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运动控制系统-课后习题答案

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运动控制系统-课后习题答案(总19页)

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课后习题答案

系统的调速范围是1000~100minr，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)nnsnrpmDs

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0max1500minnr，最低转速特性为

0min150minnr，带额定负载时的速度降落15minNnr，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 maxminDnn(均指额定负载情况下）

max0max1500151485Nnnn

min0min15015135Nnnnmaxmin148513511Dnn

2) 静差率 01515010%Nsnn

直流电动机为PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=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)14300.1478NNaNCeUIRnVrpm

378(0.0230.022)0.1478115NnIRCerpm

[(1)]14300.2[115(10.2)]3.1NDnSns

[(1)]14300.3[115(10.3)]5.33NDnSns

某龙门刨床工作台采用V-M调速系统。已知直流电动机60,220,305,1000minNNNNPkWUVIAnr，主电路总电阻R=Ω,Ce=•min/r,求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落Nn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NS多少

（3）若要满足D=20,s≤5%的要求，额定负载下的转速降落Nn又为多少

解：(1)3050.180.2274.5/minNNnIRCer

(2) 0274.5(1000274.5)21.5%NNSnn

(3) [(1)]10000.05[200.95]2.63/minNnnSDsr

有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压*8.8uUV、比例调节器放大系数2PK、晶闸管装置放大系数15SK、反馈系数γ=。求：（1）输出电压dU；（2）若把反馈线断开，dU为何值开环时的输出电压是闭环是的多少倍（3）若把反馈系数减至γ=，当保持同样的输出电压时，给定电压*uU 应为多少

解：（1）*(1)2158.8(12150.7)12dpsupsUKKUKKV

(2) 8.8215264dUV,开环输出电压是闭环的22倍

(3) *(1)12(12150.35)(215)4.6udpspsUUKKKKV

某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min，要求系统的静差率5%s，那么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

解： 1）snsnDNN1/

1015002%/98%Nn

15002%/98%103.06/minNnr

2）7.31106.3/1001/clopnnK

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

解： 12881511clopnKn

如果将开环放大倍数提高到30, 则速降为：

rpmKnnopcl13.4301/1281/

在同样静差率要求下，D可以扩大937.1/21clclnn倍 有一V-M调速系统：电动机参数PN=, UN=220V, IN=, nN=1500 r/min，电枢电阻Ra=Ω，电枢回路电抗器电阻RL=Ω，整流装置内阻Rrec=Ω,触发整流环节的放大倍数Ks=35。要求系统满足调速范围D=20，静差率S<=10%。

（1）计算开环系统的静态速降Δnop和调速要求所允许的闭环静态速降Δncl 。

（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构图。

（3）调整该系统参数，使当Un*=15V时，Id=IN，n=nN ，则转速负反馈系数 α应该是多少

（4）计算放大器所需的放大倍数。

解：（1）

/22012.51.5/1500201.25/15000.134min/NNaeenUIRCCVr

//12.53.3/0.134307.836/minNNeopNenUIRCnIRCr

/1150010%/20*90%8.33/minNNnnsDsr（）

所以，min/33.8rncl

（2）

（3）（4）KCRIKKUKCRIUKKnednednsp1/1/1/

/1307.836/8.33135.955opclKnn

150035.95515/135.95512.53.3/0.134135.955

rVmin/0096.0

可以求得，*35.955*0.13414.34*35*0.0096epsKCKK

也可以用粗略算法： nUUnn，01.0150015*nUn

/pesKKCK，35.9550.134/350.0113.76pK

在题的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流NdblII2，临界截止电流NdcrII2.1，应该选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻要求电流反馈采样电阻不超过主电路总电阻的1/3 ,如果做不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统的原理图和静态结构图，并计算电流反馈放大系数。这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多少

