年4月19日電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)阮毅陳伯時(shí)課后答案包括思考題和課后習(xí)題文檔僅供參考電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（阮毅陳伯時(shí)）課后答案包括思考題和課后習(xí)題第2章2-1直流電動(dòng)機(jī)有哪幾種調(diào)速方法？各有哪些特點(diǎn)？答：調(diào)壓調(diào)速，弱磁調(diào)速，轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速，變頻調(diào)速。特點(diǎn)略。2-2簡(jiǎn)述直流PWM變換器電路的基本結(jié)構(gòu)。答：直流PWM變換器基本結(jié)構(gòu)如圖，包括IGBT和續(xù)流二極管。三相交流電經(jīng)過(guò)整流濾波后送往直流PWM變換器，經(jīng)過(guò)改變直流PWM變換器中IGBT的控制脈沖占空比，來(lái)調(diào)節(jié)直流PWM變換器輸出電壓大小，二極管起續(xù)流作用。2-3直流PWM變換器輸出電壓的特征是什么？答：脈動(dòng)直流電壓。2=4為什么直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比V-M系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài)性能？答：直流PWM變換器和晶閘管整流裝置均可看作是一階慣性環(huán)節(jié)。其中直流PWM變換器的時(shí)間常數(shù)Ts等于其IGBT控制脈沖周期（1/fc），而晶閘管整流裝置的時(shí)間常數(shù)Ts一般取其最大失控時(shí)間的一半（1/（2mf）。因fc一般為kHz級(jí)，而f一般為工頻（50或60Hz）為一周內(nèi)），m整流電壓的脈波數(shù)，一般也不會(huì)超過(guò)20，故直流PWM變換器時(shí)間常數(shù)一般比晶閘管整流裝置時(shí)間常數(shù)更小，從而響應(yīng)更快，動(dòng)態(tài)性能更好。2=5在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止不動(dòng)時(shí)，電樞兩端是否還有電壓？電路中是否還有電流？為什么？答：電樞兩端還有電壓，因?yàn)樵谥绷髅}寬調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓僅取決于直流PWM變換器的輸出。電樞回路中還有電流，因?yàn)殡姌须妷汉碗姌须娮璧拇嬖凇?-6直流PWM變換器主電路中反并聯(lián)二極管有何作用？如果二極管斷路會(huì)產(chǎn)生什么后果？答：為電動(dòng)機(jī)提供續(xù)流通道。若二極管斷路則會(huì)使電動(dòng)機(jī)在電樞電壓瞬時(shí)值為零時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓。2-7直流PWM變換器的開(kāi)關(guān)頻率是否越高越好？為什么？答：不是。因?yàn)槿糸_(kāi)關(guān)頻率非常高，當(dāng)給直流電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，有可能導(dǎo)致電樞電流還未上升至負(fù)載電流時(shí)，就已經(jīng)開(kāi)始下降了，從而導(dǎo)致平均電流總小于負(fù)載電流，電機(jī)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。2-8泵升電壓是怎樣產(chǎn)生的？對(duì)系統(tǒng)有何影響？如何抑制？答：泵升電壓是當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作于回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由于二極管整流器的單向?qū)щ娦?，使得電?dòng)機(jī)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榈碾娔懿荒芙?jīng)過(guò)整流裝置反饋回交流電網(wǎng)，而只能向?yàn)V波電容充電，造成電容兩端電壓升高。泵升電壓過(guò)大將導(dǎo)致電力電子開(kāi)關(guān)器件被擊穿。應(yīng)合理選擇濾波電容的容量，或采用泵升電壓限制電路。2-9在晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為什么轉(zhuǎn)速隨負(fù)載增加而降低？答：負(fù)載增加意味著負(fù)載轉(zhuǎn)矩變大，電機(jī)減速，而且在減速過(guò)程中，反電動(dòng)勢(shì)減小，于是電樞電流增大，從而使電磁轉(zhuǎn)矩增加，達(dá)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡，電機(jī)不再減速，保持穩(wěn)定。故負(fù)載增加，穩(wěn)態(tài)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)較增加之前降低。2-10靜差率和調(diào)速范圍有何關(guān)系？靜差率和機(jī)械特性硬度是一回事嗎？舉個(gè)例子。答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。靜差率是用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的，）而機(jī)械特性硬度是用來(lái)衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的降落的。2-11調(diào)速范圍與靜態(tài)速降和最小靜差率之間有何關(guān)系？為什么必須同時(shí)提才有意義？答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。因?yàn)槿糁豢紤]減小最小靜差率，則在一定靜態(tài)速降下，允許）的調(diào)速范圍就小得不能滿足要求；而若只考慮增大調(diào)速范圍，則在一定靜態(tài)速降下，允許的最小轉(zhuǎn)差率又大得不能滿足要求。因此必須同時(shí)提才有意義。2-12轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)？