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
运动控制系统第4版课后习题答案完整版_陈伯时_上海大学
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：
电力拖动自动控制系统课后习题答案全内含两份阮毅陈伯时完整版
电力拖动自动控制系统课后习题答案全内含两份阮毅陈伯时HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】电力拖动自动控制系统 课后习题答案{全，内含两份，二无一失}——运动控制系统第四版{上海大学 阮毅 陈伯时}1-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管----电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM 开关频率高，响应速度快，电流容易连续，系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
1-2试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的？答：制动时，由于1g U 的脉冲变窄而导致d i 反向时，U g2变正，于是VT 2导通，VT 2导通，VT 1关断。
1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围，静态速降和最小静差之间有什么关系为什么脱离了调速范围，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max n 和最低转速min n 之比叫做调速范围，用字母D 表示，即：m inm ax n n D负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落N n ∆与理想空载转速min 0n 之比，称为系统的静差率S,即：min0n n s N ∆= 调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为：由于在一定的N n 下，D 越大，m in n 越小N n ∆又一定，则S 变大。
所以，如果不考虑D ，则S 的调节也就会容易，1-4．某一调速系统，测得的最高转速特性为m in /1500max 0r n =，最低转速特性为m in /150min 0r n =，带额定负载的速度降落m in /15r n N =∆，且不同转速下额定速降N n ∆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大解1-5闭环调速系统的调速范围是1500----150r/min ，要求系统的静差S<=2%,那末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1，min /06.3%)21(10%21500)1(101501500min max r S D S n n n n D N =-⨯≤-=∆===则 2，7.31106.31001=-≥+=∆∆K K n n cl op则1-6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他提高到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同样静差率的条件下调速范围与开环放大倍数加1成正比1-7某调速系统的调速范围D=20，额定转速min /1500r n =，开环转速降落min /240r n Nop =∆，若要求静差率由10%减少到5%则系统的开环增益将如何变化？解：原系统在调速范围D=20，最小转速为：min /75201500max min r D n n ===， 原系统在范围D=20，静差率为10%时，开环增益为：静差率10%时原系统的开环增益为： 1-8转速单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）闭环调速系统可以比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围。
电力拖动自动控制系统第四版习题答案_陈伯时
≤
=
8.33
r
/ min
cl
D
(1
?
s
)
20
×
(1
?
0.1)
（2）
（3）
?
n
307.6
op
（4）闭环系统的开环放大系数为
K
=
?
1
=
?
1
=
35.93
?
n
8.33
cl
K
35.93
运算放大器所需的放大倍数
K
=
=
=
13.77
p
K
α
/
C
35
×
0.01 / 0.1341
s
e
解：
R=
4.8
?
R
/
R=
0.3125
?
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
Uu
=
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
U
电力拖动自动控制系统-运动控制系统(_阮毅_陈伯时)课后参考答案第三四章(仅供参考)
第三章作业思考题3-1 在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大值I dm ？为什么？答：不能达到最大值，因为在恒流升速阶段，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它正是一个线性渐增的斜坡扰动量，所以系统做不到无静差，而是I d 略低于I dm 。
3-2 由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。
答：转轴堵死，则n=0，U n =α×n =0，∆U n =U n ∗−U n =U n ∗比较大,导致U i ∗=∆U n ×K ASE 比较大，U C =（U i ∗−U i ）×K ACR 也比较大，然后输出电压U d0=U C ×K S 较大，最终可能导致电机烧坏。
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α，系统稳定后转速反馈电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变？答：反馈系数增加使得U n =α×n 增大，∆U n =U n ∗−U n 减小，U i ∗=∆U n ×K ASE 减小，U C =(U i ∗−U i )×K ACR 减小，输出电压U d0=U C ×K S 减小，转速n 减小，然后U n =α×n 会有所减小，但是由于α增大了，总体U n 还是增大的。
3-4双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象？ （1） 电流反馈极性接反。
（2）转速极性接反。
答：（1）转速一直上升，ASR 不会饱和，转速调节有静差。
（2）转速上升时，电流不能维持恒值，有静差。
3-5某双闭环调速系统，ASR 、均采用 PI 调节器，ACR 调试中怎样才能做到Uim*=6V 时，Idm=20A ；如欲使 Un*=10V 时，n=1000rpm ，应调什么参数？答：前者应调节β=U im∗I dm=0.3，后者应调节α=U n∗n=0.01。
3-6在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数Kn 行不行？改变电力电子变换器的放大倍数 Ks 行不行？改变转速反馈系数α行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？答：转速n 是由给定电压U n ∗决定的，若要改变电动机转速，应调节给定电压U n ∗。
(完整版)电力拖动自动控制系统-运动控制系统(_阮毅_陈伯时)课后参考答案第五六七章(仅供参考)
（4）
5-6
（1）考虑低频补偿时：
不考虑低频补偿时：
（2）
f=5Hz，
考虑补偿：
不考虑补偿：
f=2Hz，
考虑补偿：
不考虑补偿：
5-7
定子磁通恒定：
气隙磁通恒定：
转子磁通恒定：
若仅采用幅值补偿不可行，缺少相位的补偿。
5-8
共有8种开关状态。
(SA,SB,SC)=(0，0，0),(uA,uB,uC)=(-Ud/2,-Ud/2,-Ud/2)
输出频率越低，△t越大，零矢量作用时间△t0也越大，定子磁链矢量轨迹停留的时间越长。
5-12
按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，当期望输出电压矢量落在某个扇区内时，就用与期望输出电压矢量相邻的2个有效工作矢量等效地合成期望输出矢量。
