电力传动控制系统——运动控制系统(习题解答)

电力传动控制系统——运动控制系统(习题解答)
电力传动控制系统——运动控制系统(习题解答)

电力传动控制系统——运动控制系统

(习题解答)

第1章电力传动控制系统的基本结构与组成 (1)

第2章电力传动系统的模型 (13)

第3章直流传动控制系统 (18)

第4章交流传动控制系统 (30)

第5章电力传动控制系统的分析与设计* (38)

第1章电力传动控制系统的基本结构与组成

1. 根据电力传动控制系统的基本结构,简述电力传动控制系统的基本原理和共性问题。

答:电力传动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种传动方式,由于电力传输和变换的便利,使电力传动成为现代生产机械的主要动力装置。电力传动控制系统的基本结构如图1-1所示,一般由电源、变流器、电动机、控制器、传感器和生产机械(负载)组成。

图1-1 电力传动控制系统的基本结构

电力传动控制系统的基本工作原理是,根据输入的控制指令(比如:速度或位置指令),与传感器采集的系统检测信号(速度、位置、电流和电压等),经过一定的处理给出相应的反馈控制信号,控制器按一定的控制算法或策略输出相应的控制信号,控制变流器改变输入到电动机的电源电压、频率等,使电动机改变转速或位置,再由电动机驱动生产机械按照相应的控制要求运动,故又称为运动控制系统。

虽然电力传动控制系统种类繁多,但根据图1-1所示的系统基本结构,可以归纳出研发或应用电力传动控制系统所需解决的共性问题:

1)电动机的选择。电力传动系统能否经济可靠地运行,正确选择驱动生产机械运动的电动机至关重要。应根据生产工艺和设备对驱动的要求,选择合适的电动机的种类及额定参数、绝缘等级等,然后通过分析电动机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容量的校验。

2)变流技术研究。电动机的控制是通过改变其供电电源来实现的,如直流电动机的正反转控制需要改变其电枢电压或励磁电压的方向,而调速需要改变电枢电压或励磁电流的大小;交流电动机的调速需要改变其电源的电压和频率等,因此,变流技术是实现电力传动系统的核心技术之一。

3)系统的状态检测方法。状态检测是构成系统反馈的关键,根据反馈控制原理,需要实时检测电力传动控制系统的各种状态,如电压、电流、频率、相位、磁链、转矩、转速或位置等。因此,研究系统状态检测和观测方法是提高其控制

性能的重要课题。

4)控制策略和控制器的设计。任何自动控制系统的核心都是对控制方法的研究和控制策略的选择,电力传动控制系统也不例外。根据生产工艺要求,研发或选择适当的控制方法或策略是实现电力传动自动控制系统的主要问题。

2.直流电动机有几种调速方法,其机械特性有何差别? 答:直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系为

a a

e U R I n C Φ

-=

考虑到他励直流电动机电枢电流与电磁转矩e T 的关系e T a

T C I Φ=,可以将其机械

特性写成如下形式:

0e

n n T β=-

式中0

a e /n U C Φ

=称作理想空载转速,2

e T /R C C β

Φ

=为机械特性的斜率。

由上式可知,有以下三种调节直流电动机转速的方法: 1)改变电枢回路电阻R (图1-2)。

n e

图1-2 改变电枢电阻的人为机械特性

2)减弱励磁磁通Φ(图1-3)。

n n e

图1-3 改变磁通的人为机械特性

3)调节电枢供电电压a U (图1-4)。

T e

图1-4 调压调速的机械特性

比较三种调速方法可知,改变电阻只能有级调速;减弱磁通虽然能够平滑调速,但调速范围不大,往往只是配合调压方案,实现一定范围内的弱磁升速;调节电枢供电电压的方式既能连续平滑调速,又有较大的调速范围,且机械特性也很硬。因此,直流调速系统往往以变压调速为主,仅在基速(额定转速)以上作小范围的弱磁升速。

3. 从异步电动机转差功率sl P 的角度,可把交流调速系统分成哪几类?并简述其特点。

答:异步电动机按其转子构造可分为笼型转子异步电动机和绕线转子异步电动机,可以根据实际应用要求选择电动机。异步电动机的转速方程为

()

p

601s f n s n =

-

由上式可知,若改变供电频率

s

f 或改变电动机极对数p n 则可调速,这就是

变频调速和变极对数调速的由来。另外,通过改变定子电压、绕线转子异步电动机转子串电阻或外接可变电源可以改变转差率s 来实现异步电动机的转速调节。

为更科学地进行分类,按照交流异步电动机的原理,从定子传入转子的电磁功率em P 可分成两部分:一部分m em

(1)P s P =-是拖动负载的有效功率,称作机械

功率;另一部分em

sl

P sP =是传输给转子电路的转差功率,与转差率s 成正比。从

能量转换的角度看,转差功率sl P 是否增大,是消耗掉还是得到回收,是评价调速系统效率高低的标志。从这点出发,又可以把异步电动机的调速系统分成三类:

1)转差功率消耗型。调速时全部转差功率都转换成热能消耗掉,它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低(恒转矩负载时),这类调速方法的效率最低,越向下调效率越低。

2)转差功率馈送型。调速时转差功率的一部分消耗掉,大部分则通过变流装置回馈电网或转化成机械能予以利用,转速越低时回收的功率越多,其效率比前者高。

3)转差功率不变型。这类调速方法无论转速高低,转速降都保持不变,而且很小,因而转差功率的消耗基本不变且很小,其效率最高。

目前通常采用笼型转子异步电动机实现低于同步转速的调速,调速方法可选择定子变压调速、定子变压变频调速等方案;当需要高于同步转速运行或其他特殊应用场合时,则需采用绕线转子异步电动机,通过定子和转子实行双馈调速。

4. 利用电力电子器件,可以构成哪几种直流输出变换器?试简述各自的基本拓扑结构和换流模式。

答:利用电力电子器件,可以构成相控整流器、直流斩波器和PWM 整流器等三种直流输出变换器。

1)相控整流器(图1-5)。

图1-5 V-M 系统的结构示意图

AC

~

2)直流斩波器(图1-6、图1-7)。

图1-6 采用二极管整流与斩波器的直流变换器结构

图1-7 直流斩波器-电动机系统原理与电压波形

b )电压波形图

u

U +

+

_

_

3)PWM 整流器(图1-8)。

图1-8 单相全桥PWM 整流器

(b )换流模式I

(c )换流模式II (d )换流模式III

(a )电路原理图

d

5. 试简述交流变频器的分类,分析比较各自的特点。

答:由于高性能的交流调速系统需要现代电力电子变流器既能改变电压又能改变频率,因此,交流输出变流器是一种变压变频装置,通常称为变频器。目前,交流输出变换器主要有交-直-交变频器和交-交变频器两大类: (1)交-直-交变频器