改變給定電壓能否改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無(wú)克服這種干擾的能力？（已驗(yàn)證）答：轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)增加了轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)（由轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置和電壓放大器構(gòu)成），可獲得比開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而保證在一定靜差率下，能夠提高調(diào)速范圍。改變給定電壓能改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。因?yàn)楦淖兘o定電壓則改變實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋電壓與給定電壓的偏差，從而改變電力電子變換器的輸出電壓，即改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，改變了轉(zhuǎn)速。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)而不改變給定電壓能改變轉(zhuǎn)速。因?yàn)楦淖冝D(zhuǎn)速反饋系數(shù)則改變實(shí)際轉(zhuǎn)速反饋電壓，而給定電壓不變，則電壓偏差改變，從而電力電子變換器輸出電壓改變，即電動(dòng)機(jī)電樞電壓改變，轉(zhuǎn)速改變。若測(cè)速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁發(fā)生變化，則反饋電壓發(fā)生變化，當(dāng)給定電壓一定時(shí)，則電壓偏差發(fā)生變化，從而轉(zhuǎn)速改變。故系統(tǒng)無(wú)克服測(cè)速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁發(fā)生變化干擾的能力。2-13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△U=0時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它決定于哪些因素？答：因?yàn)榉e分調(diào)節(jié)器能在電壓偏差為零時(shí)仍有穩(wěn)定的控制電壓輸出，從而克服了比例調(diào)節(jié)器必須要存在電壓偏差才有控制電壓輸出這一比例控制的調(diào)速系統(tǒng)存在靜差的根本原因。當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓為零時(shí)，調(diào)節(jié)器輸出電壓應(yīng)為一個(gè)恒定的積分終值。它取決于輸入偏差量在積分時(shí)間內(nèi)的積累，以及積分調(diào)節(jié)器的限幅值。2-14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？答：依然受影響。因?yàn)闊o(wú)靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只是實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)誤差為零，因此若給點(diǎn)電源發(fā)生偏移，或者測(cè)速發(fā)電機(jī)精度受到影響而使反饋電壓發(fā)生改變，系統(tǒng)仍會(huì)認(rèn)為是給定或轉(zhuǎn)速發(fā)生改變，從而改變轉(zhuǎn)速，以達(dá)到電壓偏差為零。2-15在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列參數(shù)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用？為什么？（已驗(yàn)證）（1）放大器的放大系數(shù)Kp。（2）供電電網(wǎng)電壓Ud。（3）電樞電阻Ra。（4）電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流If。（5）轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α。答：（1）有。假設(shè)Kp減小，則控制電壓減小，則電力電子變換器輸出減小，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降；而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，則反饋電壓減小，則偏差電壓增大，則控制電壓增大，則轉(zhuǎn)速上升。（2）有。不解釋。（3）有。不解釋。（4）有。不解釋。（5）沒(méi)有。不解釋。2-16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較之負(fù)載變化前是增加、減少還是不變？在無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速n和整流裝置的輸出電壓Ud是增加、減少還是不變？（已驗(yàn)證）答：（1）Ud減小。因負(fù)載減小，轉(zhuǎn)速上升，反饋電壓增加，給定電壓一定，偏差電壓減小，控制電壓減小，故輸出電壓減小。（2）n不變，Ud增加。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速僅取決于給定電壓，故不變；略。2-17閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些基本特征？它能減少或消除轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)誤差的實(shí)質(zhì)是什么？一、能夠作為填空題或簡(jiǎn)答題的2-1簡(jiǎn)述直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。答：直流調(diào)速系統(tǒng)常以（調(diào)壓調(diào)速）為主，必要時(shí)輔以（弱磁調(diào)速），以（擴(kuò)大調(diào)速范圍），實(shí)現(xiàn)（額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速）。