运动控制系统第4版课后习题答案完整版_陈伯时_上海大学
运动控制系统思考题参考答案阮毅陈伯时新编
第二章思考题：2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？1.电枢回路串电阻调速特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。
反之机械特性的硬度变硬。
2.调节电源电压调速特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。
不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。
3.弱磁调速特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。
调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。
2-2简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。
IGBT，电容，续流二极管，电动机。
2-3直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？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？直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；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；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
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？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。
电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。
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？反并联二极管是续流作用。
若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负时，无法完成续流，导致电动机电枢电压不近似为零。
2-7直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？不是越高越好，因为太高的话可能出现电容还没充完电就IGBT关断了，达不到需要的输出电压。
运动控制系统第四版(陈伯时主编)第4章
一、V-M可逆直流调速系统的主回路结构
1.单组晶闸管装置的整流和逆变 单组晶闸管装置供电的V-M系统在拖动起重机 类型的负载时可能出现整流和有源逆变状态。
Id
E M
n Te
TL
ห้องสมุดไป่ตู้
Id
E
M
Te
Ud
P
Ud
P
n
TL
提升，整流， Ⅰ象限，电动， α<90°
U d0 U d0max cos
当90°<α <180 °时，逆变，
U d0 U d0max cos U d0max cos
两组晶闸管装置反并联可逆线路的 整流和逆变状态原理与单组晶闸管线路 相同，只是出现逆变状态的具体条件不 一样。 现以正组晶闸管装置整流和反组晶 闸管装置逆变为例，说明两组晶闸管装 置反并联可逆线路的工作原理。
+ + +
电动 正组整流
+
－
－ － －
电动 反组整流
－
+
－
回馈发电 正组逆变
+
回馈发电 反组逆变
一
二
三
四
反并联的晶闸管装置的其他应用
既使是不可逆的调速系统，只要是需要快速回 馈制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置， 由正组提供电动运行所需的整流供电，反组只 提供逆变制动。 这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同， 反组只在短时间内给电动机提供制动电流，并 不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可以 小一些。
下放，逆变， Ⅳ象限，反向制动， α>90°
机械特性
V的单向导电性，电 枢电流无法反向
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。
运动控制系统第四版(陈伯时主编)第4章
微机控制具备故障检测功能，对电压、电流、 温度等信号进行实时监测和报警。
一般选用专为电机控制设计的单片微机，配以 显示、键盘等外围电路，通过通信接口与上位 机或其他外设交换数据。
图4-6 微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图
在f点稳定工作，电枢电流与负 载电流-IdL相等。
图4-4 在坐标系上表示的电动机反向轨迹
4.1.3 直流PWM功率变换器的能量回馈
限流电阻
滤波大电容
放电电阻
H型桥 式PWM 变换器
整流器
电容C的两个作用：1）滤波、稳压泵升电压产生的原因
由于直流电源靠二极管整流器供电， 不可能回馈电能，电机制动时只好对滤 波电容充电，这将使电容两端电压升高， 称作“泵升电压”。
0 问题的提出（续）
在直流拖动系统中，无论是正反转还是制动， 均要求改变电机转矩的方向。
T CT I a
改变电枢电流方向，即改变电枢电压极性 改变磁通方向，即改变励磁电流方向
电枢可逆系统 磁场可逆系统
0 问题的提出（续）
G-M：改变G的转向，即改变G的励磁磁性， 可实现可逆；
V-M：晶闸管的单向导电性使控制复杂； PWM：控制主元件的导通顺序易实现；
如果要让电容器全部吸收回馈能量， 将需很大的电容，或者迫使泵升电压 升高而损坏元器件。
泵升电压限制电路
+
Rpar
US
C
至斩波器
过压信号
VTPar
-
4.1.4 单片微机控制的PWM可逆直流 调速系统
三相交流电源经不可控整流器变换为电压恒定 的直流电源，再经过直流PWM变换器得到可 调的直流电压，给直流电动机供电。
运动控制系统思考题参考答案(-阮毅-陈伯时)-
第二章思考题：2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？1.电枢回路串电阻调速特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。
反之机械特性的硬度变硬。
2.调节电源电压调速特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。
不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速围。
3.弱磁调速特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。
调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。
2-2简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。
IGBT，电容，续流二极管，电动机。
2-3直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？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？直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速围宽；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；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