交-直-交变频器的基本原理是:首先将交流电通过整流器变成直流电,然后再通过逆变器变成交流电。由于中间直流环节的存在,故而称为交-直-交变频器,又可称为间接式的变压变频器。目前,有多种方式实现交-直-交变频器的电能变换,主要应用于电力传动控制系统的有下面四种方式:

1)采用相控整流器与六拍逆变器组成的交-直-交变频器(图1-11、图1-13)。 六拍变流器的优点是:在整流环节进行调压控制,在逆变环节进行调频控制,两种控制分开实现,概念清楚,控制简便。但由于早期采用晶闸管整流和逆变,带来了如下不足:

○1 如果采用晶闸管相控整流,在交流输入端造成网侧功率因数低和高次谐波大的问题;

2 六拍逆变器由于晶闸管的工作频率的限制,变频控制范围有限,且输出不是正弦波,谐波含量高。

图1-11 晶闸管交-直-交变频器

逆变器

~

图1-13 六拍逆变器的两种类型

(b )电流源逆变器

(a )电压源逆变器

2)PWM 变频器(图1-14、图1-15)。

PWM 变频器的调制方法主要包括正弦波脉宽调制(SPWM )、消除指定次数谐波的PWM 控制(SHEPWM )、PWM 跟踪控制、电压空间矢量PWM (SVPWM )等。PWM 变频器的优点如下:

1 在主电路整流器和逆变器两个单元中,只有逆变单元是可控的,通过它同时调节电压和频率,结构简单。采用全控型的功率开关器件,通过驱动电压脉冲进行控制,驱动电路简单,效率高。

2 输出电压波形虽是一系列的PWM 波,但由于采用了恰当的PWM 控制技术,正弦基波的比重较大,影响电动机运行的低次谐波受到很大的抑制,因而转矩脉动小,提高了系统的调速范围和稳态性能。

3 逆变器同时实现调压和调频,动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响,系统的动态性能也得以提高。

4 采用不可控的二极管整流器,电源侧功率因数较高,且不受逆变器输出

电压大小的影响。

图1-14 PWM 变频器的构成

(b )PWM 调制原理

(a )主电路拓扑结构图1-15 PWM 逆变器的主电路拓扑及工作原理

3) 双PWM 变频器(图1-26)。 双PWM 变频器的特点是: ○

1 可方便的实现四象限运行; ○

2 采用PWM 整流控制,可任意调节网侧功率因数,使功率因数小于1、等于1或大于1;

3 可大大减小电流谐波。

图1-26 双PWM变频器的基本结构

4)多电平逆变器(图1-27)。

多电平逆变器的优点主要有:

○1多电平逆变电路对器件的耐压要求不高,其开关器件所承受的关断电压由所串联的各开关器件分担;

○2多电平逆变器输出的负载相电压为多电平的阶梯波,相对于两电平电路其输出波形阶梯增多,其形状更接近于正弦波,且阶梯波调制时,开关损耗小,效率高;

○3多电平逆变器随着输出电平数的增加,各电平幅值变化降低,这就使得它对外围电路的干扰小,对电机的冲击小,在开关频率附近的谐波幅值也小。在开关频率相同的条件下,谐波比两电平要小得多。

图1-27 二极管中点钳位三电平变频器的拓扑结构

(2)交-交变频器(图1-28、图1-30)。

与交-直-交变频器相比,交-交变频器的优点是:

1 采用电网自然换流,由一次换流即可实现变压变频,换流效率高; ○

2 能量回馈方便,容易实现四象限运行; ○

3 低频时输出波形接近正弦。 但是,交-交变频器也存在一些缺点: ○

1 使用晶闸管数量多,接线复杂; ○

2 输出频率范围窄,只能在1/2~1/3电网频率以下调频; ○

3 由于采用相控整流,功率因数低。

VR

~

~

图1-28 单相交-交变频器的电路结构

图1-30 三相交-交变频器的电路结构

6.有哪些转速检测方法?如何获得数字转速信号?

答:常用的转速检测传感器有测速发电机、旋转编码器等。测速发电机输出的是转速的模拟量信号;旋转编码器则为数字测速装置。

转速检测传感器输出的模拟信号先经过信号调节器,进行放大、电平转换、滤波、阻抗匹配、调制和解调等信号处理过程,然后进行A/D 转换,实现模拟信号到数字信号的转换,包括离散化和数字化。离散化是以一定的采样频率s

f 对模

拟信号进行采样,即在固定的时间间隔s

1/t

f ?=上取信号值。数字化是将所取得

信号值进行数字量化,用一组数码来逼近离散的模拟信号的幅值,逼近程度由A/D 芯片的位数来决定。

7. 调速范围和静差率的定义是什么? 调速范围与静态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”?

答:生产机械要求电动机提供的最高转速m ax n 和最低转速m in n 之比,称为调速范围,用字母D 来表示,即

m ax m in

n D n =

式中,m ax n 和m ax n 一般都指电动机额定负载时的最高转速和最低转速。

当系统在某一转速下运行时,负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落N Δn 与理想空载转速0n 之比,称为静差率,用字母δ来表示,即

N 0N 0

Δ-100%100%

n n n n n δ=

?=

?

静差率是用来衡量调速系统在负载变化时转速的稳定度的,它和机械特性的硬度有关,特性越硬,静差率就越小,转速的稳定度就越高。

调速范围D 、静态速降N Δn 和最小静差率δ之间的关系为

N N Δ(1)

n D n δδ=

-

调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的,必须同时提才有意义。在调速过程中,若额定速降相同,则转速越低,静差率就越大。如果低速时的静差率能满足设计要求,则高速时的静差率就更满足要求了。因此,调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。所以说,脱离了调速范围,要满足给定的静差率也就容易得多了。

8. 试简述PID控制器中,比例、积分和微分环节各自的作用,并分析其特性。

答:PID控制器中各校正环节的作用如下(图1-49):

1)比例环节对偏差进行放大,产生与偏差成正比的控制信号,施加于被控对象,以减少偏差。

2)积分环节通过对偏差历史的累积,产生控制信号以消除偏差,可实现系统的无差调节。

k越大,积分作用越大,有利于减小误差,但减慢系统响应。

I

3)微分环节能反映偏差的变化率,具有加速系统响应,减小调节时间的作用。

实际应用时,可根据系统需求选择全部或部分校正环节组成具有不同功能的调节器,如P调节器、I调节器、PI调节器、PD调节器等

e(t t)

图1-49 模拟式PID控制算法框图

9.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 2%δ<,那么系统允许的静态速降是多少?

