第一章思考题与习题
１-２图１.６为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体
并释放出热量。当电石加入时,内部温度上升,温度
检测器检测温度变化与给定值比较,偏差信号送到控
制器对偏差信号进行运算,将控制作用于调节阀,调
节冷水的流量,使乙炔发生器中的温度到达给定值。
系统框图如下：
被控过程：乙炔发生器
被控参数：乙炔发生器内温度
控制参数:冷水流量
1-3 常用过程控制系统可分为哪几类?
答：过程控制系统主要分为三类:
1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的,最终达到或消除或减小偏差的目的,偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。
2.前馈控制系统:前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的,扰动是控制的依据。由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果,故不能单独应用。
3．前馈－反馈控制系统:前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动,能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上,提高控制系统的控制质量。
3-4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标?哪些是动态质量指标?
答：1. 余差(静态偏差)e：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c之差。它是一个静态指标，对定值控制系统。希望余差越小越好。
2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标,它等于振荡过程的第
一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：
n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡;ｎ=１,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n ＝４,系统为4：1的衰减振荡,是比较理想的。
衡量系统稳定性也可以用衰减率φ
4.最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差,它衡量被控参数偏离给定值的程度。
5． 过程过渡时间ｔｓ:过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±５%或±３％ (根据系统要求）范围内所需要的时间。它是反映系统过渡过程快慢的质量指标,t s 越小,过渡过程进行得越快。
6.峰值时间t ｐ： 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求)范围内所需要的时间。称为峰值时间t ｐ。它反映了系统响应的灵敏程度。
静态指标是余差，动态时间为衰减比（衰减率)、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间。
第二章 思考题与习题
2－1 如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2,Ｑ3，液位h 为被控参数,C 为容量系数,并设R1、Ｒ2、R3均为线性液阻,要求：
（1） 列出过程的微分方程组;
（2） 求过程的传递函数W ０（S)=H(Ｓ）/Q 1(S)；
（3） 画出过程的方框图。
解:（１)根据动态物料平衡关系,流入量＝流出量： 过程的微分方程的增量形式: 中间变量: B B n '=B
B B '-=?dt dh )Q Q (Q 321=+-dt h d
C )Q Q (Q 321????=+-22R h Q ??=33R h Q ??=
2-1 已知液压泵的额定压力和额定留量，不计管道压力损失，说明图示各种工况 下液压泵出口处的工作压力值。 解：a)0p = b)0p = c)p p =? d)F p A = e)2m m T p V π= 2-2如图所示，A 为通流截面可变的节流阀，B 为溢流阀。溢流阀的调整压力是 P y ，如不计管道压力损失，试说明，在节流阀通流截面不断增大时，液压泵的出口压力怎样变化？ 答：节流阀A 通流截面最大时，液压泵出口压力P=0，溢流阀B 不打开，阀A 通流截面逐渐关小时，液压泵出口压力逐渐升高，当阀A 的通流截面关小到某一值时，P 达到P y ，溢流阀B 打开。以后继续关小阀A 的通流截面，P 不升高，维持P y 值。 2-3试分析影响液压泵容积效率v η的因素。 答：容积效率表征容积容积损失的大小。 由1v t t q q q q η?= =- 可知：泄露量q ?越大，容积效率越小 而泄露量与泵的输出压力成正比，因而有 111v t n k k p q v η= =- 由此看出，泵的输出压力越高，泄露系数越大，泵排量越小，转速越底，那么容积效率就越小。