解：（1） AIINdbl252，AIINdcr152.1

scomscomdcrRURUI/15/

5.1/1525/*sscomscomndblRRURUUI，VUcom5.225.115

（2）(/3)1.01.50.8/31.1,(/3)1.1,ssRRRR不符合要求，取需加电流反馈放大器

由于需要的检测电阻值大，说明要求的电流信号值也大。要同时满足检测电阻小和电流信号大的要求，则必须采用放大器，对电流信号进行放大。为此，

取1.1sR，则151.116.5comdcrsUIRV

6

（3） 当dcrdII时，有

KCIRKKKRKCUKUKKKCRIKCUIRKKKKCUKKnedsispecominspedecomdsispensp1/1/1/1/1/** 当n=0时，

**//dblpsnicompsisnicomisIKKUKURKKKRUKUKR

251516.5/1.115/22.513.51.36iiiKKK

在题的系统中，若主电路电感L=50mH，系统运动部分的飞轮惯量22GD=1.6Nm，整流装置采用三相零式电路，试判断按题2-9要求设计的转速负反馈系统能否稳定运行如要保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数是多少

解： mHL50，226.1NmGD，3.3R，0.134/eCVrpm

2/0.05/3.30.015/3751.63.3/3750.1340.13430/3.145.28/64.330.0820.00333lmemsTLRsTGDRCCsTs

222/0.0820.0150.003330.00333/0.0151*0.003330.00150.00333/0.0000498330.52lmlsssKTTTTTT（） 可见与前面的K>相矛盾，故系统不稳定。要使系统能够稳定运行，K最大为。

有一个晶闸-电动机调速系统，已知：电动机：kWPN8.2，VUN220，AIN6.15，1500Nnr/min，aR=Ω，整流装置内阻recR=1Ω, 电枢回路电抗器电阻LR=Ω， 触发整流环节的放大倍数35sK。 (1)系统开环工作时，试计算调速范围30D时的静差率s值。

(2)当30D，%10s时，计算系统允许的稳态速降。

(3)如组成转速负反馈有静差调速系统，要求30D，%10s，在VUn10*时NdII，Nnn，计算转速负反馈系数和放大器放大系数pK。

解：

rVCemin/1311.01500/5.16.15220

（1）

min0min/15.63.3/0.1311392.68/min1500/3050/392.68/392.685088.7%opNeopnIRCrnsnn

（2）

min/56.59.0/550/1.0rnnn

（3）

espedenspCKKKKCIRKCUKKn/1/1/*

5.52156.5/48.2971/1/6.151/1500*clopeenspnnKKCRKCUKK

旋转编码器光栅数1024，倍频系数4，高频时钟脉冲频率MHz1f0，旋转编码器输出的脉冲个数和高频时钟脉冲个数均采用16位计数器，M法测速时间为，求转速min/r1500n和min/r150n时的测速分辨率和误差率最大值。

解：

（1）M法：分辨率min/465.101.0410246060rZTQc

最大误差率：cZTMn160

min/1500rn时，10246001.0102441500601cnZTM

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运动控制系统习题答案

运动控制系统习题答案

第一章 习题答案

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1gU的脉冲变窄而导致di反向时，Ug2 变正，于是VT2导通，

VT2导通，VT1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 maxn和最低转速minn之比叫做调速范围，

用字母D表示，即：minmaxnnD

负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落Nn 与理想空载转速min0n之比，称为系统的静差率S,即：min0nnsN

调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为：

)1(snsnDNN

由于在一定的Nn下，D越大，minn越小Nn 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min/1500max0rn，最低转速特性为min/150min0rn，带额定负载的速度降落min/15rnN，且不同转速下额定速降Nn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

1115150151500min0max0minmaxNNnnnnnnD

%1015015min0nns

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(101501500minmaxrsDsnnnnDN则

计算机控制系统课后习题答案

计算机控制系统课后习题答案

2.1 在计算机控制系统中，为了获取系统的运行状态或设定信息，经常需要进行开关量信号的输入。

2.2 把从控制对象检测到的模拟信号，转换成二进制数字信号，经I/O接口送入计算机。

2.3 在计算机控制系统中，经常需要控制执行机构的开/关（如对电磁阀的控制）或启/停（如各种交、直流电机的控制），某些控制算法（如脉宽调制方法，最优控制中的乒乓控制算法等）也需要控制执行机构在一定时间T内全负荷工作一段时间t(0≤t≤T)，这些控制可通过计算机开关量输出通道来实现。