2-2直流調(diào)壓調(diào)速主要方案有（G-M調(diào)速系統(tǒng)，V-M調(diào)速系統(tǒng)，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)）。2-3V-M調(diào)速系統(tǒng)的電流脈動(dòng)和斷續(xù)是如何形成的？如何抑制電流脈動(dòng)？11-12答：整流器輸出電壓大于反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，電感儲(chǔ)能，電流上升，整流器輸出電壓小于反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，電感放能，電流下降。整流器輸出電壓為脈動(dòng)電壓，時(shí)而大于反電動(dòng)勢(shì)時(shí)而小于，從而導(dǎo)致了電流脈動(dòng)。當(dāng)電感較小或電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)，電流上升階段電感儲(chǔ)能不夠大，從而導(dǎo)致當(dāng)電流下降時(shí)，電感已放能完畢、電流已衰減至零，而下一個(gè)相卻尚未觸發(fā)，于是形成電流斷續(xù)。2-4看P14圖簡(jiǎn)述V-M調(diào)速系統(tǒng)的最大失控時(shí)間。14答：t1時(shí)刻某一對(duì)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)延遲角為α1，在t2>t1時(shí)刻，控制電壓發(fā)生變化，但此時(shí)晶閘管已導(dǎo)通，故控制電壓的變化對(duì)它已不起作用，只有等到下一個(gè)自然換向點(diǎn)t3時(shí)刻到來(lái)時(shí)，控制電壓才能將正在承受正電壓的另一對(duì)晶閘管在觸發(fā)延遲角α2后導(dǎo)通。t3-t2即為失控時(shí)間，最大失控時(shí)間即為考慮t2=t1時(shí)的失控時(shí)間。2-5簡(jiǎn)述V-M調(diào)速系統(tǒng)存在的問(wèn)題。16答：整流器晶閘管的單向?qū)щ娦詫?dǎo)致的電動(dòng)機(jī)的不可逆行性。整流器晶閘管對(duì)過(guò)電壓過(guò)電流的敏感性導(dǎo)致的電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行不可靠性。整流器晶閘管基于對(duì)其門(mén)極的移相觸發(fā)控制的可控性導(dǎo)致的低功率因數(shù)性。2-6簡(jiǎn)述不可逆PWM變換器（無(wú)制動(dòng)電流通路與有制動(dòng)電流通路）各個(gè)工作狀態(tài)下的導(dǎo)通器件和電流通路。17-182-7調(diào)速時(shí)一般以電動(dòng)機(jī)的（額定轉(zhuǎn)速）作為最高轉(zhuǎn)速。2-8（調(diào)速范圍）和（靜差率）合稱調(diào)速系統(tǒng)的（穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)）。2-8一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指（在最低轉(zhuǎn)速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍）。2-9簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性本質(zhì)。答：在閉環(huán)系統(tǒng)中，每增加（或減少）一點(diǎn)負(fù)載，就相應(yīng)地提高（或降低）一點(diǎn)電樞電壓，使電動(dòng)機(jī)在新的機(jī)械特性下工作。因此閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性本質(zhì)上就是無(wú)數(shù)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性上各取一個(gè)相應(yīng)的工作點(diǎn)連接而成的。2-10簡(jiǎn)述比例反饋控制的規(guī)律。答：比例控制的反饋控制系統(tǒng)是（被調(diào)量有靜差）的控制系統(tǒng)；反饋控制系統(tǒng)的作用是（抵抗前向通道的擾動(dòng)，服從給定）；反饋系統(tǒng)的精度依賴于（給定和反饋檢測(cè)的精度）。2-11簡(jiǎn)述積分控制規(guī)律答：積分控制能夠使系統(tǒng)在無(wú)靜差的情況下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。2-12比例調(diào)節(jié)器和積分調(diào)節(jié)器有何不同？答：比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于（輸入偏差的現(xiàn)狀），而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了（輸入偏差量的全部歷史）2-13簡(jiǎn)述比例積分控制規(guī)律。答：比例部分能（迅速響應(yīng)控制作用），積分部分則（最終消除穩(wěn)態(tài)偏差）。2-14微機(jī)控制的調(diào)速系統(tǒng)有什么特點(diǎn)？答：（信號(hào)離散化，信息數(shù)字化）。2-15旋轉(zhuǎn)編碼器分為哪幾種？各有什么特點(diǎn)？答：絕對(duì)式編碼器：常見(jiàn)語(yǔ)檢測(cè)轉(zhuǎn)角信號(hào)，若需要轉(zhuǎn)速信號(hào)，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)角微分。增量式編碼器：可直接檢測(cè)轉(zhuǎn)速信號(hào)。2-16數(shù)字測(cè)速方法有哪些精度指標(biāo)？答：（分辨率，測(cè)速誤差率）。2-17采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測(cè)速方法有（M，T，M/T）。高低全2-18為什么積分需限幅？答：若沒(méi)有積分限幅，積分項(xiàng)可能很大，將產(chǎn)生較大的退飽和超調(diào)。2-19簡(jiǎn)述帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的特點(diǎn)。