电力传动控制系统——运动控制系统(习题解答)(汤天浩)

习题解答（供参考）2.1试分析有制动电流通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的？解：减小控制电压，使U g1得正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压U d 降低，使得E>U d ，电机流过反向电流，电机进入制动状态。

0≤t< t on 时，通过二极管VD1续流，在t on ≤t<T 期间U g2为正，VT2导通，流过反向制动电流。

因此在制动状态时，VT2和VD1轮流导通，VT1始终关断。

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：10000.022.04(1)100.98n n n rpm 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min 1500max 0r n =，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 maxminn D n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n rpm =-∆=-=min 0min 15015135N n n n rpm=-∆=-=max min 148511135n D n ===2) 静差率 min 1510%150N n s n ∆===2.4 直流电动机为N P =74kW, N U =220V ，N I =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： 2203780.0230.1478/1430N N a e N U I R C V rpm n --⨯===378(0.0230.022)1150.1478N e I R n rpm C ⨯+∆===当s=20%时 14300.23.1(1)115(10.2)N n s D n s ⨯===∆-⨯-当s=30%时 14300.35.33(1)115(10.3)N n s D n s ⨯===∆-⨯-2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。

《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》(第四版)课后习题答案对于《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》的学习，在课后应该做一些练习题加以巩固。

一下是给大家的《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》(第四版)课后习题答案，希望对你有帮助。

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)7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压Uk的大小并非仅取决于*速度定Ug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。

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？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。

电力拖动自动控制系统-运动控制系统思考题和课后习题答案(总30页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--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。

第一章闭环控制的直流调速系统1－1为什么PWM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。

（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电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，可达1：10000 左右。

（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）功率开关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。

1－2试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的。

答：在制动状态中，为负值，i VT就发挥作用了。

这种情况发生在电动运行过程中需要降d 2速的时候。

这时，先减小控制电压，使U g1 的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压U d降低。

但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成E U d，很快使电流i d反向，VD2截止，在t on≤ t＜Ｔ时，U g2 变正，于是VT2导通，反向电流沿回路3 流通，产生能耗制动作用。

在T t≤＜Ｔ+ t时，VT关断，−i d沿回路4 经VD续流，向on 2 1电源回馈制动，与此同时，VD1两端压降钳住VT1使它不能导通。

在制动状态中，VT2和VT1轮流导通，而VT始终是关断的。

1在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT1关断后i d经VD2续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD2两端电压也降为零，VT2便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。

１－３调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？答：生产机械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，用字母Ｄ表示，即D= nmax其中，n和n一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负n min max min载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。

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。

《电力拖动自动控制系统一运动控制系统》（第四版）课后习题答案对于《电力拖动自动控制系统一运动控制系统》的学习，在课后应该做一些练习题加以巩固。

一下是给大家的《电力拖动自动控制系统一运动控制系统》（第四版）课后习题答案，希望对你有帮助。

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。

（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电流一转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压Uk的大小并非仅取决于*速度定Ug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）120c=B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。

（V）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。

1习题与思考题欧阳歌谷（2021.02.01）第二章机电传动系统的动力学基础2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和静态转矩。

拖动转矩是由电念头产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。

静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。

静态转矩是拖动转矩减去静态转矩。

2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。

TMTL>0说明系统处于加速，TMTL<0 说明系统处于减速，TMTL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。

2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头标的目的暗示转矩的实际作用标的目的）TM=TLTM< TLTMTL<0说明系统处于减速。

TMTL<0 说明系统处于减速TMTL TMTLTM> TL TM> TL系统的运动状态是减速系统的运动状态是加速TMTLTMTLTM= TL2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？因为许多生产机械要求低转速运行，而电念头一般具有较高的额定转速。

这样，电念头与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。

所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。

转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω, p不变。

转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω22.5为什么低速轴转矩年夜，高速轴转矩小？因为P= Tω,P不变ω越小T越年夜，ω越年夜T 越小。

2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2年夜很多?因为P=Tω，T=G∂D2/375. P=ωG∂D2/375. ,P不变转速越小GD2越年夜，转速越年夜GD2越小。

