抗大电机来限制谐波电流的产生恶果。

②电流源型变流器供电时, 因变频器输出电流谐波含量确定,要设计或选用漏抗小电机来限制谐波电压的产生及恶果。

16.异步电机非正弦供电下,存在两种谐波转矩:

(1) 恒定谐波转矩,①性质:__(a)异步转矩性质。_(b) 恒定转矩,但数值很小,

其影响可忽略__

②产生机理是_气隙磁通中谐波磁通(激励)→转子中感应出同次谐波电流(响应)

相互作用产生的谐波转矩__。

(2) 交变谐波转矩,①性质:(a)__脉振转矩(基波的六倍频)__

(b)非恒定转矩(不同极对数磁场作用产生),平均值为零,(c) 但低速(低频)时脉

动幅值大,会造成噪声、振动,影响大______;

②产生机理_不同次数谐波磁场与基波磁场的相互作用结果。幅值最大低次(5、7次)

谐波电流→建立5、7次谐波磁场→转子中感应出5、7次转子谐波电流。其中

5次谐波转子电流(磁势)以5ω1反转,基波旋转磁场以ω1正转,两者相对速度为

6ω1。7次谐波转子电流(磁势)以7ω1正转,基波旋转磁场以ω1正转,两者相对

速度为6ω1。均产生出六倍频谐波转矩__。

17.变频调速系统中,逆变器有电压源逆变器(VSI)及电流源逆变器(CSI)之分,试从以下三方面对比说明其差异,并详细说明其理由:

答:

(1) 直流环节所用滤波元件及造成的电源内阻特性上:

①电压源型逆变器: 采用大电容滤波,逆变器电源内阻呈现低内阻特性,使输出电

压不随负载电流改变而稳定。

②电流源型逆变器: 釆用大电感滤波,逆变器电源内阻呈现高内阻特性,使输出电

流稳定,输出电压随负载电流变。

⑵功率开关元件导通型式及造成的输出电压、电流特性上:

①电压源型:180度导通型(每管导通半周期),换流在同相上、下桥臂元件间进行,

任何时刻均有三管导通,使三相电压确定。

②电流源型:120度导通型(每管导通1/3周期),换流在同组(共阳或共阴组)的

三相元件间进行,任何时候只有两管导通,使三相电流确定。

⑶拖动多机及四象限运行能力上:

①电压源型:大电容滤波,直流母线电压极性不能改变,两桥开关元件单向导电性

决定了直流电流流向不能变,功率只能从电网流向电机,电机只能作电动运行,

故无四象限运行能力

②电流源型:虽两桥开关元件单向导电性决定直流电流流向不能改变,但大电感

滤波下直流母线电压极性允许改变,故有四象限运行能力。

18.在采用六阶梯波 ( 方波 ) 逆变器构成的交一直一交变频调速系统中,分别阐述:

①改变电机端电压依靠调节什么来实现?

②改变电机运行频率依靠调节什么来实现?

③改变电机转向又是依靠什么来实现?

答:

①改变电机端电压依靠调节可控整流器的输出直流电压来实现;

②改变电机运行频率依靠调节逆变器晶闸管换流快慢(频率)来实现;

③改变电机转向又是依靠逆变器晶闸管触发脉冲的分配来实现。

19.按电压与频率协调控制的实现方式区分,交—直—交变频器有几种结构形式? 图示说明。答:

(1)可控整流器调压+ 逆变器变频形式:

釆用可控整流器相控调压, 改变逆变器换流快慢(脉冲频率)实现变频。

(2)不控整流器整流+ 斩波器调压+ 逆变器变频形式:

釆用不控整流改善输入特性, 但输出直流电压U d恒定,故采用斩波器脉宽调制调压;

仍釆用六脉波逆变器, 改变逆变器换流快慢(脉冲频率)实现变频, 但输出特性差。(3)不控整流器整流+ PWM逆变器调压/变频形式:

逆变器采用高频自关断器件, 提高逆变器开关频率,使最低次谐波频率提高, 削弱了谐波负面影响; 同时釆用正弦脉宽调制(PWM)控制,使输出电压以正弦基波为主, 大大改善了输出特性。

20.在采用SPWM(正弦脉宽调制)逆变器构成的交一直一交变频调速系统中,分别阐述:

①改变电机端电压依靠调节什么来实现?

②改变电机运行频率依靠调节什么来实现?