按6个有效工作矢量将电压矢量空间分为对称的六个扇区，每个扇区对应π/3,基本电压空间矢量的线性组合构成期望的电压矢量。期望输出电压矢量与扇区起始边的夹角 。在一个开关周期T0，u1的作用时间t1，u2的作用时间t2，合成电压矢量
第五章
思考题
5-1对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范围越大吗？
答：对于恒转矩负载，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0<S<Sm所以调速范围不大。
电动机机械特性越软，调速范围不变，因为Sm不变。
5-2异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制？在整个调速范围内，保持电压恒定是否可行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保存电压恒定？
优缺点：普通的SPWM变频器输出电压带有一定的谐波分量，为降低谐波分量，减少电动机转矩脉动，可以采用直接计算各脉冲起始与终了相位的方法，以消除指定次数的谐波。
(完整版)电力拖动自动控制系统-运动控制系统(_阮毅_陈伯时)课后参考答案第二章(仅供参考)
第二章作业思考题：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。
运动控制系统思考题和课后习题答案
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。
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。
电力拖动控制系统答案(陈伯时)
电力拖动自动控制系统一运动控制系统答案 上海大学陈伯时主编1-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管----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。
PWM 开关频率高，响应速度快，电流容易连续，系统频带宽，动态 响应快，动态抗扰能力强。
1-2试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的？答：制动时，由于 U g1的脉冲变窄而导致 i d 反向时，U g2变正，于是 VT 2导通, VT 2导通，VT 1关断。
1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围，静态速降和最小静差之间有什么关系？为什么脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了？n N为系统的静差率 s 即：s —门0 min调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为:闭环调速系统的调速范围是 1500----150r/min ，要求系统的静差S<=2%,那末系统允许的静D ，则 n N （1 s ） 由于在一定的 n N 下，D 越大， n min 越小 S 的调节也就会容易， n N 又一定，则 S 变大。
所以, 如果不考虑 某一调速系统，测得的最高转速150r / min ，带额定负载的速度降落门0 min 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大? 变, 解 n max n n N 0max n min 门0 min n Nn15 10%H D min 1501500 15 150 15 11 特 性 为 n o max 1500r / min n N 15r / min ，且不同转速下额定速降 ，最低转速特性为 n N 不 答：生产机械要求电动机提供的最高转速 n max 和最低转速 n min 之比叫做调速范围,n max用字母D 表示，即：Dn min负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落n N 与理想空载转速 3 min之比，称1-5态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/mi n 则闭环系统的开环放大倍数应有多大?r Vnax1500n N S 1500 2% 1,1(则ncc 八3.06r / minnnin150D(1 S)10(1 2%)n op1002,K 1则K1 31.7邙3.061-6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 放大倍数他提高到 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？K 1 15; K 2 30 ;K 1 n c 1 1 ; K 2n “ 2同样负载扰动的条件下n 与开环放大倍数加 1成反比，贝U( K 1 1)( K 2 1)n “ 2 / n “ 1K 1 1n“ 2一n c 11K 2 115 1 84 r / min30 1同样静差率的条件下调速范围与开环放大倍数加1成正比n Nopn ci5r / min 心K 11静差率10%时原系统的开环增益为：当s 2 5%时，同理可得K 2 59.76所以系统的开环增益K 将从27.8增加到59.761-8转速单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)闭环调速系统可以比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下， 能够提高调速范围。
最新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2-7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。
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;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发生了变化,系统有无克服这种干扰的能力已验证答：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,从而保证在一定静差率下,能够提高调速范围; 改变给定电压能改变电动机转速;因为改变给定电压则改变实际转速反馈电压与给定电压的偏差,从而改变电力电子变换器的输出电压,即改变电动机的电枢电压,改变了转速; 调节转速反馈系数而不改变给定电压能改变转速;因为改变转速反馈系数则改变实际转速反馈电压,而给定电压不变,则电压偏差改变,从而电力电子变换器输出电压改变,即电动机电枢电压改变,转速改变; 若测速发电机励磁发生变化,则反馈电压发生变化,当给定电压一定时,则电压偏差发生变化,从而转速改变;故系统无克服测速发电机励磁发生变化干扰的能力;2-13 为什么用积分控制的调速系统是无静差的在转速单闭环调速系统中,当积分调节器的输入偏差电压△U=0 时,调节器的输出电压是多少它决定于哪些因素答：因为积分调节器能在电压偏差为零时仍有稳定的控制电压输出,从而克服了比例调节器必须要存在电压偏差才有控制电压输出这一比例控制的调速系统存在静差的根本原因; 当积分调节器的输入偏差电压为零时,调节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累,以及积分调节器的限幅值;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还受给定电源和测速发电机精度的影响为什么答：仍然受影响;因为无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零,因此若给点电源发生偏移,或者测速发电机精度受到影响而使反馈电压发生改变,系统仍会认为是给定或转速发生改变,从而改变转速,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,当下列参数发生变化时系统是否有调节作用为什么已验证 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α;答： 1有;假设 Kp 减小,则控制电压减小,则电力电子变换器输出减小,则电动机转速下降；而电动机转速下降,则反馈电压减小,则偏差电压增大,则控制电压增大,则转速上升; 2有;不解释; 