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运动控制系统第四版思考题答运动控制系统第四版思考题答案案运动控制系统第四版思考题答运动控制系统第四版思考题答案案电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统-运动控制系统（运动控制系统（阮毅阮毅陈伯时）课后答案包括思考题和课后习题陈伯时）课后答案包括思考题和课后习题第第 2 2 章章2-12-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？特点？答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速。特点略。速，变频调速。特点略。2-22-2 简述直流简述直流 PWM PWM 变换器电路的基本结构。变换器电路的基本结构。答：答：直流直流 PWM PWM 变换器基本结构如图，变换器基本结构如图，包括包括 IGBT IGBT和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送往直流往直流 PWM PWM 变换器，变换器，通过改变直流通过改变直流 PWM PWM 变换器变换器中中 IGBT IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流的控制脉冲占空比，来调节直流 PWM PWM变换变换 器输出电压大小，二极管起续流作用。器输出电压大小，二极管起续流作用。2-32-3 直流直流 PWM PWM 变换器输出电压的特征是什么？变换器输出电压的特征是什么？答：脉动直流电压。答：脉动直流电压。2=42=4 为什么直流为什么直流 PWM PWM 变换器变换器-电动机系统比电动机系统比V-MV-M 系统能够获得更好的动态性能？系统能够获得更好的动态性能？答：直流答：直流 PWM PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流作是一阶惯性环节。其中直流 PWM PWM 变换器的时变换器的时间常数间常数 Ts Ts 等于其等于其 IGBT IGBT 控制脉冲周期控制脉冲周期（1/fc1/fc），而晶闸管整流装置的时间常数而晶闸管整流装置的时间常数 Ts Ts 通通常取其最大常取其最大 失控时间的一半（失控时间的一半（1/1/（2mf2mf）。因。因 fc fc通常为通常为 kHz kHz 级，级，而而 f f 通常为工频通常为工频（5050 或或 60Hz 60Hz）为一周内为一周内），m m 整流电压的脉波数，通常也不整流电压的脉波数，通常也不会超过会超过 20 20，故直流故直流 PWM PWM 变换器时间常数通常比变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时晶闸管整流装置时 间常数更小，间常数更小，从而响应更快，从而响应更快，动态性能更好。动态性能更好。2=52=5 在直流脉宽调速系统中，在直流脉宽调速系统中，当电动机停止不当电动机停止不动时，动时，电枢两端是否还有电压？电路中是否还电枢两端是否还有电压？电路中是否还有电有电 流？为什么？流？为什么？答：答：电枢两端还有电压，电枢两端还有电压，因为在直流脉宽调速系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统中，电动机电枢两端电压仅取决于直流 PWM PWM变换器的输出。变换器的输出。电枢回路中还有电流，电枢回路中还有电流，因为电枢因为电枢电压和电枢电阻的存在。电压和电枢电阻的存在。2-62-6 直流直流 PWM PWM 变换器主电路中反并联二极管有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？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会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电压。压。2-72-7 直流直流 PWM PWM 变换器的开关频率是否越高越变换器的开关频率是否越高越好？为什么？好？为什么？答：不是。因为若开关频率非常高，当给直流答：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，至负载电流时，就已经开始下降了，就已经开始下降了，从而导致平从而导致平均电流总小于负载电流，电机无法运转。均电流总小于负载电流，电机无法运转。2-82-8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？响？如何抑制？