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运动控制重点课后作业

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1、P57 2-5 2-6
2、P94 3-8 3-11
2-5
解：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落为
（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为
（3）额定负载下满足D=20，s ≤5%的要求的转速降落为
2-6 解：（1）闭环的传递函数为：
输出电压：
（2）若把反馈断开，则为开环，其开环输出电压为：
开环时的输出电压是闭环时的264/12=22倍
（3）若把反馈系数减为0.35，当保持同样输出电压时，给定电压为
3-8 解：（1）电流反馈系数和转速反馈系数分别为：
min /5.274min /2
.018.0305e dN N r r C R I n =⨯==∆%6.21216.05
.27410005.274N N N N =≈+=∆+∆=n n n s min /63.2min /)
05.01(2005.01000)1(N N r r s D s n n ≈-⨯⨯≤-=∆11
157.015211521=⨯⨯+⨯=+=γs p s
p c K K K K W V W U U c n d 1211
158.8*=⨯==V
K K U U s p n d 2641528.8*=⨯⨯==V U K K K K U d s p s p n 6.41215
235.015211*=⨯⨯⨯⨯+=⨯+=γA V I U /0236.03398dm *im ≈==βr V n U min/01.01000
10max *nm ∙===α
（2）：① 确定时间常数
1）整流装置滞后时间常数T s ：查表的T s =0.0033s
2）电流滤波时间常数T oi ：三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms ，为了能在1至2个周期基本虑平波头，因此取T oi =2.5ms=0.0025s 。

3）电流环小时间常数T ∑i ： T ∑i =T s + T oi = 0.0058s
② 选择电流调节器结构
根据设计要求σi ≤ 5% ，并保证稳态电流无差，可按典型I 型系统设计电流调节器。

电流环控制对象是双惯性型的，因此可用PI 调节器。

检查对电源电压的抗扰性能：T l / T ∑i =0.012/0.0058=2.07，参看表 3-2的典型I 型系统动态抗扰性能，各项指标都是可以接受的。

③ 计算电流调节器参数
1）电流调节器超前时间常数：τi = T l = 0.012s
2）电流环的开环增益：要求σi ≤ 5%时，应取K i T ∑i = 0.5，所以
④ 校验近似条件
电流环截止频率： 1）校验晶闸管整流装置传递函数的近似条件
2）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件
3）校验电流环小时间常数近似处理条件
⑤ 计算调节器的电阻电容
1i ci I 860058.05.021-∑≈==
=s T K ω225.00236.03518.0012.086s 1I i =⨯⨯⨯==βτK R K K 1
I ci 86-==s K ω满足近似条件ci s T ω>≈⨯=-1s 1010033
.03131满足近似条件ci l m s T T ω<≈⨯=-106.79012
.012.01313满足近似条件ci oi s s T T ω>≈⨯=-11.1160025
.00033.0131131
电流调节器的原理图如右图所示，各电阻电容值如下：
按照上述参数，查表3-2可知，电流环可以电流环可以达到的动态性能指标为 σi = 4.3% < 5% ，满足设计要求。

（3）① 确定时间常数
1）电流环等效时间常数1/K I ：
2）转速滤波时间常数T on ：根据测速发电机波纹情况，取T on =0.015s 。

3）转速环小时间常数T ∑n ：按小时间常数近似处理，取
② 选择转速调节器的结构 按照设计要求，选用PI 调节器，其传递函数为
③ 计算转速调节器参数
按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则ASR 的超前时间常数为
转速的开环增益为
ASR 的比例系数为
Ω=Ω⨯==k k R K R i i 940225.00Ω
=k R i 1.9取uF R C i
i 3.01040012
.0
3i =⨯==
τuF
C i 33.0=取uF F R T C oi
25.010400025
.044
30
oi =⨯⨯==uF
C oi 22.0=取s
s T K 0116.00058.0221
i I
=⨯==∑s
s s T K T on n 0266.0015.00116.01
I
=+=+=∑s
s K
s W n n n ASR )
1()(ττ+=s
s hT 133.00266.05n n =⨯==∑τ2
2
2
22n 2N 6.1690266
.0521521--∑≈⨯⨯+=+=s s T h h K 96
.60266.018.001.052
12
.0196.00236.062)1(n m e n ≈⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=∑RT h T C h K αβ
④ 校验近似条件 转速的截止频率为：
1）电流环传递函数的简化条件
2）转速环小时间常数的近似处理条件
⑤ 计算调节器的电阻电容
电流调节器的原理图如右图所示，各电阻电容值如下：
⑥ 校核转速超调量
当h = 5 时，由表3-6查得，σn = 37.6%，不能满足设计要求。

实际上，由于表3-6 是按线性系统计算的，而突加阶跃给定时，ASR 饱和，不符合线性系统的前提，应该按ASR 退饱和的情况重新计算超调量。

当h =5时，查表3-7得△C max /C b =81.2% ，则有
Ω=k R n 270取uF C n 47.0=取uF C on 5.1=取1
1N 1N
cn 56.22133.06.169--≈⨯===s s K K n τωω满足近似条件cn 11I 6.400058
.02.863131ω>≈=--∑s s T K i 满足近似条件cn 11on I 2.25015
.02.863
131ω>≈=--s s T K Ω=Ω⨯==k k R K R 4.2784096.60n n uF F R C 49.010270133.03n n n =⨯==τuF F R T C 5.11040015.0443
0on on ≈⨯⨯==86.282196.018.0308≈⨯==∆e dN N C R I n 1.1308339≈==N m I I λ()%2.1112
.00266.0100086.2821.1%2.8122max ≈⨯⨯⨯⨯=∆-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=∑*m n N b n T T n n z C C λσ
（4）
3-11
解：（1）
（2）当电机突然失磁，电机停转。