3有;不解释; 4有;不解释; 5没有;不解释;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、减少还是不变已验证答： 1Ud 减小;因负载减小,转速上升,反馈电压增加,给定电压一定,偏差电压减小, 控制电压减小,故输出电压减小; 2n 不变,Ud 增加;转速负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；反馈系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度 ;2-11 简述积分控制规律答：积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行,实现无静差调速; 2-12 比例调节器和积分调节器有何不同答：比例调节器的输出只取决于输入偏差的现状 ,而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史2-13 简述比例积分控制规律; 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 ; 2-14 微机控制的调速系统有什么特点答：信号离散化,信息数字化 ; 2-15 旋转编码器分为哪几种各有什么特点答：绝对式编码器：常用语检测转角信号,若需要转速信号,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：分辨率,测速误差率 ;2-17 采用旋转编码器的数字测速方法有M,T,M/T ;高低全2-18 为什么积分需限幅答：若没有积分限幅,积分项可能很大,将产生较大的退饱和超调;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. 整流电压平均值： Ud0=m/πUmsinm/πcosα Um/m_ 单相全波 / 三相半波 / 三相全波 _√2U2/√2U2/√6U2/2/3/6调速系统机械特性方程：n=Ud0-IdR/Ce3.晶闸管整流器最大失控时间：Tsmax=1/mf4.调速范围定义式：D=nmax/nmin5.静差率定义式：s=△n/n6.闭环静特性与开环静特性： ncl=Ud0cl-IdR/Ce=KpKsUn-IdR/Ce1+Knop=Ud0op-IdR/Ce=KpKsUn-IdR/Ce7.调速范围,静差率和额定速降之间的关系式开环和闭环：D_=nN/△n_s/1-s△ncl= △nop/1+K 8.转速反馈控制直流调速系统的 K 定义式及表达式：K=KpKsα/Ce 9.临界开环放大倍数Kcr=TmTl+Ts+Ts^2/TlTs<KTl=L/R | Tm=GD^2R/375CeCm 10.各种数字测速方法其分辨率和测速误差率表达式： nM=60M1/ZTc | QM=60/ZTc | δM=1/M1 | nT=60f0/ZM2 | QT=Zn^2/60f0-Zn | δT=1/M2-1 | nMT=60f0M1/ZM2=nT M1 | QMT=60/ZTc=QM | δMT=｛低速—>δT | 高速—>δM | 11.连续式 PI 算式：ut=Kpet+1/τ∫0_tetdt 12.位置式 PI 算式：uk=Kpek+Tsam/τ∑i=0_kei 13.增量式 PI 算式：△uk=uk-uk-1=Kpek-ek-1+Tsam/τek调速-系统原理图： 2.无制动和有制动直流 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： 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统-静态结构图： 1.有制动电流通路的不可逆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控制闭环直流调速系统-静特性：第3章三、思考题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;因为恒流升速过程中,电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势,是一个线性渐增的斜坡扰动量,而电流闭环采用的 PI 调节器对斜坡扰动无法消除静差,故 Id 略低于 Idm;3-2 由于机械原因,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：电动机堵转则转速恒为零,在一定的给定下,偏差电压相当大,从而使 ASR 迅速达到饱和,又电动机转速由于转轴堵死无法提升,故 ACR 无法退饱和,因此系统处于 ASR 饱和状态;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α,系统稳定后转速反馈电压Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变已验证答：转速反馈系数α增加,则转速反馈电压 Un 增加,给定电压 Un,则转速偏差电压减小, 则 ASR 给定电压 Ui减小,则控制电压 Uc 减小,则转速 n 减小；转速 n 减小,则转速反馈电压 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,遇到下列情况会出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,电枢电流将持续上升,转速上升飞快,电动机飞车; 2由于转速环的正反馈作用,ACR 无法退饱和,电动机转速持续恒流上升;3-5 某双闭环调速系统, ASR、均采用 PI 调节器, ACR 调试中怎样才能做到 Uim=6V 时,Idm=20A；如欲使 Un=10V 时,n=1000rpm,应调什么参数答： 1调节电流反馈系数β=； 2调节转速反馈系数α=;3-6 在转速、电流双闭环直流调速系统中,若要改变电动机的转速,应调节什么参数改变转速调节器的放大倍数 Kn 行不行= =|||改变电力电子变换器的放大倍数 Ks 行不行改变转速反馈系数α行不行若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的什么参数答：通常可以调节给定电压;改变 Kn 和 Ks 都不行,因为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能力克服;也可以改变α,但目的通常是为了获得更理想的机械特性; 若要改变堵转电流,应调节电流反馈系数β;3-7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时,两个调节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;因为系统无静差; 则 ASR 输出电压 Ui=Ui=βId=βIdL；ACR 输出电压Uc=Ud0/Ks=见 P62;3-8 在双闭环系统中,若速度调节器改为比例调节器,或电流调节器改为比例调节器,对系统的稳态性能影响如何答：速度调节器对阶跃扰动的静差由 0 变为 1/1+Kn ,或电流调节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： 1双闭环系统在稳定运行中,如果电流反馈信号线断开,系统仍能正常工作吗 2双闭环系统在额定负载下稳定运行时,若电动机突然失磁,最终电动机会飞车吗答： 1稳态时转速不变,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3-1 为了实现电流的实时控制和快速跟随 ,希望电流调节器不要进入饱和状态,因此, 对于静特性来说,只有转速调节器的饱和与不饱和两种情况 ;3-2 当两个调节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节系统 ;稳态时,Id=Idm;3-4 电流限幅值 Idm 取决于电动机的容许过载能力和系统要求的最大加速度 ;3-5 简述采用两个 PI 调节器分别形成内外闭环的效果; 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节作用;当负载电流达到 Idm 时,对应于转速调节器为饱和输出 Uim,此时电流调节器起主要调节作用,系统表现为电流无静差,起到过电流的自动保护作用;3-6 简述 ASR 的退饱和条件; 答：当 ASR 处于饱和状态时,若实际转速大于给定转速,则反馈电压大于给定电压,使偏差电压小于零,则 ASR 反向积分,从而退饱和,返回线性调节状态; 3-7 简述转速电流负反馈控制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; 饱和非线性控制；转速超调；准时间最优控制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节器的作用; 答：作为主导调节器,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,采用 PIR 可实现无静差; 对负载变化其抗扰作用; 其输出限幅值决定电动机允许最大电流;3-11 简述双闭环直流调速系统中电流调节器的作用; 答：作为内环调节器,在转速调节过程中,使电流紧紧跟随给定电流变化; 对电网电压波动起及时抗扰作用; 在转速动态过程中,保证获得电动机最大允许电流,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, 起快速的自动保护作用; 一旦故障消失, 系统立即自动恢复正常;二、公式和特性稳态时： Un=Un=αn=αn0 Ui=Ui=βId=βIdL Uc=Ud0/Ks=Cen+IdR/Ks=CeUn/α+IdR/Ks2.