③改变电机转向又是依靠什么来实现?

答:

采用SPWM(正弦脉宽调制)逆变器构成的交一直一交变频调速系统中:

①改变电机端电压依靠调节正弦调制波幅值来实现;

②改变电机运行频率依靠调节正弦调制波频率来实现;

③改变电机转向又是依靠改变三相正弦调制波的相序来实现,也可认为是通过变化逆变器功率开关元件的分配次序来实现。

21.PWM型变频器输出电压的幅值和频率是如何调节的?分别就正弦脉宽调制(SPWM)和磁链追踪控制(SVPWM)两种不同方式作出说明。

答:

(1) SPWM :

① 改变正弦调制波的频率,调节PWM 波脉宽变化周期,即频率; ② 改变正弦调制波的幅值,调节PWM 波脉冲宽度,即电压大小

(2) SVPWM

设基频为

①基频以下 :采用零矢量控制

磁链圆大小恒定

---恒磁通控制

②基频 :不用零矢量,有效矢量作用时间额定

③基频以上 :不用零矢量,减少有效矢量作用时间——磁链圆变小(弱磁控制),转速变快 22.

答: 39. 脉宽调制(PWM)变频器与方波(六阶梯波) 变频器相比有何优点?正弦脉宽调制(SPWM)变频器如何获得正弦脉宽的输出电压?又如何实现输出频率和输出电压大小的调节。

脉宽调制(PWM)变频器与方波(六阶梯波)变频器相比优点是输出特性好,即输出基波成分大、谐波成分小,特别是谐波高频化,无低次谐波,因而易于滤波。

正弦脉宽调制(SPWM)变频器要获得正弦脉宽的输出电压可采用自然采样法的调制技术,即采用正弦调制波与等腰三角形载波相交、交点决定逆变器功率器件开关时刻的方式得到正弦脉宽的输出电压。

调节正弦调制波的频率可实现逆变器输出频率的调节,调节正弦调制波的幅值可实现逆变器输出电压大小的调节。

23。异步电机变频调速时,电机端电压应如何变化? 图示说明之 答:

U l 随频率f 1的变化规律是:

(1) 基频以下 ( f 1 < f 1N ): 釆用U l /f l = C 控制, 确保恒磁通控制, 实现恒转矩运

1N 1N 2f ωπ=11N ωω<11N ωω=11N ωω>

行。但在f1< 5 Hz下要对定子电阻压降作补偿, 确保E l/f l= C的恒磁通条件。

(2)基频以上 ( f1>f1N): 保持U l= C, 则隨f1上升, Φ∝U1N/ f1下降, 电机作弱磁控

制, 实现恒功率运行。

24. 画出频率开环、电压源(SPWM)逆变器—异步电机变频调速系统原理图(包括详细的主电路、控制电路),说明主功率开关器件旁为何必须反并联续流二极管?

答:

频率开环、电压源(SPWM)逆变器—异步电机变频调速系统原理如右图所示。

由于异步电机是一种需要感性无功功率的交流电机,电机电流落后于电压。为给落后的感性无功电流提供通路,必须在逆变器主功率开关器件旁反并联续流二极管。

25.频率开环、电压源(SPWM)逆变器—异步电机变频调速系统中:

(1) 两个控制通道各自如何工作的?相互间如何协调的?靠什么单元协调?画出该单元的输入、输出关系曲线,并作合理说明;

(2) 如何形成SPWM调制控制(如何变频、调压)?

答:

(1) 控制系统分为频率控制通道和电压控制通道,其总信号为速度给定。速度给定的正、

负分别表示正、反转,速度给定绝对值代表速度高低。为避免给定突变引起电流、转矩的冲击,采用给定积分器将阶跃给定变为斜坡给定。为简化频率通道及电压通道的运算,可将速度给定的大小和极性分离,采用绝对值电路提取速度给定的大小来进行控制运算,用转向判别器提取转向标志来干预转向控制。

进入频率通道的转速绝对值经V/f变换器变成运行频率信号,作为正弦调制波的频率给定值,与三角形载波相交生成SPWM波调制信号。而正弦调制波的幅值大小则由电压通道产生和给定。但三角载波频率决定于调制控制方式(异步调制、同步调制、混合同步调制),故需从调制方式控制决定载波频率,通过三角波发生器产生三角载波,与正弦调制波一起送进PWM调制生成PWM驱动信号,送入脉冲分配器再根据转向信号决定逆变器各功率开关信号分配,控制电机按给定转向和转速运行。