2-4泵的额定流量为100L/min,额定压力为2.5MPa，当转速为1450r/min时，机械效率为η m ＝0.9。由实验测得，当泵出口压力为零时，流量为106 L/min，压力为2.5 MPa时，流量为100.7 L/min，试求： ①泵的容积效率； ②如泵的转速下降到500r/min，在额定压力下工作时，计算泵的流量为多少？ ③上述两种转速下泵的驱动功率。 解：①通常将零压力下泵的流量作为理想流量，则q t ＝106 L/min 由实验测得的压力为2.5 MPa时的流量100.7 L/min为实际流量，则 η v ＝100.7 /106=0.95=95% ②q t =106×500/1450 L/min =36.55 L/min,因压力仍然是额定压力，故此时泵流量为36.55×0.95 L/min=34.72 L/min。 ③当n=1450r/min时, P=pq/(η v η m )=2.5×106×100.7×10-3/（60×0.95×0.9）w=4.91kw 当n=500r/min时, P=pq/(η v η m )=2.5×106×34.7×10-3/（60×0.95×0.9）w=1.69kw 2-5设液压泵转速为950r/min，排量＝168L/r，在额定压力29.5MPa和同样转速下，测得的实际流量为150L/min，额定工况下的总功率为0.87，试求： (1)泵的理论流量； (2)泵的容积效率； (3)泵的机械效率； (4)泵在额定工况下，所需电机驱动功率； (5)驱动泵的转矩。 解：① q t ＝V p n=168×950 L/min =159.6 L/min ②η v =q/q t =150/159.6=94% ③η m =η/ηv =0.87/0.9398=92.5% ④ P=p q/η =29.5×106×150×10-3/（60×0.87）w=84.77kw ⑤因为η=p q/T ω
2020年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1精编版
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 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。（√） 二选择题 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时，（ 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 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，噪音小 E 高次谐波丰富 F 高速时功率因数低 4系统的静态速降△ned一定时，静差率S越小，则（C ）。 A 调速范围D越小 B 额定转速?Skip Record If...?越大
第二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件？ 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀？什么是实际滑阀？ 答： 理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点？零位工作点的条件是什么？ 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ，阀位移x V 时，阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是 q =p =x =0L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数？为什么？ 答：流量增益q q = x L V K ??，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数c q =- p L L K ??，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益p p = x L V K ??，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响？为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性？ 答：理想零开口滑阀c0=0K ，p0=K ∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏 流量2c c0r = 32W K πμ ，p0c K ，两者相差很大。