转速反馈系数：α=Unm/nm3.电流反馈系数：β=Uim/Idm 1.转速电流反馈控制直流调速系统-系统原理图： 2.转速电流反馈控制直流调速系统-稳态结构图： 3.转速电流反馈控制直流调速系统-动态结构图： 1.时间最优的理想过渡过程： 2.双闭环直流调速系统静特性：第4章一、可以作为填空题或简答题的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答：消除电机正反向时的静摩擦死区,起动力润滑作用;同时也增大了电机的损耗;二、公式和特性1.双极式控制可逆 PWM 变换器输出电压平均值：Ud=2ton/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围不大电机机械特性越软调速范围越大吗答：带恒转矩负载工作时,普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为 0<s<sm,sm 本来就不大,因此调速范围也不大;降压调速时,机械特性变软,但 sm 不变,故调速范围不变;5-2 异步电动机变频调速时,为何要电压协调控制在整个调速范围内,保持电压恒定是否可行为何在基频以下时,采用恒压频比控制,而在基频以上保持电压恒定答：因为定子电压频率变化时,将导致气隙磁通变化,影响电动机工作; 在整个调速范围内,若保持电压恒定,则在基频以上时,气隙磁通将减少,电动机将出力不足；而在基频以下时,气隙磁通将增加,由于磁路饱和,励磁电流将过大,电动机将遭到破坏; 因此保持电压恒定不可行; 在基频以下时,若保持电压不变,则气隙磁通增加,由于磁路饱和,将使励磁电流过大,破坏电动机,故应保持气隙磁通不变,即保持压频比不变,即采用恒压频比控制；而在基频以上时,受绕组绝缘耐压和磁路饱和的限制,电压不能随之升高,故保持电压恒定;5-3 异步电动机变频调速时,基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式为什么所谓恒功率或恒转矩调速方式,是否指输出功率或转矩恒定若不是,那么恒功率和恒转矩调速究竟是指什么答：在基频以下调速,采用恒压频比控制,则磁通保持恒定,又额定电流不变,故允许输出转矩恒定,因此属于恒转矩调速方式; 在基频以下调速,采用恒电压控制,则在基频以上随转速的升高,磁通将减少,又额定电流不变,故允许输出转矩减小,因此允许输出功率基本保持不变,属于恒功率调速方式; 恒功率或恒转矩调速方式并不是指输出功率或输出转矩恒定, 而是额定电流下允许输出的功率或允许输出的转矩恒定;5-4 基频以下调速可以是恒压频比控制,恒定子磁通φms、恒气隙磁通φm 和恒转子磁通φmr 的控制方式,从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点;答：恒压频比控制最容易实现,其机械特性基本上是平行下移,硬度也较好,能满足一般调速要求,低速时需适当提高定子电压,以近似补偿定子阻抗压降; 恒定子磁通φms、恒气隙磁通φm 和恒转子磁通φmr 的控制方式均需要定子电压补偿,控制要复杂一些;恒定子磁通φms 和恒气隙磁通φm 的控制方式虽然改善了低速性能,但机械特性还是非线性的,仍受到临界转矩的限制; 恒转子磁通φmr 控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性,性能最佳;5-5 常用的交流 PWM 有三种控制方式,分别为 SPWM、CFPWM 和 SVPWM,论述它们的基本特征及各自的优缺点; 答：略;5-6 分析 CFPWM 控制中,环宽 h 对电流波动与开关频率的影响; 答：略;5-7 三相异步电动机 Y 联结,能否将中性点与直流侧参考点短接为什么答：不宜;因为当电动机发生故障或不正常运行时其中性点可能会有不平衡电流流过;5-8 当三相异步电动机由正弦对称电压供电,并达到稳态时,可以定义电压相量 U、电流相量 I 等,用于分析三相异步电动机的稳定工作状态, 节定义的空间矢量 us、is 与相量有何区别在正弦稳态时,两者有何联系答：空间矢量位置固定如空间矢量 uAO 固定在 A 相绕组轴线上 ,但大小随时间变化；而相量大小是不变的如有效值相量其大小即为稳态时的有效值 ,但位置随相角变化; 稳态时,空间矢量相当于一种相角固定的瞬时值相量;5=9 采用 SVPWM 控制, 用有效工作电压矢量合成期望的输出电压, 由于期望输出电压矢量是连续可调的,因此,定子磁链矢量轨迹可以是圆,这种说法是否正确为什么答：不正确;尽管期望输出电压矢量是连续的,然而其作用时间是断续的,因此定子磁链矢量只能是断续的;5-10 总结转速闭环转差频率控制系统的控制规律,若 Us=fω1,Is设置不当,会产生什么影响一般说来,正反馈系统是不稳定的,而转速闭环转差频率控制系统具有正反馈的内环,系统却能稳定,为什么答：一、可以作为填空题或简答题的5-1 简述矢量控制的基本思想;答：将逆变器和交流电动机视为一体, 以在电机内产生圆形旋转磁场为目标来控制变频器工作;。
电力拖动自动控制系统课后习题答案{全,内含两份,阮毅,陈伯时
电力拖动自动控制系统课后习题答案{全,内含两份,阮毅,陈伯时电力拖动自动控制系统课后习题答案{全，内含两份，二无一失}——运动控制系统第四版{上海大学阮毅陈伯时}1-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管----电动机系统能够获得更好的动态性能？答：PWM 开关频率高，响应速度快，电流容易连续，系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。
1-2试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的？答：制动时，由于1g U 的脉冲变窄而导致d i 反向时，U g2变正，于是VT 2导通， VT 2导通，VT 1关断。
1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围，静态速降和最小静差之间有什么关系？为什么脱离了调速范围，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max n 和最低转速min n 之比叫做调速范围，用字母D 表示，即：m inm axn n D =负载由理想空载增加到额定值时，所对应的转速降落N n ?与理想空载转速min 0n 之比，称为系统的静差率S,即：min0n n sN=调速范围，静差速降和最小静差之间的关系为：由于在一定的N n 下，D 越大，m in n 越小N n ?又一定，则S 变大。
