2022年运动控制系统思考题和课后习题答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆电力拖动自动掌握系统 - 运动掌握系统（第 2 章阮毅 陈伯时）课后答案包括摸索题和课后习题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；三相沟通电经过整流滤波后送 往直流 PWM 变换器,通过转变直流 PWM 变换器中 IGBT 的掌握脉冲占空比,来调剂直流 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

2、电压的特点是什么？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 掌握脉冲周期（ 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 能更好；间常数更小,从而响应更快,动态性2=5

3、 在直流脉宽调速系统中,当电动机停止不动时,电枢两端是否仍有电压？电路中是否仍有电流？为什么？答：电枢两端仍有电压,由于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；电枢回路中仍有电流,由于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？假如二极管断路会产生什么后果？答：为电动机供应续流通道；如二极管断路就会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电 压；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆2-7 直流 PWM 变换器的开关频率是

4、否越高越好？为什么？答：不是；由于如开关频率特别高,当给直流电动机供电时,有可能导致电枢电流仍未上升 至负载电流时,就已经开头下降了,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沟通电网,而只能向滤波电容充电,造成电 容两端电压上升；泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿；应合理挑选滤波电容的容量,或采纳泵升电 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

5、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,达到与负载转矩平稳,电机不再减速,保持稳固；故负载 增加,稳态时,电机转速会较增加之前降低；2-10 静差率和调速范畴有何关系？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固度的, ） 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 调速范畴与静态速降和最小静差率之间有何关系？为什么必需同时提才有意义？答：D=（nN/ n） （s/ （1-s ）；由于如只考虑减小最小静差率,就在肯定静

6、态速降下,答应 ） 的调速范畴就小得不能满意要求；而如只考虑增大调速范畴,就在肯定静态速降下,答应的最 小转差率又大得不能满意要求；因此必需同时提才有意义；2-12 转速单闭环调速系统有哪些特点？转变给定电压能否转变电动机的转速？为什么？假如给 定电压不变,调剂转速反馈系数是否能够转变转速？为什么？假如测速发电机的励磁发生了变 化,系统有无克服这种干扰的才能？（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,从而保证在肯定静差率下,能够提高调速范畴；转变给定电名师归纳总结 第 2 页,共 38 页- - - - - -

7、 -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆压能转变电动机转速；由于转变给定电压就转变实际转速反馈电压与给定电压的 偏差,从而转变电力电子变换器的输出电压,即转变电动机的电枢电压,转变了转速；调剂转速反馈系数而不转变给定电压能转变转速；由于转变转速反馈系数就转变实际转速反 馈电压,而给定电压不变,就电压偏差转变,从而电力电子变换器输出电压转变,即电动机电 枢电压转变,转速转变；如测速发电机励磁发生变化,就反馈电压发生变化,当给定电压肯定时,就电压偏差发生变 化,从而转速转变；故系统无克服测速发电机励磁 发生变化干扰的才能；2-13 为什么用积分掌握的调速系统

8、是无静差的？在转速单闭环调速系统中,当积分调剂 器的输 入偏差电压U=0 时,调剂器的输出电压是多少？它打算于哪些因素？答：由于积分调剂器能在电压偏差为零时仍有稳固的掌握电压输出,从而克服了比例调 节器 必需要存在电压偏差才有掌握电压输出这一比例掌握的调速系统存在静差的根本缘由； 当积分调剂器的输入偏差电压为零时,调剂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存,以及积分调剂器的限幅值；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仍受给定电源和测速发电机 精度的 影响？为什么？答：仍旧受影响；由于无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零,因此如给

9、 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转变,系统仍会认为 是给定或转 速发生转变,从而转变转速,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,当以下参数发生变化时系统是否有调剂作 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 答： （1）有；假设 Kp 减小,就掌握电压减小,就电力电子变换器输出减小,就电动 机转速下 降；而电动机转速下降, 就反馈电压减小, 就偏差电压增大, 就掌握电压增大,就转速上升；（2）有；不说明；（3）有；不

