稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性.
2.2稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性
(2)如果要求 s≤20%，则 D=？
(3)如果要求 D=10，则 s=？
12
解 若要求 s≤ 30%时，调速范围 D 为
D = nNs = 1430× 0.3 = 5.3 ΔnN (1− s) 115× (1− 0.3)
若要求 s≤ 20%，则调速范围 D 为
= 0.216 =
21.6%
这已大大超过了5%的要求，更不必谈调到最低速了。
22
如果要求D = 20，s ≤ 5%，则由式（1-33）可知
ΔnN
=
nN s D(1− s)
≤
1000× 0.05 20× (1− 0.05)
r
/
min
=
2.63r
/
min
由此可见，开环调速系统的额定速降是 275r/min， 而生产工艺的要求却只有2.63r/min，相差几乎百倍！
Te =TeN
（2-25）
其中nmax和nmin一般都指电动机额定负载时的
转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨
床，也可用实际负载时的转速。
5
(2) 静差率
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 ΔnN ，与理 想空载转速 n0 之比，称作静差率 s ，即
s = ΔnN n0
稳态性能指标调速范围稳态性能指标调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比叫做调速范围用字母d表示即225minmax其中nmaxmin一般都指电动机额定负载时的转速对于少数负载很轻的机械例如精密磨床也可用实际负载时的转速
2.2 稳态调速性能指标和 直流调速系统的机械特性
2.2稳态调速性能指标和开环直流调速系统
（二）开环直流调速系统存在的问题
实际系统往往对调速范围、静差率两 方面都有要求。
龙门刨床： 调速范围：20~40； 静差率：5%。
热连轧机： 调速范围：10； 静差率：0.2%~0.5%。
（二）开环直流调速系统存在的问题
例题：
某龙门刨床工作台拖动采用直流
电 动 机 ， 其 额 定 数 据 如 下 ： 60kW 、
电力电子变换器的稳态关系:
U d0 KsUc
直流电动机的稳态关系:
n Ud0 I dR Ce
开环调速系统的机械（转速）特性为:
n Ud0 RI d KsUc RI d
Ce
Ce
Ce
（二）开环直流调速系统存在的问题
（2）机械（转速）特性
n Ud0 RI d KsUc RI d
转速反馈控制直流调速系统。
主要内容
01 调速的稳态性能指标 02 开环直流调速系统存在的问题
稳态调速性能指标和开环直流调速系统
主讲人：张敬南 副教授
∆ nNb ������d02
Te
（一）调速的稳态性能指标
（2）静差率
s nN n0
n n01
n02
nN n0 nN
∆ nNa
a
������d01
∆ nNb
b
������d02
O
TeN
Te
（一）调速的稳态性能指标 （3）指标之间的关系 D nmax nN nmin nmin
稳态调速性能指标和开环直流调速系统
主讲人：张敬南 副教授
主要内容
01 调速的稳态性能指标 02 开环直流调速系统存在的问题
（一）调速的稳态性能指标 （1）调速范围
电力拖动自动控制系统-运动控制系统(_阮毅_陈伯时)课后思考题答案 (2)
int i,j;
for(i=0;p1[i];i++); for(j=0;p2[j];j++) p1[i++]=p2[j];
p1[i]='\0'; 注意：这三个是填空题 答案
if(t%2==0) x=10*x+t; n=n/10;
注意这两个是改成题答案 *t = 0; if (d%2 != 0) 2. 请编写函数fun,其功能是:计算并输出当x<0.97时下列多项式的值, 直到｜Sn-S(n-1)｜<0.000001为止。Sn=1+0.5x+0.5(0.51)/2!x(2)+...+ 0.5(0.5-1)(0.5-2) .....(0.5-n+1)/n!x(n) 输入0.21后,则输出为s=1.100000。 double s1=1.0,p=1.0,sum=0.0,s0,t=1.0; int n=1; do {s0=s1; sum+=s0; t*=n; p*=(0.5-n+1)*x; s1=p/t;n++;}while(fabs(s1-s0)>1e-6); return sum; t = x; t *= (-1.0)*x/n; while (fabs(t) >= 1e-6);