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？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。
电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。
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？反并联二极管是续流作用。
若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负时，无法完成续流，导致电动机电枢电压不近似为零。
2-7直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？不是越高越好，因为太高的话可能出现电容还没充完电就IGBT关断了，达不到需要的输出电压。
《运控控制系统》——陈伯时部分课后作业解答
1-3 （1）调速范围和静差率的定义是什么？（2）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”？ （3）调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？ 答：（1）调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比。
用字母Ｄ表示，即max minn D n =其中：n max 和n min 一般指电动机额定负载时的最高和最低转速；对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。
（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，与理想空载转速之比，称作静差率s ，即：N o n s n ∆=，或用百分比表示：100%N ons n ∆=⨯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。
如果低速时的静差率能满足要求，高速时的静差率肯定也能满足要求。
所以静差率的要求以低速时的静差率为准。
（3）在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速n N 作为最高转速，取调速系统的静差率为最低转速时的静差率：min min N No N n n s n n n ∆∆==+∆，得到最低转速 min (1)N s n n s-∆=，则max min (1)N N n n s D n n s ==-这就是调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。
可见：∆n N 值一定时，对静差率s 要求越高（即要求s 越小），系统能够允许的调速范围也越小。
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”。
结论：一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足静差率要求的转速可调范围。
1-5 某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min ，要求系统的静差率s≤2%，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？解：因min N N o N n n s n n n ∆∆==+∆，所以 min 1500.023.06(/min)110.02N n s n r s ⨯∆===-- 因1op cl n n K ∆∆=+， 所以 10011131.73.06op op cl N n n K n n ∆∆=-=-=-=∆∆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①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。
运动控制系统思考题参考答案(_阮毅_陈伯时) (7)
运动控制系统思考题参考答案(_阮毅_陈伯时) (7)运动控制系统思考题参考答案(_阮毅_陈伯时)(7)第二章思考题：2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？1.电枢电路串成电阻变频特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。
反之机械特性的硬度变硬。
2.调节电源电压调速特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。
不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。
3.弱磁调速特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。
调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。
2-2详述直流pwm变换器电路的基本结构。
igbt，电容，续流二极管，电动机。
2-3直流pwm变换器输入电压的特征就是什么？直流电压2-4为什么直流pwm变换器-电动机系统比v-m系统能赢得更好的动态性能？直流pwm变换器-电动机系统比v-m系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；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；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
2-5在直流脉阔变频系统中，当电动机暂停一动时，电枢两端与否除了电压？电路中与否除了电流？为什么？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。
电路中并无电流，因为电动机处已断裂，二重未成通路。
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？反并联二极管就是续流促进作用。
若没反并联二极管，则igbt的门极掌控电压为负第1页共1页时，无法顺利完成续流，引致电动机电枢电压不对数为零。
运动控制系统 第四版 阮毅 陈伯时主编
I
（2）调阻调速
工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ； 调节过程： 增加电阻 Ra R R n ，n0不变； 调速特性： 转速下降，机械特性 曲线变软。
n n0
nN n1 n2 n3
Ra R1 R2 R3
O
IL
调阻调速特性曲线
I
（3）调磁调速
2.6 比例积分控制规律和无静差调速系统
2.1 直流调速系统用的可控直流电源 根据前面分析，调压调速是直 流调速系统的主要方法，而调节电 枢电压需要有专门向电动机供电的 可控直流电源。 本节介绍几种主要的可控直流 电源。
常用的可控直流电源有以下三种 旋转变流机组——用交流电动机和直流发 电机组成机组，以获得可调的直流电压。 静止式可控整流器——用静止式的可控整 流器，以获得可调的直流电压。 直流斩波器或脉宽调制变换器——用恒定 直流电源或不控整流电源供电，利用电力 电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产 生可变的平均电压。
• 逆变颠覆限制
通过设置控制 电压限幅值， 来限制最大触 发角。
O
图1-8 相控整流器的电压控制曲线
2.2.2 电流脉动及其波形的连续与断续