10、说明；（4）有；不说明；（5）没有；不说明；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆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固运行状态,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、削减仍是不变？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 少仍是不变？（已验证）答： （1）Ud 减小；因负载减小,转速上升,反馈电压增加,给定电压肯定,偏差电压减小,掌握电压减小,故输出电压减小；（2）n 不变, Ud 增加；转速负

11、反馈调速系统转速仅取决于给定电压,故不变；略；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（扩大调速范畴）, 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

12、时,电流上升阶段电感储能不够大,从而导致当电流下降时,尚未触发,于是形成电流断续；电感已放能完毕、电流已衰减至零,而下一个相却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,触发推迟角为 1,在 t2t1 时刻,掌握电压发生变 化,但此时晶闸管已导通,故掌握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,掌握电压才能将正在承担正电压的另一对晶闸管在触发推迟角 2 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

13、导电性导致的电动机的不行逆行性；整流器晶闸管对过电压过电流的敏锐性导致的电动机的运行不行靠性；发掌握的可控性导致的低功率因数性；整流器晶闸管基于对其门极的移相触名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆 2-6 简述不行逆 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 （调速范畴）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畴,是指（在最低转速时仍能

14、满意所需静差率的转速可调范畴）；2-9 简述转速反馈掌握的直流调速系统的静特性本质；削减）一点负载,就相应地提高（或降低）一点电枢电压,答：在闭环系统中,每增加（或 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很多开环机械特性上各取 一个相应的工作点连接而成的；2-10 简述比例反馈掌握的规律；答：比例掌握的反馈掌握系统是（被调量有静差）的掌握系统；反馈掌握系统的作用是（抗击前向通道的扰动,听从给定）； 反馈系统的精度依靠于（给定和反馈检测的精度）； 2-11 简述积分掌握规律答：积分掌握可以使系统在无静差的情形下保持恒速运行,实现无静差调速； 2-12 比例调剂器和积分调剂器

15、有何不同？答：比例调剂器的输出只取决于 （输入偏差的现状）入 偏差量的全部历史）,而积分调剂器的输出就包含了 （输2-13 简述比例积分掌握规律；答：比例部分能（快速响应掌握作用）,积分部分就（最终排除稳态偏差）； 2-14 微机掌握的调速系统有什么特点？转编码器分为哪几种？各有什么特点？答： （信号离散化, 信息数字化） ； 2-15 旋 答：肯定式编码器：常用语检测转角信号,如需要转速信号,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： （辨论率,测速误差率）； 2-17 采纳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

16、积分需限幅？答：如没有积分限幅,积分项可能很大,将产生较大的退饱和超调；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆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=KpKsUn*+Ucom/Ce1+K；二、公式和特性1. 整 流 电 压 平 均

17、 值 ： Ud0=m/ Umsinm/ cos （ 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/Ce 3. 晶闸管整流器最大失控时间：Tsmax=1/mf 4. 调速范畴定义式： D=nmax/nmin 5. 静差率定义式： s= n/n 6. 闭环静特性与开环静特性： ncl=Ud0cl-IdR/Ce=KpKsUn*-IdR/Ce1+K nop=Ud0op-IdR/Ce=KpKsUn*-IdR/Ce 7. 调速范畴, 静差率和额定速降之间的关系式（开环和闭环）：D_=nN/

18、 n_s/1-s（ ncl= nop/1+K ） 8. 转速反馈掌握直流调速系统的 K 定义式及表达式： K=KpKs /Ce 9. 临界开环放大倍数 Kcr=TmTl+Ts+Ts2/TlTs T | 高速 M | 11. 连续式 PI 算式： .ut=Kpet+1/ 0_tetdt 12. 位置式 PI 算式： uk=Kpek+Tsam/ i=0_kei 13. uk=uk-uk-1=Kpek-ek-1+Tsam/ ek 1.V-M 调速- 系统原理图： 2. （无制动和有制动）直流增量式 PI 算式： 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：

19、 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名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆统- 静态结构图： 1. 有制动电流通路的不行逆 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掌握闭环直流调速系统-静特性：第 3 章三、摸索题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；由于恒流升速过程中,电流闭环调剂的扰动是电动机的反电动势,是

