電力拖動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制習(xí)題及答案習(xí)題部分1.直流電動(dòng)機(jī)有哪幾種調(diào)速方法，各有什么特點(diǎn)？2.什么是調(diào)速范圍、靜差率，它們之間有什么關(guān)系？3.單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)是什么？4.轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些基本特征，它能消除速度偏差嗎，為什么？5.在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud是增加、減少還是不變？6.有一V-M調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：PN=2.2kW，UN=220V，IN=12.5A，nN=1500r/min，Ra=1.2Ω，整流裝置內(nèi)阻Rrec=1.5Ω，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的Ks=35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率s≤10%。-計(jì)算開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降Δnop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)穩(wěn)態(tài)速降Δncl。-采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫(huà)出系統(tǒng)的原理框圖。-計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)α和放大器的放大倍數(shù)Kp。7.為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無(wú)靜差的，在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓ΔU=0時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少，它決定于哪些因素？8.在無(wú)靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測(cè)速發(fā)電機(jī)精度的影響，為什么？9.某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500~150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率s≤5%，那么系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100r/min，則閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大？10.轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的兩個(gè)調(diào)節(jié)器（ASR、ACR）通常采用什么控制規(guī)律，為什么？11.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少，為什么？12.在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若速度調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器，或電流調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能會(huì)產(chǎn)生什么影響？13.雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，遇到下列情況會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？-電流反饋極性接反。-轉(zhuǎn)速極性接反。14.有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，主電路采用三相橋式整流電路。已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)：PN=55kW，UN=380V，IN=110A，nN=1000r/min，Ra=0.1Ω，整流裝置內(nèi)阻Rrec=0.3Ω，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的Ks=40，電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.03s，機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.18s，電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.002s，轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.015s。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓Un=10V，ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。-畫(huà)出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖。-計(jì)算電流反饋系數(shù)β和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α。-設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR，計(jì)算其參數(shù)R0、R1、C1。（R0=40kΩ）-設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，計(jì)算其參數(shù)R0、R1、C1。（R0=40kΩ）15.異步電動(dòng)機(jī)有哪幾種調(diào)速方法，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？16.什么是恒壓頻比控制，有哪幾種實(shí)現(xiàn)方式？17.基頻以下調(diào)速可以是恒壓頻比控制、恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式，從機(jī)械特性和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面分析與比較四種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)。18.采用恒壓頻比控制時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)在不同頻率下的機(jī)械特性有什么特點(diǎn)？19.異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，在基頻以上調(diào)速時(shí)，采用什么控制方式，為什么？20.矢量控制系統(tǒng)的基本思想是什么，它是如何實(shí)現(xiàn)的？21.直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本原理是什么，與矢量控制系統(tǒng)相比有什么特點(diǎn)？22.一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組接成星形，額定數(shù)據(jù)為：PN=10kW，UN=380V，IN=20.1A，nN=1450r/min，f1N=50Hz，Rs=0.5Ω，Rr'=0.6Ω，Ls=0.06H，Lr'=0.06H，Lm=0.5H。-計(jì)算額定轉(zhuǎn)差率sn。-計(jì)算臨界轉(zhuǎn)差率sm。-當(dāng)s=0.02時(shí)，計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩Te。23.在異步電動(dòng)機(jī)矢量控制系統(tǒng)中，按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方程是怎樣推導(dǎo)的，有什么意義？