答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，时，由于二极管整流器的单向导电性，由于二极管整流器的单向导电性，使得电使得电 动动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈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，回交流电网，而只能向滤波电容充电，而只能向滤波电容充电，造成电造成电 容容两端电压升高。两端电压升高。泵升电压过大将导致电力电子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，开关器件被击穿。应合理选择滤波电容的容量，或采用泵升电或采用泵升电 压限制电路。压限制电路。2-92-9 在晶闸管整流器在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低？为什么转速随负载增加而降低？答：负载增加答：负载增加意味着负载转矩变大，意味着负载转矩变大，电机减速，电机减速，并且在减速过并且在减速过程中，反电动势减小，于是电程中，反电动势减小，于是电 枢电流增大，从枢电流增大，从而使电磁转矩增加，而使电磁转矩增加，达到与负载转矩平衡，达到与负载转矩平衡，电机电机不再减速，保持稳定。故负载不再减速，保持稳定。故负载 增加，稳态时，增加，稳态时，电机转速会较增加之前降低。电机转速会较增加之前降低。2-102-10 静差率和调速范围有何关系？静差率和机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。械特性硬度是一回事吗？举个例子。答：答：D=D=（nN/nN/n n）（s/s/（1-s1-s）。静差率是用来。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，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。化下转速的降落的。2-112-11 调速范围与静态速降和最小静差率之间有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？何关系？为什么必须同时提才有意义？答：答：D=D=（nN/nN/n n）（s/s/（1-s1-s）。因为若只考虑。因为若只考虑减小最小静差率，减小最小静差率，则在一定静态速降下，则在一定静态速降下，允许允许）的调速范围就小得不能满足要求；的调速范围就小得不能满足要求；而若只考虑增而若只考虑增大调速范围，大调速范围，则在一定静态速降下，则在一定静态速降下，允许的最允许的最 小小转差率又大得不能满足要求。转差率又大得不能满足要求。因此必须同时提才因此必须同时提才有意义。有意义。2-122-12 转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给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？如果定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给给 定电压不变，调节转速反馈系数是否能够改定电压不变，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变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变了变 化，系统有无克服这种干扰的能力？（已化，系统有无克服这种干扰的能力？（已验证）验证）答：转速单闭环调速系统增加了转速反答：转速单闭环调速系统增加了转速反馈环节馈环节（由转速检测装置和电压放大器构成）（由转速检测装置和电压放大器构成），可获得比可获得比 开环调速系统硬得多的稳态特性，从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，而保证在一定静差率下，能够提高调速范围。能够提高调速范围。改改变给定电压能改变电动机转速。变给定电压能改变电动机转速。因为改变给定电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压则改变实际转速反馈电压与给定电压的 偏偏差，差，从而改变电力电子变换器的输出电压，从而改变电力电子变换器的输出电压，即改即改变电动机的电枢电压，改变了转速。变电动机的电枢电压，改变了转速。调节转速调节转速反馈系数而不改变给定电压能改变转速。反馈系数而不改变给定电压能改变转速。因为改因为改变转速反馈系数则改变实际转速反变转速反馈系数则改变实际转速反 馈电压，而馈电压，而给定电压不变，给定电压不变，则电压偏差改变，则电压偏差改变，从而电力电子从而电力电子变换器输出电压改变，变换器输出电压改变，即电动机电即电动机电 枢电压改变，枢电压改变，转速改变。