n=0 Un=0
（3）
（4）
()%
13.712.00266
.0100086
.2827.0%2.8122max ≈⨯⨯⨯⨯=∆-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=∑
*m n
N b n T T n n z C C λσr
V n U N
min/01.0150015
*
nm
∙===αmin
/50001.05
*
n
r U n ===αV R I n C U dL e d 104220500128.0=⨯+⨯=+=V
K U U s d c 47.330
104
≈==V
U U im i 10*
*==A
I I dm d 30==V R I n C U dL e d 602300128.0=⨯+⨯=+=V
K U U s d c 230
60
===)
1()
1()(2++=Ts s s K s W τs
hT 25.005.05=⨯==τ1
22480025.02526
21-=⨯⨯=+=s T h h K )
105.0()
125.0(48)(2++=s s s s W s T t m v 44.005.08.88.8=⨯==()min
/75.9305
.0128.0)030
(05.0222r T C I I RT n m e dL dm n b ≈⨯-⨯⨯⨯=-=∆∑min
/12.7675.93%2.81max max r n C C n b b
≈⨯=∆⨯⎪⎪⎭⎫
⎝⎛∆=∆max n ∆v t t
t d I n 0n m T。

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最新运动控制系统-第三版课后练习答案

最新运动控制系统-第三版课后练习答案

1 忽略定子电阻的影响,讨论定子电压空间矢量s u 与定子磁链s ψ的关系。

当三相电压AO u 、BO u 、CO u 为正弦对称时，写出电压空间矢量s u 与定子磁链s ψ的表达式，画出各自的运动轨迹。

解: 用合成空间矢量表示的定子电压方程式:dtd i R u s s s s ψ+= 忽略定子电阻的影响，dtd u s s ψ≈ dt u s s ⎰≈∆ψ即电压空间矢最的积分为定子磁链的增量。

当三相电压为正弦对称时，定子磁链旋转矢量)(1ϕωψψ+=t j s s e : 电压空间矢量)2(11ϕπωψω++≈t j s s e u图 旋转磁场与电压空间矢量的运动轨迹 图 电压矢量圆轨迹2两电平PWM 逆变器主回路的输出电压矢量是有有限的，若期望输出电压矢量s u 的幅值小于d U 32，空间角度θ任意，如何用有限的PWM 逆变器输出电压矢量来逼近期望的?解:两电平pWM 逆变器有六个基本空间电压矢量，这六个基本空间电压矢量将电压空间矢量分成六个扇区，根据空间角度θ确定所在的扇区，然后用扇区所在的两个基本空间电压矢量分别作用一段时间等效合成期望的输出电压矢量。

3 按磁动势等效、功率相等的原则，三相坐标系变换到两相静止坐标系的变换矩阵为⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=23-23121-21-13223C 现有三相正弦对称电流)sin(t I i m A ω=，)32sin(πω+=t I i m B ，)32sin(πω+=t I i m C ，求变换后两相静止坐标系中的电流αs i 和βs i ，分析两相电流的基本特征与三相电流的关系。

解:两相静止坐标系中的电流⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎦⎤⎢⎣⎡C B A C B C B A C B A s s i i i i i i i i i i i i i 2323000233223230212132232302121132βα 其中,0=++C B A i i i⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+-+=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-+---)sin()cos(32)sin()32sin(3)cos(23322))(23)cos(23322)2)23)cos(2332)32cos()32cos(23)cos(2332232300023323232)32()32()32()32(t t I t t I e e e e t I e e e e t I t t t I i i i i i m m t j t j j j m t j t j t j t j m m C B A s s ωωωπωωωπωπωωωωπππωπωπωπωβα 两相电流与三相电流的的频率相同，两相电流的幅值是三相电流的23倍, 两相电流的相位差2π4笼型异步电动机铭牌数据为：额定功率kW 3=N P ，额定电压V 083=N U ，额定电流A 9.6=N I ，额定转速min r 1400=N n ，额定频率Hz 50=N f ，定子绕组Y 联结。

电力拖动自动控制系统-运动控制系统课后参考答案第三四章

电力拖动自动控制系统-运动控制系统课后参考答案第三四章

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,比较大,导致比较大,也比较大,然后输出电压较大，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a,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：反馈系数增加使得增大，减小，减小，减小，输出电压减小，转速n 减小，然后会有所减小，但是由于a增大了，总体还是增大的。

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，ldm=20A 如欲使Un*=10V时，n=1000rpm,应调什么参数答：前者应调节，后者应调节。

3-6 在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数改变转速调节器的放大倍数Kn 行不行改变电力电子变换器的放大倍数Ks 行不行改变转速反馈系数a行不行若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数答：转速n 是由给定电压决定的，若要改变电动机转速，应调节给定电压。

改变Kn和Ks不行。

改变转速反馈系数a行。

若要改变电动机的堵转电流，应调节或者。

3-7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少为什么答：均为零。

因为双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，PI 调节器工作在线性调节状态，作用是使输入偏差电压在稳态时为零。

各变量之间关系如下：3-8 在双闭环系统中，若速度调节器改为比例调节器，或电流调节器改为比例调节器，对系统的稳态性能影响如何答：稳态运行时有静差，不能实现无静差。

电力拖动自动控制系统-运动控制系统课后参考答案第二章

电力拖动自动控制系统-运动控制系统课后参考答案第二章

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。

运动控制系统第四版思考题答案

运动控制系统第四版思考题答案

运动控制系统第四版思考题答案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。