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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 变换器电路的根本构造。
答：直流 PWM 变换器根本构造如图，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，当电动机停顿不动时，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。
假设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。
因为假设开关频率非常高，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，就已经开场下降了，从而导致平均电流总小于负载电流，电机无法运转。
第二章2-1：答：在制动阶段，VT1始终不导通。
VT2导通期间，并能耗制动；VT2不导通期间，VD1续流，并回馈制动。
2-2：由101001000==D ；rpm s D s n n n N N cl 04.298.01002.01000)1(=⨯⨯≤-=∆=∆；2-3：已知rpm n n n N 1500max max 0=∆+= rpm n n n N 150min min 0=∆+=max n n N =，rpm n N 15=∆所以1115150151500minmax =--==n n D 1.0151114851511=⨯+⨯=∆+∆=Dn n D n s N N N2-4：rv n R I UC N a N Ne min/1478.0/)(⋅=-=rpmC R R I n e s a N op 1.1151478.0/045.0378/)(=⨯=+=∆1.38.0*1.1152.0*1430)1(==-∆=s n s n D N N 32.57.0*1.1153.0*1430)1(==-∆=s n s n D N N2-5：rpm C R I n e N op 5.2742.0/18.0305/=⨯==∆ /()27.45%N op N op s n n n =∆+∆=rpm s D s n n n N N cl 63.295.02005.01000)1(=⨯⨯≤-=∆=∆2-6：v K K U K K U s p u s p dcl 121=+=γ264==u s p dop U K K U 22/=dcldop UUv U K K K K U dcl sp s p u 6.41=+=γ2-7： 10=Drpm s D s n n n N N cl 9.795.01005.01500)1(=⨯⨯≤-=∆=∆66.1119.71001=-=-∆∆=clop n n K2-8：rpm n cl 801=∆，15=K所以：rpm rpm K n n cl op 12801680)1(1=⨯=+∆=∆； 如果：30=K ，则：rpm rpm K n n op cl 29.4131/128012==+∆=∆； 由)1(11s n s n D cl N -∆=，)1(22s n sn D cl N -∆=则：229.41/802112≈=∆∆=cl cl n n D D2-9：1）r v n R I U C N a N N e min/1342.0/)(⋅=-=rpm C R R R I n e L rec a N op 4.3071342.0/3.35.12/)(=⨯=++=∆rpm s D s n n N cl 33.89.0201.01500)1(=⨯⨯=-=∆所以9.35133.889.2461=-=-∆∆=clop n n K2）系统原理图和静态结构框图见书中；3、4）方法一：由n U U n n α=≈*，所以r v n U N nm min/01.01500/15/*⋅==≈α77.13/==s epK KCKα；3、4）方法二：由2271.14/])1([*=++=nm s N N e p U K R I n K C K 0097.0/==s p e K K KC α。
电力拖动自动控制系统课后习题答案全内含两份阮毅陈伯时HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】电力拖动自动控制系统 课后习题答案{全，内含两份，二无一失}——运动控制系统第四版{上海大学 阮毅 陈伯时}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 开关频率高，响应速度快，电流容易连续，系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
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：制动时，由于1g U 的脉冲变窄而导致d i 反向时，U g2变正，于是VT 2导通，VT 2导通，VT 1关断。
1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围，静态速降和最小静差之间有什么关系为什么脱离了调速范围，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max n 和最低转速min n 之比叫做调速范围，用字母D 表示，即：m inm ax n n D负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落N n ∆与理想空载转速min 0n 之比，称为系统的静差率S,即：min0n n s N ∆= 调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为：由于在一定的N n 下，D 越大，m in n 越小N n ∆又一定，则S 变大。