转速改变。若测速发电机励磁发生变化，则反若测速发电机励磁发生变化，则反馈电压发生变化，馈电压发生变化，当给定电压一定时，当给定电压一定时，则电压偏则电压偏差发生变差发生变 化，从而转速改变。故系统无克服测化，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。速发电机励磁发生变化干扰的能力。2-132-13 为什么用积分控制的调速系统是无静差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，的？在转速单闭环调速系统中，当积分调节器的当积分调节器的输输 入偏差电压入偏差电压U=0U=0 时，调节器的输出电压是时，调节器的输出电压是多少？它决定于哪些因素？多少？它决定于哪些因素？答：答：因为积分调节器能在电压偏差为零时仍有稳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定的控制电压输出，从而克服了比例调节器 必必须要存在电压偏差才有控制电压输出这一比例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。控制的调速系统存在静差的根本原因。当积分当积分调节器的输入偏差电压为零时，调节器的输入偏差电压为零时，调节器输出电压调节器输出电压应为一个恒定的积分终值。它取决于应为一个恒定的积分终值。它取决于 输入偏差输入偏差量在积分时间内的积累，量在积分时间内的积累，以及积分调节器的限幅以及积分调节器的限幅值。值。2-142-14 在无静差转速单闭环调速系统中，转速的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稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的的 影响？为什么？影响？为什么？答：仍然受影响。因为无静差转速单闭环调速答：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，因此若给点电系统只是实现了稳态误差为零，因此若给点电源发生偏移，源发生偏移，或者测速发电机精度受到影响而使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反馈电压发生改变，系统仍会认为是给定或转速发生改变，速发生改变，从而改变转速，从而改变转速，以达到电压偏差为以达到电压偏差为零。零。2-152-15 在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，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？当下列参数发生变化时系统是否有调节作用？为为 什么？什么？（已验证）（已验证）（1 1）放大器的放大系数放大器的放大系数 Kp Kp。（2 2）供电电网电压供电电网电压 Ud Ud。（3 3）电枢电阻电枢电阻 Ra Ra。（4 4）电动机励磁电流电动机励磁电流 If If。（5 5）转速反馈系数）转速反馈系数。答：答：（1 1）有。有。假设假设 Kp Kp 减小，减小，则控制电压减小，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，则偏降；而电动机转速下降，则反馈电压减小，则偏差电压增大，差电压增大，则控制电压增大，则控制电压增大，则转速上升。则转速上升。（2 2）有。不解释。有。不解释。（3 3）有。不解释。）有。不解释。（4 4）有。不）有。不解释。解释。（5 5）没有。不解释。）没有。不解释。2-162-16 在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，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，突减负载后又进入稳定运行状态，此时晶闸管整此时晶闸管整流装置的输出电压流装置的输出电压 Ud Ud 较之负载变化前是增加、较之负载变化前是增加、减少还是不变？减少还是不变？在无静差调速系统中，突加负在无静差调速系统中，突加负载后进入稳态时转速载后进入稳态时转速 n n 和整流装置的输出电压和整流装置的输出电压UdUd 是增加、是增加、减减 少还是不变？少还是不变？（已验证）（已验证）答：答：（1 1）UdUd 减小。因负载减小，转速上升，反馈电压增减小。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，加，给定电压一定，偏差电压减小，控制电压控制电压减小，故输出电压减小。减小，故输出电压减小。（2 2）n n 不变，不变，UdUd 增增加。转速负反馈调速系统转速仅取决于给定电加。