所以，如果不考虑D ，则S 的调节也就会容易，1-4．某一调速系统，测得的最高转速特性为m in /1500max 0r n =，最低转速特性为m in /150min 0r n =，带额定负载的速度降落m in /15r n N =?，且不同转速下额定速降N n ?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大？解1-5闭环调速系统的调速范围是1500----150r/min ，要求系统的静差S<=2%,那末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？1，min /06.3%)21(10%21500)1(101501500min max r S D S n n n n D N =-?≤-=?=== 则 2，7.31106.31001=-≥+=??K K n n clop 则1-6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8r/min ，如果将开环放大倍数他提高到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？同样静差率的条件下调速范围与开环放大倍数加1成正比1-7某调速系统的调速范围D=20，额定转速min /1500r n =，开环转速降落min /240r n Nop =?，若要求静差率由10%减少到5%则系统的开环增益将如何变化？解：原系统在调速范围D=20，最小转速为：min /75201500max minr D n n ===，原系统在范围D=20，静差率为10%时，开环增益为：静差率10%时原系统的开环增益为：1-8转速单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）闭环调速系统可以比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围。
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和课后习题答案
电力拖动自动控制系统-运动控制系统（阮毅陈伯时）课后谜底包括思考题和课后习题之蔡仲巾千创作第2章2-1 直流电念头有哪几种调速方法？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 变换器输出电压年夜小,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-电念头系统比 V-M 系统能够获得更好的静态性能？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 即是其 IGBT 控制脉冲周期（1/fc） ,而晶闸管整流装置的时间常数 Ts 通常取其最年夜失控时间的一半（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,通常也不会超越 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,静态性能更好.2=5 在直流脉宽调速系统中, 当电念头停止不动时, 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,电念头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？如果二极管断路会发生什么后果？答：为电念头提供续流通道.若二极管断路则会使电念头在电枢电压瞬时值为零时发生过电压.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,当给直流电念头供电时,有可能招致电枢电流还未上升至负载电流时,就已经开始下降了,从而招致平均电流总小于负载电流,机电无法运转.2-8 泵升电压是怎样发生的？对系统有何影响？如何抑制？答：泵升电压是当电念头工作于回馈制动状态时,由于二极管整流器的单向导电性,使得电念头由动能转酿成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. 泵升电压过年夜将招致电力电子开关器件被击穿.应合理选择滤波电容的容量,或采纳泵升电压限制电路.2-9 在晶闸管整流器-电念头开环调速系统中,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年夜,机电减速,而且在减速过程中,反电动势减小,于是电枢电流增年夜,从而使电磁转矩增加,到达与负载转矩平衡,机电不再减速,坚持稳定.故负载增加,稳态时,机电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动下转速的稳定度的, ）而机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变动下转速的降落的.2-11 调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系？为什么必需同时提才有意义？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；而若只考虑增年夜调速范围,则在一定静态速降下,允许的最小转差率又年夜得不能满足要求.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？改变给定电压能否改变电念头的转速？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？如果测速发机电的励磁发生了变化,系统有无克服这种干扰的能力？（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年夜器构成） ,可获得比开环调速系统硬很多的稳态特性,从而保证在一定静差率下,能够提高调速范围. 改变给定电压能改变电念头转速.因为改变给定电压则改变实际转速反馈电压与给定电压的偏差,从而改变电力电子变换器的输出电压,即改变电念头的电枢电压,改变了转速. 调节转速反馈系数而不改变给定电压能改变转速.因为改变转速反馈系数则改变实际转速反馈电压,而给定电压不变,则电压偏差改变,从而电力电子变换器输出电压改变,即电念头电枢电压改变,转速改变. 若测速发机电励磁发生变动,则反馈电压发生变动,当给定电压一按时,则电压偏差发生变化,从而转速改变.故系统无克服测速发机电励磁发生变动干扰的能力.2-13 为什么用积分控制的调速系统是无静差的？在转速单闭环调速系统中,当积分调节器的输入偏差电压△U=0 时,调节器的输出电压是几多？它决定于哪些因素？答：因为积分调节器能在电压偏差为零时仍有稳定的控制电压输出,从而克服了比例调节器必需要存在电压偏差才有控制电压输出这一比例控制的调速系统存在静差的根来源根基因. 当积分调节器的输入偏差电压为零时,调节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累,以及积分调节器的限幅值.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还受给定电源和测速发机电精度的影响？为什么？答：仍然受影响.因为无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零,因此若给点电源发生偏移,或者测速发机电精度受到影响而使反馈电压发生改变,系统仍会认为是给定或转速发生改变,从而改变转速,以到达电压偏差为零.2-15 在转速负反馈单闭环有静差调速系统中,当下列参数发生变动时系统是否有调节作用？为什么？（已验证）（1）放年夜器的放年夜系数 Kp. （2）供电电网电压 Ud. （3）电枢电阻 Ra. （4）电念头励磁电流 If. （5）转速反馈系数α.答：（1）有.假设 Kp 减小,则控制电压减小,则电力电子变换器输出减小,则电念头转速下降；而电念头转速下降,则反馈电压减小,则偏差电压增年夜,则控制电压增年夜,则转速上升. （2）有.不解释. （3）有.不解释. （4）有.不解释. （5）没有.不解释. 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 较之负载变动前是增加、减少还是不变？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、减少还是不变？（已验证）答：（1）Ud 减小.因负载减小,转速上升,反馈电压增加,给定电压一定,偏差电压减小, 控制电压减小,故输出电压减小. （2）n 不变,Ud 增加.转速负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 简述直流电念头的调速方法. 答：直流调速系统常以（调压调速）为主,需要时辅以（弱磁调速） ,以（扩年夜调速范围） , 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：整流器输出电压年夜于反电动势时,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,时而年夜于反电动势时而小于,从而导致了电流脉动. 当电感较小或电念头轻载时,电流上升阶段电感储能不够年夜,从而招致当电流下降时, 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 调速系统的最年夜失控时间.