答：電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻KpKsR，導(dǎo)致當(dāng)Id=Idcr時(shí)，機(jī)械特性急劇下垂；比較電壓Ucom與給定電壓Un*作用一致，相當(dāng)于把理想空載轉(zhuǎn)速提高到n0`=(KpKs(Un*+Ucom))/(Ce(1+K))。二、公式和特性1.整流電壓平均值：Ud0=(m/π)Umsin(m/π)cosα（Um/m_單相全波/三相半波/三相全波_√2U2/√2U2/√6U2/2/3/6）2.V-M調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性方程：n=(Ud0-IdR)/Ce3.晶閘管整流器最大失控時(shí)間：Tsmax=1/mf4.調(diào)速范圍定義式：D=nmax/nmin5.靜差率定義式：s=△n/n6.閉環(huán)靜特性與開(kāi)環(huán)靜特性：ncl=(Ud0cl-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/(Ce(1+K))nop=(Ud0op-IdR)/Ce=(KpKsUn*-IdR)/Ce7.調(diào)速范圍，靜差率和額定速降之間的關(guān)系式（開(kāi)環(huán)和閉環(huán)）：D_=(nN/△n_)(s/(1-s))（△ncl=△nop/(1+K)）8.轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的K定義式及表示式：K=KpKsα/Ce9.臨界開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)Kcr=(Tm(Tl+Ts)+Ts^2)/(TlTs)<K（Tl=L/R|Tm=((GD^2)R)/(375CeCm)）10.各種數(shù)字測(cè)速方法其分辨率和測(cè)速誤差率表示式：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.連續(xù)式PI算式：?u(t)=Kpe(t)+(1/τ)∫(0_t)e(t)dt12.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調(diào)速-系統(tǒng)原理圖：2.（無(wú)制動(dòng)和有制動(dòng)）直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)-電路原理圖：3.轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)-系統(tǒng)原理圖：4.轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)-靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖：5.轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)-動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：6.帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)-靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖：1.有制動(dòng)電流通路的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)各工作狀態(tài)下的電壓和電流波形：2.帶電流截止負(fù)反饋比例控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)-靜特性：第3章三、思考題3-1在恒流起動(dòng)過(guò)程中，電樞電流能否達(dá)到最大值Idm？為什么？答：不能。因?yàn)楹懔魃龠^(guò)程中，電流閉環(huán)調(diào)節(jié)的擾動(dòng)是電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，是一個(gè)線性漸增的斜坡擾動(dòng)量，而電流閉環(huán)采用的PI調(diào)節(jié)器對(duì)斜坡擾動(dòng)無(wú)法消除靜差，故Id略低于Idm。3-2由于機(jī)械原因，造成轉(zhuǎn)軸堵死，分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)。（未驗(yàn)證）答：電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn)速恒為零，在一定的給定下，偏差電壓相當(dāng)大，從而使ASR迅速達(dá)到飽和，又電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由于轉(zhuǎn)軸堵死無(wú)法提升，故ACR無(wú)法退飽和，因此系統(tǒng)處于ASR飽和狀態(tài)。3-3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，給定電壓Un*不變，增加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)α，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓Un和實(shí)際轉(zhuǎn)速n是增加、減小還是不變？（已驗(yàn)證）答：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α增加，則轉(zhuǎn)速反饋電壓Un增加，給定電壓Un*，則轉(zhuǎn)速偏差電壓減小，則ASR給定電壓Ui*減小，則控制電壓Uc減小，則轉(zhuǎn)速n減小；轉(zhuǎn)速n減小，則轉(zhuǎn)速反饋電壓Un減小，直到轉(zhuǎn)速偏差電壓為零；故穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速反饋電壓Un不變，且實(shí)際轉(zhuǎn)速n減小。3-4雙閉環(huán)直流調(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？（未經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，求姐）（1）電流反饋極性接反。（2）轉(zhuǎn)速極性接反。