运动控制系统习题解答

1、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一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

2、器进行制动时，两个 VT是如何工作的。芥：金制动状态中初为兔值，呜就发挥作用了.这种情况发住金电动运荷过程中 速的时眩 2时.比诚小柠制电便乙的止脉冲变窄负牀冲燮宽，趴而使平均电臥电 压巧降低.但是.由丁机电戯性.转連和反电动峥还来不及变化.因而造成占a ,很 快便电流吵反向.临厶藏此时.变正.r是呜导反向电流沿冋路 弓流通产生能耗制动作用.时.“石关断.一心沿回路4鏡鸣礁流，A 电源回垠制动u此冋时.鸣两端压降钳注呜便它不能片適 竹副功状态小.呜和呜 轮血甘適.面【筍冶终址天断的.在轻载电功状恣.这时平均电流较小，旦致在呜关断后乙经时，还没有达到 周期电流已经衰减御零这时陀t两端电压也降为零

3、区便提询导通了.使电流反向* 产生局部吋间的制动ft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”？n：生产机械要求电动机提拱的量侖转速列最低转速之比叫撇调速范乩 用字母d衷示,即 2叫屮和叫匚 般都折电动机鞭定负綠时的最离和垠低转速对于少載負我很轻的机橄.可以川实际fiU戈时的城高和博低转速。沖系H宪某一转速下运厅时.負就山理JB空*UHju定值时所对应的转遼降落*叮理帼空载转速2比，称作静差率,即 j=或用片分比农朮/= <100%任n流电动机变爪调速系统中.般以电动机的额定转速、作为

4、址高转速A/a M、0 仏 + %J _ gS 血枷（1 一 5）ih I:式可看出调速系统的调速范馭 静差速降和最小静差率之何的关系.对F同个调速系址.值一定如果对紳差率要求越严.即耍求$值越小时.系统能够允许的调速范阳也越小。一个调速系统的调速范用.绘捋任址低速时还能满足所需挣差率的转速町调范1 -4 某-调速系统.测得的圮高转速特性为心1500厂/mm.最低转速特性为说150/7mm带额定负戏时的速度降落/，、= 15/7min H在不同转速卜额定速降4%不变.试问系统能够达到的调速范用仃姜大？系统允许的静差率是多少?解系统能够达到的调速范田为/ .150-15YTtl T1系统允许的挣

5、差率s = "S X1OO% =竺匕一xl00% = 10% v + DZ、1500+ 11x15I -5 某闭环调速系统的凋速范用足150015(k/mm 耍求系统的挣差率$S2%那么系 统允许的协态速降是$少？如果丿环系统的协态速降足1001 Anin.则闭环系统的开坏放人侣 数应的梦大？因为Ln、Ln、03 + 5所以1-j 1-0.02因为%=1+K所以1箸亠船1-6某闭环调速系统的N川U；数沟13时.输定负栽卜电功机的遼降Si/min.如果 将开耳放大倍数提高到九.它的速降为务少？在同样静雄率要求卜L1速范阳可以护大务 少倍？<1C0+K)斫以1+K) =Sx( 1+

6、15 ) =128WJC< 1+K I4.13r/m 迅1+ 30l" "N（；-A 可知瓷'和"*不变的情况“遍連范囤扩Am倍.17'' .'. L : ' i.-.h D-20- - -： -l i '：/ = 1 50 0/7 mm . 1| 坏转速降險A/<= 240 a/min-若鉴求系统的静差率由1D驀减少到5张则杲统的丿F环增益将如何变化？当尸1%嗣-斤、$ZX l_s )1500x0. 120x( 1-0. 1)=S.33r/nnn此时 -1 = 275S.33,A> lm a川“

7、1500 x0,05I 戸3鳴时丫 Z, = ：= 3 95/7mina 1-s )20x( 1-0. 05 )Z140此时 A-1=-1 = 59.8g3.95则杆要求系烦的牌雄率由1（W6减少到5%.则系统的开环堀益将变火“1 8转速单闭环调速系统有那些特点？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，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机 的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？答：（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征 只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。 反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。扰动性能是反馈控

8、制系统最突出的特征之 系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。（2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。（3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所能抑制的只是被 反馈环包围的前向通道上的扰动。1 9在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？为什么？答：当电网电压发生变化时，系统对其有调节能力。 因为电网电压是系统的给定反馈控制系统完全服从给定。负载转矩、电

9、动机励磁电流、电枢电阻变化时系统对其有调节能力。 因为他们的变化最终会 影响到转速，都会被测速装置检测出来。再通过反馈控制作用，减小它们对稳态转速的影响。 测速发电机励磁各量发生变化时， 它不能得到反馈控制系统的抑制， 反而会增大被调量的误 差。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。1-10冇一 M调逮系统*电功机劈数加 巴-220K /t-12.5Ar1 500/7min(电桝电限& = 1.20,梢流装诧内阻&.三1上门触发幕流环节的放人倍数要求系统满足调速范用DTD.虧差-iI 口I环疾貌的静态連降和调速塑求听允许的闭歼牌态速降 g.采川转速惯11城闭