由于电流波形的脉动，可能出现电流连续 和断续两种情况，这是V-M系统不同于G-M系 统的又一个特点。当V-M系统主电路有足够大 的电感量，而且电动机的负载也足够大时，整 流电流便具有连续的脉动波形。当电感量较小 或负载较轻时，在某一相导通后电流升高的阶 段里，电感中的储能较少；等到电流下降而下 一相尚未被触发以前，电流已经衰减到零，于 是，便造成电流波形断续的情况。
工作条件： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ； 调节过程： 减小励磁 N n ， n0 调速特性： 转速上升，机械特性 曲线变软。
运动控制系统思考题参考答案(-阮毅-陈伯时)-(7)
第二章思考题：2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？1.电枢回路串电阻调速特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。
反之机械特性的硬度变硬。
2.调节电源电压调速特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。
不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。
3.弱磁调速特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。
调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。
2-2简述直流PWM 变换器电路的基本结构。
IGBT，电容，续流二极管，电动机。
2-3直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？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？直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；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；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
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？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。
电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。
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？反并联二极管是续流作用。
若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负时，无法完成续流，导致电动机电枢电压不近似为零。
2-7直流PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？不是越高越好，因为太高的话可能出现电容还没充完电就IGBT关断了，达不到需要的输出电压。
电力拖动自动控制系统第四版习题答案陈伯时
电力拖动自动控制系统第四版习题答案陈伯时 Last revision date: 13 December 2020.《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 5N 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 。
运动控制系统第4版课后习题解答完整版陈伯时上海大学
2.4 直流电动机为 PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=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？？
•min/r,求：
3 0NA 5n , ，1主r电0 路0 总0电阻mRi=0n.18Ω,Ce=0.2V
（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落 nN 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 SN 多少？
（3）若要满足 D=20,s≤5%的要求，额定负载下的转速降落 nN 又为多少?
解：(1) nN IN R Ce 305 0.18 0.2 274.5r / min
(2) SN nN n0 274.5 (1000 274.5) 21.5%
(3) n nN S [D(1 s)] 1000 0.05 [20 0.95] 2.63r / min
2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压Uu* 8.8V 、比例调节器
放大系数 KP 2 、晶闸管装置放大系数 KS 15 、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压U d ；
（2）若把反馈线断开，U d 为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若把反馈
系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压U
解：
nop 1 K ncl 1 15 8 128
如果将开环放大倍数提高到 30, 则速降为：
ncl nop /1 K 128 /1 30 4.13rpm
运动控制系统思考题参考答案阮毅陈伯时(新编
第二章思考题：2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？1.电枢回路串电阻调速特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。
反之机械特性的硬度变硬。
2.调节电源电压调速特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。
不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。
3.弱磁调速特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。
调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。
2-2简述直流PWM 变换器电路的基本结构。
IGBT，电容，续流二极管，电动机。
2-3直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？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？直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；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；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
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？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。
电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。
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？反并联二极管是续流作用。