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,故控制电压的变动对它已不起作用,只有比及下一个自然换向点 t3 时刻到来时,控制电压才华将正在接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,最年夜失控时间即为考虑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招致的电念头的不成逆行性. 整流器晶闸管对过电压过电流的敏感性招致的电念头的运行不成靠性. 整流器晶闸管基于对其门极的移相触发控制的可控性招致的低功率因数性.2-6 简述不成逆 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 调速时一般以电念头的（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实质. 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, 使电念头在新的机械特性下工作.因此闭环系统的静特性实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（抵当前向通道的扰动,服从给定）；反馈系统的精度依赖于（给定和反馈检测的精度） .2-11 简述积分控制规律答：积分控制可以使系统在无静差的情况下坚持恒速运行,实现无静差调速. 2-12 比例调节器和积分调节器有何分歧？答：比例调节器的输出只取决于（输入偏差的现状） ,而积分调节器的输出则包括了（输入偏差量的全部历史）2-13 简述比例积分控制规律. 答：比例部份能（迅速响应控制作用） ,积分部份则（最终消除稳态偏差） .2-14 微机控制的调速系统有什么特点？答：（信号离散化,信息数字化） . 2-15 旋转编码器分为哪几种？各有什么特点？答：绝对式编码器：经常使用语检测转角信号,若需要转速信号,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：（分辨率,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 为什么积分需限幅？答：若没有积分限幅,积分项可能很年夜,将发生较年夜的退饱和超调.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年夜电阻KpKsR,招致当 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`=(KpKs(Un*+Ucom))/(Ce(1+K)).二、公式和特性1. 整流电压平均值：Ud0=(m/π)Umsin(m/π)cosα （ 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)/Ce3.晶闸管整流器最年夜失控时间：Tsmax=1/mf4.调速范围界说式：D=nmax/nmin5.静差率界说式：s=△n/n6.闭环静特性与开环静特性：ncl=(Ud0cl-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/(Ce(1+K))nop=(Ud0op-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/Ce7.调速范围,静差率和额定速降之间的关系式（开环和闭环）：D_=(nN/△n_)(s/(1-s))（△ncl= △nop/(1+K)） 8.转速反馈控制直流调速系统的 K 界说式及表达式：K=KpKsα/Ce 9.临界开环放年夜倍数 Kcr=(Tm(Tl+Ts)+Ts^2)/(TlTs)<K（Tl=L/R |Tm=((GD^2)R)/(375CeCm)） 10.各种数字测速方法其分辨率和测速误差率表达式：nM=(60M1)/(ZTc) | QM=60/(ZTc) | δM=1/M1 | nT=(60f0)/(ZM2) | QT=(Zn^2)/(60f0-Zn) | δT=1/(M2-1) | nMT=(60f0M1)/(ZM2)=nT?M1 | QMT=60/(ZTc)=QM | δMT=｛低速—>δT | 高速—>δM | 11.连续式 PI 算式：?u(t)=Kpe(t)+(1/τ)∫(0_t)e(t)dt 12.位置式 PI 算式：u(k)=Kpe(k)+(Tsam/τ)∑(i=0_k)e(i) 13.增量式 PI 算式：△u(k)=u(k)-u(k-1)=Kp(e(k)-e(k-1))+(Tsam/τ)e(k)1.V-M 调速-系统原理图：2.（无制动和有制动）直流 PWM 变换器-电念头-电路原理图：3.转速负反馈直流调速系统-系统原理图：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-静态结构图：6.带电流截止负反馈的闭环直流调速系统-静态结构图： 1.有制动电流通路的不成逆 PWM 变换器-直流电念头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控制闭环直流调速系统-静特性：第3章三、思考题3-1 在恒流起动过程中,电枢电流能否到达最年夜值 Idm？为什么？答：不能.因为恒流升速过程中,电流闭环调节的扰动是电念头的反电动势,是一个线性渐增的斜坡扰动量,而电流闭环采纳的 PI 调节器对斜坡扰动无法消除静差,故 Id 略低于 Idm.3-2 由于机械原因,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：电念头堵转则转速恒为零,在一定的给定下,偏差电压相当年夜,从而使 ASR 迅速到达饱和,又电念头转速由于转轴堵死无法提升,故 ACR 无法退饱和,因此系统处于 ASR 饱和状态.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α,系统稳定后转速反馈电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变？（已验证）答：转速反馈系数α 增加,则转速反馈电压 Un 增加,给定电压 Un*,则转速偏差电压减小, 则 ASR 给定电压 Ui*减小,则控制电压 Uc 减小,则转速 n 减小；转速 n 减小,则转速反馈电压 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,遇到下列情况会呈现什么现象？（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,电枢电流将继续上升,转速上升飞快,电念头飞车. （2）由于转速环的正反馈作用,ACR 无法退饱和,电念头转速继续恒流上升.3-5 某双闭环调速系统, ASR、均采纳 PI 调节器, ACR 调试中怎样才华做到 Uim*=6V 时, Idm=20A；如欲使 Un*=10V时,n=1000rpm,应调什么参数？答：（1）调节电流反馈系数β=0.3；（2）调节转速反馈系数α=0.01.3-6 在转速、电流双闭环直流调速系统中,若要改变电念头的转速,应调节什么参数？改变转速调节器的放年夜倍数 Kn 行不成？（= =|||）改变电力电子变换器的放年夜倍数 Ks 行不成？改变转速反馈系数α 行不成？若要改变电念头的堵转电流,应调节系统中的什么参数？答：通常可以调节给定电压.改变 Kn 和 Ks 都不成,因为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能力克服.也可以改变α,但目的通常是为了获得更理想的机械特性. 若要改变堵转电流,应调节电流反馈系数β.3-7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时,两个调节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.因为系统无静差. 则 ASR 输出电压Ui*=Ui=βId=βIdL；ACR 输出电压 Uc=Ud0/Ks=见 P62.3-8 在双闭环系统中,若速度调节器改为比例调节器,或电流调节器改为比例调节器,对系统的稳态性能影响如何？答：速度调节器对阶跃扰动的静差由 0 酿成 1/（1+Kn） ,或电流调节器对阶跃扰动的静差由 0 酿成 1/（1+Kc） ,而对斜坡扰动的静差变得更年夜.3-9 从下述五个方面来比力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）静态限流性能. （3）起动的快速性. （4）抗负载扰动的性能. （5）抗电源电压摆荡的性能. 