转速负反馈调速系统转速仅取决于给定电压，故不变；略。压，故不变；略。一、可以作为填空题或简答题的一、可以作为填空题或简答题的2-12-1 简述直流电动机的调速方法。简述直流电动机的调速方法。答：直流调答：直流调速系统常以（调压调速）为主，必要时辅以（弱速系统常以（调压调速）为主，必要时辅以（弱磁调速）磁调速），以（扩大调速范围），以（扩大调速范围），实现（额实现（额定转速以上调速）定转速以上调速）。2-22-2 直流调压调速主要方案有（直流调压调速主要方案有（G-MG-M 调速系统，调速系统，V-MV-M 调速系统，直流调速系统，直流 PWM PWM 调速系统）调速系统）。2-3 V-M2-3 V-M 调速系统的电流脉动和断续是如何形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？成的？如何抑制电流脉动？11-1211-12 答：答：整流器输出电压大于反电动势时，整流器输出电压大于反电动势时，电电感储能，感储能，电流上升，电流上升，整流器输出电压小于反电动整流器输出电压小于反电动势势 时，电感放能，电流下降。整流器输出电压时，电感放能，电流下降。整流器输出电压为脉动电压，为脉动电压，时而大于反电动势时而小于，时而大于反电动势时而小于，从而从而导导 致了电流脉动。致了电流脉动。当电感较小或电动机轻载当电感较小或电动机轻载时，时，电流上升阶段电感储能不够大，电流上升阶段电感储能不够大，从而导致当从而导致当电流下降时，电流下降时，电感已放能完毕、电流已衰减至电感已放能完毕、电流已衰减至零，零，而下一个相却尚未触发，而下一个相却尚未触发，于是形成电流断续。于是形成电流断续。2-42-4 看看 P14 P14 图简述图简述 V-M V-M 调速系统的最大失控调速系统的最大失控时间。时间。1414 答：答：t1t1 时刻某一对晶闸管被触发导通，时刻某一对晶闸管被触发导通，触发触发延迟角为延迟角为1 1，在在 t2t1 t2t1 时刻，时刻，控制电压发生变控制电压发生变化，化，但此时晶闸管已导通，但此时晶闸管已导通，故控制电压的变化对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它已不起作用，只有等到下一个自然换向点 t3 t3时刻到来时，时刻到来时，控制电压才能将正在承受正电压的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另一对晶闸管在触发延迟角2 2 后导通。后导通。t3-t2t3-t2即为失控时间，最大失控时间即为考虑即为失控时间，最大失控时间即为考虑 t2=t1 t2=t1时的失控时间。时的失控时间。2-52-5 简述简述 V-M V-M 调速系统存在的问题。调速系统存在的问题。1616 答：整流器晶闸管的单向导电性导致的电动答：整流器晶闸管的单向导电性导致的电动机的不可逆行性。机的不可逆行性。整流器晶闸管对过电压过电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。流的敏感性导致的电动机的运行不可靠性。整整流器晶闸管基于对其门极的移相触发控制的可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。控性导致的低功率因数性。2-6 2-6 简述不可逆简述不可逆 PWM PWM 变换器变换器（无制动电流通（无制动电流通路与有制动电流通路）路与有制动电流通路）各个工作状态下的导通各个工作状态下的导通器件和器件和 电流通路。电流通路。17-18 2-717-18 2-7 调速时一般以电调速时一般以电动机的（额定转速）作为最高转速。动机的（额定转速）作为最高转速。2-8 2-8（调速范围）和（静差率）合称调速系统（调速范围）和（静差率）合称调速系统的（稳态性能指标）的（稳态性能指标）。2-8 2-8 一个调速系统的调一个调速系统的调速范围，速范围，是指是指（在最低转速时还能满足所需静差（在最低转速时还能满足所需静差率的转速可调范围）率的转速可调范围）。2-92-9 简述转速反馈控制的直流调速系统的静特简述转速反馈控制的直流调速系统的静特性本质。性本质。答：在闭环系统中，每增加（或减少）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）一点电枢电一点负载，就相应地提高（或降低）一点电枢电压，压，使电动机在新的机械特性下工作。因此闭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环系统的静特性本质上就是无数开环机械特性上各取上各取 一个相应的工作点连接而成的。一个相应的工作点连接而成的。2-102-10 简述比例反馈控制的规律。简述比例反馈控制的规律。