为确保变频运行时电机磁路工作点不变或按要求变化,进入电压控制通道的转速绝对值必须通过一称之为函数发生器的电路,按基频以下恒U1/f l= C (恒磁通)控制、基频以上U1=U lN (弱磁)控制。这是一个协调两通通控制的单元,其输入f1、输出U1关

系如下图所示。

函数发生器的输出电压U1须经电压闭环控制以确保电压U1严格按要求控制,然

后再送至正弦波发生器控制正弦调制波幅值。因而电压通道还包括电压检测及电压调节器两个部件。

(2) SPWM调制控制是通过在正弦波发生器中正弦波的频率设定(V/f变换器)和函数发

生器生成的正弦调制波电压大小的分别控制实现变频和调压的。

机电运动控制系统离线作业必

机电运动控制系统离线作 业必 Newly compiled on November 23, 2020

浙江大学远程教育学院 《机电运动控制系统》课程作业(必做) 姓名:严超学号: 3 年级:16秋电气学习中心:武义 ————————————————————————————— 1.直流电机有哪些调速方法根据其速度公式说明之, 并说明如何釆用电力电子手段实现。 答:根据直流电机速度公式,有 (1)电枢电压Ua控制-调压调速(向下调速):采用电力电子手段时,有晶闸管可控整流器供电和自关断器件H型桥脉宽调制(PWM)供电等方式,其损耗小,控制性能好。 (2)磁场φ控制-弱磁(向上调速),采用电力电子手段时,有晶闸管可控整流器供电励磁控制。 (3)由于运行损耗大、效率低,一般不再采用串Ra调速。 2.画出双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统电原理图(非方块图),须清楚表达两个闭环的关键元件,写出各部分名称,标注有关信号量;指出两闭环连接上的特点及相互关系。 答:双闭环晶闸管-直流电动机不可逆调速系统电路原理图如下: 两闭环连接上的关系是速度调节器的输出作为电流调节器的输入,这就使得该系统具有由速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值,进面确定了系统的最大电流的特点。 3.分析双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统:

(1) 如果要改变转速,应调节什么参数为什么 (2) 如要控制系统的起动电流、确保系统运行安全,应调节什么参数为什么 答:(1)改变转速时只能改变速度调节器的输入ug,因为它是速度环的指令信号。改变速度调节哭的参数对稳态速度无调节作用,仅会影响动态响应速度快慢。 (2)要控制系统的起动电流、确保系统运行安全,应调节速度调节器的输出限幅值。 因为速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值,进而确定了系统的最大电流。 4. 填空 : 双闭环晶闸管━直流电动机调速系统中,内环为_电流_环,外环为_速度环,其连接关系是:_速度调节器_的输出作为__电流调节器的输入,因此外环调节器的输出限幅值应按__调速系统允许最大电流_来整定;内环调节器的输出限幅值应按__可控整流器晶闸管最大、最小移相触发角_来整定。两调节器均为_PI_型调节器,调速系统能够做到静态无差是由于调节器具有_积分(记忆)功能;能实现快速动态调节是由于节器具有__饱和限幅_功能。 5.在转速、电流双闭环系统中,速度调节器有哪些作用其输出限幅值应按什么要求来调整电流调节器有哪些作用其输出限幅值应如何调整 答:速度调节器用于对电机转速进行控制,以保障:①调速精度,做至静态无差;②机械特性硬,满足负载要求。 速度调节器输出限幅值应按速系统允许最大电流来调整,以确保系统运行安全(过电流保护) 电流调节器实现对电流的控制,以保障:①精确满足负载转矩大小要求(通过电流控制);②调速的快速动态特性(转矩的快速响应)。

运动控制系统试卷-答案全

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,

电力拖动自动控制系统-运动控制系统习题解答第4、5章

习题四 4.1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 ,转速调节器限幅值为*im 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)150.01min/1500/min nm N U V V r n r α= == 5500/min 0.01min/n U V n r V r α = = = *150.375/40im dm U V V A I A β=== *0.37510 3.75i d U I V β==?= 0.37510 3.75i d U I V β==?= 0.127500102 4.17520 e d c s C n I R U V K +?+?= == (2)堵转时,V I U dm i 15*==β, 0.1270402 420 e d c s C n I R U V K +?+?= == 4.2 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)* 80.32/40im dm U V V A I A β===