解:调速范围 m ax m in

150010150

n D

n ===

静态速降 N m ax N 15000.02 3.06(r /m in )(1)

(1)

10(10.02)

n n n D D δδδδ??=

=

=

=--?-

10.某直流电动机,其参数为:N

10k W

P =,N

220V

U =,N

55A

I =,

N 1000r /m in

n =,a

0.1R =Ω

。若只考虑电枢电阻引起的转速降, (1)要求静差率10%

δ=,求系统的调速范围D ;

(2)如果要求2

D

=,则其静差率δ允许的为多少?

(3) 如果要求105%

D δ==,,则允许的转速降落N n ?为多少?

解: (1)N N a

e

N 220550.1

0.2145(V m in /r )

1000

U I R K n --?=

=

=?

N a N e 550.125.64(r/m in )

0.2145

I R n K ??=

=

N N 10000.1 4.33(1)

25.64(10.1)

n D

n δδ?==

≈?-?-

(2) 由N N (1)n D n δ

δ?-=

,得

N

N N

225.64 4.88%

1000225.64

D n n D n δ??=≈+?+?=

(3) N N 10000.05 5.26(r /m in )(1)

10(10.05)

n n D δδ??=

≈-?-=

第2章 电力传动系统的模型

1. 简述坐标变换与统一电机理论的意义。

答:坐标变换是一种线性变换,对电动机作系统分析时,所用的坐标变换,不仅可以将坐标系统扩展为n维空间,还可以将原坐标变换到另一个旋转平面上的坐标,或者由笛卡儿平面坐标变换到复平面坐标。这些理论与方法都是针对电机这种复杂的机电系统所做出的对策,在电机学科的发展史上具有划时代的重要意义。

直流电机的数学模型比较简单,交流电机的数学模型就相对复杂得多,而且由于其种类繁多,如果根据电机理论,按不同的电机结构建立各自的电路和磁路方程,则所建立的方程将形式各异,比较复杂。统一电机理论提出了原型电机的概念,分析了原型电机的基本电磁关系,并研究了原型电机与其他各种实际电机之间的联系,研究表明任何电机的数学模型都可以从原型电机中导出,并统一求解,这是电机理论的一个重大发展。

2. 电机常用的坐标系统有哪几种?分别画出它们的坐标轴矢量图。

答:电机常用的坐标系统可分为两大类,即

静止坐标变换:这类变换是在两个静止的坐标系统中进行,最常用的是在A-B-C三相坐标系统与α-β-0两相静止坐标系统之间的变换,称为3/2变换和2/3变换,如下图所示:

旋转坐标变换:这类变换是在静止的坐标系统与旋转的坐标系统之间进行,旋转坐标轴的旋转速度可以是电机转子的转速或同步转速,也可以是任意转速。这类系统的典型代表是d-q-0坐标系统,如下图所示:

B

C

d

3. 在电机坐标变换时,功率不变约束条件下的变换式与合成磁动势不变约束条件下的变换式哪些是相同的?哪些是不同的?不同的变换式有什么不同?

答:坐标变换是一种线性变换,如无约束,变换就不是唯一的。在电机的系统分析中,通常采用两种原则作为坐标变换的约束条件:

1)功率不变原则,即变换前后电机的功率保持不变;

2)合成磁动势不变约束,即变换前后电机的合成磁动势保持不变。 如果是两相静止坐标系与两相旋转坐标系之间的变换,则功率不变约束条件下的变换式与合成磁动势不变约束条件下的变换式是相同的。而如果是三相静止坐标系与两相静止或两相旋转坐标系之间的变换,则功率不变约束条件下的变换

式与合成磁动势不变约束条件下的变换式是不同的的,例如A-B-C 三相静止坐标系与d-q-0两相旋转坐标系在功率不变约束条件下的变换式为

d A

q B 0C 2π2π

co s co s()co s()33

2πsin sin ()

sin ()

33i i i i i i θθθθθθ?

?

-+

????

??

??????

=---

-+?????

?????

??

??

?????

?

在合成磁动势不变约束条件下的变换式则为

d A q B 0C 2π2π

co s co s()co s()3322π

2πsin sin ()

sin ()

3331

11

2

22i i i i i i θθθθθθ?

?

-+

?

?

????

?

???

????

=---

-+??????

??????

????

??????

4. 写出静止三相坐标系与静止两相坐标系、以及静止两相坐标系与旋转两

相坐标系之间的坐标变换式。

解:静止三相坐标系与静止两相坐标系之间的坐标变换式

α

A βB

0C 11122

022i i i i i i ??--

????? ? ?=- ? ? ? ??????

? ??

?

静止两相坐标系与旋转两相坐标系之间的坐标变换式

d αq βco s sin sin co s i i i i θθθ

θ????

??= ? ?

?-??????

5. 试分别建立并励与串励直流电动机的数学模型。

解:与第一种原型电机相比较,可直接得到他励直流电动机的电压平衡方程

m p ω=++=u R L G i Z i

()

式中,T

F C a []

u u u =u

,T

F C

a []i i i =i

,F

C a 000

00

R R R ??

??=??????R ,F

C C a

aC

a 0000

L L L L L ??

??=??????

L ,

aF

000

000

0G ??

??=??????G ,F F C C C a aF m

aC a a 0

0R L p

R L p L p

G L p

R L p ω+??

??

=+??

??+??

Z 。

a)b)

图2-5 直流电动机模型

A) 直流电动机 b) 第一种原型电机

转子运动方程为

e L m ωm

T T Jp D ωω-=+

式中,电磁转矩T

e

aF F a

T G i i ==i G i 。

上面两式就构成了他励直流电动机的数学模型。为简便起见,在实际使用时往往忽略补偿绕组C 和阻尼系数D ω的作用,即有

()()a a a a aF m F F F F F e aF F a

e

L m u R L p i G i u R L p i T G i i T T Jp ωω

?=++?

=+??

=??-=?

对于并励直流电动机,电枢电压等于励磁电压,即补充条件a F u u =; 对于串励直流电动机,电枢电流等于励磁电流,即补充条件a

F

i i =。

6. 试导出直轴和交轴方向上各有一个阻尼绕组的电励磁同步电动机的电压平衡方程与电磁转矩计算公式。

解:与第一种原型电机相比较,可直接写出带阻尼绕组的电励磁同步电动机的电压平衡方程

m p ω=++=u R L G i Z i

()

图2-18 有阻尼绕组的同步电动机等效模型

s

式中,T

d q F D Q []

u u u u u =u

,T

d q F D Q []

i i i i i =i

d q F D Q 0000

0000

000000000

R R R R R ????????