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（扩大调速范围） ， 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时，电流上升阶段电感储能不够大，从而导致 当电流下降时， 电感已放能完毕、电流已衰减至零，而下一个相却尚 未触发，于是形成电流断续。 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，触发延迟角为α1，在 t2>t1 时刻，控制电压发生变 化，但此时晶闸管已导通，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 t3 时刻到来时， 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α2 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 向导电性导致的电动机的不可逆行性。 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。 整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。 2-6 简述不可逆 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 （调速范围）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围，是指（在最低转速时还 能满足所需静差率的转速可调范围） 。 2-9 简述转速反馈控制的直流 调速系统的静特性本质。 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）一点电枢电压， 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上各 取 一个相应的工作点连接而成的。 2-10 简述比例反馈控制的规律。 答：比例控制的反馈控制系统是（被调量有静差）的控制系统； 反馈 控制系统的作用是（抵抗前向通道的扰动，服从给定） ； 反馈1.编写 一个函数fun,它的功能是:实现两个字符串的连接(不使用库函数 strcat),即把p2所指的字符串连接到p1所指的字符串后。 实现两个字符串连接
交直流调速系统第一章 直流调速简介(第三版)
Id
－－负载电流引起的转速降
机械特性曲线
k Ra 机械特性曲线的斜率k值越小，特性的硬度越硬。
KeN
2020/4/14
二、直流电机的调速方法及其特点
根据机械特性方程可知，改变电枢电压、磁通、电枢电阻可改变转速大小。
•额定转速以下调速，且 电压越低，转速越低。
•特性硬，调速精度高， 最常用。
调压调速
3. 调速的平滑性： 调速平滑性是指调速时可以得到的相邻两转速之比，调速平滑性 接近于1的调速系统称为无级调速，反之为有级调速。
1．什么是调速范围？什么是静差率？ 2．静差率是针对某一条机械特性定义的，调速系统的静 差率指的是什么？ 3．静差率与硬度有什么区别和联系？
2020/4/14
解： 得
2020/4/14
•电压降低，n0减小
2020/4/14
二、直流电机的调速方法及其特点
根据机械特性方程可知，改变电枢电压、磁通、电枢电阻可改变转速大小。
•额定转速以下调速，且 电阻越大，转速越低。
串电阻调速
•特性软，调速精度低， 一般不采用。
•理想空载转速n0不变。
2020/4/14
二、直流电机的调速方法及其特点
2020/4/14
调速系统的稳态性能指标
一个好的调速系统应具有较大的调速范围和较小的静差率！
(4)静差率与调速范围的关系 Nhomakorabeas nN ， n0 min
则
n0 min
nN s
D
snN
1 snN
D nN
nN
nmin n0 min nN
nN
nN s
nN
snN
1 s nN
2020/4/14
电力拖动自动控制系统考试试卷带答案
一、填空题1. 直流调速系统用的可控直流电源有：旋转变流机组（G-M系统）、静止可控整流器（V-M 统）、直流斩波器和脉宽调制变换器（PWM）。
2. 转速、电流双闭环调速系统的起动过程特点是饱和非线性控制、准时间最优控制和转速超调。
3. 交流异步电动机变频调速系统的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒电流控制三种。
4. 变频器从结构上看，可分为交交变频、交直交变频两类，从变频电源性质看，可分为电流型、电压型两类。
5. 相异步电动机的数学模型包括：电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程。
6. 异步电动机动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。