2.4 把计算机输出的数字量转换成模拟量。

2.5 光电耦合器的作用：从工业现场获取的开关量或数字量的信号电平往往高于计算机系统的逻辑电平，即使输入开关量电压本身不高，也有可能从现场引入意外的高压信号，因此必须采取电隔离措施，以保障计算机系统的安全。常用的隔离措施是采用光电耦合器件实现的。

光电耦合器的用法：下图为原理图。当输入侧(即发光二极管)流过一定的电流IF时，发光二极管开始发光，它触发光敏三极管使其导通；当撤去该电流时，发光二极管熄灭、三极管截止。这样，就实现了以光路来传递信号，保证了两侧电路没有电气联系，从而达到了隔离的目的。

2.5 光电耦合器的注意事项：

① 输入侧导通电流

要使光电隔离器件导通，必须在其输入侧提供足够大的导通电流，以使发光二极管发光。不同的光电隔离器件的导通电流也不同，典型的导通电流IF=10mA。

② 频率特性

受发光二极管和光敏元件响应时间的影响，光电隔离器件只能通过一定频率以下的脉冲信号。因此，在传送高频信号时，应该考虑光电隔离器件的频率特性，选择通过频率较高的光电隔离器。

③ 输出端工作电流

光电隔离器输出端的灌电流不能超过额定值，否则就会使元件发生损坏。一般输出端额定电流在mA量级，不能直接驱动大功率外部设备，因此通常从光电隔离器至外设之间还需设置驱动电路。

2.5 光电耦合器的注意事项：

运动控制系统思考题答案

运动控制系统思考题答案

运动控制系统思考题答案

【篇一：运动控制系统思考题课后习题答案完整版 (1)】

直流电动机有哪几种调速方式？各有那些特点？

答：a改变电枢回路电阻调速法 外加电阻radd的阻值越大，机械特性的斜率就越大，相同转矩下电动机的转速越低 b减弱磁通调速法 减弱磁通只能在额定转速以上的范围内调节转速 c调节电枢电压调速法 调节电枢电压调速所得的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速以下实现平滑调速。

1.2为什么直流pwm变换器-电动机系统比相控整流器-电动机系统能够获得更好的动态性能？

答：a pwm变换器简单来讲调节的是脉冲串的宽度，直流成分没有受到破坏，也就是说其最大值=峰值是不变的，变的是平均值； b 相控整流，是由交流整流得到的直流，虽然也是平均值在变，但是其最大值、峰值也是随着导通角的大小时刻在变，且导通角越小波形的畸变越严重。从而影响了电机的输出特性。

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），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直流pwm变换器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。

1.4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。

1.5

答：不会

1.7静差率s与调速范围d有什么关系？静差率与机械特性硬度是一回事吗？

答：关系见书上公式。静差率与机械特性硬度是不同的概念，硬度是指机械特性的斜率，一般说硬度大静差率也大；但同样硬度的机械特性，随着起理想空载转速的降低，其静差率会随之增大。 1.8直流pwm变换器的开关频率是否越高越好？为什么？

电力拖动自动控制系统--运动控制系统第4版_思考题答案

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习题解答（供参考）

习题二

2.2 系统的调速范围是1000~100minr，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)nnsnrpmDs

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0max1500minnr，最低转速特性为

0min150minnr，带额定负载时的速度降落15minNnr，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 maxminDnn(均指额定负载情况下）

max0max1500151485Nnnn

min0min15015135Nnnn

maxmin148513511Dnn

2) 静差率 01515010%Nsnn

2.4 直流电动机为PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=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)14300.1478NNaNCeUIRnVrpm 378(0.0230.022)0.1478115NnIRCerpm

[(1)]14300.2[115(10.2)]3.1NDnSns

[(1)]14300.3[115(10.3)]5.33NDnSns

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60,220,305,1000minNNNNPkWUVIAnr，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Nn为多少？