所以，如果不考虑D ，则S 的调节也就会容易，1-4．某一调速系统，测得的最高转速特性为m in /1500max 0r n =，最低转速特性为m in /150min 0r n =，带额定负载的速度降落m in /15r n N =∆，且不同转速下额定速降N n ∆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大解1-5闭环调速系统的调速范围是1500----150r/min ，要求系统的静差S<=2%,那末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1，min /06.3%)21(10%21500)1(101501500min max r S D S n n n n D N =-⨯≤-=∆===则 2，7.31106.31001=-≥+=∆∆K K n n cl op则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他提高到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同样静差率的条件下调速范围与开环放大倍数加1成正比1-7某调速系统的调速范围D=20，额定转速min /1500r n =，开环转速降落min /240r n Nop =∆，若要求静差率由10%减少到5%则系统的开环增益将如何变化？解：原系统在调速范围D=20，最小转速为：min /75201500max min r D n n ===， 原系统在范围D=20，静差率为10%时，开环增益为：静差率10%时原系统的开环增益为： 1-8转速单环调速系统有那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，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速为什么如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力答：1）闭环调速系统可以比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围。
第三章作业思考题3-1 在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大值 I dm ？为什么？答：不能达到最大值，因为在恒流升速阶段，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它正是一个线性渐增的斜坡扰动量，所以系统做不到无静差，而是I d 略低于I dm 。
3-2 由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。
答：转轴堵死，则n=0，U n =α×n =0，∆U n =U n ∗−U n =U n ∗比较大,导致U i ∗=∆U n ×K ASE 比较大，U C =（U i ∗−U i ）×K ACR 也比较大，然后输出电压U d0=U C ×K S 较大，最终可能导致电机烧坏。
3-3 双闭环直流调速系统中，给定电压 Un*不变，增加转速负反馈系数 α，系统稳定后转速反馈电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变？答：反馈系数增加使得U n =α×n 增大，∆U n =U n ∗−U n 减小，U i ∗=∆U n ×K ASE 减小，U C =(U i ∗−U i )×K ACR 减小，输出电压U d0=U C ×K S 减小，转速n 减小，然后U n =α×n 会有所减小，但是由于α增大了，总体U n 还是增大的。
3-4 双闭环直流调速系统调试时，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。
答：（1）转速一直上升，ASR 不会饱和，转速调节有静差。
（2）转速上升时，电流不能维持恒值，有静差。
3-5 某双闭环调速系统，ASR 、 均采用 PI 调节器，ACR 调试中怎样才能做到 Uim*=6V 时，Idm=20A ；如欲使 Un*=10V 时，n=1000rpm ，应调什么参数？答：前者应调节β=U im ∗Idm=0.3，后者应调节α=U n∗n=0.01。
《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》习题2-2调速系统的调速范围是1000~100r/min ，要求静差率s=2%，那么系统允许的稳态速降是多少？解：系统允许的稳态速降)min (04.2)02.01(10002.0)1(min r s sn n N =−×=−=∆2-5某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。
已知直流电动机kW P N 60=，V U N 220=，A I N 305=，min 1000r n N =，主电路总电阻Ω=18.0R ，r V C e min 2.0•=，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）额定负载下的转速降落N n ∆为多少，才能满足%5,20≤=s D 的要求。
解：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落)min (5.2742.018.0305r C R I n e N N =×==∆（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率%5.21215.05.27410005.274=≈+=∆+∆=N N N N n n n s （3）额定负载下满足%5,20≤=s D 要求的转速降落)min (63.2)05.01(2005.01000)1(r s D s n n N N ≈−××=−=∆2-6有一晶闸管稳压电源，其稳态结构如图所示，已知给定电压,8.8*V U u =比例调节放大系数,2=p K 晶闸管装置放大系数,15=s K 反馈系数7.0=γ。
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时的多少倍？（3）若把反馈系数减至5.30=γ，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少？解：（1）输出电压)V (128.87.015211521*=×××+×=+=u s p sp d U K K K K U γ；（2）若把反馈线断开，)V (2648.8152*=××==u s p d U K K U ；开环时的输出电压是闭环时的2212264=倍。