10、耳系统,试師I味址的除理胃和靜态结构榊图.多歩?解；调整谨系统鬱数.找叫氏=15卩时* !冲、併口则忖辿僅斥惯系甦应谨是i订放大然听需的故大借数a1)先计隊电动机的电动势系数U - 1 a5x1料、1500则开坏系数额定速降为人沖 12,5x(l, 2L5)?-0. 1367 j4o 9/nun C额匸応找时'的住佥速降应为川討 .1500 XO* 1 e rr rAll i -”<= 8 33x/minZXl-s) 20x11-0,1)系统的靜态结构框图如卜所示转速负反馈系统的原理图<3 ） li 6< = 15r时./孑=/“ E. 则转速负反馈系数a应该是

11、63;< = £： = 2L=o.oin /31500（4）闭环系统的开环放大系数应为246.98.331 = 28.64运力放人器所需的放人倍数KaKJC28.640.01x35/0.1367= 11.191-11在題1J0的转速负反馈系统中期设电流截止环节要求"转电流 么临界 裁止电流/初212/应该选用多人的比较电爪和电流反馈采样电阳？要求电流反馈采样 电阻不超过上电路总电阻的1/3如果做不到，需要増加电沆反馈放人器，试画出系统的原 理图和牌态结构桥图，并计口电流反惯放人系数。这时电流反馈采样电阻和比较电斥各为务 少？/亠 < 2/* R、U=->1

12、.2/r且U： = 15V计并可得«=1.5G UC0B = 22.5IZ：+ 7112臬调速系统原理图如图158听示已知数据如卜:电内机： -18X3F, 6/a- 220K/A = 94J, nlOOOr/min -心= 0.15G 整流装置内FIM“ = 0.3G触发整沆环肖的放大倍数 = 40.最大给定电压几=15八 当主电略电流达到最大值时整定电流反惭电爪“加= 101/设计指标：要求系统满足调速范HD-20,静差率虫10%.么=15/严 么=11厶° 试画出系统的静态结构框图.并计算:（1）转速反锻系数氏。（2）调节器放大系数心。3） 电阻九的数值。放大器输入电

13、阻Rq = 20XCJ）4） 电阻禺的数值和稳压骨VS的击穿电压值.解：1）转速负反馈系数a应该圧a=-=- = 0.015/ /4 1000（2）先计算电动机的电动势系数220-94x0.1510000.2059K min/r则开坏系数额宦速降为205.4 r/minKR 94x(0.15+0. 3)"C0.2059_<ZXl-s)1000x0.120x(l-0. 1)5.56/7nun闭坏系统的开环放大系数应为运冀诫器所需的放大倍数ctKs!C 0.015x40/0.2059= 12.31-13在电压負圈K单闭环有静差调速条统中*当下列参IHt生变化时義藐是習有调节作 川为

14、什么？（1）放天器的放灵系數°八（2）供电电网电压t（3）电臥电FllAt（4> 电动机励瞪电流；（5）电用廉彊系垃7答*祀电压负反嵋单闭坏有静差谓連奚统中，爭放大器的放大系数送；腿生变化时系统有调 肖件川再通过反惯轻制作用，因为他们的变化园终会总响到转速.誡小它们对稳态转連的影 响"距功机励脱电流、电枢电阳&发牛变化时仍然和丿F环系绒样.因为电粗电阳处J：反 锻环外当供电电网电压发生变化时系统有诉节柞用，因电网电压是系统的給宦反惯控制系统 完全眼从给定*当皑压反惴系数产发生变化时，它不能舉到反愦控制系统的抑制，反而会増天被调的 責差=反惯控制系统所徒抑制的貝

15、扯戡反锻环也用的前向通道上的扰功a1- 14 在一个甘 系纯.匕知：电胡机：-Uy = 22Dt7, /, =15.fizJ,nlSDOr/mm . A；=l 5-整流装置内阻Jf = l-飆发魅流环节的族大倍数K严 35。<1） JKSE开环工柞时.试计算调速范BSD-3Q时的錚差率.值.<2） 当DTD.尸10%计林窠绫九许的棍态速降。（3）如组应转速境反tsrf协雄调速系统.要求1>汕J = 10%.= 10r时,i广 g n=n,-计样转速负反淡累數和放人器放人;系数岛B（4）如将上述调速系统改为电压負反擄有静差调速系统，仍要- 10K时*QAn=n并保挣杲统原来的开

16、坏故人系數K：不变*试求ft： D=30时挣辛率.解:（1）系统开环|作时.U、- 1、J220-15.6x1.55000.1311/ min/ r15.6x(l 5+1)0.1311 则开环系数额圧速降为297.5/7 min则 $=xl00%=_xioo%= 85.6%+ DZ、1500 + 30x 297.5(2)当D=30. s=10%.系统允许的稳态速隧A /vj 1500x0.1 c “ /A/. i 5.56/7 minZXl-s) 30x( 1-0.1)（3 ）6< = ior时.打=,n=n则转速负反懺系数a应该是a = =i-=丄L= 0.007n1500闭坏系统的丿