7. 常见的调速系统中，在基速以下按恒转矩调速方式，在基速以上按恒功率调速方式。
8. 调速系统的稳态性能指标包括调速范围和静差率。
9. 反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。
10. VVVF控制是指逆变器输出电压和频率可变的控制11、转速、电流双闭环调速系统当中，两个调节器采用串级联接，其中转速反馈极性为负反馈、电流反馈极性为负反馈。
12、直流斩波器的几种常用的控制方法：①T不变，变ton——脉冲宽度调制（PWM）；②ton不变，变T——脉冲频率调制（PFM）；③ton和T都可调，改变占空比——混合型。
13、转速、电流双闭环系统，采用PI调节器，稳态运行时，转速n取决于给定电压、ASR的输出量取决于负载电流。
14. 各种电力拖动自动控制系统都是通过控制电动机转速来工作的。
15. V-M系统中，采用三相整流电路，为抑制电流脉动，可采用的主要措施是设置平波电抗器。
16、在单闭环调速系统中，为了限制全压启动和堵转电流过大，通常采用电流截止负反馈。
17、在α＝β配合控制的直流可逆调速系统中，存在的是直流平均环流，可用串接环流电抗器抑制。
18、采用PI调节器的转速、电流双闭环系统启动时，转速调节器经历不饱和、饱和、退饱和三种状态。
二、选择题1. 带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为（A）A、零；B、大于零的定值C、小于零的定值；D、保持原先的值不变2. 无静差调速系统的PI调节器中P部份的作用是（D ）A、消除稳态误差；B、不能消除稳态误差也不能加快动态响应C、既消除稳态误差又加快动态响应；D、加快动态响应3. 异步电动机变压变频调速时，采用（B ）控制方式，可获得一线性机械特性。
运动控制系统第四版思考题答案
运动控制系统第四版思考题答案电力拖动自动控制系统-运动控制系统（阮毅陈伯时）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。
22稳态调速性能指标及直流调速系统的机械特性
开环系统的静差率为 sop 当 n0op n0cl 时，
nop n0op
scl
sop 1 K
（2-49）
（3）如果所要求的静差率一定，则 闭环系统可以大大提高调速范围
如果电动机的最高转速都是nN，最低速静 差率都是s，可得 nN s 开环时， Dop nop (1 s)
假定主电路电流连续，动态电压方程为 dI U d 0 RI d L d E (2-34) dt 忽略粘性摩擦及弹性转矩，电动机轴上的动力学方程为
GD 2 dn Te TL 375 dt
(2-35)
额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为
E Ce n
Te Cm I d
1 I d (s) R U d 0 ( s ) E ( s ) T1 s 1
(2-40)
电流与电动势间的传递函数
E ( s) R I d ( s) I dL ( s) Tm s
(2-41)
图2-21 额定励磁下直流电动机 的动态结构框图
(a)电压电流间的结构框图 (b)电流电动势间的结构框图 (c）直流电动机的动态结构 框图
(2-46)
式中，n0op 表示开环系统的理想空载转速， nop 表示开环系统的稳态速降。
比例控制闭环系统的静特性为
n
* K p K sU n
Ce (1 K )
RI d n0cl ncl Ce (1 K )
(2-47)
式中， n0cl 表示闭环系统的理想空载转速， ncl 表示闭环系统的稳态速降。
图2-18 带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图
电压比较环节
第2章第2讲直流PWM变换器-电动机系统参考文档
s nN 100 % n0
式中 nN = n0 - nN 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。 调速范围和静差率两个指标合称调速系统的稳态性能指标。
27
2、静差率s
s nN 100 % n0
机械特性越硬，静差率就
越小，转速的稳定度越高。
➢ 特性a和b的硬度相同， ➢ 特性a和b额定速降相同， ➢ 特性a和b的静差率不相同。
21
4. 电能回馈与泵升电压的限制
泵升电压限制
在大容量或负载有较大惯量的系统中，不可能只靠电容器来
限制泵升电压，这时，可以采用下图中的镇流电阻 Rb 来消耗 掉部分动能。分流电路靠开关器件 VTb 在泵升电压达到允许数 值时接通。
+
UUss
+ CC
过电压信号
RRbb VVTTbb
-
泵升电压限制电路
PWM变换器电路有多种形式，总体上可分为不 可逆与可逆两大类。
脉宽调制（PWM-Pulse Width Modulation）