答：答：比例控制比例控制的反馈控制系统是的反馈控制系统是（被调量有静差）（被调量有静差）的控制系统；的控制系统；反馈控制系统的作用是（抵抗前向通道的扰动，反馈控制系统的作用是（抵抗前向通道的扰动，服从给定）服从给定）；反馈系统的精度依赖于（给定和反馈系统的精度依赖于（给定和反馈检测的精度）反馈检测的精度）。2-11 2-11 简述积分控制规律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答：积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，持恒速运行，实现无静差调速。实现无静差调速。2-12 2-12 比例调节比例调节器和积分调节器有何不同？器和积分调节器有何不同？答：答：比例调节器的输出只取决于比例调节器的输出只取决于（输入偏差的现（输入偏差的现状）状），而积分调节器的输出则包含了（输入，而积分调节器的输出则包含了（输入 偏偏差量的全部历史）差量的全部历史）2-132-13 简述比例积分控制规律。简述比例积分控制规律。答：答：比例部分能比例部分能（迅速响应控制作用）（迅速响应控制作用），积分部分则（最终消，积分部分则（最终消除稳态偏差）除稳态偏差）。2-14 2-14 微机控制的调速系统有什么特点？微机控制的调速系统有什么特点？答：答：（信号离散化，信息数字化）（信号离散化，信息数字化）。2-15 2-15 旋转编旋转编码器分为哪几种？各有什么特点？码器分为哪几种？各有什么特点？答：绝对式答：绝对式编码器：编码器：常用语检测转角信号，常用语检测转角信号，若需要转速信号，若需要转速信号，应对转角微分。应对转角微分。增量式编码器：可直接检测转增量式编码器：可直接检测转速信号。速信号。2-162-16 数字测速方法有哪些精度指标？数字测速方法有哪些精度指标？答：答：（分分辨率，测速误差率）辨率，测速误差率）。2-17 2-17 采用旋转编码器的数字测速方法有采用旋转编码器的数字测速方法有（M M，T T，M/TM/T）。高低全。高低全2-182-18 为什么积分需限幅？为什么积分需限幅？答：若没有积分限答：若没有积分限幅，幅，积分项可能很大，积分项可能很大，将产生较大的退饱和超调。将产生较大的退饱和超调。2-192-19 简述带电流截止负反馈环节转速反馈调速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。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答：电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻一个大电阻 KpKsR KpKsR，导致当，导致当 Id=Idcr Id=Idcr 时，机械时，机械特性急剧下垂；特性急剧下垂；比比 较较 电电 压压 Ucom Ucom 与与 给给 定定电电 压压 Un*Un*作作 用用 一一 致致，相相 当当 于于 把把 理理 想想空空 载载 转转 速速 提提 高高 到到n0=(KpKs(Un*+Ucom)/(Ce(1+K)n0=(KpKs(Un*+Ucom)/(Ce(1+K)。二、公式和特性二、公式和特性1.1.整整 流流 电电 压压 平平 均均 值值：Ud0=(m/Ud0=(m/)Umsin(m/)Umsin(m/)cos)cos（Um/m_ Um/m_ 单单 相相 全全 波波/三三 相相 半半 波波/三三 相相 全全 波波 _ _2U2/2U2/2U2/2U2/6U2/2/3/66U2/2/3/6）2.V-M2.V-M 调速系统机械特性方程：调速系统机械特性方程：n=(Ud0-IdR)/Cen=(Ud0-IdR)/Ce3.3.晶闸管整流器最大失控时间：晶闸管整流器最大失控时间：Tsmax=1/mfTsmax=1/mf4.4.调速范围定义式：调速范围定义式：D=nmax/nminD=nmax/nmin5.5.静差率定义式：静差率定义式：s=s=n/nn/n6.6.闭环静特性与开环静特性：闭环静特性与开环静特性：ncl=(Ud0cl-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/(Ce(1+K)ncl=(Ud0cl-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/(Ce(1+K)nop=(Ud0op-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/Cenop=(Ud0op-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/Ce7.7.调速范围，静差率和额定速降之间的关系式调速范围，静差率和额定速降之间的关系式（开环和闭环）（开环和闭环）：D_=(nN/D_=(nN/n_)(s/(1-s)n_)(s/(1-s)（ncl=ncl=nop/(1+K)nop/(1+K)）8.8.