=???????

?R ,d

d F d D q q Q

F d

F F D D d D F D Q q

Q 00000000000

L L L L L L L L L L L L L ?????

???=???????

?

L ,

d q

d Q q d

q F q D 0

0000

00000000000

00

0G G G G G --??

??????

=???????

?G ,

d d d q m d F d D d Q m q d m q q q F m q D m q Q F d F F F D D d D F D D Q q Q Q 00

0000

R L p

G L p L p G G R L p

G G L p

L p

R L p L p L p L p R L p

L p

R L p ωωωωω+--??

?

?

+?

???+=?

?+????+?

?

Z 。

定子两个绕组的电阻是相等的,即d

q s R R R ==;而运动电动势系数之间的

关系为

d q p q

G n L

=,qd p d

G n L =,

qF p dF p Fd

G n L n L ==,

q D p d D p D d

G n L n L ==,

d Q p q Q p Q q G n L n L ==,所以上式可以写为

s d q d F d D q Q d

d

d s q d F d D q Q q q d F F F F D F F d D F D D D D D q Q Q Q Q Q 00

0000

R L p L L p L p L u i L R L p

L L L p

u i L p R L p L p u i L p L p R L p

u i L p

R L p u i ωω

ω

ωω+--??

?????

?

????+?

???????????+=?

?????+????????????+????

?

?

式中,电角速度p m

n ω

ω=。

电磁转矩e T 为

T

e p dF F q dD D q qQ Q d d q d q [()]T n L i i L i i L i i L L i i ==+-+-i G i

第3章 直流传动控制系统

1. 晶闸管-电动机系统(V-M 系统)存在哪些问题?

答:由于采用电力电子变流器,给直流电动机控制带来一些新的问题,特别是晶闸管-电动机系统(图3-1)存在以下两个主要问题:

1)系统机械特性的变异问题(电流断续); 2)能量回馈问题(晶闸管的单向导电性)。

图3-1 开环直流调速系统结构

I d

n

I d

a)

b)

图3-2 V-M 系统的机械特性

a) 电流连续时V-M 系统的机械特性 b ) 完整的V-M 系统机械特性

~

~

a )整流状态

c )运行范围

图3-3 带起重机负载的V-M 系统运行范围

最新电力拖动自动控制系统--运动控制系统第四版复习题考试题目1精编版

2020年电力拖动自动控制系统--运动控制系统第四版复习题考试题目1精编版

1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。(Ⅹ) 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中,M法适用于测高速,T法适用于测低速。(√) 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。(√) 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。(√) 5静差率和机械特性硬度是一回事。(Ⅹ) 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。(Ⅹ) 的大小并非仅取决7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k 于速度定 U g*的大小。(√) 8双闭环调速系统在起动过程中,速度调节器总是处于饱和状态。 (Ⅹ) 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。(Ⅹ) 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向(正或反)由驱动脉冲的宽窄决定。(√) 11双闭环可逆系统中,电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。(Ⅹ) 与开环系统相比,单闭环调速系统的稳态速降减小了。(Ⅹ) 12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段(√)

13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。(Ⅹ) 14 电压闭环相当于电流变化率闭环。(√) 15 闭环系统可以改造控制对象。(√) 16闭环系统电动机转速与负载电流(或转矩)的稳态关系,即静特性,它在形式上与开环机械特性相似,但本质上却有很大的不同。 17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。(√) 18 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。(Ⅹ) 19电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰,严重时会造成系统振荡。(√) 20对电网电压波动来说,电压环比电流环更快。(√) 二选择题 1直流双闭环调速系统中出现电源电压波动和负载转矩波动时,( A)。 A ACR抑制电网电压波动,ASR抑制转矩波动 B ACR抑制转矩波动,ASR抑制电压波动 C ACR 放大转矩波动,ASR抑制电压波动 D ACR放大电网电压波动,ASR抑制转矩波动 3与机组相比,相控整流方式的优点是(A、B、C、D ),缺点是( E、F )。 A 功率放大倍数小于1000倍 B 可逆运行容易实现 C 控制作用的快速性是毫秒级 D 占地面积小,噪音小 E 高次谐波丰富 F 高速时功率因数低 4系统的静态速降△ned一定时,静差率S越小,则(C )。 A 调速范围D越小 B 额定转速?Skip Record If...?越大

运动控制系统思考题课后习题答案完整版

思考题答案 1.1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

运动控制系统练习题

判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。(Ⅹ) 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中,M法适用于测高速,T 法适用于测低速。(√) 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。(√) 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。(√) 5静差率和机械特性硬度是一回事。(Ⅹ) 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。(Ⅹ)7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k的大小并非仅取决于速度定U g*的大小。(√) 8双闭环调速系统在起动过程中,速度调节器总是处于饱和状态。(Ⅹ) 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。(Ⅹ)

10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向(正或反)由驱动脉冲的宽窄决定。(√) 11双闭环可逆系统中,电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。(Ⅹ) 与开环系统相比,单闭环调速系统的稳态速降减小了。(Ⅹ)12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段(√) 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。(Ⅹ) 14 电压闭环相当于电流变化率闭环。(√) 15 闭环系统可以改造控制对象。(√) 16闭环系统电动机转速与负载电流(或转矩)的稳态关系,即静特性,它在形式上与开环机械特性相似,但本质上却有很大的不同。17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。(√)18 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。(Ⅹ)

19电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰,严重时会造成系统振荡。(√) 20对电网电压波动来说,电压环比电流环更快。(√) 选择题 1.转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是B A.PID B.PI C.P D.PD 2.静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,静差率A A.越小B.越大C.不变D.不确定 3.下列异步电动机调速方法属于转差功率不变型的调速系统是D A.降电压调速B.串级调速C.变极调速D.变压变频调速

电力拖动自动控制系统期末考试复习资料

电力拖动自动控制系统复习(14电气工程本) 一.题型 填空(20)、选择(10)、简答(30)、计算(40) 二.各章节内容提要 (一)绪论——基本概念 1.运动控制系统的组成(电动机、功率放大与变换装置、控制器、相应的传感器)【P1】【填空】 2.直流电机的数学模型简单,转矩易于控制。交流电机具有结构简单等优点,但其动态数学模 型具有非线性多变量强耦合的性质。【P3】【填空】 3.转矩控制是运动控制的根本问题,磁链控制与转矩控制同样重要。【P5】【填空】 4.典型的生产机械负载转矩特性主要包含恒转矩负载特性、恒功率负载特性、风机与泵类负载 特性。【P5】【填空】 (二)第2章 1.基本概念 (1)直流调速转速公式、方法。【P7】【填空】 公式:方法:1)调节电枢供电电压U; 2)减弱励磁磁通; 3)改变电枢回路电阻R (2)可控直流电源(G-M系统、V-M系统、PWM变换器)【P9】【填空】 (3)增设平波电抗器来抑制电流脉动,总电感量的计算。【P12】【选择题】 三相桥式 三相半波 单相桥式 (4)失控时间的选择【p15】【选择题】 整流电路形式最大失控时间 单相半波20 10 单相桥式(全波)10 5 三相半波 6.67 3.33 三相桥式 3.33 1.67 ★★★★(5)PWM调速系统的优越性表现【p16】【简答题】 ○1主电路简单,需要的电力电子器件少;