理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 8、理想零开口阀具有线性流量增益，性能比较好，应用最广泛，但加工困难；因为实际阀总存在径向间隙和工作边圆角的影响。 9、什么是稳态液动力？什么是瞬态液动力？ 答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。 瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。 习题 1、有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径-3 d=810m ?，径向间隙-6c r =510m ?，供油压力5s p =7010a P ?，采用10号航空液压油在40C 。 工作，流量系数d C =0.62，求阀的零位 系数。 解：零开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 q0d K C =零位流量-压力系数 2c c0r 32W K πμ = 零位压力增益 p0c K = 将数据代入得 2q0 1.4m s K = 123c0 4.410m s a K P -=?? 11p0 3.1710a m K P =? 2、已知一正开口量-3 =0.0510m U ?的四边滑阀，在供油压力5s p =7010a P ?下测得零位泄 露流量c q =5min L ，求阀的三个零位系数。 解：正开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 c q0q K U = 零位流量-压力系数 c c0s q 2p K =
运动控制系统 课后习题答案 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 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 =?== 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=Ω。相控整流器内阻Rrec=Ω。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 =?-=??-= 某龙门刨床工作台采用 V-M 调速系统。已知直流电动机
2.1 要提高齿轮泵的压力需解决哪些关键问题?通常都采用哪些措施? 解答：（1）困油现象。采取措施：在两端盖板上开卸荷 槽。（2）径向不平衡力：采取措施：缩小压油口直径；增大扫膛处的径向间隙；过渡区连通；支撑上采用滚针轴承或滑动轴承。（3）齿轮泵的泄 漏：采取措施：采用断面间隙自动补偿装置。 ? 2.2 叶片泵能否实现反转?请说出理由并进行分析。解答：叶片泵不允许反转，因为叶片在转子中有安放角，为了提高密封性叶片本身也有方向性。? 2.3 简述齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的优缺点及应用场合。 ?解答：（1）齿轮泵: 优点：结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，对油液污染不敏感，工作可靠；主要缺点：流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。应用：齿轮泵被广泛地应用于采矿设备，冶金设备，建筑机械，工程机械，农林机械等各个行业。（2）叶片泵：优点：排油均匀，工作平稳，噪声小。缺点：结构较复杂，对油液的污染比较敏感。应用：在精密仪器控制方面应用广泛。（3）柱塞泵：优点：性能较完善，特点是泄漏小，容积效率高，可以在高压下工作。缺点：结构复杂，造价高。应用：在凿岩、冶金机械等领域获得广泛应用。? 2.4 齿轮泵的模数m=4 mm，齿数z=9，齿宽B=18mm，在额定压力下，转速n=2000 r／min时，泵的实际输出流量Q=30 L／min，求泵的容积效率。 ?解答： ηv=q/qt=q/(6.6~7)zm2bn =30/(6.6×9 ×42×18×2000 ×10-6)=0.87 ? ? 2.5 YB63型叶片泵的最高压力pmax=6.3MPa，叶片宽度B=24mm，叶片厚度δ=2.25mm，叶片数z =12，叶片倾角θ=13°,定子曲线长 径R=49mm，短径r=43mm，泵的容积效率ηv=0.90，机械效率ηm=0.90，泵轴转速n=960r／min，试求：(1) 叶片泵的实际流量是多少?(2)叶片泵的输出 功率是多少?解答： ? 2.6 斜盘式轴向柱塞泵的斜盘倾角β=20°，柱塞直径d=22mm，柱塞分布圆直径D=68mm，柱塞数z=7，机械效率ηm=0.90，容积效率ηV=0.97，泵转速n=1450r／min，泵输出压力p=28MPa，试计算：(1)平均理论流量；(2)实际输出的平均流量；(3)泵的输入功率。 ?解答：（1） qt=πd2zDntanβ/4 = π ×0.0222×7×0.068tan20°/4=0.0016 (m3/s) ?（2） q= qt ×ηV=0.0016 ×0.97=0.00155(m3/s) ?（3）N入=N出/ (ηm ηV)=pq/(ηm ηV)?=28 ×106×0. 00155/(0.9 ×0.97)
运动控制系统思考题和 课后习题答案精编版 MQS system office room 【MQS16H-TTMS2A-MQSS8Q8-MQSH16898】
