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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？
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 Idm？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Id 略低于Idm 。
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，𝑈𝑛=𝛼×𝑛=0，∆𝑈𝑛=𝑈𝑛∗−𝑈𝑛=𝑈𝑛∗ 比较大,导致𝑈𝑖∗=∆𝑈𝑛×𝐾𝐴𝑆𝐸 比较大，𝑈𝐶=（𝑈𝑖∗−𝑈𝑖）×𝐾𝐴𝐶𝑅 也比较大，然后输出电压𝑈𝑑0=𝑈𝐶×𝐾𝑆 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𝑈𝑛=𝛼×𝑛 增大，∆𝑈𝑛=𝑈𝑛∗−𝑈𝑛 减小，𝑈𝑖∗=∆𝑈𝑛×𝐾𝐴𝑆𝐸
减小，𝑈𝐶=(𝑈𝑖∗−𝑈𝑖)×𝐾𝐴𝐶𝑅 减小，输出电压𝑈𝑑0=𝑈𝐶×𝐾𝑆 减小，转速n减小，然后𝑈𝑛=𝛼×𝑛 会有所减小，但是由于α增大了，总体𝑈𝑛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=𝑈𝑖𝑚∗𝐼dm=0.3，后者应调节𝛼=𝑈𝑛∗n=0.01。
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
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精心整理第二章双闭环直流调速系统
2-1 在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器
的放大倍数行不行？改变电力电子变换器的放大倍数行不行？改变转速反馈系数行不行？若要改
变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？
答：改变电机的转速需要调节转速给定信号Un※；改变转速调节器的放大倍数不行，改变电力电子
变换器的放大倍数不行。若要改变电机的堵转电流需要改变ASR的限幅值。
2-2 在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器有哪些作用？其输出限幅值应按什么要求来整
定？电流调节器有哪些作用？其输出限幅值应如何整定？
答：转速调节器的作用是：
（1）使转速n很快的跟随给定电压Un※变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可
以实现无静差。
（2）对负载变化起抗扰作用。
转速调节器的限幅值应按电枢回路允许的最大电流来进行整定。
电流调节器作用：
（1）使电流紧紧跟随给定电压Ui※变化。
（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。
（3）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。
（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。
电流调节器的最大值应该按变换电路允许的最大控制电压来整定。
2-3 转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个PI调节器的输入偏差（给定与反馈之差）是多少？它们的输出电压是多少？为什么？
答：若都是PI调节器，则两个调节器的输入偏差为0，即Ui※=Ui，Un※=Un；输出电压为：Ui※=βId=Ui，
Uc=Ud0/Ks=RId+Cen=(RUi※/β）+(CeUn※/α）。
2-4 如果转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而是比例调节器，对系统的静、动态性能会有什么影响？
答：若采用比例调节器可利用提高放大系数的办法使稳态误差减小即提高稳态精度，但还是有静差
的系统，但放大倍数太大很有可能使系统不稳定。
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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Ug1 的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电
压Ud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 Ud，很
快使电流 id反向，VD2截止，在 ton≤ t ＜Ｔ时，Ug2 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，
−id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 id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”？