答案部分1.直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法及特點(diǎn)：-改變電樞電壓調(diào)速：調(diào)速范圍寬，平滑性好，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，機(jī)械特性硬度不變，穩(wěn)定性好，但需要一套可調(diào)節(jié)的直流電源。-改變電樞回路電阻調(diào)速：方法簡(jiǎn)單，但調(diào)速范圍小，平滑性差，能耗大，機(jī)械特性變軟，穩(wěn)定性變差。-改變磁通調(diào)速：調(diào)速范圍較小，只能弱磁升速，調(diào)速平滑性好，控制方便，能耗小。2.調(diào)速范圍D是指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比，即D=nmax/nmin。靜差率s是指電動(dòng)機(jī)由理想空載到額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落ΔnN與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，即s=ΔnN/n0。它們之間的關(guān)系為：ΔnN=nNs/(1-s)，D=nN(1-s)/(ΔnNs)。3.單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)是通過(guò)反饋調(diào)節(jié)作用，當(dāng)負(fù)載變化引起轉(zhuǎn)速變化時(shí)，反饋信號(hào)隨之變化，與給定信號(hào)比較產(chǎn)生偏差信號(hào)，經(jīng)放大器放大后調(diào)整晶閘管整流裝置的輸出電壓，以補(bǔ)償因負(fù)載變化引起的轉(zhuǎn)速降落。4.轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本特征：具有反饋調(diào)節(jié)作用，能減少穩(wěn)態(tài)速降，提高系統(tǒng)的硬度；是有靜差調(diào)速系統(tǒng)。它不能消除速度偏差，因?yàn)橹挥写嬖谄钚盘?hào)，調(diào)節(jié)器才能產(chǎn)生控制作用，使系統(tǒng)達(dá)到新的平衡。5.突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud減少。因?yàn)樨?fù)載減小，轉(zhuǎn)速上升，反饋電壓增加，給定電壓不變，偏差電壓減小，放大器輸出減小，從而使Ud減小，直到轉(zhuǎn)速回到新的穩(wěn)定值。6.-開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降：-首先計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=(UN-INRa)/nN=(220-12.5×1.2)/1500=0.139V·min/r。-則Δnop=IN(Ra+Rrec)/Ce=12.5×(1.2+1.5)/0.139≈242.45r/min。-調(diào)速要求所允許的閉環(huán)穩(wěn)態(tài)速降：Δncl=nNs/[D(1-s)]=1500×0.1/[20×(1-0.1)]≈8.33r/min。-系統(tǒng)原理框圖：由給定環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、觸發(fā)整流裝置、電動(dòng)機(jī)、測(cè)速發(fā)電機(jī)等組成，轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與給定信號(hào)比較后輸入調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器輸出控制觸發(fā)整流裝置，改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓。-轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)α=Un/nN=10/1500=0.0067V·min/r。-閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K=Δnop/Δncl-1=242.45/8.33-1≈28.1。-放大器的放大倍數(shù)Kp=KCe/(Ksα)=28.1×0.139/(35×0.0067)≈16.7。7.用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無(wú)靜差的，因?yàn)榉e分調(diào)節(jié)器的輸出與輸入偏差的積分成正比，只要存在偏差，積分調(diào)節(jié)器的輸出就會(huì)不斷變化，直到偏差為零，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓ΔU=0時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是一個(gè)恒定值，它決定于積分調(diào)節(jié)器在偏差電壓為零之前的積分值。8.在無(wú)靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度受給定電源和測(cè)速發(fā)電機(jī)精度的影響。因?yàn)榻o定電源的精度直接影響給定信號(hào)的準(zhǔn)確性，測(cè)速發(fā)電機(jī)的精度影響反饋信號(hào)的準(zhǔn)確性，而系統(tǒng)的調(diào)節(jié)是基于給定信號(hào)和反饋信號(hào)的比較，所以會(huì)影響轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度。9.-系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降：Δncl=nmins/(1-s)=150×0.05/(1-0.05)≈7.89r/min。-閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K=Δnop/Δncl-1=100/7.89-1≈11.7。10.轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的兩個(gè)調(diào)節(jié)器（ASR、ACR）通常采用PI控制規(guī)律。ASR采用PI控制是為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，同時(shí)利用積分作用消除穩(wěn)態(tài)誤差；ACR采用PI控制是為了限制電樞電流的最大值，加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。11.在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，速度調(diào)節(jié)器（ASR）的輸入偏差電壓為零，因?yàn)橄到y(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速等于給定轉(zhuǎn)速，反饋電壓等于給定電壓；輸出電壓為Ud0，它決定了電流調(diào)節(jié)器的給定值。電流調(diào)節(jié)器（ACR）的輸入偏差電壓為零，因?yàn)橄到y(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，電樞電流等于給定電流；輸出電壓為控制整流裝置的觸發(fā)脈沖移相控制電壓Uct。12.-若速度調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)將變?yōu)橛徐o差調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)精度降低，但動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度可能會(huì)加快。-若電流調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器，在動(dòng)態(tài)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)電流超調(diào)過(guò)大的問(wèn)題，系統(tǒng)的抗干擾能力減弱。