17、I：环放人系数应为代仝十竺2十汕“5.56运口放人器所需的放人倍数52.51KaKjC： 0.007x35/0.1311 = 3° 6<4）在电压负反愎有静差调速系统中.开环与闭环的速降是一样的所以/“ = /仃=297.5/7 mm/?Az；-xl00%= 匹竺，xl00%= 85.6%+ DZ、1500 + 30x297.51-15在题140的系统中.卄卞电路电感L=50mH .系统运动部分的E轮惯“（汕八bN卅、整流装置采用三相零式电略,试判析按01-10要求设计的转速负反馈系统能育稳定运行？如果保证系统稳定运行，允许的址人开环放人系数K足多 少？解：计算系统中各环节的时

18、间常数*电跚间常数4=n7TT=001S5j-l. fi x (1.2 + 15)n机电时何卅 数 T= 0.065j*17 W30375x0.13fi7xx0.13(57x三柑桥式胳渝电路，佔眠忡装宙的滞后时间常数刈 7> 0.001 fi7.V为保ixE系统稳定，开环放k系蠡应滿足的稳二条件t一乙(巧+打)十 ”0.06 5x(0 01 85+ 0.001 fi7) +0.001672 斗帀0 0135x 0.00167亠因为23.1刃亂7久所以该累统不可以稳定运疔；如果保证泵统<8定运th 允许的毘大开环放大泵数K最大为右11-16为什么川秋分拧制的调速系统是无静差的？在转遼

19、单闭坏坍連系统叩，半税分调节器的输入偏差电压A<7- D时调节器的输岀电压是务少？它取決于那些圉素？徐 隹动态过程屮，为堡化皿 门耍！I根性不变，积分调节器的输出£便一直増怜只有达到"； SMQ时.乙才停止上升¥不到A匕变境./不会下降.武.H月不是零.而是 牛终值：如果不再变化.这个终值便探持恆能而不再变化.这是积分柠制的特点因此.积分控制可以使系统任无静差的惜况卜保持恒速运行.实现无 静差调速B比例调节器的输出只取决于输入倔羞盘的现状.而积分凋节器的输出则包含了输入偏= 0卩mmw I" 生虑态运w时需要的控制电心ur1-17在无静差转速单闭环

20、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的影响？并说明理由。答：系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。因此转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。1-18采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是否有静差？为 什么？试说明理由。答：采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是无静差的。电压负反馈实际是一个自动调压系统，只有被包围的电力电子装置内阻引起的稳态速降被减小到1/( 1+K)，它的稳态性能比带同样放大器的转速负反馈系统要差。但基本控制原理与转速 负反馈类似。它与转速负反馈一样可以实现无静差调节。第二章转速、电流双闭环直流

21、调速系统和调节器的工程设计方法2-1 fl转連、电漁煩闭环调速系统中*卄要攻变电动机的转速*应调节什么豢数？改变转速调节器的放k倍数A； tr不行?改变电力电子变换器的放大倍数鸣存不行?改变转速反锻系数£Z行不行？若要攻变电动机的堵转电流应涮节系统小的什么参数？答;双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时,各变量之何有下列关系A； = U、= Ct/J = Ct/g因此 转速餐由给定电乐刀决定的：改变转速反馈系数也对以改变电劲机转速。茂变轧 速调节瞬的放大倍数和电力电子变换器的放大倍数Kr不灯以。2-2转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电用和输出电用齐

22、是 多少?为什么?答：半两个训节器都不饱和时.它们的输入偏差电压都是零转速调节器ASR.的输山讹幅电乐决能了电流给連电用的址大值：电流调节器ACR的输出限幅电爪"和很制了电力电子变换器的址人输出电压U除。2- 3如果转速、电流双的环调速系统中的转連调节器不是PI调节器，而改为P调节器对 系统的静、动态性能将会产生什么影响？答:改为P调节器时其输出虽总是正比于输入竝,PI调节器的输出量在动态过程中决定于 输入晁的枳分到达稳态时输入为峯 输出的稳态值与输入无关而是山它后而环节的彷要 决宋的°24 试从卜谜五个方面来比较转速、电沆X2闭环调速系统和带电流截止坏节的转速单闲曲 调速

23、系统:（1）调速系统的挣态特性：（2）动态陨流性能：<3>起动的快速性,（4）抗负裁扰动的性能+<5）抗电源电压波动的性能。答，（1）转速、电流双闭环调速系统任稳态工作点上,转速”是由给定电压眄决定的。ASR的输出虽"勺是由负载电流fiiL决定的&控制电压处的大小则同时取决于和汕或者说，同时取决4：和AIL.,双闭环调速系统的稳态参数计乳是和无静差系统的稳态计 弊相似。带电流截止环节的转速单闭环调速系统静态特性特点，电流负反馈的作用相当于在主电 路中串入一个大电阻的 爲於，因而稳态速降极大，特性急剧下垂；比较电压 如n与 给妃电压的作川致.好線把理想空狡转速