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) 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 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.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 A.降电压调速B.串级调速C.变极调速D.变压变频调速4.可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行,实现无静差调速的是 A.比例控制B.积分控制C.微分控制D.比例微分控制5.控制系统能够正常运行的首要条件是 A.抗扰性B.稳定性C.快速性D.准确性6.在定性的分析闭环系统性能时,截止频率ωc越低,则系统的稳态精度 A.越高B.越低C.不变D.不确定8.转速电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是 A.ACR B.AVR C.ASR D.ATR 9.双闭环直流调速系统的起动过程中不包括 A.转速调节阶段 B.电流上升阶段 C.恒流升速阶段 D.电流下降阶段

步进电机脉冲数量与运动距离的计算 (1)

步进电机一个脉冲运动距离怎么算? 步进电机一个脉冲运动距离怎么算?能不能给个公式在举个例子? 答案: 用360度去除以步距角,就是电机转一圈的脉冲数,当然如果细分的话,还要乘以细分倍数。电机转一圈丝杠前进一个导程,用导程除以一圈的脉冲数就是脉冲运动距离。 第一步确定步进电机的步距角,这个电机上会标明的。比如说,1.8度,则一个圆周360/1.8=200,也就是说电机旋转一周需要200个脉冲。 第二步确定电机驱动器设了细分细分没有,查清细分数,可以看驱动器上的拨码。比如说4细分,则承上所述,200*4=800,等于说800个脉冲电机才旋转一周。第三步确定电机轴一周的长度或者说导程:如果是丝杠,螺距*螺纹头数=导程,如果是齿轮齿条传动,分度圆直径(m*z)即为导程,导程/脉冲个数=一个脉冲的线位移。 什么是细分呢?和几相是一个意思吗?和几相没关系吗? 细分和相数没关系。以1.8度为例,原来一个脉冲走1.8度,现在改为4细分,那么现在一个脉冲只能走1.8/4度了。细分越多,每个脉冲的步进长度越短。细分的多少可由驱动器设置。 控制步进电机转多少最主要你得通过步进电机步距角度计算出电机转一圈需要多少脉冲,比如步距角度为0.9°则电机转一圈需要给步进电机驱动器360/0.9=400个脉冲,转半圈就是200个脉冲。步进电机驱动器资料你先了解下! 步进电机转速则通过改变脉冲频率来控制,用plc的pwm输出控制是比较方便的,速度的快慢不影响步进电机的行程,行程多少取决于脉冲数量。 注意一点步进电机速度越快转矩越小,请根据你的应用调节速度以防失步,造成走位不准确。步进电机是接收步进驱动器给过来的脉冲信号,比如两相的步进,AB相分别轮流输出正反脉冲(按一定顺序),步进电机就可以运行了,相当于一定的脉冲步进马达对应走一定旋转角度。而PLC也可以发出脉冲,但脉冲电压不够,所以需要把PLC输出的脉冲给步进驱动器放大来驱动步进驱动器,相当于PLC的脉冲就是指令脉冲。一般PLC驱动步进时候有两路信号,一路是角度脉冲,另外一路是方向脉冲,PLC里边一般配所谓位移指令,发梯形脉冲给步进驱动器,这样可以缓冲启动带来的力冲击。 51单片机控制两相四线步进电机的问题 单片机为AT89S52。。步进电机为:57HS5630A4步进电机。链接:Error! Hyperlink reference not valid.步进电机驱动器为:M542中性步进电机驱动器。链接:Error! Hyperlink reference not valid. 现在的问题是:步进电机我已经和驱动器连接好了,现在步进电机驱动器有6 个线和51单片机相连,分别是PUL+、PUL-、DIR+、DIR-、ENA+、ENA- 。我想知道的是,比如这六个和单片机的P1.X口相连。怎么在单片机上控制步进电机正转反转,转的角度,转的速度。 答案: 首先,六根线的三根负线可以全部接地..和单片机P1相连的只需三根即可..这三根线为了保证能驱动起步进电机驱动器,应该分别上拉2K电阻.. 然后,在驱动器上的拨码处设置细分,,所谓细分是指电机转一圈所需多少脉冲..例如设置为800细分,即为电机转一圈需要800个脉冲..那么一个脉冲就会对应0.45度..单片机发出的脉冲频率高,那么电机转的就快..让电机转多少角度,就发出相应的脉冲数即可,例如转45度,就发出100个脉冲即可,在0.125s内发出100个脉冲,那转速就为1转/s。。