转速反馈控制直流调速转速反馈控制直流调速系统的系统的 K K 定义式及表达式：定义式及表达式：K=KpKsK=KpKs/Ce 9./Ce 9.临临界开环放大倍数界开环放大倍数Kcr=(Tm(Tl+Ts)+Ts2)/(TlTs)KKcr=(Tm(Tl+Ts)+Ts2)/(TlTs)T T|高速高速 M|11.M|11.连续式连续式 PI PI 算算式：式：?u(t)=Kpe(t)+(1/?u(t)=Kpe(t)+(1/)(0_t)e(t)dt 12.(0_t)e(t)dt 12.位置式位置式 PI PI 算式：算式：u(k)=Kpe(k)+(Tsam/u(k)=Kpe(k)+(Tsam/)(i=0_k)e(i)13.(i=0_k)e(i)13.增量式增量式 PI PI 算式：算式：u(k)=u(k)-u(k-1)=Kp(e(k)-e(k-1)+(Tsam/u(k)=u(k)-u(k-1)=Kp(e(k)-e(k-1)+(Tsam/)e(k)e(k)1.V-M 1.V-M 调速调速-系统原理图：系统原理图：2.2.（无制动和有制（无制动和有制动）动）直流直流 PWM PWM 变换器变换器-电动机电动机-电路原理图：电路原理图：3.3.转速负反馈直流调速系统转速负反馈直流调速系统-系统原理图：系统原理图：4.4.转速转速负反馈直流调速系统负反馈直流调速系统-静态结构图：静态结构图：5.5.转速负反转速负反馈直流调速系统馈直流调速系统-动态结构图：动态结构图：6.6.带电流截止负带电流截止负反馈的闭环直流调速系统反馈的闭环直流调速系统-静态结构图：静态结构图：1.1.有制有制动电流通路的不可逆动电流通路的不可逆 PWM PWM 变换器变换器-直流电动机直流电动机系统各工作状态下的电压和电流波形：系统各工作状态下的电压和电流波形：2.2.带电带电流截止负反馈比例控制闭环直流调速系统流截止负反馈比例控制闭环直流调速系统-静特静特性：性：第第 3 3 章章三、思考题三、思考题3-13-1 在恒流起动过程中，在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大电枢电流能否达到最大值值 Idm Idm？为什么？为什么？答：不能。因为恒流升速过程中，电流闭环调答：不能。因为恒流升速过程中，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，是一个线性渐节的扰动是电动机的反电动势，是一个线性渐增的斜坡扰动量，增的斜坡扰动量，而电流闭环采用的而电流闭环采用的 PI PI 调节器调节器对斜坡扰动无法消除静差，故对斜坡扰动无法消除静差，故 Id Id 略低于略低于 Idm Idm。3-23-2 由于机械原因，由于机械原因，造成转轴堵死，造成转轴堵死，分析双闭环分析双闭环直流调速系统的工作状态。直流调速系统的工作状态。（未验证）（未验证）答：答：电动机堵转则转速恒为零，电动机堵转则转速恒为零，在一定的给定下，在一定的给定下，偏差电压相当大，从而使偏差电压相当大，从而使 ASR ASR 迅速达到饱迅速达到饱 和，和，又电动机转速由于转轴堵死无法提升，故又电动机转速由于转轴堵死无法提升，故 ACR ACR无法退饱和，因此系统处于无法退饱和，因此系统处于 ASR ASR 饱和状态。饱和状态。3-33-3 双闭环直流调速系统中，给定电压双闭环直流调速系统中，给定电压 Un*Un*不不变，增加转速负反馈系数变，增加转速负反馈系数，系统稳定后转速，系统稳定后转速反馈反馈 电压电压 Un Un 和实际转速和实际转速 n n 是增加、是增加、减小还是减小还是不变？（已验证）不变？（已验证）答：转速反馈系数答：转速反馈系数 增加，增加，则转速反馈电压则转速反馈电压 Un Un 增加，增加，给定电压给定电压 Un*Un*，则转则转速偏差电压减小，速偏差电压减小，则则 ASR ASR 给定电压给定电压 Ui*Ui*减小，减小，则控制电压则控制电压 Uc Uc 减小，则转速减小，则转速 n n 减小；转速减小；转速 n n减小，减小，则转速反馈电压则转速反馈电压 Un Un 减小，减小，直到转速偏差直到转速偏差电压为零；电压为零；故稳态时转速反馈电压故稳态时转速反馈电压 Un Un 不变，不变，且且实际转速实际转速 n n 减小。减小。3-43-4 双闭环直流调速系统调试时，双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况遇到下列情况会出现什么现象？（未通过验证，求姐）会出现什么现象？（未通过验证，求姐）（1 1）电流反馈极性接反。电流反馈极性接反。（2 2）转速极性接反。）转速极性接反。答：答：（1 1）由于电流环的正反馈作用，电枢电流）由于电流环的正反馈作用，电枢电流将持续上升，将持续上升，转速上升飞快，转速上升飞快，电动机飞车。