20、一个线性渐 增的斜坡扰动量,而电流闭环采纳的 PI 调剂器对斜坡扰动无法排除静差,故 Id 略低于 Idm ；3-2 由于机械缘由,造成转轴堵死,分析双闭环直流调速系统的工作状态；（未验证）答：电动机堵转就转速恒为零,在肯定的给定下,偏差电压相当大,从而使 ASR 快速达到饱 和,又电动机转速由于转轴堵死无法提升,饱和状态；故 ACR 无法退饱和, 因此系统处于 ASR 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 ,系统稳固后转速反馈 电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小仍是不变？（已验证）答：转速反馈系数 增加,就转速反馈电压 Un 增加,给定电压 Un*

21、,就转速偏差电压减小,就 ASR 给定电压 Ui* 减小,就掌握电压 Uc 减小,就转速 n 减小；转速 n 减小,就转速反馈电压 Un 减小,直到转速偏差电压为零； 故稳态时转速反馈电压 Un 不变,且实际转速 n 减小；3-4 双闭环直流调速系统调试时,遇到以下情形会显现什么现象？（未通过验证,求姐）（1）电流反馈极性接反；（2）转速极性接反；答： （1）由于电流环的正反馈作用,电枢电流将连续上升,转速上升飞速,电动机飞车； （2）由于转速环的正反馈作用,ACR 无法退饱和,电动机转速连续恒流上升；3-5 某双闭环调速系统, ASR、 均采纳 PI 调剂器, ACR 调试中怎样才能做到 U

22、im*=6V 时, Idm=20A； 如欲使 Un*=10V 时, n=1000rpm,应调什么参数？答： （1）调剂电流反馈系数 =0.3 ； （2）调剂转速反馈系数 =0.01 ；第 7 页,共 38 页名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆3-6 在转速、电流双闭环直流调速系统中,如要转变电动机的转速,应调剂什么参数？转变转速 调剂器的放大倍数 Kn 行不行？（= =| ）转变电力电子变换器的放大倍数 Ks 行不行？转变转 速反馈系数 行不行？如要转变电动机的堵转电流,应调剂系统中的什么参数？答：通常可以调剂给

23、定电压；转变 Kn 和 Ks 都不行,由于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才能克服；也可以转变 ,但目的通常是为了获得更抱负的机械特性；如要转变堵转电流,应调剂电流反馈系数 ；3-7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时,两个调剂器的输入偏差电压和输出电压各是多 少？为什么？答：输入偏差电压皆是零；由于系统无静差；ACR 输出电压 Uc=Ud0/Ks=见 P62；就 ASR 输出电压 Ui*=Ui= Id= IdL ；3-8 在双闭环系统中,如速度调剂器改为比例调剂器,或电流调剂器改为比例调剂器,对系统的 稳态性能影响如何？答：速度调剂器对阶跃扰动的静差由 0 变为 1/

24、 （1+Kn） ,或电流调剂器对阶跃扰动的静差由 0 变为 1/ （1+Kc） ,而对斜坡扰动的静差变得更大；3-9 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闭 环直流调速系统：（1）调速系统的静态特性；（2）动态限流性能；（3）起动的快速性；（4）抗负载扰动的性能；（5）抗电源电压波动的性能；答： 3-10 根据 ASR 和 ACR 的作用,回答（均为 PIR ）（已验证）中,假如电流反馈信号线断开,系统仍能正常工作吗？稳固运行时,如电动机突然失磁,最终电动机会飞车吗？电流减小；（2）不会飞车,而是停转；一、可以作为填空题或简答题的： （1）双闭环系统在稳

25、固运行（2）双闭环系统在额定负载下 答： （1）稳态时转速不变,3-1 为了实现（电流的实时掌握和快速跟随）名师归纳总结 - - - - - - -,期望电流调剂器（不要）进入饱和状态,第 8 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆因此, 对于静特性来说,只有（转速调剂器的饱和与不饱和两种情形）；3-2 当两个调剂器都不饱和且稳态时,它们的输入偏差电压分别为（0） ；3-3 当 ASR 输出（达到限幅值 Uim* ） ,转速外环呈（开环状态）,转速变化对转速环（不会）产 生影响,双闭环系统变成一个（电流无静差的单电流闭环调剂系统）；稳态时,