○2开关频率高,电路容易连续,谐波少,电动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; ○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电力电子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 (6)不可逆PWM系统中,γ与ρ的关系。【P17】 γ=ρ (7)泵升电压【P20】【填空题】 对滤波电容充电的结果造成直流侧电压升高 (8)调速系统的稳态性能指标S与D及相互之间的关系。【P21-22】【填空题】 ○1——额定负载时的最高和最低转速 => ○2最低速 => 空载转速 ○3例: ★★★★(9)开环系统与闭环系统比较(4点结论)【P29-30】【简答题】 ○1闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多。 ○2闭环系统的静差率要比开环系统小得多。 ○3当要求的静差率一定时,闭环系统可以大大提高调速范围。 ○4要取得上述三项优势,闭环系统必须设置放大器。 ★★★★(10)闭环系统能减少稳态转速降的实质问题是什么?结合图形分析【P31】【简答题】闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用,在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压,以补偿电枢回路电阻压降。 (11)反馈控制规律(3点)【P31】【简答题】 ○1比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统 ○2反馈控制系统的作用是:抵抗扰动,服从给定 ○3系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度

运动控制系统思考题和课后习题答案

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。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交流电网,而只能向滤波电容充电,造成电容两端电压升高。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,或采用泵升电压限制电路。 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,达到与负载转矩平衡,电机不再减速,保持稳定。故负载增加,稳态时,电机转速会较增加之前降低。 2-10 静差率和调速范围有何关系?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定度的,)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? 答:D=(nN/△n)(s/(1-s)。因为若只考虑减小最小静差率,则在一定静态速降下,允许)的调速范围就小得不能满足要求;而若只考虑增大调速范围,则在一定静态速降下,允许的最小转差率又大得不能满足要求。因此必须同时提才有意义。 2-12 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?如果给定电压不变,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

电力拖动自动控制系统习题答案_第四版

第二章 2-1:答:在制动阶段,VT1始终不导通。VT2导通期间,并能耗制动;VT2不导通期间, VD1续流,并回馈制动。 2-2:由 10100 1000== D ; rpm s D s n n n N N cl 04.298 .01002.01000) 1(=??≤ -= ?=?; 2-3:已知 rpm n n n N 1500max max 0=?+= rpm n n n N 150min min 0=?+= max n n N =,rpm n N 15=? 所以1115 150151500min max =--= = n n D 1.015 11148515 11=?+?= ?+?= D n n D n s N N N 2-4: r v n R I U C N a N N e min/1478.0/)(?=-= rpm C R R I n e s a N op 1.1151478.0/045.0378/)(=?=+=? 1.38.0*1.115 2.0*1430) 1(==-?=s n s n D N N 32 .57 .0*1.1153.0*1430) 1(== -?= s n s n D N N 2-5: rpm C R I n e N op 5.2742.0/18.0305/=?==? /()27.45%N op N op s n n n =?+?= rpm s D s n n n N N cl 63.295 .02005.01000) 1(=??≤ -= ?=? 2-6: v K K U K K U s p u s p dcl 121 =+= γ 264==u s p dop U K K U 22/=dcl dop U U v U K K K K U dcl s p s p u 6.41=+= γ 2-7: 10=D

《运动控制系统》综合复习题

一、单项选择题 1.只能实现有级调速调速方式为( C ) 2.调速系统的静差率指标,应以( D ) 3.某直流调速系统电动机额定转速nN=1430r/min,额定速降ΔnN=115r/min,当要求静差率s≤30%时,允许的 调速范围是( C ) 4.对自动调速系统来说,主要的扰动量是(B) 5.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速,可调节( C ) 6.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时,控制电压不取决于(D) 7.不是跟随性能指标是(D ) 8.在转速电流双闭环调速系统中,选用了典型I型系统,是因为电流环( A ) 9.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做(A ) 10.在配合无环流可逆系统中,可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制,但需将两组晶闸管装置的触发脉 冲的初始相位都整定在(C ) 11.在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中,当正组的控制角小于反组的逆变角时,将会产生(B ) 12.交-直-交PWM变压变频器中,逆变器起作用是(A ) 13.当交流电动机由常规的六拍阶梯波逆变器供电时,磁链轨迹是一个(A ) 14.不是异步电动机动态数学模型的特点为(B ) 15.不是直接转矩控制的特点为(A ) 16.采用旋转编码器的数字测速方法不包括( D ) 17.交流电动机带恒转矩负载作调压调速时,其转差功率与转差率( A ) 18.在低频输出时采用异步调制方式,高频输出时切换到同步调制方式为( D ) 19.不是异步电动机动态数学模型的特点。(D ) 20.电流跟踪PWM控制时,当环宽选得较大时( A ) 21.只能实现有级调速调速方式为( C ) 22.调速系统的静差率指标,应以( D ) 23.某直流调速系统电动机额定转速n N=1430r/min,额定速降Δn N=115r/min,当要求静差率s≤30%时,允许的 调速范围是(C ) 24.对自动调速系统来说,主要的扰动量是(B) 25.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速,可调节( C ) 26.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时,控制电压不取决于(B ) 27.不是跟随性能指标是( D ) 28.在转速电流双闭环调速系统中,选用了典型I型系统,是因为电流环( A ) 29.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做(A ) 30.在配合无环流可逆系统中,可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制,但需将两组晶闸管装置的触发脉 冲的初始相位都整定在( C ) 31.不适合使用矢量控制方式是( B ) 32.PMW变压变频器,通过它可同时调节电压和频率,其可控的是(B )。

运动控制系统期末复习题(直流部分)