24、提窩了。这样的两段式静特性常称作F垂 待性或挖土机特性。（2）（3 ）欲闭环直流调速系统的起动过程仃以下三个特点；绝和非线性控制、转速趙调、准 时间瑕优控制。（4）由动态结构閱中可以看出负载扰动作用在电流环之后.因此只能靠转速调节器 ASR来产生抗负取扰动的作用。在设计ASR时应要求有较好的抗扰性能折标。（5）在单闭环调速系统中,电网电乐扰动的作用点离彼调虽较远,调节作用受到多个环 节的延滞.因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差-些。双闭环系统中，由于增设了 电流内坏电用波功可以適过电流反馈得到比较及时的调节，不必筹它影响到转速以后才能 反馈回來.抗扰性能大有改善。2-5在转速、电流戏闭环

25、调速系统中，两个谓节器均采用PI调节器。当系统带额定负载运 疔时，转速廉馈线突然断线，系统車新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电用足否 为零?为什么?2-6在转速、电流双闭环调速系统中，转速给定信号":未改变，秤坍虫转速廉惯系数a , 系统稳定后转速反馈电丿尺U”是増加还是滅少？为彳t么？2-7在转速、电流双闭环调速系统中,两个调节器ASR、ACR均采用PI调节器。已知参 数：电动机: =3.7,. = 220r,/A = 20Aa = lOOOr/min. 电枢回路总电阻A = 1.5Q,设二=0二=0吩=8卩，电枢回略最大电流么= 4CM,电力电子变换器的 放大系数<=40

26、o试求：（1）电流反锻系数0和转速反锻系数a：（2）半电动机在址离速发生址转时的"创、巧、匕、值。解;（1）稳态时因为么=仝£所以 0 = £r=X= O.2JZ/JG 40rf8a = = 0.008lzniin/rJ 1000（2）电动机&址高速发:生堵转时沪0% = C>+/ = 40x1.5= 60/二 -u严 pI、二V. = sr2-8任转速、电流双闭环调速系统中,调节器ASR、ACR均采用PI调节器。当ASR输出 达到lfita=ZV时，主电路电流达到最大电流80A。弓负裁电流山40A増加到70A时，试问：<1>巧应如何变化

27、？<2> "，应如何变化?<3> "，值山哪些条件决定？2-9任转速、电流双闭环调逑系统中，电动机拖动恒转矩负蕊在额定工作点正常运行，现 因某种原因使电动机励确电源电爪突然卜一降半,系统匸作情况将会如何变化？写出"、/、5、厶及114：新逝入稳定疳的衣达式。2-10某反馈控制系统已校匸成典割I型系统。已知时间常数T=0.1s,求阶跃响应超调益必 10%。<1）求系统的开环增益： 计算过度过程时间心和上升时何人;<3）绘出开环対数幅频特性。如果要求I：开时间/c<0.25j,则K=? , zr=?2-11有一个系统，其控制对

28、彖的传递函数为吃也（» = - = 要求设计一个t.l-4- 10.01 J4-1无静差系统.在阶跃狗入卜承统超调竝005% （按线性系统考虑人试対该系统进行动态 校正，决定调节器结构，并选择其参数。K1 n242有一个闭环系统，其控制对彖的传递函数为 （0 =,（0 02r+l），要求校止为典型II型系统，在阶跃输入F系统超调Sct<30% （按线性系统考虑。试决定调节 器結构.并选择其寥数。1 Q2-13凋节对象的传递函数为妙爲©）= 要求用调节器分别将英校心' （0.25/+ 1）（0.005/ + 1）正为典型I型和II型系统，求调节器的結构与参数。2

29、-14在一个山三相寒式阳闸骨整漩裂置供电的转速、电流双闭环训速系统屮，已知电动机 的额定数据为:= 60,U, = 220r,/v = 308A= 1000rlmin r 电动势系数>0.196r-iniiVr>主回路总电阳W=0.18G触发整流环节的放大倍数<=35.电磁时间常数0.012/ 机电时间常数乙=0.12/ 电流反愎滤波时间常数7；= 0.0025/ .世反馈逮波时何常数乙0.叭5$嵌定转速时的给定电压（z/）A = ior,调节器ASR、 ACR电和输川电"S = 8匕"* = 6.51/。的静、功态折标为：稳态无静岸,调速范IH D-1O

30、，电流超调吊Q, "%,空戏起 动到额定转速时的转速趙调虽O.S 10%。试求：<1）确定电流反惯系数0 （假设起动电流陨制/L 339A以内）和转速反惯系数a：<2）试设计电流调节器ACR.计歩数.j Sill J t电路图调节器输入回路电阻久=40/:<3）设计转速调节器ASR.计并英参数心、C”、j （A； =40XQ ）：<4）计样电动机带40%额定负钱起动到址低转速时的转速超凋址<5）计粥空栽起动到额定转速的时间。解：1 电流反惯系数0和转速反馈系数a分别为0.0236r/zla= 乂° = O.Oir nun/r J 10002.