26、 Id （=）Idm；3-4 电流限幅值 Idm 取决于（电动机的容许过载才能和系统要求的最大加速度）；3-5 简述采纳两个 PI 调剂器分别形成内外闭环的成效；答： 双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于 Idm 时表现为转速无静差,此时转速负反 馈起主要调剂作用；当负载电流达到 Idm 时,对应于转速调剂器为饱和输出 Uim* ,此时电流调 节器起主要调剂作用,系统表现为电流无静差,起到过电流的自动爱护作用；3-6 简述 ASR 的退饱和条件；答：当 ASR 处于饱和状态时, 如实际转速大于给定转速,就反馈电压大于给定电压,使偏差 电压小于零,就 ASR 反向积分,从而退饱和,返回线性调

27、剂状态； 3-7 简述转速电流负反馈掌握电流调速系统起动过程；63 3-8 简述双闭环直流调速系统起动过程的特点；（饱和非线性掌握；转速超调；准时间最优掌握）3-9 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）；3-10 简述双闭环直流调速系统中转速调剂器的作用；答：作为主导调剂器,在转速动态过程中,使转速快速跟随给定电压变化,稳态时减小转速 误差,采纳 PIR 可实现无静差； 对负载变化其抗扰作用；其输出限幅值打算电动机答应最大电流；3-11 简述双闭环直流调速系统中电流调剂器的作用；答：作为内环调剂器,在转速调节过程中,使电流紧紧跟随给定电流变化；对电网电压波动起准时

28、抗扰作用；在转速动态过程中,保证获得电动机最大答应电流,从而加快动态过程；当电动机过载或堵转时, 限制电枢电流最大值,起快速的自动爱护作用；一旦故障消逝,系统立刻自动复原正常；二、公式和特性1.P62 稳态时： Un*=Un= n= n0 Ui*=Ui= Id= IdL 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆Uc=Ud0/Ks=Cen+IdR/Ks=CeUn*/ +IdR/Ks 2. 转速反馈系数： =Un*m/nm 3. 电流反馈系数： =Ui*m/Idm 1. 转速电流反馈掌握直流调速系统

29、- 系统原理图： 2. 转速电流反馈掌握直流调速系统- 稳态结构图： 3. 转速电流反馈掌握直流调速系统- 动态结构图： 1. 时间最优的抱负过渡过程：第 4 章一、可以作为填空题或简答题的 2. 双闭环直流调速系统静特性：4-1 直流 PWM 可逆调速系统中当电动机停止时,电枢电压瞬时值（）零,是（正负脉宽相等的交变脉冲电压）,故（电流也是交变的）,称为（高频微振电流）,其平均值为（）,不能产生（平均转矩）；4-2 高频微振电流对电机有何影响？作用；同时也增大了电机的损耗；二、公式和特性答：排除电机正反向时的静摩擦死区,起动力润滑 1. 双极式掌握可逆 PWM 变换器输出电压平均值：Ud=2

30、ton/T-1Us 1.调速系统四象限运行- 示意图： 2. 桥式可逆 PWM 变换器电路 - 原理图： 3. 桥式可逆 PWM 调速系统主电 路- 原理图：第 5 章 5-1 对于恒转矩负载,为什么调压调速的调速范畴不大？电机机械特性越软调速范畴越 大吗？答：带恒转矩负载工作时,一般笼型异步电动机降压调速时的稳固工作范畴为 0s（旋转正交坐标系动态数学模型）转速为（） ；6-15 旋转正交坐标系的优点在于 （增加了一个输入量 1,提高了系统掌握的自由度）；二、公式和特性 1. 异步电动机三相动态数学模型：磁链方程 +电压方程 +转矩方程 +运动方程+约束条件：习题解答（供参考）习题二名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆2.2 系统的调速范畴是1000100 rmin,要求