电动机飞车。（2 2）由于转速环的正反馈作用，由于转速环的正反馈作用，ACRACR 无法退饱和，无法退饱和，电电动机转速持续恒流上升。动机转速持续恒流上升。3-53-5 某双闭环调速系统，某双闭环调速系统，ASR ASR、均采用均采用 PI PI 调调节器，节器，ACR ACR 调试中怎样才能做到调试中怎样才能做到 Uim*=6V Uim*=6V 时，时，Idm=20AIdm=20A；如欲使如欲使 Un*=10V Un*=10V 时，时，n=1000rpmn=1000rpm，应，应调什么参数？调什么参数？答：答：（1 1）调节电流反馈系数）调节电流反馈系数=0.3=0.3；（2 2）调节转速反馈系数调节转速反馈系数=0.01=0.01。3-63-6 在转速、在转速、电流双闭环直流调速系统中，电流双闭环直流调速系统中，若要若要改变电动机的转速，改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数调节器的放大倍数 Kn Kn 行不行？（行不行？（=|=|）改变）改变电力电子变换器的放大倍数电力电子变换器的放大倍数 Ks Ks 行不行？改变行不行？改变转转 速反馈系数速反馈系数 行不行？若要改变电动机的行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？堵转电流，应调节系统中的什么参数？答：答：通常可以调节给定电压。通常可以调节给定电压。改变改变 Kn Kn 和和 Ks Ks 都都不行，因为转速电流双闭环直流调速系统对前不行，因为转速电流双闭环直流调速系统对前向通道内的阶跃扰动均有能力克服。向通道内的阶跃扰动均有能力克服。也可以改变也可以改变，但目的通常是为了获得更理想的机械特性。，但目的通常是为了获得更理想的机械特性。若要改变堵转电流，应调节电流反馈系数若要改变堵转电流，应调节电流反馈系数。3-73-7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时，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两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少？为什么？少？为什么？答：答：输入偏差电压皆是零。输入偏差电压皆是零。因为系统无静差。因为系统无静差。则则ASRASR 输出电压输出电压 Ui*=Ui=Ui*=Ui=Id=Id=IdLIdL；ACRACR 输出电输出电压压 Uc=Ud0/Ks=Uc=Ud0/Ks=见见 P62 P62。3-83-8 在双闭环系统中，在双闭环系统中，若速度调节器改为比例调若速度调节器改为比例调节器，节器，或电流调节器改为比例调节器，或电流调节器改为比例调节器，对系统的对系统的稳态性能影响如何？稳态性能影响如何？答：速度调节器对阶跃扰动的静差由答：速度调节器对阶跃扰动的静差由 0 0 变为变为1/1/（1+Kn1+Kn），或电流调节器对阶跃扰动的静差，或电流调节器对阶跃扰动的静差由由 0 0 变为变为 1/1/（1+Kc1+Kc），而对斜坡扰动的静差，而对斜坡扰动的静差变得更大。变得更大。3-93-9 从下述五个方面来比较转速电流双闭环直从下述五个方面来比较转速电流双闭环直流调速系统和带电流截止负反馈环节的转速单流调速系统和带电流截止负反馈环节的转速单闭闭 环直流调速系统：环直流调速系统：（1 1）调速系统的静态特）调速系统的静态特性。性。（2 2）动态限流性能。动态限流性能。（3 3）起动的快速性。起动的快速性。（4 4）抗负载扰动的性能。）抗负载扰动的性能。（5 5）抗电源电压波）抗电源电压波动的性能。动的性能。答：答：3-10 3-10 根据根据 ASR ASR 和和 ACR ACR 的作的作用，回答（均为用，回答（均为 PIR PIR）（已验证）（已验证）：（1 1）双闭）双闭环系统在稳定运行中，如果电流反馈信号线断环系统在稳定运行中，如果电流反馈信号线断开，系统仍能正常工作吗？开，系统仍能正常工作吗？（2 2）双闭环系统在）双闭环系统在额定负载下稳定运行时，额定负载下稳定运行时，若电动机突然失磁，若电动机突然失磁，最最终电动机会飞车吗？终电动机会飞车吗？答：答：（1 1）稳态时转速不）稳态时转速不变，电流减小。变，电流减小。（2 2）不会飞车，而是停转。）不会飞车，而是停转。一、可以作为填空题或简答题的一、可以作为填空题或简答题的3-13-1 为了实现为了实现（电流的实时控制和快速跟随）（电流的实时控制和快速跟随），希望电流调节器（不要）进入饱和状态，因此，希望电流调节器（不要）进入饱和状态，因此，对于静特性来说，对于静特性来说，只有只有（转速调节器的饱和与不（转速调节器的饱和与不饱和两种情况）饱和两种情况）。