答： 3-10 根据ASR 和 ACR 的作用,回答（均为 PIR）（已验证）：（1）双闭环系统在稳定运行中,如果电流反馈信号线断开,系统仍能正常工作吗？（2）双闭环系统在额定负载下稳定运行时,若电念头突然失磁,最终电念头会飞车吗？答：（1）稳态时转速不变,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3-1 为了实现（电流的实时控制和快速跟随） ,希望电流调节器（不要）进入饱和状态,因此, 对静特性来说,只有（转速调节器的饱和与不饱和两种情况） .3-2 当两个调节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（到达限幅值 Uim*） ,转速外环呈（开环状态） ,转速变动对转速环（不会）产生影响,双闭环系统酿成一个（电流无静差的单电流闭环调节系统） .稳态时,Id（=）Idm.3-4 电流限幅值 Idm 取决于（电念头的容许过载能力和系统要求的最年夜加速度） .3-5 简述采纳两个 PI 调节器分别形成内外闭环的效果. 答：双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于 Idm 时暗示为转速无静差, 此时转速负反馈起主要调节作用.当负载电流到达 Idm 时,对应于转速调节器为饱和输出 Uim*,此时电流调节器起主要调节作用,系统暗示为电流无静差,起到过电流的自动呵护作用.3-6 简述 ASR 的退饱和条件. 答：当 ASR 处于饱和状态时,若实际转速年夜于给定转速,则反馈电压年夜于给定电压,使偏差电压小于零,则 ASR 反向积分,从而退饱和,返回线性调节状态. 3-7简述转速电流负反馈控制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. （饱和非线性控制；转速超调；准时间最优控制）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节器的作用. 答：作为主导调节器,在转速静态过程中,使转速快速跟随给定电压变动,稳态时减小转速误差,采纳 PIR 可实现无静差. 对负载变动其抗扰作用. 其输出限幅值决定电念头允许最年夜电流.3-11 简述双闭环直流调速系统中电流调节器的作用. 答：作为内环调节器,在转速调节过程中,使电流紧紧跟随给定电流变动. 对电网电压摆荡起及时抗扰作用. 在转速静态过程中,保证获得电念头最年夜允许电流,从而加快静态过程. 当电念头过载或堵转时, 限制电枢电流最年夜值, 起快速的自动呵护作用. 一旦故障消失,系统立即自动恢复正常.二、公式和特性1.P62 稳态时：Un*=Un=αn=αn0 Ui*=Ui=βId=βIdLUc=Ud0/Ks=(Cen+IdR)/Ks=(Ce(Un*/α)+IdR)/Ks2.转速反馈系数：α=Un*m/nm3.电流反馈系数：β=Ui*m/Idm 1.转速电流反馈控制直流调速系统-系统原理图： 2.转速电流反馈控制直流调速系统-稳态结构图： 3.转速电流反馈控制直流调速系统-静态结构图： 1.时间最优的理想过度过程： 2.双闭环直流调速系统静特性：第4章一、可以作为填空题或简答题的4-1 直流 PWM 可逆调速系统中当电念头停止时,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（） ,不能发生（平均转矩） .4-2 高频微振电流对机电有何影响？答：消除机电正反向时的静摩擦死区,起动力润滑作用.同时也增年夜了机电的损耗.二、公式和特性1.双极式控制可逆 PWM 变换器输出电压平均值：Ud=(2ton/T-1)Us 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 对恒转矩负载,为什么调压调速的调速范围不年夜？机电机械特性越软调速范围越年夜吗？答：带恒转矩负载工作时,普通笼型异步电念头降压调速时的稳定工作范围为 0<s<sm,sm 本来就不年夜,因此调速范围也不年夜.降压调速时,机械特性变软,但 sm 不变,故调速范围不变.5-2 异步电念头变频调速时,为何要电压协调控制？在整个调速范围内,坚持电压恒定是否可行？为何在基频以下时,采纳恒压频比控制,而在基频以上坚持电压恒定？答：因为定子电压频率变动时,将招致气隙磁通变动,影响电念头工作. 在整个调速范围内,若坚持电压恒定,则在基频以上时,气隙磁通将减少,电念头将出力不足；而在基频以下时,气隙磁通将增加,由于磁路饱和,励磁电流将过年夜,电念头将遭到破坏. 因此坚持电压恒定不成行. 在基频以下时,若坚持电压不变,则气隙磁通增加,由于磁路饱和,将使励磁电流过年夜,破坏电念头,故应坚持气隙磁通不变,即坚持压频比不变,即采纳恒压频比控制；而在基频以上时,受绕组绝缘耐压和磁路饱和的限制,电压不能随之升高,故坚持电压恒定.5-3 异步电念头变频调速时,基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什么？所谓恒功率或恒转矩调速方式,是否指输出功率或转矩恒定？若不是,那么恒功率和恒转矩调速究竟是指什么？答：在基频以下调速,采纳恒压频比控制,则磁通坚持恒定,又额定电流不变,故允许输出转矩恒定,因此属于恒转矩调速方式. 在基频以下调速,采纳恒电压控制,则在基频以上随转速的升高,磁通将减少,又额定电流不变,故允许输出转矩减小,因此允许输出功率基本坚持不变,属于恒功率调速方式. 恒功率或恒转矩调速方式其实不是指输出功率或输出转矩恒定, 而是额定电流下允许输出的功率或允许输出的转矩恒定.5-4 基频以下调速可以是恒压频比控制,恒定子磁通φms、恒气隙磁通φm 和恒转子磁通φmr 的控制方式,从机械特性和系统实现两个方面分析与比力四种控制方法的优缺点.答：恒压频比控制最容易实现,其机械特性基本上是平行下移,硬度也较好,能满足一般调速要求,低速时需适当提高定子电压,以近似赔偿定子阻抗压降. 恒定子磁通φms、恒气隙磁通φm 和恒转子磁通φmr 的控制方式均需要定子电压赔偿,控制要复杂一些.恒定子磁通φms 和恒气隙磁通φm 的控制方式虽然改善了低速性能,但机械特性还是非线性的,仍受光临界转矩的限制. 恒转子磁通φmr 控制方式可以获得和直流他励电念头一样的线性机械特性,性能最佳.5-5 经常使用的交流 PWM 有三种控制方式,分别为 SPWM、CFPWM 和 SVPWM,论述它们的基本特征及各自的优缺点. 答：略.5-6 分析 CFPWM 控制中,环宽 h 对电流摆荡与开关频率的影响. 答：略.5-7 三相异步电念头 Y 联结,能否将中性点与直流侧参考点短接？为什么？答：不宜.因为当电念头发生故障或不正常运行时其中性点可能会有不服衡电流流过.5-8 当三相异步电念头由正弦对称电压供电,并到达稳态时,可以界说电压相量 U、电流相量 I 等,用于分析三相异步电念头的稳定工作状态,5.4.5 节界说的空间矢量 us、is 与相量有何区别？在正弦稳态时,两者有何联系？答：空间矢量位置固定（如空间矢量 uAO 固定在 A 相绕组轴线上） ,但年夜小随时间变动；而相量年夜小是不变的（如有效值相量其年夜小即为稳态时的有效值） ,但位置随相角变动. 稳态时,空间矢量相当于一种相角固定的瞬时值相量.5=9 采纳 SVPWM 控制, 用有效工作电压矢量合成期望的输出电压, 由于期望输出电压矢量是连续可调的,因此,定子磁链矢量轨迹可以是圆,这种说法是否正确？为什么？答：不正确.尽管期望输出电压矢量是连续的,然而其作用时间是断续的,因此定子磁链矢量只能是断续的.5-10 总结转速闭环转差频率控制系统的控制规律,若 Us=f（ω1,Is）设置不妥,会发生什么影响？一般说来,正反馈系统是不稳定的,而转速闭环转差频率控制系统具有正反馈的内环,系统却能稳定,为什么？答：一、可以作为填空题或简答题的5-1 简述矢量控制的基本思想.。
《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)课后参考答案第五六七章(仅供参考)
第五章思考题5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速围不大？电动机机械特性越软，调速围越大吗？答：对于恒转矩负载，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作围为0<S<S m 所以调速围不大。
电动机机械特性越软，调速围不变，因为S m 不变。