答：（1）由于電流環(huán)的正反饋?zhàn)饔茫姌须娏鲗⒊掷m(xù)上升，轉(zhuǎn)速上升飛快，電動(dòng)機(jī)飛車。（2）由于轉(zhuǎn)速環(huán)的正反饋?zhàn)饔?，ACR無(wú)法退飽和，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速持續(xù)恒流上升。3-5某雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，ASR、均采用PI調(diào)節(jié)器，ACR調(diào)試中怎樣才能做到Uim*=6V時(shí)，Idm=20A；如欲使Un*=10V時(shí)，n=1000rpm，應(yīng)調(diào)什么參數(shù)？答：（1）調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)β=0.3；（2）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α=0.01。3-6在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)？改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)Kn行不行？（==|||）改變電力電子變換器的放大倍數(shù)Ks行不行？改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α行不行？若要改變電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？答：一般能夠調(diào)節(jié)給定電壓。改變Kn和Ks都不行，因?yàn)檗D(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)前向通道內(nèi)的階躍擾動(dòng)均有能力克服。也能夠改變?chǔ)?，但目的一般是為了獲得更理想的機(jī)械特性。若要改變堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)β。3-7轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)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？答：輸入偏差電壓皆是零。因?yàn)橄到y(tǒng)無(wú)靜差。則ASR輸出電壓Ui*=Ui=βId=βIdL；ACR輸出電壓Uc=Ud0/Ks=見(jiàn)P62。3-8在雙閉環(huán)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)性能影響如何？答：速度調(diào)節(jié)器對(duì)階躍擾動(dòng)的靜差由0變?yōu)?/（1+Kn），或電流調(diào)節(jié)器對(duì)階躍擾動(dòng)的靜差由0變?yōu)?/（1+Kc），而對(duì)斜坡擾動(dòng)的靜差變得更大。3-9從下述五個(gè)方面來(lái)比較轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)：（1）調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性。（2）動(dòng)態(tài)限流性能。（3）起動(dòng)的快速性。（4）抗負(fù)載擾動(dòng)的性能。（5）抗電源電壓波動(dòng)的性能。答：3-10根據(jù)ASR和ACR的作用，回答（均為PIR）（已驗(yàn)證）：（1）雙閉環(huán)系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行中，如果電流反饋信號(hào)線斷開(kāi)，系統(tǒng)仍能正常工作嗎？（2）雙閉環(huán)系統(tǒng)在額定負(fù)載下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，若電動(dòng)機(jī)突然失磁，最終電動(dòng)機(jī)會(huì)飛車嗎？答：（1）穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速不變，電流減小。（2）不會(huì)飛車，而是停轉(zhuǎn)。一、能夠作為填空題或簡(jiǎn)答題的3-1為了實(shí)現(xiàn)（電流的實(shí)時(shí)控制和快速跟隨），希望電流調(diào)節(jié)器（不要）進(jìn)入飽和狀態(tài)，因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，只有（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和與不飽和兩種情況）。3-2當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和且穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓分別為（0）。3-3當(dāng)ASR輸出（達(dá)到限幅值Uim*），轉(zhuǎn)速外環(huán)呈（開(kāi)環(huán)狀態(tài)），轉(zhuǎn)速變化對(duì)轉(zhuǎn)速環(huán)（不會(huì)）產(chǎn)生影響，雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)（電流無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)）。穩(wěn)態(tài)時(shí)，Id（=）Idm。3-4電流限幅值Idm取決于（電動(dòng)機(jī)的容許過(guò)載能力和系統(tǒng)要求的最大加速度）。3-5簡(jiǎn)述采用兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)外閉環(huán)的效果。答：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，此時(shí)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm時(shí)，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽和輸出Uim*，此時(shí)電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差，起到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)作用。