31、（1）确定时间常数 整流装置滞后时间常数Ts.按表1-2, H相誓式电略八控时何Ts=O. 0033s. 电流滤波时间常数T三相桥式电路每1 v的时何是3.3ms,为堪本海平波头，丿也竹 （1 -2）Li=3. 33ms.因此取T=2 5ns=0.0025s.sir、二v 按小时间幣数近似处理，取7；+7； = 0.0058/（2）选择电流调节器结构根据役计要求o；W5%,并保证住念电流无乩川按典空I空系统汝计电流调"器电漏 环柠制对象是双惯性型的，冈此可川PI卫电流调节器，英传递函数见式（2-57）检他对电源电爪的抗扰性能： =c “二=2.O7,#JH«2-3的典空I醴

32、系统动态T 0.0058/抗扰性能，丼项折标都圧对以接受的.（3）计算电流调节器參数电流调节器超询时间常数：rz=l；=0.012s.电流环开环增益：耍求6 W 5 %时，按衣2-2,应取A；72，= 0.5 , W此于是,ACR的比例系数为：<=仝竺=36/0.012 .0.18=。二方人fi35x0.0236（1>校验近似条件电涼环截止频率：=心=86Z1晶闸竹整流装置传递函数的近似条件=!=1 o 1 宀“37；3x0.0033/"满足近似条件 忽略反电动孙变化对对电流环动态影响的条件 != 79.0650.12jx0.012j满足近似条件电流环小时间常数近似处理

33、11'llil 宀 53 V0.0033jx0.0025j"3满足近似条件.-X<5>计算调节器电阻电容111图2-25,按所用运兑放大器取舛=-10k Q ,族电阻和电容值为 W K,% = 0.225x40XQ=吠GC = 2= 2£耳尸=1.33x10'尸=1.33“/；取 1.33"'R, 9x10r = -= u.uu 卜、=0.25x10-'/'= 0.25/； Rq 40x10j按照上述鑫数，电流环可以达到的动态跟随性能折标为az=4.3%<5% （见表2-2）,满足设H 要求.4x0.002

34、53.（1）确定时间常数电流环答效时间常数1/心已取/勺，=0.5,=27.= 2x0.0058j= 0.0116j 转速滤波时间常数乙根据所用测速发电机纹波怙况，取7=0. 01 s.转速环小时间常数f按小时间常数近似处理，取ZL = + 乙=0.0116s+0.015s=0.0266s< 2选择转速调肖器结构按照设计要求，选川PI调节器，兀传递时数）二 一<3） if速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=3,则ASR的趙询时间常数为 t =1171, =3x0.0266s=0.0798s由式5河得转速环开环隅"用爲°厂=3141(1)检验近似条件由

35、式(2-33)得转速环截止频率为:0初=皿= 314.lx 0.079S J =25.1/1%86 电流环传递的数简化条件为：1 H一=406$" >乞"满足简化条件.3 弋 30.005S" 转速环小时间常数近似处理条件为：+ 修=肩冷宀25.2 >叫”，满足近似条件.(5)计算调节器电阻和电容根据W 2-27,取*=40kG，则 R,r =心几=7.73x40/Q= 309.2XQ,取3IMGr n D79RC尸亠=u u'“ 尸=0.257xl0-<A= 0257“",取0 257“""Rt 310xl

36、05J=L= 4/0.015 A = 1SxlQ.<A=1取 i.5“/r"几 40xl03<6)校核转速超调量th=3时，由表2-6 «W, 6=52.6%，不能满足设il耍也；际上，由表生6是按线件系统 计W的,而突加阶跃给定时,ASR饱和，不符合线性系统的询捉，应该按ASR退饱和的怙况观新 计算超调量。<7)由表27査得,由力=3得严=72.2%308*0.186 = »(兰二)(-z)21 =2x72.2%xl.lx 0196 = 9.96%< 10%Cbn 7；10000.121.如果只起动5.空载起动到额定转速的时间6 ”7.7

37、3 xlC0.0236x308xO.02660.386/2- 15有一转速.电流双闭环调速系统上电略采川湘桥式赛流电路。已知电动机参鑒-P、= 555灯化"“ =750匕/、=760A/5 = 375r/min ,电动势系数6； = l.S2r min/r 电枢何路总电阳iV-0.14Q ,允许电流过载倍数久=1.5触发整流环节的放大倍数 A； = 75。电磁时间常数7；-0.031/,机电时间常数K-0.112J电流反惯滤波时间常数 7； = 0.002/ ,转速反惯滤波时间常数7= 0.02/设调节器输入输出电JK If*二归= U* = M调节器输入电阳 =40XQ.设计折标：