4
(1). 不可逆PWM变换器
①简单的不可逆PWM变换器 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统
主电路原理图如下图所示，功率开关器件VT 可以是任意一种全控型开关器件，这样的电路 又称直流降压斩波器(buck变换器)。
2
2.1.2 直流PWM变换器-电动机系统
主要研究问题 1 PWM变换器的工作状态和波形； 2 直流PWM调速系统的机械特性； 3 PWM控制与变换器的数学模型； 4 电能回馈与泵升电压的限制。
3
1．PWM变换器的工作状态和电压、电流波形
脉宽调制(PWM)变换器的作用是：用脉冲宽度调 制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一 定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平 均输出电压的大小，以调节电动机转速。
电气化自动技术 2.2.1转速控制的要求和稳态调速性能指标
特性tèìnga和b 的硬度yìngdù相 同，
特性a和b额定 速降相同，
特性a和b的静 差率不相同。
图2-14 不同转速huàn sùhuàn sù下的静差率 第第四四页页，，共共八九页页。。
3 调速范围fànwéi、静差率和额定édìng速降之间的关系
D nN s
Байду номын сангаас
nN (1 s)
〔2-30〕
当要求静差率chà lǜs≤30%时，允许多大的调速范 围？
如果要求静差率s≤ 20%，那么调速范围是多少 duōshǎo？
如果希望调速范围到达10，所能满足的静差率是 多少？
第六第页六页，，共共八九页。页。
解 在要求s≤ 30%时，允许的调速范围为
D nN s 1430 0.3 5.3 nN (1 s) 115 (1 0.3)
22 稳态调速性能指标和 直流调速系统ìtǒng的机械特性。nma和nmin是电动机在额定负载时的最高和最低转速，。对于少数shǎoshù负载很轻的机械 ，也可用实际负载时的最高和最低转速。图2-14 不同转速下的静差率。一个调速系统ìtǒng的调速范围，是指在最低速时还能 满足所需静差率的转速可调范围。某直流调速系统ìtǒng电动机额定转速为nN=1430r/min，额定速降ΔnN=115r/min，
假设要求s≤ 20%，那么允许的调速范围只有
D 1430 0.2 3.1 115 (1 0.2)
假设调速范围到达dádào10，那么静差率chà lǜ 只能是
s DnN 10 115 0.446 44.6% nN DnN 1430 10 115
第第七七页页，，共共八九页页。。
内容nèiróngnèiróng总结
第第二二页页，，共共八九页页。。
02297电力拖动自动控制系统考纲-上海交通大学
上海市高等教育自学考试工业自动化专业（独立本科段）（B080603）电力拖动自动控制系统（02297）自学考试大纲上海交通大学自学考试办公室编上海市高等教育自学考试委员会组编2013年版I、课程性质及其设置的目的和要求（一）本课程的性质与设置的目的“电力拖动自动控制系统”是高等教育自学考试“工业自动化”专业（本科）中的一门重要的专业课程，它是为培养工业自动化本科人才的需要而设置的。
在工业生产的诸多设备中，电力拖动自动控制系统是被最广泛应用的一种拖动形式，因为它有着可满足生产工艺各种要求的良好的控制性能。
随着我国国民经济的发展，生产的自动化程度日益提高，对电力拖动装置的工作性能要求也不断提高，更需要大量熟悉工业自动控制知识的人才。
自学考试“工业自动化”专业的开展便是一个很好的培养人才的途径。
作为专业课，它是一门理论密切联系实际的课程。
（二）本课程的基本要求通过对本课程的自学和实验考核，要求考生：1.系统地掌握以电力电子变流器供电的交、直流电力拖动自动控制系统的基本工作原理与基本概念。
掌握应用反馈控制理论提高系统静态精度与动态性能指标的方法。
这是本课程的基础。
2.掌握电力拖动有静差系统与无静差系统的组成，参数的计算以及静态特性的计算。
熟悉如何根据生产机械对系统静、动态性能指标的要求计算系统中相应的参数。
3.学会如何建立系统的数学模型。
4.通过实验，初步学会对电力拖动控制系统的调试。
（三）本课程与相关课程的联系本课程是在考生已自学了“电机与拖动基础”、“自动控制原理”及“电力电子技术”等课程的基础上学习的。
是应用上述先修课程的基本原理与基本知识来研究如何进一步组成具体的交、直流电力拖动自动控制系统。
II、课程内容与考核目标第一章绪论（一）学习目的和要求通过本章的学习，对运动控制系统所涉及内容和学科关系有一个基本的了解；了解运动控制系统的一般结构、各环节内容和基本运动控制规律；了解运动学方程和主要控制方案。
安徽工程大学期末考试《电力拖动自动控制系统》往年简答题答案范围总结讲..