2.7 如图2.3（a）所示，电念头轴上的转动惯量JM=2.5kgm2, 转速nM=900r/min; 中间传动轴的转动惯量JL=16kgm2,转速nL=60r/min。

电力传动控制系统——运动控制系统（习题解答）第1章电力传动控制系统的基本结构与组成 (1)第2章电力传动系统的模型 (17)第3章直流传动控制系统 (23)第4章交流传动控制系统 (39)第5章电力传动控制系统的分析与设计* (48)第1章电力传动控制系统的基本结构与组成1. 根据电力传动控制系统的基本结构，简述电力传动控制系统的基本原理和共性问题。

答：电力传动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种传动方式，由于电力传输和变换的便利，使电力传动成为现代生产机械的主要动力装置。

电力传动控制系统的基本结构如图1-1所示，一般由电源、变流器、电动机、控制器、传感器和生产机械（负载）组成。

图1-1 电力传动控制系统的基本结构电力传动控制系统的基本工作原理是，根据输入的控制指令（比如：速度或位置指令），与传感器采集的系统检测信号（速度、位置、电流和电压等），经过一定的处理给出相应的反馈控制信号，控制器按一定的控制算法或策略输出相应的控制信号，控制变流器改变输入到电动机的电源电压、频率等，使电动机改变转速或位置，再由电动机驱动生产机械按照相应的控制要求运动，故又称为运动控制系统。

虽然电力传动控制系统种类繁多，但根据图1-1所示的系统基本结构，可以归纳出研发或应用电力传动控制系统所需解决的共性问题：1）电动机的选择。

电力传动系统能否经济可靠地运行，正确选择驱动生产机械运动的电动机至关重要。

应根据生产工艺和设备对驱动的要求，选择合适的电动机的种类及额定参数、绝缘等级等，然后通过分析电动机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容量的校验。

2）变流技术研究。

电动机的控制是通过改变其供电电源来实现的，如直流电动机的正反转控制需要改变其电枢电压或励磁电压的方向，而调速需要改变电枢电压或励磁电流的大小；交流电动机的调速需要改变其电源的电压和频率等，因此，变流技术是实现电力传动系统的核心技术之一。

3）系统的状态检测方法。

0802038_电力传动控制系统—运动控制系统汤天浩课后习题答案电力传动控制系统——运动控制系统（习题解答）第1章电力传动控制系统的基本结构与组成 (1)第2章电力传动系统的模型 (13)第3章直流传动控制系统 (18)第4章交流传动控制系统 (30)第5章电力传动控制系统的分析与设计* (38)第1章电力传动控制系统的基本结构与组成1. 根据电力传动控制系统的基本结构，简述电力传动控制系统的基本原理和共性问题。

答：电力传动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种传动方式，由于电力传输和变换的便利，使电力传动成为现代生产机械的主要动力装置。

电力传动控制系统的基本结构如图1-1所示，一般由电源、变流器、电动机、控制器、传感器和生产机械（负载）组成。

图1-1 电力传动控制系统的基本结构电源变流器电动机负载控制器传感器控制指令电力传动控制系统的基本工作原理是，根据输入的控制指令（比如：速度或位置指令），与传感器采集的系统检测信号（速度、位置、电流和电压等），经过一定的处理给出相应的反馈控制信号，控制器按一定的控制算法或策略输出相应的控制信号，控制变流器改变输入到电动机的电源电压、频率等，使电动机改变转速或位置，再由电动机驱动生产机械按照相应的控制要求运动，故又称为运动控制系统。

虽然电力传动控制系统种类繁多，但根据图1-1所示的系统基本结构，可以归纳出研发或应用电力传动控制系统所需解决的共性问题：1）电动机的选择。

电力传动系统能否经济可靠地运行，正确选择驱动生产机械运动的电动机至关重要。

应根据生产工艺和设备对驱动的要求，选择合适的电动机的种类及额定参数、绝缘等级等，然后通过分析电动机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容量的校验。

2）变流技术研究。

电动机的控制是通过改变其供电电源来实现的，如直流电动机的正反转控制需要改变其电枢电压或励磁电压的方向，而调速需要改变电枢电压或励磁电流的大小；交流电动机的调速需要改变其电源的电压和频率等，因此，变流技术是实现电力传动系统的核心技术之一。