运动控制直流部分复习题 一、填空: 1. 调速系统的稳态性能指标主要是指和静差率。 2. 采用V-M系统,当系统处于深调速状态时,功率因数将较。 3. 直流调速系统中,晶闸管触发和整流装置的传递函数可近似成环节, 时间常数称为。 4. 晶闸管-电动机转速、电流双闭环调速系统中,环为内环,环为 外环。 5. 双惯性环节校正成典型Ⅰ型系统,引入的调节器是调节器。 6 直流调速的方法包括改变电枢回路电阻调速、调速和减弱磁通调速。7.闭环调速系统对于_ 的扰动具有抑制作用,而对于_ _的扰动则无能为力。 8.转速、电流双闭环调速系统中,调节_ _的限幅值可以调节系统最大电流;调节_ _的限幅值可以调节UPE的最大输出电压。 9.双极性直流PWM变换器的占空比,当时,输出平均电压为正,要使输出平均电压为负,应使。 二、选择题 1.下列说法正确的是() A 积分调节器的输出决定于输入偏差量的历史过程。 B 比例控制可以使系统在偏差电压为零时保持恒速运行。 C 比例调节器可以实现无静差。 D 采用积分调节器动态相应快。 2.双闭环调速系统中电流调节器具备的作用为() A 对负载变化起抗扰作用。 B 对电网电压波动起及时抗扰作用。 C 输出限幅决定允许的最大电流。 D 使转速跟随转速给定电压变化。 3.双闭环调速系统中转速调节器不具备的作用为() A 对负载变化起抗扰作用。 B 对电网电压波动起及时抗扰作用。 C 输出限幅决定允许的最大电流。 D 使转速跟随给定电压变化。 4.在工程设计中,如果将系统校正成典型Ⅰ型系统的过程,KT值取为()时为无超调。

A B C D 5. 采用工程设计法的双闭环直流调速系统中,电流环设计成典型()型系统,引入的电流调节器为()调节器。 A ⅠPI B ⅡPI C ⅠP D ⅡP 6. G-M直流调速系统中的G指的是哪一种直流电源()。 A 直流发电机; B 静止整流器; C 脉宽调制电源; D 以上情况均可能。 三、分析与简答 1.在调速系统中,为什么在开环系统中晶闸管整流装置的控制电压前面没有加放大器,而在闭环之后要添加放大器? 2. 双闭环调速系统中,电流调节器的作用各是什么? 3.采用双极型PWM变换器的调速系统,当电动机停止时,电枢电流是否等于零,为什么? 4. 假设某转速单闭环调速系统的电源电压突然降低,则该调速系统将如何进行 调节,请结合稳态结构图加以说明。 5. 转速、电流双闭环直流调速系统设计后,ASR限幅对应倍额定电流,但是在空 载额定励磁稳速运行时突加额定转矩负载,转速不能回到给定转速,请分析原因? 6. 在转速、电流双闭环直流调速系统中,两个调节器均采用PI调节器。当系统带 额定负载运行时,转速反馈线突然断线,试分析系统进入稳态后调节器、转速、电枢电流的情况。 7. 写出直流电动机反馈闭环调速系统的临界放大系数表达式,并请说明表达式中各个参数含义。 8. 请写出双闭环调速系统起动过程的三个特点。 9. 请简述H型双极式PWM变换器的缺点。 四、设计题 1、某晶闸管供电的双闭环直流调速系统,整流装置采用三相桥式电路,基本数据如下: 直流电动机220V、136A、1460r/min,C e=r,允许过载倍数λ=。 晶闸管装置放大系数40。 电枢回路总电阻Ω。 时间常数T l=,T m=。 电流反馈系数β=A(≈10V/),转速反馈系数α=r(≈10V/n N)。 将电流环校正成典型Ⅰ型系统,取KT=;将转速环校正成典型Ⅱ型系统,取h=5。电流环滤波时间常数;转速环滤波时间常数。 请选择并设计各调节器参数。 2、有一转速、电流双闭环调速系统,已知电动机参数为:P N =,U N =220V, I N=28A,n N=1490 r/min,电枢回路电阻R=Ω,允许电流过载倍数λ=,电 磁时间常数T L=,机电时间常数T m=,主电路采用三相桥式整流电路,触 发整流环节的放大倍数Ks=35,整流电装置内阻R res=Ω,平均失控时间常

运动控制系统课后习题答案

运动控制系统 课后习题答案 系统的调速范围是1000~100min r ,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) n n s n rpm D s ?==??=- 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0max 1500min n r =,最低转速特性为 0min 150min n r =,带额定负载时的速度降落15min N n r ?=,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 max min D n n =(均指额定负载情况下) max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ,I N =378A ,n N =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)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= 378(0.0230.022)0.1478115N n I R rpm ?==?+= [(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-= 某龙门刨床工作台采用 V-M 调速系统。已知直流电动机

交直流调速系统期末考试(运动控制系统)资料

交直流调速系统期末考试(运动控制系统)

一.判断题(正确的打√,错误的打×,答案填在题号的前面) 1. (dui )交 - 直 - 交电压型变频器采用电容滤波,输出交流电压波形是规则矩形波。 2. (错)变频调速效率高,调速范围大,但转速不能平滑调节,是有级调速。 3. (对)有静差调速系统是依靠偏差进行调节的,而无静差调速系统则是依靠偏差对作用时间的积累进行调节的 4. (错)电动机的机械特性愈硬,则静差度愈大,转速的相对稳定性就愈高。 5. (dui )转速负反馈调速系统能够有效抑制一切被包围在负反馈环内的扰动作用。 6. ( dui)SPWM 即正弦脉宽调制波形,是指与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲列。 7. (cuo )在一些交流供电的场合,可以采用斩波器来实现交流电动机的调压调速。 8. (错)转速负反馈单闭环无静差调速系统采用比例调节器。 9. (dui ) PWM 型变频器中的逆变器件采用高频、大功率的半控器件。 10. (对)矢量变换控制的实质是利用数学变换把三相交流电动机的定子电流分解成两个分量,一个是用来产生旋转磁动势的励磁电流分量,一个是用来产生电磁转矩的转矩分量。 __________________________________________________

二.填空题 1. 根据公式,交流异步电动机有三种调速方法: ① _调压 __ 调速、②__ 串电阻 __ 调速、③ ___变励 磁磁通 _ 调速。 3. IGBT 全称为 __绝缘栅双极晶闸管__ ,GTO 全称为 _门极可关断晶体管__ , GTR 全称为 _电力晶体管 ______________ 。 4. 异步电动机的变频调速装置,其功能是将电网的恒压恒频交流电变换成变压变频的交流电,对交流电动机供电,实现交流无级调速。 三、选择题 1、变频调速中的变频电源是(C )之间的接口。 (A)市电电源(B)交流电机(C)市电电源与交流电机 (D)市电电源与交流电源 2、调速系统的调速范围和静差率这两个指标( B )。(A)互不相关(B)相互制约(C)相互补充(D)相互平等 3、电压型逆变器的直流端( D )。 (A)串联大感器(B)串联大电容 __________________________________________________