2012~2013年（本）1、平波电抗器的大小是如何选择的？答：一般按低速轻载时保证电流连续的条件来选择，通常首先给定最小电流I（以A为单位），再利用它计算所需的总电感（以mH为单位）。
减去电枢电感，即得平波电抗应有的电感值。
2、转速负反馈单闭环有静差调速系统中，电枢电阻、转速反馈系数，这些参数变化时系统是否有调节作用？为什么？答：在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当放大器的放大系数Kp发生变化时系统有调节作用再通过反馈控制作用，因为他们的变化最终会影响到转速，减小它们对稳态转速的影响。
当电动机励磁电流、电枢电阻Ra发生变化时仍然和开环系统一样，因为电枢电阻处于反馈环外。
当供电电网电压发生变化时系统有调节作用。
因为电网电压是系统的给定反馈控制系统完全服从给定。
当电压反馈系数γ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。
(无调节作用。
因为反馈控制系统所能抑制的只是被反馈包围的前向通道上的扰动。
)3、对于经常正、反运行的调速系统，理想的起动过渡过程应什么样?答：始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。
当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。
（起动电流呈矩形波，转速按线性增长）4、什么是软起动器？答：当电压降低时，起动电流将随电压成正比地降低，从而可以避开起动电流冲击的高峰。
起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩的减小将比起动电流的降低更多，降压起动时又会出现起动转矩不够的问题。
降压起动只适用于中、大容量电动机空载（或轻载）起动的场合。
5、对于通用变频器，所谓的“通用”有什么含义？答：一是可以和通用的笼型异步电动机配套使用；二是具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。
6、什么是正弦脉宽调制技术？答：由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列，这种调制方法称作正弦波脉宽调制7、比例积分控制中比例和积分部分各有什么特点？答：比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。
V-M系统
Id
图2-5 电流连续时V-M系统的机械特性
（2）电流断续情况
当电流断续时，由于非线性因素，机械特性方 程要复杂得多。以三相半波整流电路构成的V-M系 统为例，电流断续时机械特性须用下列方程组表示
π π 2U 2 cos[sin( ) sin( )e ctg ] 6 6 n ctg Ce (1 e )
放大系数的计算
晶闸管触发和整流 装置的放大系数
U d Ks U c
（2-10)
（2-12）
图2-7 晶闸管触发与整流装置的输入输出特性和Ks的测定
放大系数的计算
晶闸管触发和整流装置的输入量
是ΔUc，输出量是ΔUd，晶闸管 触发和整流装置的放大系数Ks可 由工作范围内的特性斜率决定 。 如果没有得到实测特性，也可根 据装置的参数估算。
（2）平波电抗器的设置与计算
单相桥式全控整流电路
U2 L 2.87 I d min
（2-6）
三相半波整流电路
U2 L 1.46 I d min
U2 L 0.693 I d min
（2-5）
三相桥式整流电路
（2-4）
3．晶闸管整流器-电动机系统的机械特性
当电流波形连续时，V-M系统的机械特性 方程式为 1 1 m π （2-7） n (U d 0 I d R) ( U m sin cos I d R) Ce Ce π m
在整流变压器二次侧额 定相电压u2的瞬时值大 于反电动势E时，晶闸 管才可能被触发导通。 导通后如果u2降低到E 以下，靠电感作用可以 维持电流id继续流通。 由于电压波形的脉动， 造成了电流波形的脉动。
a）电感量大，且负载电流也足够大时，电流连续
2020.10月西工大课程考试《电力拖动自动控制系统》答案
1.当可逆系统进入制动状态时，直流PWM功率变换器把机械能变为电能回馈到直流侧，由于二极管整流器导电的单向性，电能不可能通过整流器送回交流电网，只能向滤波电容充电，使电容两端电压升高，称作泵升电压。
()A.错误B.正确答案：B2.转速微分负反馈的引入，可使转速调节器在起动时提前退饱和，从而抑制了超调。
()A.错误B.正确答案：B3.积分控制可以使直流调速系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。
()A.错误B.正确答案：B4.比例积分控制综合了比例控制和分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。
()A.错误B.正确答案：B5.双闭环调速系统在启动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。
()A.错误B.正确6.异步电动机的稳态数学模型包括稳态时的等值电路和机械特性。
()A.错误B.正确答案：B7.以频率与期望的输出电压波相同的正弦波作为调制波，以频率比期望波高得多的等腰三角波作为载波。
由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相等、宽度按正弦规律变化的脉冲序列，这种调制方法称作正弦波脉宽调制(简称SPWM)。
()A.错误B.正确答案：B8.系统稳态时调节器的输出取决于系统的需要，速调的稳态输出取决于系统的负载，流调的稳态输出取决于系统的转速给定。
()A.错误B.正确答案：B9.旋转编码器(码盘)常见有两种，一是增量式，主要用于检测转速﹔二是绝对式，主要用于检测转角及位移。
()A.错误B.正确答案：B10.调速系统稳态性能指标：S称为调速范围，D称为静差率。
()B.正确答案：B11.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。
()A.错误B.正确答案：B12.常用的抗扰性能指标为动态降落和恢复时间。
()A.错误B.正确答案：B13.直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。
()A.错误B.正确答案：B14.当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。
2021年运控复习题
2021年运控复习题《运动控制系统》复习思考题第1章1.1、要想调节直流电动机的转速，有哪几种方法？各自有什么特点？ 1.2、常用的可控直流电源有哪几种？各自有什么特点？ 1.3、双极式控制的桥式可逆PWM变换器的工作原理及特点？ 1.4、什么叫泵升电压？怎样限制？1.5、调速系统的稳态性能指标有哪些？各是什么含义？ 1.6、开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系？ 1.7、闭环系统能减少稳态速降的实质是什么？1.8、掌握转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图。