38、稳态无静差，电流超调/巧<5%,空技起动到额定转速时的转速超调肚 av<10%.电流调节器已按典樂I樂系统设计，并取参数KTMJ.5。（1）选择转速调节器结构，并计算其妙数:<2>计畀电流环的战止频率4“.和转速环的战止频率巴”，幷考世它们足仰介理。2- 16在 个转速、电流双闭环V-M系统中.转速调节器ASR电流调节器ACR均采用 PI调节器.（1）/I：此系统中.巧转速给定侑号址大值几=15$时，=,，= 150（Wmm :电 流给定信号最大值64=ior时,允许最大电流/厶= 30zl,电枢回略总电阻*=2G，晶 闸件装置的放大倍数, = 30 ,电动机额定电流/

39、4 = 20J电动势系数 C；=0.12Sr imn/r.现系统任=55 /=20J时稳宜运行.求此时的稳态转速n= ? ACR的输出电爪6/,= ?为系统在上述情况F运行时，电动机突然失磁（4> =0 ）.系统将会发生什么现象?试分析井说明。若系统能够稳定卜來，则稳定后"？ /=?；=?/=?", = ?<3>该系统转速环按典型II型系统设计，且按准则选择参数，取中频宽h=5,已知转速环小时间常数 = 0.05/,求转速环任浪随给定作用下的开环传递函数，并计口 出放大系数及并时间常数。<4）该系统山牢碱（/yz = 0 ）究加额定负碱时，电流/“和

40、转速n的动态过程波形足 怎样的？（2知机电时间常数7；=0.05.r 计林兀址大动态速降/仁和恢夏时何。2-17有-转速、电流双闭环控制的H性形双极式PWM宣流调速系统，已知电动机參数为:P、= 200XHz,6/A = 4Sr,/5 =3.7凡、=200/7min，电枢电阳 R“ = b5G.电枢回路总 电阳*=8G,允许电流过载倍数2= 2，电势系数6； = 0.12r min/-.电峨时间常数7； = 0015j.机电时间常数為0.2$，电流反慎童波时间常数7-D.00Lr，转速反馈滤波时间常数7；” = 0.005$。设调节器输入输出电爪“二= % = u* = ior,调节器输入 电

41、fll = 40XQ . C计算出晶体管D202的丿I：关頻率f=lkHz. PWM环节的放大倍数 4.8。试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差，电流超iflSaz<5%：空载起 动到額定转速时的转速超调&. av<20%：过载过程时间6<0.1j第3章直流调速系统的数字控制3- 1 "沆电机额定转速、=375/min，电枢电流额定值为/ = 760J ,允许过沆倍数1 = 1.5,计算机内部定点数占-个字的位at <16位）.试确定数字控制系统的转速反馈存 储系数和电流反馈存储系数.适专考虑余量。解：定点数K度为1个字（16位人但量高位须

42、用作符号位，只有15位可表示fit值,tt* 大存傅值D.2lU电枢电流量大允许值为1.51护考虑到谓节过程中瞬时值对能趙 过此值,故取1"1.81肌因此,电枢电流存储系数为O1J _ 1额转；1111»=3 7 5rAnin 取17=1.3iv 则转速/f储系数为915 一 1九 1.3%S 1.3x375mm，r=67-21min/r对上述运W结果取整得心=?3月巴A；=67min/ra32旋转编码器光栅数为1024.倍频系数为丨离频时钟脉冲频率人=1"处庇啊編码器输出的脉冲个数和商频时钟脉冲个数均采川16 V汁数器乩、刃也测速时何均为0.01s. 求转速n=

43、1500r/min和n= 15Or/min时的测速分辩率和误差率最大值。解：电动机毎转一圈共产1：Z=4 x 2048= 4096个脉冲。 <1） M法测速/7 min = 1.46r/min4096x0.0160（昭+ 1） 60"60ZTC ZT。电功机的转速为沖n=5血叭叭心空二竺沁竺=问1 6060测速逞差率最大值100% = 100%« 0.098%池臥斶时.Mi = £=4096x0.01x1501021 6060测速淚差率咔值 = _Lx100o/o = J_x1oooo.9S%102<2 ） T法测速1 npl500i/iuLiiH|,

44、測速分辨率4096X1500260.4 _ 蚁=Z(J/2-l) ZM2 乙(屈一1) 60/-勿 60x10'-4096x1500/7nm«171/7nnn妾二船壽汐取整数）测速溟差率最大值_xl00% = xl00«12.5%当妒IJOSniMPh 測速分辨率-并才卅禺訂心亠皿测速获差率垠大值"警=禹吨数3 =虧-1川°% = 97-lX100% W1°4%3- 3将习題271设计的按拟电流週节器进行数字化.采样周期7；”,.5心 训节器输出狠幅及枳分瞅幅均为土乙.行出位實式和熠肚式数字PI调节器的表达式并用已掌蝶的" 编