若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负时，无法完成续流，导致电动机电枢电压不近似为零。
2-7直流PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？不是越高越好，因为太高的话可能出现电容还没充完电就IGBT关断了，达不到需要的输出电压。
《运控控制系统》——陈伯时部分课后作业解答
1-3 （1）调速范围和静差率的定义是什么？（2）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”？ （3）调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？ 答：（1）调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比。
用字母Ｄ表示，即max minn D n =其中：n max 和n min 一般指电动机额定负载时的最高和最低转速；对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。
（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，与理想空载转速之比，称作静差率s ，即：N o n s n ∆=，或用百分比表示：100%N ons n ∆=⨯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。
如果低速时的静差率能满足要求，高速时的静差率肯定也能满足要求。
所以静差率的要求以低速时的静差率为准。
（3）在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速n N 作为最高转速，取调速系统的静差率为最低转速时的静差率：min min N No N n n s n n n ∆∆==+∆，得到最低转速 min (1)N s n n s-∆=，则max min (1)N N n n s D n n s ==-这就是调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。
可见：∆n N 值一定时，对静差率s 要求越高（即要求s 越小），系统能够允许的调速范围也越小。
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”。
结论：一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足静差率要求的转速可调范围。
1-5 某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min ，要求系统的静差率s≤2%，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？解：因min N N o N n n s n n n ∆∆==+∆，所以 min 1500.023.06(/min)110.02N n s n r s ⨯∆===-- 因1op cl n n K ∆∆=+， 所以 10011131.73.06op op cl N n n K n n ∆∆=-=-=-=∆∆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①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。
电力拖动自动控制系统运动控制系统(阮毅陈伯时)课后思考题习题答案章完整版
第二章思考题：2-1直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？1.电枢回路串电阻调速特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。
反之机械特性的硬度变硬。
2.调节电源电压调速特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。
不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。
3.弱磁调速特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。
调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。
2-2简述直流PWM 变换器电路的基本结构。
IGBT，电容，续流二极管，电动机。
2-3直流PWM 变换器输出电压的特征是什么？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？直流PWM变换器-电动机系统比V-M系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；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；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。
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？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。
电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。
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？反并联二极管是续流作用。
若没有反并联二极管，则IGBT的门极控制电压为负时，无法完成续流，导致电动机电枢电压不近似为零。
2-7直流PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？不是越高越好，因为太高的话可能出现电容还没充完电就IGBT关断了，达不到需要的输出电压。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
I d b l 2 I N 25 A ， I dcr 1.2 I N 15 A I dcr U com / Rs 15 U com / Rs
* I dbl U n U com / Rs 25 15 U com / Rs Rs 1.5
，
2.2 系统的调速范围是 1000~100 r min ，要求静差率 s=2%，那么系统允许的静差转速降是 多少？ 解： n
nn s
D(1 s)
1000 0.02 (10 0.98) 2.04rpm
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 n0 max 1500r min ，最低转速特性为
发整流环节的放大倍数 K s 35 。 (1)系统开环工作时，试计算调速范围 D 30 时的静差率 s 值。 (2)当 D 30 ， s 10 % 时，计算系统允许的稳态速降。
* (3) 如组成转速负反馈有静差调速系统，要求 D 30 ， s 10 % ，在 U n 10V 时 I d I N ，
可见与前面的 K>35.955 相矛盾，故系统不稳定。要使系统能够稳定运行，K 最大为 30.52。 2.12 有一个晶闸-电动机调速系统，已知：电动机：PN 2.8kW ，U N 220V ， I N 15.6 A ，
n N 1500 r/min， R a =1.5Ω，整流装置内阻 R rec =1Ω, 电枢回路电抗器电阻 RL =0.8Ω， 触
可以求得， K p
K * Ce 35.955* 0.134 14.34 Ks * 35* 0.0096
也可以用粗略算法：
Un
* Un 15 U n n ， 0.01 n 1500