3-23-2 当两个调节器都不饱和且稳态时，当两个调节器都不饱和且稳态时，它们的输它们的输入偏差电压分别为（入偏差电压分别为（0 0）。3-33-3 当当 ASR ASR 输出（达到限幅值输出（达到限幅值 Uim*Uim*），转速，转速外环呈（开环状态）外环呈（开环状态），转速变化对转速环（不，转速变化对转速环（不会）产会）产 生影响，双闭环系统变成一个（电流无生影响，双闭环系统变成一个（电流无静差的单电流闭环调节系统）静差的单电流闭环调节系统）。稳态时，稳态时，IdId（=）IdmIdm。3-43-4 电流限幅值电流限幅值 Idm Idm 取决于（电动机的容许过取决于（电动机的容许过载能力和系统要求的最大加速度）载能力和系统要求的最大加速度）。3-53-5 简述采用两个简述采用两个 PI PI 调节器分别形成内外闭调节器分别形成内外闭环的效果。环的效果。答：答：双闭环直流调速系统的静特性双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于在负载电流小于 Idm Idm 时表现为转速无静差，时表现为转速无静差，此此时转速负反时转速负反 馈起主要调节作用。当负载电流达馈起主要调节作用。当负载电流达到到 Idm Idm 时，对应于转速调节器为饱和输出时，对应于转速调节器为饱和输出Uim*Uim*，此时电流调，此时电流调 节器起主要调节作用，系统节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，起到过电流的自动保护作表现为电流无静差，起到过电流的自动保护作用。用。3-63-6 简述简述 ASR ASR 的退饱和条件。的退饱和条件。答：当答：当 ASR ASR 处处于饱和状态时，于饱和状态时，若实际转速大于给定转速，若实际转速大于给定转速，则反则反馈电压大于给定电压，使偏差馈电压大于给定电压，使偏差 电压小于零，则电压小于零，则ASRASR 反向积分，反向积分，从而退饱和，从而退饱和，返回线性调节状态。返回线性调节状态。3-73-7 简述转速电流负反馈控制电流调速系统起简述转速电流负反馈控制电流调速系统起动过程。动过程。63 3-863 3-8 简述双闭环直流调速系统起动简述双闭环直流调速系统起动过程的特点。过程的特点。（饱和非线性控制；转速超调；（饱和非线性控制；转速超调；准时间最优控制）准时间最优控制）3-93-9 双闭环直流调速系统的抗扰性能主要包括双闭环直流调速系统的抗扰性能主要包括（抗负载扰动；抗电网电压扰动）（抗负载扰动；抗电网电压扰动）。3-103-10 简述双闭环直流调速系统中转速调节器的简述双闭环直流调速系统中转速调节器的作用。作用。答：作为主导调节器，在转速动态过程答：作为主导调节器，在转速动态过程中，中，使转速快速跟随给定电压变化，使转速快速跟随给定电压变化，稳态时减小稳态时减小转速转速 误差，采用误差，采用 PIR PIR 可实现无静差。可实现无静差。对负载对负载变化其抗扰作用。变化其抗扰作用。其输出限幅值决定电动机允其输出限幅值决定电动机允许最大电流。许最大电流。3-113-11 简述双闭环直流调速系统中电流调节器的简述双闭环直流调速系统中电流调节器的作用。作用。答：作为内环调节器，在转速调节过程答：作为内环调节器，在转速调节过程中，使电流紧紧跟随给定电流变化。中，使电流紧紧跟随给定电流变化。对电网电对电网电压波动起及时抗扰作用。压波动起及时抗扰作用。在转速动态过程中，在转速动态过程中，保证获得电动机最大允许电流，保证获得电动机最大允许电流，从而加快动态过从而加快动态过程。程。当电动机过载或堵转时，当电动机过载或堵转时，限制电枢电流最限制电枢电流最大值，大值，起快速的自动保护作用。起快速的自动保护作用。一旦故障消失，一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。系统立即自动恢复正常。二、公式和特性二、公式和特性1.P621.P62 稳态时：稳态时：Un*=Un=Un*=Un=n=n=n0 Ui*=Ui=n0 Ui*=Ui=Id=Id=IdL Uc=Ud0/Ks=(Cen+IdR)/Ks=(Ce(Un*/IdL Uc=Ud0/Ks=(Cen+IdR)/Ks=(Ce(Un*/)+IdR)/Ks)+IdR)/Ks2.2.转速反馈系数：转速反馈系数：=Un*m/nm=Un*m/nm3.3.电流反馈系数：电流反馈系数：=Ui*m/Idm=Ui*m/Idm 1.1.转速电流反馈转速电流反馈控制直流调速系统控制直流调速系统-系统原理图：系统原理图：2.2.转速电流反转速电流反馈控制直流调速系统馈控制直流调速系统-稳态结构图：稳态结构图：3.3.转速电流转速电流反馈控制直流调速系统反馈控制直流调速系统-动态结构图：动态结构图：1.1.时间最时间最优的理想过渡过程：优的理想过渡过程：2.2.双闭环直流调速系统静双闭