事情是这样的，一个月前我的同事小度找到我吐槽……当时一听这话直接吓的我都坐地上了完蛋了，莫不是要我卷铺盖了…但听完接下来的话我又爬了起来（老板拜托你说话不要大喘气好不好！）领导指着电脑：哧，还以为什么事儿呢。
我镇定地捋了捋头发站好：“老板你放心，不就是发福利么，这事儿包我身上了。
”虽然话放出去了，但说实话这一大堆福利具体怎么发心里还真没底。
但毕竟小度好歹是全国新媒体编辑里机智程度排名前一万的人，经过好几夜的苦思冥想后…哦呵呵呵…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<S<S m 所以调速范围不大。
电动机机械特性越软，调速范围不变，因为S m不变。
5-2 异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制？在整个调速范围内，保持电压恒定是否可行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保存电压恒定？答：当异步电动机在基频以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。
由此可见，最好是保持每极磁通量为额定值不变。
当频率从额定值向下调节时，必须同时降低E g 使14.44常值SgS N mN E N K f ϕ=⨯⨯=，即在基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。
然而，异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。
当电动势值较高时，可忽略定子电阻和漏感压降，而认为定子相电压s g U E ≈。
在整个调速范围内，保持电压恒定是不可行的。
在基频以上调速时，频率从额定值向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。
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。
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(四版)课后习题答案,基本全(总23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--习题解答（供参考） 习题二系统的调速范围是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 sn 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)115N 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。
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<S<S m 所以调速范围不大。
电动机机械特性越软，调速范围不变，因为S m 不变。
5-2 异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制？在整个调速范围内，保持电压恒定是否可行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保存电压恒定？答：当异步电动机在基频以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。
由此可见，最好是保持每极磁通量为额定值不变。
当频率从额定值向下调节时，必须同时降低E g 使14.44常值SgS N mN E N K f ϕ=⨯⨯=，即在基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。
然而，异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。
当电动势值较高时，可忽略定子电阻和漏感压降，而认为定子相电压s g U E ≈。
在整个调速范围内，保持电压恒定是不可行的。
在基频以上调速时，频率从额定值向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。
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。
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运动控制系统第五版课后练习题含答
案
一、单选题
1.答案：A
2.答案：B
3.答案：D
4.答案：A
5.答案：B
6.答案：C
7.答案：D
8.答案：B
9.答案：A
10.答案：C
二、多选题
1.答案：ABD
2.答案：ACD
3.答案：AD
4.答案：ABC
5.答案：ABCD
三、判断题
1.答案：正确
2.答案：错误
3.答案：正确
4.答案：错误
5.答案：错误
四、简述题
1.答案：
运动控制系统是指一种能够对运动进行控制和调节的系统。
它主要由控制单元、执行机构和传感器三部分组成。
其中，控制单元可用PLC或电脑实现，执行机构可以是电动机、液压机、气动机等，传感器则负责感知物体的位置、速度等信息，并将这些信息反馈给控制单元。
2.答案：
电力拖动自动控制系统主要由电动机、变频器、PLC等组成。
其中，电动机作
为执行机构，通过变频器调节电机的转速和转矩；PLC则作为控制单元，利用编程
对电机进行精确的控制和调节，以实现系统所要求的功能。
五、计算题
1.答案：500转/分
2.答案：1000N
3.答案：50N·m
4.答案：12.5次/min
5.答案：750W
以上为本次课后练习题的答案，希望大家认真做好每一道题，提升自身的运动控制能力。
n 《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》习题2-2 调速系统的调速范围是 1000~100r/min ，要求静差率 s=2%，那么系统允许的稳态速降是 多少？解：系统允许的稳态速降∆n N =sn min (1 − s ) = 0.02 ×100 (1 − 0.02) = 2.04(rmin )2-5 某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。