1.9、带电流截止负反馈的闭环直流调速系统稳态结构框图。
1.10、掌握转速负反馈闭环直流调速系统动态结构框图。
1.11、掌握比例积分控制规律；无静差调速系统为什么能实现无静差？ 1.12、课本P50:1-4、1.5、1-6、1-7、1-8、1-9、1-10、1-11、1-12、1-13、1-14、1-151.13、由三相桥式全控整流电路供电的V-M系统，电动机数据如下：PN=90kW，UN=440V，IN=220A，nN=1800r/min，电枢电阻Ra=0.874?，忽略整流桥内阻和平波电抗器电阻，假设空载电枢电流为额定电流的10％，而且电流是连续的。
001）试求控制角?=0和30时的空载转速；2）若要在额定电流时达到额定转速，求此时的控制角?、系统功率因数以及静差率s。
00答：1）.?=0时的空载转速为2119r/min，30时的空载转速为1824r/min；2）. ?=28，cos?＝0.82，s＝0.03951.14、在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数变化时系统是否有调节作用，为什么？ 1）放大器的放大系数Kp 2）供电电网电压 3）电枢电阻 4）电动机励磁电流 5）电压反馈系数答：1）、2）参数变化时，系统有调节作用。
3）、4）、5）参数变化时，系统无调节作用。
1.15、试回答下列问题1）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，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、减少还是不变？2）在无静差调速系统中，突加负载后进入稳定时转速n和整流装置的输出电压Ud是增加、减少、还是不变？3）在采用PI调节器的单闭环自动调节系统中，调节对象包含有积分环节，突加给定后PI调节器没有饱和，系统到达稳态前被调量会出现超调吗？答：1）Ud减少 2）n不变，Ud增加 3）一定超调UN1.16、转速单闭环控制系统如下图所示，已知数据如下：电动机：PN?10kW，?220V，IN?55A，nN?1500r/min环节的放大倍数Ks，Ra?0.5?。
电力拖动课后习题思考题答案
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（扩大调速范围），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时，电流上升阶段电感储能不够大，从而导致当电流下降时，电感已放能完毕、电流已衰减至零，而下一个相却尚未触发，于是形成电流断续。
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，触发延迟角为α1，在t2>t1 时刻，控制电压发生变化，但此时晶闸管已导通，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t3 时刻到来时，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α2 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导电性导致的电动机的不可逆行性。
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。
整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。
2-6 简述不可逆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 （调速范围）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围，是指（在最低转速时还能满足所需静差率的转速可调范围）。
2-9 简述转速反馈控制的直流调速系统的静特性本质。
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注意
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。 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。 调速系统的调速范围，是指在最低速时还 能满足所需静差率的转速可调范围。
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例题2-1
某直流调速系统电动机额定转速为 nN=1430r/min，额定速降ΔnN=115r/min， 1) 当要求静差率s≤30%时，允许多大的调 速范围？ 2) 如果要求静差率s≤ 20%，则调速范围是 多少？ 3) 如果希望调速范围达到10，所能满足的 静差率是多少？
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nN s 1000 0.05 nN 2.63r / min D(1 s) 20 (1 0.05) Nhomakorabea19
由上例可以看出，开环调速系统的额定速 降是275 r/min，而生产工艺的要求却只有 2.63r/min，相差几乎百倍！
由此可见，开环调速已不能满足要求，需 采用转速反馈控制的闭环调速系统来解决 这个问题。
nmax和nmin是电动机在额定负载时的最高和最低 转速； 对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可 用实际负载时的最高和最低转速。
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二、调速指标 2、静差率s
当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增 加到额定值所对应的转速降落ΔnN与理想空载转 速n0之比：
n N s n0
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结论：
对于同一个调速系统， nN 值一定，由式（2-28） 可见，如果对静差率要求越严，即要求 s 值越小 时，系统能够允许的调速范围也越小。 静差率用来衡量调速系统在在负载变化下转速的的 稳定度； 机械特性越硬，静差率越小，转速稳定度越高； 调速范围和静差率两个指标合称为调速系统的稳态 性能指标。
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3. 调速范围、静差率和额定速降之间的关系
nmax nN 而调速范围为 ：D n n min min
nN s D 将上面的式代入 nmin，得： nN (1 s )
（2-28）