浙大远程 机电运动控制系统作业 必做 答案

机电运动控制系统(习题集) 必做作业 1.直流电机有哪些调速方法? 根据其速度公式说明之, 并说明如何釆用电力电子 手段实现。 答: 根据直流电机速度公式 φ φe a a a e C I R U C E n -== , 有 (1) 电枢电压 U a 控制 - 调压调速 (向下调速) 采用电力电子手段时,有晶闸管可控整流器供电和自关断器件H 型桥脉宽调 制(PWM)供电等方式, 其损耗小,控制性能好。 (2) 磁场φ 控制 - 弱磁(向上调速),采用电力电子手段时,有晶闸管可 控整流器供电励磁控制。 (3)由于运行损耗大、效率低, 一般不再釆用串 R a 调速。 2. 画出双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统电原理图(非方块图),须清 楚表达两个闭环的关键元件,写出各部分名称,标注有关信号量;指出两闭环连 接上的特点及相互关系。 答: 双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统电原理图如下: 两闭环连接上的关系是速度调节器的输出作为电流调节器的输入,这就使得该 系统具有由速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值,进而确定了系统的 最大电流的特点。 3. 分析双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统: (1) 如果要改变转速,应调节什么参数?为什么? (2) 如要控制系统的起动电流、确保系统运行安全,应调节什么参数?为什么?

答: (1) 改变转速时只能改变速度调节器的输入u ,因为它是速度环的指令信 g 号。改变速度调节器的参数对稳态速度无调节作用,仅会影响动态响应速度快慢。 (2) 要控制系统的起动电流、确保系统运行安全,应调节速度调节器的输出限幅值。因为速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值,进而确定了系统的最大电流。 4. 填空 : 双闭环晶闸管━直流电动机调速系统中,内环为_电流_环,外环为_速度_环,其连接关系是:_速度调节器_的输出作为_电流调节器_的输入,因此外环调节器的输出限幅值应按_调速系统允许最大电流_来整定;内环调节器的输出限幅值应按_可控整流器晶闸管最大、最小移相触发角_来整定。两调节器均为_PI_型调节器,调速系统能够做到静态无差是由于调节器具有_积分(记忆)_功能;能实现快速动态调节是由于节器具有_饱和限幅_功能。 5.在转速、电流双闭环系统中,速度调节器有哪些作用?其输出限幅值应按什么要求来调整?电流调节器有哪些作用?其输出限幅值应如何调整? 答:速度调节器用于对电机转速进行控制,以保障:①调速精度,做到静态无差;②机械特性硬,满足负载要求。 速度调节器输出限幅值应按调速系统允许最大电流来调整,以确保系统运行安全(过电流保护) 电流调节器实现对电流的控制,以保障:①精确满足负载转矩大小要求(通过电流控制);②调速的快速动态特性(转矩的快速响应)。 电流调节器的输出限幅作为可控整流器晶闸管的移相触发电压,其限幅值决定了触发角的移相范围,故应按αmin― αmax来调整。 6. 双闭环调速系统正常工作时,调节什么参数可以改变电动机转速?如果速度闭

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

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。(V) 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。(V) 4 直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。(V) 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。(V) 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。(V) 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 ) 12a = ^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(V) 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。(V)

步进电机全闭环控制

半导体器件应用网 https://www.doczj.com/doc/cd6579841.html,/news/194498.html 步进电机全闭环控制 【大比特导读】步进电机由于体积精巧、价格低廉、运行稳定,在低端行业 应用广泛,步进电机运动控制实现全闭环,是工控行业的一大难题。 步进电机由于体积精巧、价格低廉、运行稳定,在低端行业应用广泛,步进电机运动控 制实现全闭环,是工控行业的一大难题。 主要问题有两个,原点的不确定性和失步,目前,采用高速光电开关作为步进系统的原点,这个误差在毫米级,所以在精确控制领域,是不能接受的。另外,为了提高运行精度, 步进系统的驱动采用多细分,有的大于16,假如用在往复运动过程中,误差大的惊人。已 经不能适应加工领域。 为此,提出步进电机全闭环控制系统,以适应目前运动控制领域的需求。 1、硬件连接 硬件连接加装编码器,根据细分要求,采用不同等级的解析度编码器进行实时反馈。 2、原点控制 根据编码器的Z信号,识别、计算坐标原点,同数控系统相同,精度可以达到2/编码器解 析度×4。 3、失步控制 根据编码器的反馈数据,实时调整输出脉冲,根据失步调整程度,采取相应办法。 下图是电路原理 4、电路原理描述