3-6簡(jiǎn)述ASR的退飽和條件。答：當(dāng)ASR處于飽和狀態(tài)時(shí)，若實(shí)際轉(zhuǎn)速大于給定轉(zhuǎn)速，則反饋電壓大于給定電壓，使偏差電壓小于零，則ASR反向積分，從而退飽和，返回線性調(diào)節(jié)狀態(tài)。3-7簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)速電流負(fù)反饋控制電流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程。633-8簡(jiǎn)述雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)。（飽和非線性控制；轉(zhuǎn)速超調(diào)；準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制）3-9雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能主要包括（抗負(fù)載擾動(dòng)；抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)）。3-10簡(jiǎn)述雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用。答：作為主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，使轉(zhuǎn)速快速跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)減小轉(zhuǎn)速誤差，采用PIR可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。對(duì)負(fù)載變化其抗擾作用。其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許最大電流。3-11簡(jiǎn)述雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中電流調(diào)節(jié)器的作用。答：作為內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流緊緊跟隨給定電流變化。對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用。在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過(guò)程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)最大允許電流，從而加快動(dòng)態(tài)過(guò)程。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載或堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。二、公式和特性1.P62穩(wěn)態(tài)時(shí)：Un*=Un=αn=αn0Ui*=Ui=βId=βIdLUc=Ud0/Ks=(Cen+IdR)/Ks=(Ce(Un*/α)+IdR)/Ks2.轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：α=Un*m/nm3.電流反饋系數(shù)：β=Ui*m/Idm1.轉(zhuǎn)速電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)-系統(tǒng)原理圖：2.轉(zhuǎn)速電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)-穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：3.轉(zhuǎn)速電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)-動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：1.時(shí)間最優(yōu)的理想過(guò)渡過(guò)程：2.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)靜特性：第4章一、能夠作為填空題或簡(jiǎn)答題的4-1直流PWM可逆調(diào)速系統(tǒng)中當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，電樞電壓瞬時(shí)值（）零，是（正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓），故（電流也是交變的），稱為（高頻微振電流），其平均值為（），不能產(chǎn)生（平均轉(zhuǎn)矩）。4-2高頻微振電流對(duì)電機(jī)有何影響？答：消除電機(jī)正反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起動(dòng)力潤(rùn)滑作用。同時(shí)也增大了電機(jī)的損耗。二、公式和特性1.雙極式控制可逆PWM變換器輸出電壓平均值：Ud=(2ton/T-1)Us1.調(diào)速系統(tǒng)四象限運(yùn)行-示意圖：2.橋式可逆PWM變換器電路-原理圖：3.橋式可逆PWM調(diào)速系統(tǒng)主電路-原理圖：第5章5-1對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，為什么調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速范圍不大？電機(jī)機(jī)械特性越軟調(diào)速范圍越大嗎？答：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時(shí)，普通籠型異步電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速時(shí)的穩(wěn)定工作范圍為0<s<sm，sm本來(lái)就不大，因此調(diào)速范圍也不大。降壓調(diào)速時(shí)，機(jī)械特性變軟，但sm不變，故調(diào)速范圍不變。