K p KCe / K s ，
K p 35.955 0.134 / 35 0.01 13.76
nop 1 K ncl 1 15 8 128
如果将开环放大倍数提高到 30, 则速降为：
ncl nop / 1 K 128 / 1 30 4.13rpm
在同样静差率要求下，D 可以扩大 ncl 1 / ncl 2 1.937 倍 2.9 有一 V-M 调速系统：电动机参数 PN=2.2kW, UN =220V , I N =12.5A, nN =1500 r/min，电枢 电阻 Ra=1.5Ω，电枢回路电抗器电阻 RL=0.8Ω，整流装置内阻 Rre c=1.0Ω, 触发整流环节的放 大倍数 Ks =35。要求系统满足调速范围 D=20，静差率 S<=10% 。 （1）计算开环系统的静态速降 Δnop 和调速要求所允许的闭环静态速降 Δncl 。 （2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构图。 （3） 调整该系统参数， 使当 Un *=15V 时， Id =IN ， n=nN ， 则转速负反馈系数 α 应该是多少？ （4）计算放大器所需的放大倍数。 解： （1）
2.5 某 龙 门 刨 床 工 作 台 采 用 V-M
5.33
调 速 系 统 。 已 知 直 流 电 动 机 ，主电路总电阻 1r 0 0 0 mR=0.18 i n Ω,Ce=0.2V
PN 6 0k W , N U
•min/r, 求：
2 2 V 0N I ,
3 0 A 5n , N
（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落 nN 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 nN 又为多少? 解：(1) nN I N R Ce 305 0.18 0.2 274.5r / min (2) S N nN n0 274.5 (1000 274.5) 21.5% (3) n nN S [ D(1 s)] 1000 0.05 [20 0.95] 2.63r / min
n U N I N Ra / Ce Ce 220 12.5 1.5 / 1500 201.25 / 1500 0.134V min/ r
n U N I N R / Ce nop I N R / Ce 12.5 3.3 / 0.134 307.836r / min
n n N ，计算转速负反馈系数 和放大器放大系数 K p 。
Tl L / R 0.05 / 3.3 0.015s Tm GD 2 R / 375CeCm 1.6 3.3 / 375 0.134 0.134 30 / 3.14 5.28 / 64.33 0.082 s Ts 0.00333s
2 2 K / 0.0151* 0.00333） Tm Tl Ts Ts / Tl Ts 0.082 0.015 0.00333 0.00333 （ 2 0.0015 0.00333 / 0.00004983 30.52
2.10 在题 2.9 的转速负反馈系统中增设电流截止环节， 要求堵转电流 I dbl 2 I N ， 临界截止 电流 I dcr 1.2 I N ， 应该选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻？要求电流反馈采样电阻 不超过主电路总电阻的 1/3 , 如果做不到， 需要增加电流反馈放大器， 试画出系统的原理图和 静态结构图，并计算电流反馈放大系数。这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多少？ 解： （1）
当 n=0 时，
* * I dbl K p K s U n KiU com / R K p K s Ki Rs U n KiU com / Ki Rs
25 15 16.5Ki /1.1Ki Ki 15 / 22.5 13.5 1.36
2.11 在题 2.9 的系统中，若主电路电感 L=50mH，系统运动部分的飞轮惯量 GD =1.6Nm ，
2
2
整流装置采用三相零式电路， 试判断按题 2-9 要求设计的转速负反馈系统能否稳定运行？如 要保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数是多少？ 解：
L 50 mH ， GD2 1.6 Nm2 ， R 3.3 ， Ce 0.134V U d 8.8 2 15 264V , 开环输出电压是闭环的 22 倍 (3) Uu U d (1 K p K s ) K p K s 12 (1 2 15 0.35) (2 15) 4.6V
*
2.7 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 s 5% ，那么 系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是 100r/min， 则闭环系统的开环放大 倍数应有多大？ 解： 1） D n N s / n N 1 s
10 1500 2% / nN 98%
nN 1500 2% / 98% 10 3.06r / min
2） K nop / ncl 1 100 / 3.06 1 31 .7 2.8 某闭环调速系统的开环放大倍数为 15 时，额定负载下电动机的速降为 8 r/min，如果将 开环放大倍数提高到 30，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少 倍？ 解：
2) 静差率 s nN n0 15 150 10%
2.4 直流电动机为 PN =74kW,UN=220V，IN =378A，nN =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： Ce (U N I N Ra ) nN (220 378 0.023) 1430 0.1478V rpm
2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压Uu 8.8V 、比例调节器 放大系数 K P 2 、晶闸管装置放大系数 K S 15 、反馈系数γ=0.7。求： （1）输出电压U d ； （2）若把反馈线断开， U d 为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若把反馈 系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压 U u 应为多少？ 解： （1） U d K p K sUu (1 K p K s ) 2 15 8.8 (1 2 15 0.7) 12V
n0 min 150r min ，带额定负载时的速度降落 nN 15r min ，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 D nmax nmin (均指额定负载情况下）
nmax n0 max nN 1500 15 1485 nmin n0 min nN 150 15 135 D nmax nmin 1485 135 11
U com 15 1.5 22 .5V
（2）
( R / 3) 1.0 1.5 0.8 / 3 1.1, 不符合要求，取Rs 1.1,
Rs ( R / 3)
需加电流反馈放大器
由于需要的检测电阻值大， 说明要求的电流信号值也大。 要同时满足检测电阻小和电流 信号大的要求，则必须采用放大器，对电流信号进行放大。为此， 取 Rs 1.1 ，则 Ucom I dcr Rs 15 1.1 16.5V
K nop / ncl 1 307.836 / 8.33 1 35.955
1500 35.955 15 / 1 35.955 12.5 3.3 / 0.134 1 35.955