半导体器件应用网 电路采用超大规模电路FPGA,输入、输出可以达到兆级的相应频率,电源3.3V,利用2596 开关电源,将24V转为3.3V,方便实用。输入脉冲与反馈脉冲进行4倍频正交解码后计算,及时修正输出脉冲量和频率。 5、应用描述 本电路有两种模式,返回原点模式和运行模式。当原点使能开关置位时,进入原点模式,反之,进入运行模式。 在原点模式,以同步于输入脉冲的频率输出脉冲,当碰到原点开关后,降低输出脉冲频率,根据编码器的Z信号,识别、计算坐标原点。返回原点完成后,输出信号。此信号及其数据在不断电的情况下,永远保持。 在运行模式,以同步于输入脉冲的频率输出脉冲,同时计算反馈数据,假如出现误差,及时修正。另外,大惯量运行时,加减速设置不合理的情况下,可能会及时反向修正。 6、技术指标 (1)输入输出相应频率:≤1M; (2)脉冲同步时间误差:≤10ms;(主要延误在反向修正,不考虑反向修正,≤10us) (3)重定位电气精度:≥2/编码器解析度×4/马达解析度×细分) (4)重定位原点电气精度≥2/编码器解析度×4/马达解析度×细分) (5)适应PNP,NPN接口 (6)适应伺服脉冲控制 (7)适应各种编码其接口 步进电机运动控制一旦解决上述问题,增加数百元成本的情况下可以实现全闭环控制,毫不逊色于伺服系统。特别是其价格低廉、控制简单、寿命长久的特点在某些场合,可能优于伺服系统。

机电运动控制系统离线作业 必

浙江大学远程教育学院 《机电运动控制系统》课程作业(必做) 姓名:严超学号: 3 年级:16秋电气学习中心:武义 ————————————————————————————— 1.直流电机有哪些调速方法根据其速度公式说明之, 并说明如何釆用电力电子手段实现。 答:根据直流电机速度公式,有 (1)电枢电压Ua控制-调压调速(向下调速):采用电力电子手段时,有晶闸管可控整流器供电和自关断器件H型桥脉宽调制(PWM)供电等方式,其损耗小,控制性能好。 (2)磁场φ控制-弱磁(向上调速),采用电力电子手段时,有晶闸管可控整流器供电励磁控制。 (3)由于运行损耗大、效率低,一般不再采用串Ra调速。 2.画出双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统电原理图(非方块图),须清楚表达两个闭环的关键元件,写出各部分名称,标注有关信号量;指出两闭环连接上的特点及相互关系。 答:双闭环晶闸管-直流电动机不可逆调速系统电路原理图如下:两闭环连接上的关系是速度调节器的输出作为电流调节器的输入,这就使得该系统具有由速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值,进面确定了系统的最大电流的特点。 3.分析双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统: (1) 如果要改变转速,应调节什么参数为什么 (2) 如要控制系统的起动电流、确保系统运行安全,应调节什么参数为什么 答:(1)改变转速时只能改变速度调节器的输入ug,因为它是速度环的指令信号。 改变速度调节哭的参数对稳态速度无调节作用,仅会影响动态响应速度

快慢。 (2)要控制系统的起动电流、确保系统运行安全,应调节速度调节器的输出限 幅值。因为速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值,进而确定了系统的最大电流。 4. 填空 : 双闭环晶闸管━直流电动机调速系统中,内环为_电流_环,外环为_速度环,其连接关系是:_速度调节器_的输出作为__电流调节器的输入,因此外环调节器的输出限幅值应按__调速系统允许最大电流_来整定;内环调节器的输出限幅值应按__可控整流器晶闸管最大、最小移相触发角_来整定。两调节器均为_PI_型调节器,调速系统能够做到静态无差是由于调节器具有_积分(记忆)功能;能实现快速动态调节是由于节器具有__饱和限幅_功能。 5.在转速、电流双闭环系统中,速度调节器有哪些作用其输出限幅值应按什么要求来调整电流调节器有哪些作用其输出限幅值应如何调整 答:速度调节器用于对电机转速进行控制,以保障:①调速精度,做至静态无差; ②机械特性硬,满足负载要求。 速度调节器输出限幅值应按速系统允许最大电流来调整,以确保系统运行安全(过电流保护) 电流调节器实现对电流的控制,以保障:①精确满足负载转矩大小要求(通过电流控制);②调速的快速动态特性(转矩的快速响应)。 电流调节器的输出限幅作为可控整流器晶闸管的移相触发电压,其限幅值决定了触发角的移相范围,故应按αmin-αmax来调整。 6.双闭环调速系统正常工作时,调节什么参数可以改变电动机转速如果速度闭环的转速反馈线突然断掉,会发生什么现象电动机还能否调速 答:(1)双闭环调速系统正常工作时,只有调节速度给定信号ug才可以改变电动机转速。而改变速度调节器的参数(如比例系数,积分时间常数)均无作用,改