5-2異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，為何要電壓協(xié)調(diào)控制？在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定是否可行？為何在基頻以下時(shí)，采用恒壓頻比控制，而在基頻以上保持電壓恒定？答：因?yàn)槎ㄗ与妷侯l率變化時(shí)，將導(dǎo)致氣隙磁通變化，影響電動(dòng)機(jī)工作。在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，若保持電壓恒定，則在基頻以上時(shí)，氣隙磁通將減少，電動(dòng)機(jī)將出力不足；而在基頻以下時(shí)，氣隙磁通將增加，由于磁路飽和，勵(lì)磁電流將過(guò)大，電動(dòng)機(jī)將遭到破壞。因此保持電壓恒定不可行。在基頻以下時(shí)，若保持電壓不變，則氣隙磁通增加，由于磁路飽和，將使勵(lì)磁電流過(guò)大，破壞電動(dòng)機(jī)，故應(yīng)保持氣隙磁通不變，即保持壓頻比不變，即采用恒壓頻比控制；而在基頻以上時(shí)，受繞組絕緣耐壓和磁路飽和的限制，電壓不能隨之升高，故保持電壓恒定。5-3異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，基頻以下和基頻以上分別屬于恒功率還是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式？為什么？所謂恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，是否指輸出功率或轉(zhuǎn)矩恒定？若不是，那么恒功率和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速究竟是指什么？答：在基頻以下調(diào)速，采用恒壓頻比控制，則磁通保持恒定，又額定電流不變，故允許輸出轉(zhuǎn)矩恒定，因此屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。在基頻以下調(diào)速，采用恒電壓控制，則在基頻以上隨轉(zhuǎn)速的升高，磁通將減少，又額定電流不變，故允許輸出轉(zhuǎn)矩減小，因此允許輸出功率基本保持不變，屬于恒功率調(diào)速方式。恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式并不是指輸出功率或輸出轉(zhuǎn)矩恒定，而是額定電流下允許輸出的功率或允許輸出的轉(zhuǎn)矩恒定。5-4基頻以下調(diào)速能夠是恒壓頻比控制，恒定子磁通φms、恒氣隙磁通φm和恒轉(zhuǎn)子磁通φmr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)。答：恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，其機(jī)械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能滿足一般調(diào)速要求，低速時(shí)需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。恒定子磁通φms、恒氣隙磁通φm和恒轉(zhuǎn)子磁通φmr的控制方式均需要定子電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。恒定子磁通φms和恒氣隙磁通φm的控制方式雖然改進(jìn)了低速性能，但機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。恒轉(zhuǎn)子磁通φmr控制方式能夠獲得和直流她勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能最佳。5-5常見(jiàn)的交流PWM有三種控制方式，分別為SPWM、CFPWM和SVPWM，論述它們的基本特征及各自的優(yōu)缺點(diǎn)。答：略。5-6分析CFPWM控制中，環(huán)寬h對(duì)電流波動(dòng)與開(kāi)關(guān)頻率的影響。答：略。5-7三相異步電動(dòng)機(jī)Y聯(lián)結(jié)，能否將中性點(diǎn)與直流側(cè)參考點(diǎn)短接？為什么？答：不宜。因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行時(shí)其中性點(diǎn)可能會(huì)有不平衡電流流過(guò)。5-8當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)由正弦對(duì)稱電壓供電，并達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，能夠定義電壓相量U、電流相量I等，用于分析三相異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作狀態(tài)，5.4.5節(jié)定義的空間矢量us、is與相量有何區(qū)別？在正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)，兩者有何聯(lián)系？答：空間矢量位置固定（如空間矢量uAO固定在A相繞組軸線上），但大小隨時(shí)間變化；而相量大小是不變的（如有效值相量其大小即為穩(wěn)態(tài)時(shí)的有效值），但位置隨相角變化。穩(wěn)態(tài)時(shí)，空間矢量相當(dāng)于一種相角固定的瞬時(shí)值相量。5=9采用SVPWM控制，用有效工作電壓矢量合成期望的輸出電壓，由于期望輸出電壓矢量是連續(xù)可調(diào)的，因此，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E能夠是圓，這種說(shuō)法是否正確？為什么？答：不正確。盡管期望輸出電壓矢量是連續(xù)的，然而其作用時(shí)間是斷續(xù)的，因此定子磁鏈?zhǔn)噶恐荒苁菙嗬m(xù)的。5-10總結(jié)轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的控制規(guī)律，若Us=f（ω1，Is）設(shè)置不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生什么影響？