45、语言设计实时控制程序。3- 4根据习题2-15电流调节器的设计结果（电流调节器按典型I樂系统设计,KT=O. 5）,按离散系统设计方法加I转速训苛器要求忖迪匕即姦C知电动机狗心卜彳:555上"额定电压乙= 7500额定电枢电流厶=%0儿 额定转速/<v = 375r/min 电动势系数C；=1.82r min/r,电枢何蹄总电0.14Q .允许过栽倍数几=1.5机电时何常数 7； = 0.U2jr转速滤迪时间#©7=0.02jf屯流反憐存储系数© =孙才】转速反煤 存储系數尤= 67min/h转速调节器采样时W = 0.01j -电流环小嵋性时间常数<

46、J JrfF"J -7 +7 = 0 0017J+ 0 002= 0.0037j第4章可逆直流调速系统和位置随动系统4- 1晶闸管-电动机系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路？答：当电动机需要回馈制动时，由于反电动势的极性未变，要回馈电能必须产生反向电流，而反向电流是不可能通过 VF流通的，这时，可以通过控制电路切换到反组晶闸管装置 VR， 并使它工作在逆变状态，产生逆变电压，电机输出电能实现回馈制动。4- 2试画出采用单组晶闸管装置供电的V-M系统在整流和逆变状态下的机械特性，并分析这种机械特性适合于何种性质的负载。解；机械特性图如下：4- 3解释詩逆变、正组逆变和反俎逆

47、吏并说明这三种状态各岀现件何种场合下.捋逆变止爼逆殳电枇揣电压为员.电枢电流为正电动机逆向运转,回惯发电,机械特性反组逆变电枢瑞电床为正电枫电臧为负电动机正问运转*旦馈发电，就械特性 任第二象阴.4分折配合控制的有环碱可逆系统反向起动和制动的过程.画出茬参变捷的动臺波形.并 说晌在毎个阶段1r ASR和ACR丼起什么fl川，VF和VR处丁什么状蛊.控制电路采用典翌的转速、电流双闭环系统，其屮r竹谨M节器ASR控制转連，设匿収I诃输IH限幅电路，以兔制站人起制功电流；电流閒节器AJCRS制电流，设置取向输出限幅电路.以限削量小控制角amm与 站小逆变角Anin .iEffliftWitVF,由G

48、TF拧制触更 正转时¥F整流匚反转吋¥F逆变.，由GTR控制触发，氏转时，VR整流*正转时 VR逆査.4- 5试分析图4塌所打;逵辑选触无坏说可逆系统的I：作原理*说明正向制动时齐处电用极性及能fit关系解：图4口 逻卅选触无坏流对逆系址的喩理櫃图如卜”D图中,SAF. SAR分别足心、反纠电开关*采用數字捏制肘.电予开关的任务町以用条件选择程序来完战，实际系统都是逻弭选触 系统此外.独发装置可采用由定时器进行移相控制的数字独发器"或采用集战触发电4-6试分析位置随动系统和调速系统在哪些方面是不同的。答：位置随动系统与调速系统的主要区别在于，调速系统的给定量一经设

49、定，即保持恒值， 系统的主要作用是保证稳定和抵抗扰动；而位置随动系统的给定量是随机变化的，要求输出量准确跟随给定量的变化，系统在保证稳定的基础上，更突出需要快速响应。位置随动系统 的反馈是位置环，调速系统的反馈是速度环。第5章闭环控制的异步电动机变压调速系统一种转差功率消耗型调速系统5- 1弁步电动机从定予传入转子的电虢功率巴中'有一部分是勺转筈城ill比时转圧功净比,根据对弓处理方式的不同，可把交流调速系统井成哪几类¥并举例说叨.S：从能量转换的角度I：看，转差功率是件増大.是消耗掉还是鮒到W1收.是秤价调速条统 效率烏低的标志.从这点出发.可以耙辟歩电机的调速系统分成三类

50、转差功率消耗型调速系绩：这种类型的全部转差功率都转换成热链消耗在转产同路巾 降电爪调速、转箱离仔器调速、转子申电阻调連属卜这 啖"fl ,炎片*电机调速系貌中. 这类棗统的效率最低，而見越到低速时效率超低它是以増加转差功率的消耗来换取转連的 降低的（柜转矩负戟时几可是这类系址鰭构简单设备进本最低所以还有一淀的应川价 值*转差功率愎送型调速来St*在这类蔡统中.除转了詞欄外.从耳井转斎功率在转F侧通 过变流转置诫出或惯入转速越低,能懺送的功率葩.绕线电机审議调逮或双锻电机凋連 属这类*无论垦惯岀址是惯入的转差功率.扣除变流裝置木身的撕耗右屋终都转化辰 有用的功率.因此这类杲统的效率较高