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 __________________________________________________

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

步进电机运动控制器设计

一、项目概述: 用步进电机作为X-Y移动平台的执行机构,实现开环位置控制。采用四相步进电机,一相激励时步距角为1.8°,由步进电机驱动器接受控制器的控制信号,采用单四拍方式,每拍为一步,可正反转。步进电机的转动带动丝杆,将旋转运动转换为直线运动,步进电机的每一走步传递到X或Y方向的移动距离为0.02mm.系统中步进电机工作频率为500Hz--4KHz。运动要求是: (1)当按键K1按下时,X方向步进电机正向运转,X正向移动1mm; 当按键K2按下时,X方向步进电机反向运转,X反向移动1mm; 当按键K3按下时,Y方向步进电机正向运转,Y正向移动1mm; 当按键K4按下时,Y方向步进电机反向运转,Y反向移动1mm;(2)按键按住不放,连续运动直到按键释放,停止运转。 (3)控制器实时显示步进电机转过的步数和X或Y向移动的距离。(4)系统供电电源为36 VDC。 二、系统设计: 设计思想: 1、用两台步进电机分别控制x、y方向的运动; 2、采用动态显示方式,实时显示步数和距离; 3、采用4个并行口输出控制信号以及采集开关输入信号。 总体方案: 采用AT89C51作为控制器: P0口读入开关输入信号;P1口接步进电机驱动器ULN2003A;P2、

P3口控制动态显示电路。 三、硬件设计: 1、AT89C51晶振电路和手动复位电路: 晶振电路:采用12MHz的晶振,其中电容C1,C2可在5—60pF之间选择,这两个电容的大小对振荡频率有微小的影响,可起频率微调的作用。 复位电路:当按键弹起时,相当于一个上电复位电路;当按键压下时,相当于RST端通过电阻与+5V的电源相连,提供足够宽度的阈值电压完成复位。 2、开关量读入: 由P0口的低4位读入开关量信号。 3、步进电机控制电路:

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

基于单片机的步进电机运动控制系统设计

基于单片机的步进电机运动控制系统设计 2009年5月24号

摘要 摘要 单片微型计算机简称单片机。它是把组成微型计算机的各功能部件:中央处理器、CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等制作在一块集成芯片中,构成一个完整的微型计算机。单片机主要应用于控制领域,由于其具有可靠性高、体积小、价格低、易于产品化等特点,因而在智能仪器仪表、实时工业控制、智能终端、通信设备、导航系统、家用电器等自控领域获得广泛应用。 步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件,实质上是一种数字/角度转换器步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成.步进控制器由缓冲寄存器,环形分配器,控制逻辑及正,反转控制门等组成,能把输入的脉冲转换成环形脉冲,以便控制步进电机,并能进行正反向控制.但由于步进控制器线路复杂.成本高.采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加,灵活改变步进电机的控制方案,无需逻辑电路组成时序发生器.软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式并可实现一台单片机控制多台电机.提供灵活多样的控制手段和提高控制精度对复杂繁琐的控制易于实现,尤其在本系统中更显示出微机控制的优越性。 本设计采用单片机AT89C51对步进电机进行控制,通过IO口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号,信号经过芯片L298N驱动步进电机,通过PWM脉宽调制解调技术对步进电机调速,同时,用键盘来对电机的状态进行控制,并用数码管显示电机的转速,采用CD4511作为5位单个数码管的显示驱动显示步进电机的转速和步距角。 关键词:单片机;步进电机;PWM脉宽调制;CD4511;L298N

机电运动控制系统作业答案(选做)

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 =

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