5-2 异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制？在整个调速围，保持电压恒定是否可行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保存电压恒定？答：当异步电动机在基频以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。
由此可见，最好是保持每极磁通量为额定值不变。
当频率从额定值向下调节时，必须同时降低E g 使14.44常值SgS N mN E N K f ϕ=⨯⨯=，即在基频以下应采用电动势频率比为恒值的控制方式。
然而，异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。
当电动势值较高时，可忽略定子电阻和漏感压降，而认为定子相电压s g U E ≈。
在整个调速围，保持电压恒定是不可行的。
在基频以上调速时，频率从额定值向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变，这将导致磁通与频率成反比地降低，使得异步电动机工作在弱磁状态。
5-3 异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什么？所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定？若不是，那么恒功率或恒转矩调速究竟是指什么？答：在基频以下，由于磁通恒定，允许输出转矩也恒定，属于“恒转矩调速”方式；在基频以上，转速升高时磁通减小，允许输出转矩也随之降低，输出功率基本不变，属于“近似的恒功率调速”方式。
5-4基频以下调速可以是恒压频比控制、恒定子磁通、恒气隙磁通和恒转子磁通的控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。
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n UN IN R / Ce
nop IN R / Ce 12.5 3.3 / 0.134 307.836r / min
nN nNs / D1 s 150010% （ / 20*90%） 8.33r / min
K
Tm
Tl
Ts
Ts2
/
T l
Ts
0.082 0.015
0.00333
0.003332
（/ 0.0151* 0.00333）
0.0015 0.003332 / 0.00004983 30.52
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。
（1）
nop IN R / Ce 15.6 3.3 / 0.1311 392.68r / min nmin 1500 / 30 50
s nop / n0min 392.68 / 392.68 50 88.7%
（2）
0.1 n /n 50
n 5 / 0.9 5.56r / min
解： Ce (UN IN Ra ) nN (220 378 0.023) 1430 0.1478V rpm n IN R Ce 378 (0.023 0.022) 0.1478 115rpm D nN S[ n( 1 s) ] 1 4 30 0 . 2 [1 1 5 ( 1 0 . 2 ) ] 3 . 1
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 nns 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n0max 1500r min ，最低转速特性为 n0min 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
解： 1） D nN s / nN 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？
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 GD2 =1.6Nm2 ，
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？
0.0096V min/ r
可以求得，
Kp
K *Ce Ks *
35.955* 0.134 35* 0.0096
14.34
也可以用粗略算法：
U
n
Un
n ，
U
* n
n
15 0.01 1500
K p KCe / Ks ， Kp 35.955 0.134 / 35 0.01 13.76
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 2I N ，临界截止
解： L 50mH ， GD2 1.6Nm2 ， R 3.3 ， Ce 0.134V / rpm
Tl L / R 0.05 / 3.3 0.015s
Tm GD2R / 375CeCm 1.6 3.3 / 375 0.134 0.134 30 / 3.14
5.28 / 64.33 0.082s Ts 0.00333s
I dcr U com / Rs 15 U com / Rs
Idbl
U
* n
Ucom
/ Rs
25 15 Ucom / Rs Rs
1.5
，
U com 15 1.5 22.5V
（2）
(R / 3) 1.0 1.5 0.8 / 3
不符合要求，取Rs 1.1,
1.1, Rs (R / 3) 需加电流反馈放大器
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
在同样静差率要求下，D 可以扩大 ncl1 / 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, IN=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 Rrec=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）
(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 ；
n 1500 r / min 时， M1
nZTc 60
1500 4 1024 0.01 1024 60
n 150r / min 时， M1
nZTc 60
150 4 1024 0.01 102.4 60
1500 r
/ min
时， max
%
1 M1
100%
1 100% 1024
0.098%
电流 I dcr 1.2I 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） I d b l 2I N 25 A， I dcr 1.2I N 15 A
（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）Ud K pKsUu* (1 K pKs ) 2158.8 (1 215 0.7) 12V
(2) Ud 8.8 215 264V ,开环输出电压是闭环的 22 倍
（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%
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？？
Ucom / Ce 1 K
RI d
/ Ce 1 K
K p Ks
U
* n
KiU com
/Ce 1 K
R K p Ks Ki Rs Id /Ce 1 K
当 n=0 时，
Idbl
KpKs
U
* n
KiUcom
/
R K pKsKiRs
U
* n
KiU com
/ KiRs
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 Idcr Rs 151.1 16.5V
（3）
当 I d I dcr 时，有
n
K
p
K
sU
* n
/
Ce
1
K
K p Ks Ki Rs I d
（3）
n
K
p
K
sU
* n
/
Ce
1
K
R
I
d
K K pK s / Ce
/ Ce 1
K
15K00KnoppK/sUnn*cl/
Ce 1 K R15.6/ Ce 1 K 1 297.48 / 5.56 1 52.5
2.13 旋转编码器光栅数 1024，倍频系数 4，高频时钟脉冲频率 f0 1MHz ，旋转编码器输
所以， ncl 8.33r / min
（2）
（3）（4） n
K
p
K
sU
n
Id
R
/Ce 1 K
KU
n
/
1
K
I
d
R
/Ce
1
K
K nop / ncl 1 307.836 / 8.33 1 35.955