电力拖动自动控制系统-运动控制系统（阮毅陈伯时）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。 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/△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。
第2章习题 1-1液压缸直径D=150mm ，活塞直径d=100mm ，负载F=5 104N 。若不计液压油自重及活塞及缸体质量，求如下图a,图b 两种情况下的液压缸内压力。 （a ）：设液压缸压力为p 根据流体静力学原理，活塞处于静力平衡状态，有： F=p ·πd 2 /4 p=4F/πd 2=20 104/3.14 0.12 p=6.37 106 pa （b ）：设液压缸压力为p 根据流体静力学原理，活塞处于静力平衡状态，有： F=p ·πD 2 /4 p=4F/πD 2=20 104/3.14 0.152 p=2.83 106 pa 此题做法有待于考虑 F=p ·Πd 2 /4 p=4F/Πd 2=20 104/3.14 0.12 p=6.37 106 pa 1-2如图所示 的开式水箱（水箱液面与大气相通）。其侧壁开一小孔，水箱液面与小孔中心距离为h 。水箱足够大，h 基本不变（即小孔流出水时，水箱液面下降速度近似等于0）。不计损失，求水从小孔流出的速度（动能修正系数设为1）。（提示，应用伯努利方程求解） 解：取水箱液面为1-1过流断面，小孔的外部截面为2-2过流断面，设大气压为p 1 根据伯努力方程： 1-3判定管内流态：(1)圆管直径d=160mm ，管内液压油速度u=3m/s ；液压油运动黏度 =114mm 2/s ； (2)圆管直径d=10cm ，管内水的流速u=100cm/s 。假定水温为20 C （相应运动粘度为1.308mm 2/s 。 解：管内流态根据雷诺数判断. 雷诺数计算公式： (1)： 管内液流状态为：湍流状态 （2）232076452101.30810.1Re 6 - =??= 管内液流状态为：湍流状态 1-4 如图，液压泵从油箱吸油，吸油管直径 d=10cm ，泵的流量为 Q=180L/min, 油液的运动粘度υ=20 x10-6 m 2/s ，密度ρ=900kg/m 3，当泵入口处的真空度 p =0.9x105pa 时，求泵最大允许吸油的高度 h 。 （提示：运用伯努利方程与压力损失理论） 解：取油箱液面为1-1过流断面，油泵进油口为2-2过流断面，设大气压为p 0 由伯努力方程得： 判断油管的流动状态： 油管的流态为层流：动能修正系数为：22=α 局部压力损失----沿程压力损失： 层流状态：e /64R =λ 2 382.09001.0e 642 ?=?h R p f =21.99h 带入伯努力方程得：
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
《液压与气压传动》习题解答 第1章液压传动概述 １、何谓液压传动？液压传动有哪两个工作特性？ 答：液压传动是以液体为工作介质，把原动机的机械能转化为液体的压力能，通过控制元件将具有压力能的液体送到执行机构，由执行机构驱动负载实现所需的运动和动力，把液体的压力能再转变为工作机构所需的机械能，也就是说利用受压液体来传递运动和动力。液压传动的工作特性是液压系统的工作压力取决于负载，液压缸的运动速度取决于流量。 ２、液压传动系统有哪些主要组成部分？各部分的功用是什么？ 答：⑴动力装置：泵，将机械能转换成液体压力能的装置。⑵执行装置：缸或马达，将液体压力能转换成机械能的装置。⑶控制装置：阀，对液体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的装置。⑷辅助装置：对工作介质起到容纳、净化、润滑、消声和实现元件间连接等作用的装置。⑸传动介质：液压油，传递能量。 ３、液压传动与机械传动、电气传动相比有哪些优缺点？ 答：液压传动的优点：⑴输出力大,定位精度高、传动平稳，使用寿命长。 ⑵容易实现无级调速，调速方便且调速围大。⑶容易实现过载保护和自动控制。⑷机构简化和操作简单。 液压传动的缺点：⑴传动效率低，对温度变化敏感，实现定比传动困难。⑵出现故障不易诊断。⑶液压元件制造精度高，⑷油液易泄漏。 第２章液压传动的基础知识 1、选用液压油有哪些基本要求？为保证液压系统正常运行，选用液压油要考
虑哪些方面？ 答：选用液压油的基本要求：⑴粘温特性好，压缩性要小。⑵润滑性能好，防锈、耐腐蚀性能好。⑶抗泡沫、抗乳化性好。⑷抗燃性能好。选用液压油时考虑以下几个方面，⑴按工作机的类型选用。⑵按液压泵的类型选用。⑶按液压系统工作压力选用。⑷考虑液压系统的环境温度。⑸考虑液压系统的运动速度。⑹选择合适的液压油品种。 2、油液污染有何危害？应采取哪些措施防止油液污染？ 答：液压系统中污染物主要有固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物等杂物。其中固体颗粒性污垢是引起污染危害的主要原因。1)固体颗粒会使滑动部分磨损加剧、卡死和堵塞，缩短元件的使用寿命；产生振动和噪声。2)水的侵入加速了液压油的氧化，并且和添加剂一起作用，产生粘性胶质，使滤芯堵塞。3)空气的混入能降低油液的体积弹性模量，引起气蚀，降低其润滑性能。 4)微生物的生成使油液变质，降低润滑性能，加速元件腐蚀。 污染控制贯穿于液压系统的设计、制造、安装、使用、维修等各个环节。在实际工作中污染控制主要有以下措施：1)油液使用前保持清洁。2)合理选用液压元件和密封元件，减少污染物侵入的途径。3)液压系统在装配后、运行前保持清洁。4)注意液压油在工作中保持清洁。5)系统中使用的液压油应定期检查、补充、更换。6)控制液压油的工作温度，防止过高油温造成油液氧化变质。 3、什么是液压油的粘性和粘温特性？为什么在选择液压油时，应将油液的粘度作为主要的性能指标？ 答：液体流动时分子间相互牵制的力称为液体的摩擦力或粘滞力，而液体