电力拖动自动控制系统-运动控制系统习题解答第2-5章

习题解答(供参考) 2.1试分析有制动电流通路的不可逆PWM变换器进行制动时,两个VT是如何工作的? 解:减小控制电压,使U g1 得正脉冲变窄,负脉冲变宽,从而使平均电枢电压U d 降低,使得E>U d,电机流过反向电流,电机进入制动状态。0 t< t on 时,通过二极管VD1续流,在t on t

2.4 直流电动机为P N =74kW, U N =220V,I N =378A,n N =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?? 0.1478 当s=20%时 D n N s 1430 0.2 3.1 n(1 s) 115 (1 0.2) 当s=30%时 D n N s 1430 0.3 5.33 n(1 s) 115 (1 0.3) 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 P N 60kW,U N 220V , I N 305 A, n N 1000r min ,主电路总电阻R=0.18 Ω ,Ce=0.2V?min/r,求: 1) 当电流连续时,在额定负载下的转速降落n N 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S N 多少? 3) 若要满足D=20,s≤5%的要求,额定负载下的转速降落n N 又为多少? 解:(1) n N I N R 305 0.18 C e 0.2 274.5rpm (2) s N n N 274.5 n 1000 274.5 21.5%

《电力拖动自动控制系统》(第四版)习题答案

n 《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》习题 2-2 调速系统的调速范围是 1000~100r/min ,要求静差率 s =2%,那么系统允许的稳态速降是 多少 解:系统允许的稳态速降 ?n = sn (1 ? s ) = ×100 (1 ? = (r min ) 2-5 某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。已知直流电动机 P = 60kW , U = 220V , I = 305 A , n = 1000 r min , 主 电 路 总 电 阻 R = ? , C = ? min r ,求: (1)当电流连续时,在额定负载下的转速降落 ?n 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 s 多少 (3)额定负载下的转速降落 ?n 为多少,才能满足 D = 20, s ≤ 5% 的要求。 解:(1)当电流连续时,在额定负载下的转速降落 ?n = I R = 305 × = (r min ) (2)开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 s = ?n + ?n = ≈ = % 1000 + (3)额定负载下满足 D = 20, s ≤ 5% 要求的转速降落 ?n = ns D (1 ? s ) = 1000 × 20 × (1 ? ≈ (r min )

U N 解:(1)C e =?I d R a n N = 220 ?× = ? min/ r 1500 ?n op = RI N C e = ×++ = / min (2)?n = n N s ≤ 1500× =/ min cl D(1 ?s) 20 × (1 ?

电力拖动自动控制系统--运动控制系统 第四版 复习题 考试题目

考试题型及分数分配 1 判断题(20分,10~20小题)范围广, 2 选择题(20分,10~20小题)内容深,细节区分 3 填空题(10分,10小题) 4 设计题(10分,2小题) 5 简述题(10分,2小题) 6 无传感器算法:磁链、转矩的计算算法 异步电动机转子磁链和定子磁链的估算、转矩的估算 7 分析计算题(20分,3小题) 直流调速系统 一判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖 动恒转矩负载。(Ⅹ) 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中,M法适用于测高速,T法适用于测低速。(√) 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实 现制动。(√) 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。(√) 5静差率和机械特性硬度是一回事。(Ⅹ) 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。(Ⅹ) 的大小并非仅取决于7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k *的大小。(√) 速度定 U g 8双闭环调速系统在起动过程中,速度调节器总是处于饱和状态。(Ⅹ)9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。(Ⅹ) 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向(正或反)由驱动脉冲的宽窄决定。(√) 11双闭环可逆系统中,电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。(Ⅹ)与开环系统相比,单闭环调速系统的稳态速降减小了。(Ⅹ) 12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段(√) 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。(Ⅹ)14 电压闭环相当于电流变化率闭环。(√)

运动控制系统课后答案

习题解答(供参考) 习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100min r ,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)n n s n rpm D s ?==??=- 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0max 1500min n r =,最低转速特性为 0min 150min n r =,带额定负载时的速度降落 15min N n r ?=,且在不同转速下额定速降 不变, 统允许的静差率是多少? 解:1)调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下) max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511 D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?==

2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ,I N =378A ,n N =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)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= 378(0.0230.022)0.1478115N n I R rpm ?==?+= [(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-= 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,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N n ?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N S 多少? (3)若要满足D=20,s ≤5%的要求,额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解:(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?=

电力拖动自动控制系统习题答案_陈伯时

《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》习题 2-2 调速系统的调速范围是 1000~100r/min ,要求静差率 s=2%,那么系统允许的稳态速降是 多少? 解:系统允许的稳态速降 sn 0 02 × 100 ? n N = = = 2 04( r min ) ( 1 ? s ) ( 1 ? 0 02) 2-5 某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。已知直流电动机 = 60 k W , P N U N = 220 V , I N = 305 A , n N = 1000 r m in , 主 电 路 总 电 阻 R = 0 18? , C = 0 2 V ? min r ,求: (1)当电流连续时,在额定负载下的转速降落 ?n 为多少? N (2)开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 s 多少? N (3)额定负载下的转速降落 ?n 为多少,才能满足 D = 20, s ≤ 5% 的要求。 N 解:(1)当电流连续时,在额定负载下的转速降落 I R 305 × 0 18 N ? n = = = 274 5( r min ) N C 0 2 (2)开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 ? n 274 5 N s = = ≈ 0 215 = 21 5% N n + ? n 1000 + 274 5 N N (3)额定负载下满足 D = 20, s ≤ 5% 要求的转速降落 n s 1000 × 0 05 N ? n = = ≈ 2 63 ( r min ) N D ( 1 ? s ) 20 × ( 1 ? 0 05) 2-6 有一晶闸管稳压电源,其稳态结构如图所示,已知给定电压 U u = 8 8 V , 比例调节放大 系数 K = 2, 晶闸管装置放大系数 K = 15, 反馈系数 γ = 0 7 。求: p (1)输出电压 U ; d (2)若把反馈线断开, U 为何值?开环时的输出电压是闭环时的多少倍? d (3)若把反馈系数减至 γ = 5 U 应为多少? u 解:(1)输出电压 K K 2 × 15 p s U = U = × 8 8 = 12( V ) ; d u 1 + K K γ 1 + 2 × 15 × 0 7 p s (2)若把反馈线断开, U = K K U = 2 × 15 × 8 8 = 264 ( V) ;开环时的输出电压是闭环 d p s u 时的 264 12 = 22 倍。 (3)若把反馈系数减至 γ = 5 ,当保持同样的输出电压时,给定电压 1 + K K γ 1 + 2 × 15 × 0 35 p s U = U = × 12 = 4 6( V ) 。 u d K K 2 × 15 p s