13.-電流反饋極性接反：會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)電流失控，電動(dòng)機(jī)電流急劇增加，可能導(dǎo)致系統(tǒng)損壞。-轉(zhuǎn)速極性接反：系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速無(wú)法正常調(diào)節(jié)，可能會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高或過(guò)低。14.-雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖：由給定環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ASR）、電流調(diào)節(jié)器（ACR）、觸發(fā)整流裝置、電動(dòng)機(jī)、電流互感器、測(cè)速發(fā)電機(jī)等組成，轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)與給定信號(hào)比較后輸入ASR，ASR輸出作為ACR的給定，電流反饋信號(hào)與ACR給定比較后輸入ACR，ACR輸出控制觸發(fā)整流裝置。-電流反饋系數(shù)β=Uim/IN=10/110=0.091V/A。-轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=Un/nN=10/1000=0.01V·min/r。-設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR：-確定時(shí)間常數(shù)：TΣi=Toi+Tl/2=0.002+0.03/2=0.017s。-選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：采用PI調(diào)節(jié)器。-計(jì)算參數(shù)：KIi=R/(2βLs)=(0.1+0.3)/(2×0.091×0.06)≈36.26。-R1=KIiR0=36.26×40=1450.4kΩ，取1450kΩ。-C1=τi/R1=0.03/1450×103=0.021μF，取0.02μF。-設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR：-確定時(shí)間常數(shù)：TΣn=Ton+TmR/(30πCe)=0.015+0.18×(0.1+0.3)/(30π×0.36)≈0.021s。-選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：采用PI調(diào)節(jié)器。-計(jì)算參數(shù)：KIn=(h+1)βCe/(2hαTmR)=(5+1)×0.091×0.36/(2×5×0.01×0.18×0.4)≈27.3。-R1=KInR0=27.3×40=1092kΩ，取1090kΩ。-C1=τn/R1=0.105/1090×103=0.096μF，取0.1μF。15.異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法及優(yōu)缺點(diǎn)：-變極調(diào)速：優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速方法簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，效率高；缺點(diǎn)是調(diào)速級(jí)數(shù)少，是有級(jí)調(diào)速。-變頻調(diào)速：優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍寬，平滑性好，效率高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；缺點(diǎn)是需要一套變頻裝置，成本較高。-改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：-調(diào)壓調(diào)速：方法簡(jiǎn)單，但調(diào)速范圍小，低速時(shí)損耗大，效率低。-繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串電阻調(diào)速：方法簡(jiǎn)單，但調(diào)速范圍有限，平滑性差，能耗大。-電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速：調(diào)速平滑，但效率低，有轉(zhuǎn)差損耗。16.恒壓頻比控制是指在改變電源頻率的同時(shí)，保持電源電壓與頻率的比值不變。實(shí)現(xiàn)方式有：模擬控制方式，通過(guò)模擬電路產(chǎn)生可變頻率和電壓信號(hào)；數(shù)字控制方式，利用微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)頻率和電壓的精確控制。17.-恒壓頻比控制：機(jī)械特性硬度較好，但低速時(shí)轉(zhuǎn)矩特性變差；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低。-恒定子磁通控制：機(jī)械特性在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)較好，但需要較復(fù)雜的控制算法；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度較大。-恒氣隙磁通控制：能更好地保持電動(dòng)機(jī)的性能，但控制算法更復(fù)雜；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度大。-恒轉(zhuǎn)子磁通控制：動(dòng)態(tài)性能好，但需要精確的轉(zhuǎn)子參數(shù)；系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度最大。18.采用恒壓頻比控制時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)在不同頻率下的機(jī)械特性：隨著頻率的降低，最大轉(zhuǎn)矩減小，臨界轉(zhuǎn)差率不變，機(jī)械特性的硬度基本不變，但低速時(shí)轉(zhuǎn)矩特性變差。19.異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，在基頻以上調(diào)速時(shí)，采用恒功率調(diào)速方式。因?yàn)樵诨l以上，電壓不能再升高，只能保持額定電壓，隨著頻率升高，轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)矩減小，功率基本保持不變。20.矢量控制系統(tǒng)的基本思想是通過(guò)坐標(biāo)變換，將三相交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解為勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，分別進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的快速、精確控制。實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：檢測(cè)定子電流和轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量的給定值，通過(guò)調(diào)節(jié)器控制定子電流。21.直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本原理是直接在定子坐標(biāo)系下分析交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，控制電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。與矢量控制系統(tǒng)相比，其特點(diǎn)是控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，但轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。22.-額定轉(zhuǎn)差率sn=