已知直流电动机 P N = 60kW ，U N = 220V ， I N = 305 A ， n N = 1000 r min ， 主 电 路 总 电 阻 R = 0.18Ω ，C e = 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 s N 多少？ （3）额定负载下的转速降落 ∆n N 为多少，才能满足 D = 20, s ≤ 5% 的要求。
解：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落∆n N = I N R =305 ×0.18= 274.5(r min )C e0.2 （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率s N =N ∆n N + ∆nN =274.5≈ 0.215 = 21.5% 1000 + 274.5 （3）额定负载下满足 D = 20, s ≤ 5% 要求的转速降落∆n N =n N s D (1 − s )=1000 × 0.0520 × (1 − 0.05)≈ 2.63(r min )UN解：（1）C e =−I d RanN = 220 −12.5 ×1.5 = 0.1341V ⋅ min/ r 1500∆nop =RINCe=12.5 × (1.5 + 1.0 + 0.8)0.1341= 307.6r / min（2）∆n =nNs≤ 1500× 0.1 = 8.33r / min cl D(1 −s) 20 ×(1 −0.1)（3）∆n op 307.6（4）闭环系统的开环放大系数为 K = − 1 = − 1 = 35.93∆n clK 8.3335.93运算放大器所需的放大倍数 K p = K s α /C e = = 13.7735 × 0.01 / 0.1341解：R = 4.8Ω R s / R = 0.3125 < 1 / 3图见 49 页2-12 有一晶闸管-电动机调速系统，已知：电动机 P N = 2.8kW ，U N = 220V ， I N = 15.6 A ， n N = 1500 r min ， R a = 1.5Ω ，整流装置内阻 R rec = 1Ω ，电枢回路电抗器电阻 R L = 0.8Ω ， 触发整流环节的放大倍数 K s = 35 。
第2章三、思考题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。
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。
2-11 调速范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）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发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？（已验证）答：转速单闭环调速系统增加了转速反馈环节（由转速检测装置和电压放大器构成），可获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而保证在一定静差率下，能够提高调速范围。
改变给定电压能改变电动机转速。
因为改变给定电压则改变实际转速反馈电压与给定电压的偏差，从而改变电力电子变换器的输出电压，即改变电动机的电枢电压，改变了转速。
调节转速反馈系数而不改变给定电压能改变转速。
因为改变转速反馈系数则改变实际转速反馈电压，而给定电压不变，则电压偏差改变，从而电力电子变换器输出电压改变，即电动机电枢电压改变，转速改变。
若测速发电机励磁发生变化，则反馈电压发生变化，当给定电压一定时，则电压偏差发生变化，从而转速改变。
故系统无克服测速发电机励磁发生变化干扰的能力。
2=13 为什么用积分控制的调速系统是无静差的？在转速单闭环调速系统中，当积分调节器的输入偏差电压△U=0 时，调节器的输出电压是多少？它决定于哪些因素？答：因为积分调节器能在电压偏差为零时仍有稳定的控制电压输出，从而克服了比例调节器必须要存在电压偏差才有控制电压输出这一比例控制的调速系统存在静差的根本原因。
当积分调节器的输入偏差电压为零时，调节器输出电压应为一个恒定的积分终值。
它取决于输入偏差量在积分时间内的积累，以及积分调节器的限幅值。
2=14 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？为什么？答：仍然受影响。
因为无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零，因此若给点电源发生偏移，或者测速发电机精度受到影响而使反馈电压发生改变，系统仍会认为是给定或转速发生改变，从而改变转速，以达到电压偏差为零。
2=15 在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有调节作用？为什么？（已验证）（1）放大器的放大系数Kp。
（2）供电电网电压Ud。
（3）电枢电阻Ra。
（4）电动机励磁电流If。
（5）转速反馈系数α。
答：（1）有。
假设Kp 减小，则控制电压减小，则电力电子变换器输出减小，则电动机转速下降；而电动机转速下降，则反馈电压减小，则偏差电压增大，则控制电压增大，则转速上升。
（2）有。
不解释。
（3）有。
不解释。
（4）有。
不解释。
（5）没有。
不解释。
2-16 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 较之负载变化前是增加、减少还是不变？在无静差调速系统中，突加负载后进入稳态时转速n 和整流装置的输出电压Ud 是增加、减少还是不变？（已验证）答：（1）Ud 减小。
因负载减小，转速上升，反馈电压增加，给定电压一定，偏差电压减小，控制电压减小，故输出电压减小。
（2）n 不变，Ud 增加。
转速负反馈调速系统转速仅取决于给定电压，故不变；略。
2-17 闭环调速系统有哪些基本特征？它能减少或消除转速稳态误差的实质是什么？一、可以作为填空题或简答题的2-1 简述直流电动机的调速方法。
答：直流调速系统常以（调压调速）为主，必要时辅以（弱磁调速），以（扩大调速范围），实现（额定转速以上调速）。