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 第三章 3.18 液压泵的额定流量为100 L/min ，液压泵的额定压力为2.5 MPa ，当转速为1 450 r/min 时，机械效率为ηm =0.9。由实验测得，当液压泵的出口压力为零时，流量为106 L/min ；压力为2.5 MPa 时，流量为100.7 L/min ，试求：（1）液压泵的容积效率ηV 是多少？（2）如果液压泵的转速下降到500 r/min ，在额定压力下工作时，估算液压泵的流量是多少？（3）计算在上述两种转速下液压泵的驱动功率是多少？ 解：（1）ηv t q q = ==1007106 095.. （2）=??= = =95.01061450 500111v t v q n n Vn q ηη 34.7L/min （3）在第一种情况下： 3 3 6 0109.460 9.010 106105.2?=????= == -m t m t i pq P P ηηW 在第二种情况下： 3 3 6 1 1 011069.195 .0609.010 7.34105.2?=?????= == -m t m t i pq P P ηηW 答：液压泵的容积效率ηV 为0.95，在液压泵转速为500r/min 时，估算其流量为34.7L/min ，液压泵在第一种情况下的驱动功率为4.9?103W ，在第二种情况下的驱动功率为1.69?103 W 。 3.20 某组合机床用双联叶片泵YB 4/16×63，快速进、退时双泵供油，系统压力p = 1 MPa 。工作进给时，大泵卸荷（设其压力为0），只有小泵供油，这时系统压力p = 3 MPa ，液压泵效率η = 0.8。试求：（1）所需电动机功率是多少？（2）如果采用一个q = 20 L/min 的定量泵，所需的电动机功率又是多少？ 解：（1）快速时液压泵的输出功率为： 6 3 0111110(1663)10 1316.760 P p q -??+?== = W 工进时液压泵的输出功率为： 6 3 022******** 80060 P p q -???== = W 电动机的功率为： 16468 .07.131601 === η P P 电 W 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 1-1 填空题 1.液压传动是以（液体）为传动介质，利用液体的（压力能）来实现运动和动力传递的一种传动方式。 2.液压传动必须在（密闭的容器内）进行，依靠液体的（压力）来传递动力，依靠（流量）来传递运动。 3.液压传动系统由（动力元件）、（执行元件）、（控制元件）、（辅助元件）和（工作介质）五部分组成。 4.在液压传动中，液压泵是（动力）元件， 它将输入的（机械）能转换成（压力）能，向系统提供动力。 5.在液压传动中，液压缸是（执行）元件， 它将输入的（压力）能转换成（机械）能。 6.各种控制阀用以控制液压系统所需要的（油液压力）、（油液流量）和（油液流动方向），以保证执行元件实现各种不同的工作要求。 7.液压元件的图形符号只表示元件的（功能），不表示元件（结构）和（参数），以及连接口的实际位置和元件的（空间安装位置和传动过程）。 8.液压元件的图形符号在系统中均以元件的（常态位）表示。 1-2 判断题 1.液压传动不易获得很大的力和转矩。（ × ） 2.液压传动装置工作平稳，能方便地实现无级调速，但不能快速起动、制动和频繁换向。（ × ） 3.液压传动与机械、电气传动相配合时， 易实现较复杂的自动工作循环。（ √ ） 4.液压传动系统适宜在传动比要求严格的场合采用。（ × ） 2-1 填空题 1．液体受压力作用发生体积变化的性质称为液体的（可压缩性），可用（体积压缩系数）或（体积弹性模量）表示，体积压缩系数越大，液体的可压缩性越（大）；体积弹性模量越大,液体的可压缩性越（小）。在液压传动中一般可认为液体是（不可压缩的）。 2．油液粘性用（粘度）表示；有（动力粘度）、（运动粘度）、（相对粘度）三种表示方法； 计量单位m 2/s 是表示（运动）粘度的单位；1m 2/s ＝（106 ）厘斯。 3．某一种牌号为L-HL22的普通液压油在40o C 时（运动）粘度的中心值为22厘斯cSt(mm 2 /s )。 4. 选择液压油时，主要考虑油的（粘度）。（选项：成分、密度、粘度、可压缩性） 5．当液压系统的工作压力高，环境温度高或运动速度较慢时，为了减少泄漏，宜选用粘度较（高）的液压油。