51、，但耍堀加些设备0转 和用 V V.I.-J/L >：- 11 这:VT.转；"削貼 II ：1 匚 U 转箱功率基本平变.丙此效率更变按对数调速、变爪变频调速属尸此类.基巾变极対歡 调速是有鞭的.应用炀冷有只有变压变频週速应用量广.可ja#s症為动忽性能的交流调 速系统.収代直流调速但在定子电籍中锁配解与电动机容虽柑T的变爪变频器相比之下. 设备成木最离B5- 2仃台二相四极H步电动机.JI：额定容盘为5.5kW频半为50Hz.任某怙况卜兀行 自定子方面输入的功率为6. 32kW.定子铜损耗为341转子铜损耗为237. 5f.铁心损耗为 167.51,机械损耗为151.附加损

52、耗为29，试绘出该电动机的功率流程图，注明各琐功率 或损耗的值.并计样任这一运行怙况下该电动机的效率、转差率和转速.5- 3简述交沆变爪诚速系统的优缺点和适用场介5- 1何谓软起动器？交流异步电动机采用软起动器有什么好处?答：带电流闭环的电子控制软起动器町以限制起动电流井保持恒值，4到转速升高后电流门 动衰减下來.起动时间也短于-级降用起动。上电路采用晶闸符交流调爪器，川连续地改变 其输出电压来保证恒流起动，稳定运行时可用接触器给晶闸管旁路,以免晶闸骨不必要地长 期.作。视起动时所带负嚴的大小.起动电i4nJ7l： （0.54）ImZ间调整，以获得最佳的起功 效果，但无论如何训娥郁不玄于满我起

53、功。负皴略匝或静燎捺转矩牧大旳，町任起功的夬加 短时的脉冲电流，以缩如起动时间。软起动的功能同样也可以用于制动，用以实現软停车。笫6帝笼熨界步电动机变爪变频调速系统（VWF）转差功率不变型调速系统6- 1简述恒爪频比控制方式。答：绕组中的曙应电动孙是难以H接控制的，专电动势值较岛时，对以忽略定子绕组的歸磁 阻抗压降.而认为定子相电压丙Fg.则得常值这是恒压频比的控制方式。但是.在低频时丙和血都较小,定子阻抗压降所占的份量就 比较聂冷 不再能忽略这时，需要人为地把电压Us抬侖一空,以便近似地补偿定了压降.6- 2简述丹步电动机在F面四种不同的电压一频牢协调控制时的机械特性并进行比牧：（1）恒压恒

54、频正效波供电时片步电动机的机械特性：（2）基频以下电压一频率协调控制时片步电动机的机械特性：（3）基频以上恒用变频控制时并步电动机的机械特性：（4）恒流正弦波供电时片步电动机的机械特性：答：也压也频正弦波供电时界步电动机的机械待性:片s很小时，转矩近似与s成正比，机 t*特性.段直线，$接近于1时转血近似仃S成反比.这时.ft = f（S是对称尸原点 的一段双曲线.殺频以下电爪一频率协调控制时丹步电动机的机械将性：恒爪频比控制的变频机械特性 基本上是平行下移,硬度也较好，'勺转矩增大到圮大值以后,转速再降低,特性就折回来了。而H频率越低时址人转矩值越小能够满足般的调速耍求但低速带戎能力

55、彳j些差強人盘， 须对定子压降实行补偿恒曲控制屣通常对恒爪频I匕控制实行电爪补偿的标准，町以 在稳羔时达到4>rm = Constant,从而改善了低速性能,但机械待性还是非拔性的,产生转 矩的能力仍受到限制。恒£r /«1控制可以得到和直流他励电机样的线性机械特性.按 照转了全礁通如恒定进行控制，而且,在动态中也尽可能保持Orm恒定是矢屋控制系 统的11标，基频以上恒爪变频控制时界步电动机的机械将性：片角频申捉烏时，同步转速随Z捉窈， 址人转矩减小.机械待性上移,而形状基木不变。基頻以上变频调速展于跚磁恒功率调速。恆流正弦波供电时井步电动机的机械特性，恒流机械特性的

56、钱性段比较平,耐i大转矩 处形状很尖。恒流机械待性的最大转矩值与频率无关，恒流变频时址大转矩不变，但改变定 子电漁时，址大转矩与电流的平方成正比。6- 3如何区别殳一直一交变压变频器是电压源变频器还是电流源变频器？它们在性能I仃 什么差异？答：根据中间盘流环节宜流电源性质的不同，f流环节采用犬电容滤波足电压源型逆变器。它的化流电爪波形比较f H，理想悄况下 是一个内阳为零的恒压源.输出交流电用是矩形波或梯形波，"流环节采用大电感濾波足电流源空逆变器。它的r流电流波形比较半九 相巧 一个 恒流掠，输出交流电流足矩形波或梯形波。任性能上却带來了明显的差异，主要表现如F：<1）无功能：的 在调速系统中，逆变器的负载是界步电机，JR感件负载。在中间 賣流环节与负越电机Z间，除了有功功率的传送外，还存任龙功功率的交换.滤波器除泯波 外还起打对无功功率的綏冲作