2-2 直流调压调速主要方案有（G-M 调速系统，V-M 调速系统，直流PWM 调速系统）。
2-3 V-M 调速系统的电流脉动和断续是如何形成的？如何抑制电流脉动？11-12 答：整流器输出电压大于反电动势时，电感储能，电流上升，整流器输出电压小于反电动势时，电感放能，电流下降。
整流器输出电压为脉动电压，时而大于反电动势时而小于，从而导致了电流脉动。
当电感较小或电动机轻载时，电流上升阶段电感储能不够大，从而导致当电流下降时，电感已放能完毕、电流已衰减至零，而下一个相却尚未触发，于是形成电流断续。
2-4 看P14 图简述V-M 调速系统的最大失控时间。
14 答：t1 时刻某一对晶闸管被触发导通，触发延迟角为α1，在t2>t1 时刻，控制电压发生变化，但此时晶闸管已导通，故控制电压的变化对它已不起作用，只有等到下一个自然换向点t3 时刻到来时，控制电压才能将正在承受正电压的另一对晶闸管在触发延迟角α2 后导通。
t3-t2 即为失控时间，最大失控时间即为考虑t2=t1 时的失控时间。
2-5 简述V-M 调速系统存在的问题。
16 答：整流器晶闸管的单向导电性导致的电动机的不可逆行性。
整流器晶闸管对过电压过电流的敏感性导致的电动机的运行不可靠性。
整流器晶闸管基于对其门极的移相触发控制的可控性导致的低功率因数性。
2-6 简述不可逆PWM 变换器（无制动电流通路与有制动电流通路）各个工作状态下的导通器件和电流通路。
17-18 2-7 调速时一般以电动机的（额定转速）作为最高转速。
2-8 （调速范围）和（静差率）合称调速系统的（稳态性能指标）。
2-8 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可调范围）。
2-9 简述转速反馈控制的直流调速系统的静特性本质。
答：在闭环系统中，每增加（或减少）一点负载，就相应地提高（或降低）一点电枢电压，使电动机在新的机械特性下工作。
因此闭环系统的静特性本质上就是无数开环机械特性上各取一个相应的工作点连接而成的。
2-10 简述比例反馈控制的规律。
答：比例控制的反馈控制系统是（被调量有静差）的控制系统；反馈控制系统的作用是（抵抗前向通道的扰动，服从给定）；反馈系统的精度依赖于（给定和反馈检测的精度）。
2-11 简述积分控制规律答：积分控制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。
2-12 比例调节器和积分调节器有何不同？答：比例调节器的输出只取决于（输入偏差的现状），而积分调节器的输出则包含了（输入偏差量的全部历史）2-13 简述比例积分控制规律。
答：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）。
2-14 微机控制的调速系统有什么特点？答：（信号离散化，信息数字化）。
2-15 旋转编码器分为哪几种？各有什么特点？答：绝对式编码器：常用语检测转角信号，若需要转速信号，应对转角微分。
增量式编码器：可直接检测转速信号。
2-16 数字测速方法有哪些精度指标？答：（分辨率，测速误差率）。
2-17 采用旋转编码器的数字测速方法有（M，T，M/T）。
高低全2-18 为什么积分需限幅？答：若没有积分限幅，积分项可能很大，将产生较大的退饱和超调。
2-19 简述带电流截止负反馈环节转速反馈调速系统机械特性的特点。
答：电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻KpKsR，导致当Id=Idcr 时，机械特性急剧下垂；比较电压Ucom 与给定电压Un* 作用一致，相当于把理想空载转速提高到n0`=(KpKs(Un*+Ucom))/(Ce(1+K))。
二、公式和特性1. 整流电压平均值：Ud0=(m/π)Umsin(m/π)cosα（Um/m_ 单相全波/ 三相半波/ 三相全波_√2U2/√2U2/√6U2/2/3/6）2.V-M 调速系统机械特性方程：n=(Ud0-IdR)/Ce3.晶闸管整流器最大失控时间：Tsmax=1/mf4.调速范围定义式：D=nmax/nmin5.静差率定义式：s=△n/n6.闭环静特性与开环静特性：ncl=(Ud0cl-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/(Ce(1+K))nop=(Ud0op-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/Ce7.调速范围，静差率和额定速降之间的关系式（开环和闭环）：D_=(nN/△n_)(s/(1-s))（△ncl= △nop/(1+K)）8.转速反馈控制直流调速系统的K 定义式及表达式：K=KpKsα/Ce 9.临界开环放大倍数Kcr=(Tm(Tl+Ts)+Ts^2)/(TlTs)<K（Tl=L/R | Tm=((GD^2)R)/(375CeCm)）10.各种数字测速方法其分辨率和测速误差率表达式：nM=(60M1)/(ZTc) | QM=60/(ZTc) | δM=1/M1 | nT=(60f0)/(ZM2) | QT=(Zn^2)/(60f0-Zn) | δT=1/(M2-1) | nMT=(60f0M1)/(ZM2)=nT?M1 | QMT=60/(ZTc)=QM | δMT=｛低速—>δT | 高速—>δM | 11.连续式PI 算式：?u(t)=Kpe(t)+(1/τ)∫(0_t)e(t)dt 12.位置式PI 算式：u(k)=Kpe(k)+(Tsam/τ)∑(i=0_k)e(i) 13.增量式PI 算式：△u(k)=u(k)-u(k-1)=Kp(e(k)-e(k-1))+(Tsam/τ)e(k) 1.V-M 调速-系统原理图：2.（无制动和有制动）直流PWM 变换器-电动机-电路原理图： 3.转速负反馈直流调速系统-系统原理图： 4.转速负反馈直流调速系统-静态结构图： 5.转速负反馈直流调速系统-动态结构图：6.带电流截止负反馈的闭环直流调速系统-静态结构图：1.有制动电流通路的不可逆PWM 变换器-直流电动机系统各工作状态下的电压和电流波形：2.带电流截止负反馈比例控制闭环直流调速系统-静特性：第3章三、思考题3-1 在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大值Idm？为什么？答：不能。