当工作压力低，环境温度低或运动速度较大时，为了减少功率损失，宜选用粘度较（低）的液压油。 6. 液体处于静止状态下，其单位面积上所受的法向力，称为（静压力），用符号（p ）表示。其国际单位为（Pa 即帕斯卡），常用单位为（MPa 即兆帕）。 7. 液压系统的工作压力取决于（负载）。当液压缸的有效面积一定时，活塞的运动速度取决于（流量）。 8. 液体作用于曲面某一方向上的力，等于液体压力与（曲面在该方向的垂直面内投影面积的）乘积。 9. 在研究流动液体时，将既（无粘性）又（不可压缩）的假想液体称为理想液体。 10. 单位时间内流过某通流截面液体的（体积）称为流量，其国标单位为 （m 3/s 即米 3 /秒），常用单位为（L/min 即升/分）。 12. 液体的流动状态用（雷诺数）来判断，其大小与管内液体的（平均流速）、（运动粘度）和管道的（直径）有关。 13. 流经环形缝隙的流量，在最大偏心时为其同心缝隙流量的（）倍。所以，在液压元件中，为了减小流经间隙的泄漏，应将其配合件尽量处于（同心）状态。 2-2 判断题 1. 液压油的可压缩性是钢的100～150倍。（√） 2. 液压系统的工作压力一般是指绝对压力值。（×） 3. 液压油能随意混用。（×） 4. 作用于活塞上的推力越大，活塞运动的速度就越快。（×） 5. 在液压系统中，液体自重产生的压力一般可以忽略不计。 （√） 6. 液体在变截面管道中流动时，管道截面积小的地方，液体流速高，而压力小。（×） 7. 液压冲击和空穴现象是液压系统产生振动和噪音的主要原因。（√） 3-1 填空题 1．液压泵是液压系统的（能源或动力）装置，其作用是将原动机的（机械能）转换为油液的（压力能），其输出功率用公式（pq P ?=0或pq P =0）表示。 2．容积式液压泵的工作原理是：容积增大时实现（吸油） ，容积减小时实现（压油）。 3．液压泵或液压马达的功率损失有（机械）损失和（容积）损失两种；其中（机械）损失是指泵或马达在转矩上的损失，其大小用（机械效率ηm ）表示；（容积）损失是指泵或马达在流量上的损失，其大小用（容积效率ηv ）表示。 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 ?=?=?= ` 第二章 思考题 1、为什么把液压控制阀称为液压放大元件 答：因为液压控制阀将输入的机械信号（位移）转换为液压信号（压力、流量）输出，并进行功率放大，移动阀芯所需要的信号功率很小，而系统的输出功率却可以很大。 2、什么是理想滑阀什么是实际滑阀 答：理想滑阀是指径向间隙为零，工作边锐利的滑阀。 实际滑阀是指有径向间隙，同时阀口工作边也不可避免地存在小圆角的滑阀。 4、什么叫阀的工作点零位工作点的条件是什么 | 答：阀的工作点是指压力-流量曲线上的点，即稳态情况下，负载压力为p L ，阀位移x V 时， 阀的负载流量为q L 的位置。 零位工作点的条件是q=p=x=0 L L V 。 5、在计算系统稳定性、响应特性和稳态误差时，应如何选定阀的系数为什么 答：流量增益 q q = x L V K ? ? ，为放大倍数，直接影响系统的开环增益。 流量-压力系数 c q =- p L L K ? ? ，直接影响阀控执行元件的阻尼比和速度刚度。 压力增益 p p = x L V K ? ? ，表示阀控执行元件组合启动大惯量或大摩擦力负载的能力 当各系数增大时对系统的影响如下表所示。 ， 7、径向间隙对零开口滑阀的静态特性有什么影响为什么要研究实际零开口滑阀的泄漏特性 答：理想零开口滑阀 c0=0 K， p0= K∞，而实际零开口滑阀由于径向间隙的影响，存在泄漏 流量2c c0r = 32W K πμ ，p0c K ，两者相差很大。 理想零开口滑阀实际零开口滑阀因有径向间隙和工作边的小圆角，存在泄漏，泄漏特性决定了阀的性能，用泄漏流量曲线可以度量阀芯在中位时的液压功率损失大小，用中位泄漏流量曲线来判断阀的加工配合质量。 9、什么是稳态液动力什么是瞬态液动力 答：稳态液动力是指，在阀口开度一定的稳定流动情况下，液流对阀芯的反作用力。 瞬态液动力是指，在阀芯运动过程中，阀开口量变化使通过阀口的流量发生变化，引起阀腔内液流速度随时间变化，其动量变化对阀芯产生的反作用力。 > 习题 1、有一零开口全周通油的四边滑阀，其直径-3 d=810m ?，径向间隙-6c r =510m ?，供油压力5s p =7010a P ?，采用10号航空液压油在40C 。 工作，流量系数d C =0.62，求阀的零位 系数。 解：零开口四边滑阀的零位系数为： 零位流量增益 q0d K C =零位流量-压力系数 2c c0r 32W K πμ = 零位压力增益 p0c K = 将数据代入得 2q0 1.4m s K = ！ 123c0 4.410m s a K P -=?? 11p0 3.1710a m K P =? 2、已知一正开口量-3 =0.0510m U ?的四边滑阀，在供油压力5s p =7010a P ?下测得零位泄 露流量c q =5min L ，求阀的三个零位系数。 解：正开口四边滑阀的零位系数为：液压课后习题答案
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