(打印)运动控制系统题库

18.某直流调速系统电动机额定转速为1430 r/min ,额定速降 ?n N = 115r/min ,当要求静差率30%时,允许多大的调速范围?如果要求静差率20%,则调速范围是多少?如果希望调速范围达到10,所能满足的静差率是多少? 解: 35701153 014301%30。。。)(时:要求=??=-??= =S n S n D S N N 1380 1152 014301%20。。。)(时:要求=??=-??= =S n S n D S N N %6444460115 101430115 1010。。时,静差率:希望==?+?=??+??= =N N N n D n n D S D 19.[2-2;1。4]调速系统的调速范围是1000~100 r/min ,要求静差率S =2%,那麽系统允许的稳态转速降是多少? 解: r/min 。)(则:;根据给定条件:041298102 1000110100 1000 =??=-?=?== S D S n n D N N 20.某一调速系统,在额定负载下,最高转速为n 0max =1500r/min ,最低转速为 n 0min =150r/min ,带额定负载时的速度降落min /15r n N =?,且在不同转速下额定速降不变,试问系统的调速范围有多大?系统的静差率是多少? 解: % 101015 1114851511%1010150 15 1115 15015 1500max 0min 0min 0max 0==?+?=??+?-??====?= =--=?-?-= 。)(或:;。根据静差率的定义,; 根据给定条件,N N N N N N n D n n n D S n n S n n n n D 21.直流电动机: min /1430,023.0,378,220,74r n R A I V U kW P N a N N N =Ω====晶闸管整流器内阻Ω=022.0S R 系统采用降压调速,当生产机械要求静差率S =20%,求系统的调速范围有多大?如果 要求静差率S =30%,则系统的调速范围又有多大? 解:

《电力拖动自动控制系统》 第四版 习题答案

《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》习题2-2 调速系统的调速范围是1000~100r/min,要求静差率s=2%,那么系统允许的稳态速降是 多少? 解:系统允许的稳态速降

n ?n N = sn (1 ? s ) = 0.02 ×100 (1 ? 0.02) = 2.04(r min )2-5 某龙门刨床工作台采用晶闸管整流器-电动机调速系统。已知直流电动机 P N = 60kW , U N = 220V , I N = 305 A , n N = 1000 r min , 主 电 路 总 电 阻 R = 0.18? , C e = 0.2V ? min r ,求: (1)当电流连续时,在额定负载下的转速降落 ?n N 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 s N 多少? (3)额定负载下的转速降落 ?n N 为多少,才能满足 D = 20, s ≤ 5% 的要求。 解:(1)当电流连续时,在额定负载下的转速降落?n N = I N R = 305 × 0.18 = 274.5(r min ) C e 0.2 (2)开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 s N = N ?n N + ?n N = 274.5 ≈ 0.215 = 21.5% 1000 + 274.5(3)额定负载下满足 D = 20, s ≤ 5% 要求的转速降落 ?n N = n N s D (1 ? s ) = 1000 × 0.05 20 × (1 ? 0.05) ≈ 2.63(r min )

U N 解:(1)C e =? I d R a n N = 220 ?12.5 ×1.5 = 0.1341V ?min/ r 1500 ?n op =RI N C e =12.5 ×(1.5 +1.0 +0.8) 0.1341 = 307.6r / min (2) ?n =n N s ≤ 1500×0.1 =8.33r / min cl D(1 ? s) 20 × (1 ? 0.1)

运动控制系统试题库完整

目录 ㈠直流调速系统(复习)P4 ㈡交流调速系统(回顾)P9 ㈢交流异步电动机变频调速的理论基础P13 ㈣交流异步电动机矢量变换控制P17 ㈤交流异步电动机直接转矩控制P20 ㈥PWM 和 SPWM P31 ㈦双馈调速和内反馈P36 ㈧绕线转子异步电动机串级调速系统P42 ㈨无速度传感器调速系统P46 ㈩同步电机变频调速系统P52 (十一) 开关磁阻电动机调速控制技术P56 (十二) 双定子电机调速系统P75 (十三) 直线电机调速系统P82

一、复习:直流调速系统 问题1-1:电机的分类? ①发电机(其他能→电能)直流发电机 3

交流发电机 ②电动机(电能→其他能)直流电动机:有换向器直流电动机(串励、并励、复励、他励) 无换向器直流电动机(又属于一种特殊的同步电动机) 交流电动机:同步电动机 异步电动机:鼠笼式 绕线式 :伺服电机 旋转变压器 控制电机自整角机 力矩电机 测速电机 步进电机(反应式、永磁式、混合式) 问题1-2:衡量调速系统的性能指标是哪些? ①调速范围 D=n max/n min=n nom/n min ②静差率 S=△n nom/n0*100%对转差率要求高.同时要求调速范围大(D 大 S 小)时.只能 用闭环调速系统。 ③和负载匹配情况: 一般要求:恒功率负载用恒功率调速.恒转矩负载用恒转矩调速。 问题1-3:请比较直流调速系统、交流调速系统的优缺点.并说明今后电力传动系统的发展的趋势. * 直流电机调速系统优点:调速范围广.易于实现平滑调速.起动、制动性能好.过载转矩大.可靠性高.动态性能良好。缺点:有机械整流器和电刷.噪声大.维护困难;换向产生火花.使用环境受限;结构复杂.容量、转速、电压受限。 * 交流电机调速系统(正好与直流电机调速系统相反)优点:异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、造价低廉.使用环境广.运行可靠.便于制造大容量、高转速、高电压电机。大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。 缺点:调速性能比直流电机差。 * 发展趋势:用直流调速方式控制交流调速系统.达到与直流调速系统相媲美的调速性能;或采用同步电机调速系统. 问题1-4:直流电机有哪几种?直流电机调速方法有哪些?请从调速性能、应用场合和优缺点等方面进行比较. 哪些是有级调速?哪些是无级调速? 直流电动机中常见的是有换向器直流电动机.可分为串励、并励、复励、他励四种.无换向器 直流电动机属于一种特殊的同步电动机。 根据直流电机的转速速。n U IR K e 公式.调速方法有变压调速、变电阻调速和变转差率调 调压调速:调节电压供电电压进行调速.适应于:U≤U nom.基频以下.在一定范围内 无级平滑调速。弱磁调速:无级.适用于Φ≤Φnom.一般只能配合调压调速方案.在基频以上(即 4

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