由此可得： DnN nN S I dN R S , nN , nN nN DnN D(1 S ) Ce
U d 0 RId K sU c RId n Ce Ce Ce
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（2-31）
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开环调速系统静态结构图
图2-16 开环调速系统稳态结构图
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开环调速系统的机械特性
额定速降 ΔnN=RIN/Ce 制约了开环直 流调速系统中 的调速范围和 静差率
Dn N 10 115 s 0.446 44.6% n N Dn N 1430 10 115
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二、 直流调速系统的机械特性（开环调速）
开环调速系统，即无反馈控制的直流调速系统。
调节控制电压Uc就可以改变电动机的转速。
晶闸管整流器和PWM变换器都是可控的直流电源，用
2.2 稳态调速性能指标和 直流调速系统的机械特性
任何一台需要控制转速的设备，其生 产工艺对调速性能都有一定的要求。 归纳起来，对于调速系统的转速控制 要求有以下三个方面：
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一、调速要求
对于调速系统转速控制的要求： （1）调速——在一定的最高转速和最低转速范
围内，分挡地（有级）或 平滑地（无级）调节 转速； （2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定 运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动， 以确保产品质量；
图2-17 开环直流调速系统的机械特性
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例题2-2
某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其 额定数据如下：60kW，220V，305A， 1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻 R=0.18Ω，电动机电动势系数Ce=0.2Vmin/r。 如果要求调速范围D=20，静差率s≤5%，采用 开环调速能否满足？若要满足这个要求，系 统的额定速降ΔnN最多能有多少？
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解 1)在要求s≤ 30%时，允许的调速范围为
nN s 1430 0.3 D 5.3 n N (1 s) 115 (1 0.3)
2)若要求s≤ 20%，则允许的调速范围只有
1430 0.2 D 3.1 115 (1 0.2)
3)若调速范围达到10，则静差率只能是
（2-28）
用百分数表示
n N （2-29） s 100% n0
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式中
nN = n0 - nN
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静差率与机械特性硬度的区别
然而静差率和机械 特性硬度又是有区 别的。一般调压调 速系统在不同转速 下的机械特性是互 相平行的 。对于同 样硬度的特性，理 想空载转速越低时， 静差率越大，转速 的相对稳定度也就 越差。 图2-14 不同转速下的静差率
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特性a和b的 硬度相同， 特性a和b额 定速降相同， 特性a和b的 静差率不相 同。
静差率与机械特性硬度的区别（续）
例如：在1000r/min时降落10r/min，只占1%；在 100r/min时同样降落10r/min，就占10%； 如果在只有10r/min时，再降落10r/min，就占 100%，这时电动机已经停止转动，转速全部降落 完了。 因此，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。 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。
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解:
当电流连续时，V-M系统的额定速降为
I dN R 305 0.18 nN =275r/min Ce 0.2
开环系统在额定转速时的静差率为
nN 275 sN 0.216 21.6% nN nN 1000 275
如要求 D 20 ，s 5% ，即要求
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3. 调速范围、静差率和额定速降之间的关系
电机额定转速nN为最高转速，额定速降为nN，则 按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低 速时的静差率，即：
nN nN s n0 min nmin nN
于是，最低转速为：
nmin
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nN (1 s)nN nN s s
UPE来统一表示可控直流电源。
如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高 ，开环 系统都能满足一定范围内的无级调速。但如果对静差率 有一定的要求，开环系统往往不能满足要求。
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开环调速系统的组成及工作原理
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图2－15 开环调速系统的原理图
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机械特性
开环调速系统中各环节的稳态关系如下： 电力电子变换器 U d 0 K sU c 直流电动机 U d 0 I dR n Ce 开环调速系统的机械特性为
（3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、
减速尽量快；不宜经受剧烈速度变化的机械则要 求起、制动尽量平稳。
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二、调速指标
1、调速范围 生产机械要求电动机提供的最高转速nmax和最低 转速nmin之比称为调速范围，用字母D表示，即 nmax （2-25） D
nmin