一般說(shuō)來(lái)，正反饋系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，而轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)具有正反饋的內(nèi)環(huán)，系統(tǒng)卻能穩(wěn)定，為什么？答：一、能夠作為填空題或簡(jiǎn)答題的5-1簡(jiǎn)述矢量控制的基本思想。答：將逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，以在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為目標(biāo)來(lái)控制變頻器工作。5-2異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，基頻以下調(diào)速采用（恒壓頻比）控制，稱為（恒轉(zhuǎn)矩）調(diào)速；基頻以上采用（保持電壓不變）控制，稱為（近似的恒功率調(diào)速）。為什么？略5-3六拍式逆變器控制的異步電動(dòng)機(jī)正六邊形定子磁鏈的大小與（直流側(cè)電壓Ud）成正比，而與（電源角頻率）成反比。在基頻以下調(diào)速時(shí)，應(yīng)（保持正六邊形定子磁鏈的最大值恒定）。若直流側(cè)電壓Ud恒定，則ω1越小時(shí)，△t越大，勢(shì)必導(dǎo)致（|Ψs（k）|）增大。因此，要保持正六邊形定子磁鏈不變，必須使Ud/ω1為常數(shù)，這意味著在變頻的同時(shí)必須調(diào)節(jié)直流電壓Ud，造成了控制的復(fù)雜性。有效的方法是（插入零矢量）。5-4簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想。答：保持（氣隙磁通φm不變）的前提下，經(jīng)過(guò)控制（轉(zhuǎn)差頻率ωs）來(lái)控制（轉(zhuǎn)矩）。5-5轉(zhuǎn)差頻率控制變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)過(guò)（最大轉(zhuǎn)差頻率）間接限制（了最大的允許電流）。5-6與直流調(diào)速系統(tǒng)相似，轉(zhuǎn)差頻率控制變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程分為（轉(zhuǎn)矩上升）（恒轉(zhuǎn)矩、升速）與（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)）三個(gè)階段：在恒轉(zhuǎn)矩升速階段，（ASR）不參與調(diào)節(jié)，相當(dāng)于（轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)），在正反饋內(nèi)環(huán)作用下，保持（加速度恒定）；轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR（退出飽和），進(jìn)入（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段），最后達(dá)到穩(wěn)態(tài)。5-7簡(jiǎn)述轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程。答：轉(zhuǎn)矩上升階段：恒轉(zhuǎn)矩升速階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：二、公式和特性1.公式略1.異步電動(dòng)機(jī)等效電路圖：2.交-直-交電壓源型PWM變頻器主電路：（各個(gè)元件作用需知）3.轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)-系統(tǒng)原理圖：4.轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)-系統(tǒng)原理圖：1.異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性：2.異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串阻調(diào)速機(jī)械特性：3.異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速機(jī)械特性：4.異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速控制特性：第6章一、能夠作為填空題或簡(jiǎn)答題的6-1異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個(gè)（高階、非線性、強(qiáng)耦合）的（多變量）系統(tǒng)。6-2異步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型由（磁鏈方程、電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程、運(yùn)動(dòng)方程）組成。6-3異步電動(dòng)機(jī)每個(gè)繞組的磁鏈?zhǔn)牵ㄗ愿写沛湥┖停ɑジ写沛湥┲汀?-4繞組間的互感分為哪幾類？答：定子三相彼此之間和轉(zhuǎn)子三相彼此之間的互感，因其位置固定，故為常值。定子任一相與轉(zhuǎn)子任一相之間的互感，因其相對(duì)位置變化，故為（角位移）的函數(shù)。6-5為什么說(shuō)異步電動(dòng)機(jī)的三相原始數(shù)學(xué)模型不是物理對(duì)象最簡(jiǎn)潔的描述？答：由異步電動(dòng)機(jī)三相數(shù)學(xué)模型的約束條件（。。。）可知，對(duì)于無(wú)中性線Y/Y聯(lián)結(jié)繞組的電動(dòng)機(jī)，三相變量中只有兩相是獨(dú)立的。6-6不同坐標(biāo)系中電動(dòng)機(jī)模型等效的原則是：（在不同坐標(biāo)下繞組所產(chǎn)生的合成磁動(dòng)勢(shì)相等）6-7三相繞組能夠用（互相獨(dú)立的兩相正交對(duì)稱繞組）等效代替，等效的原則是（）。6-8坐標(biāo)變換有（3/2變換及其反變換）和（2r/2s變換及其反變換）。6-9異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換簡(jiǎn)化其數(shù)學(xué)模型時(shí)，若以靜止正交坐標(biāo)為變換方向，定轉(zhuǎn)子繞組的變換方式有何不同？答：異步電動(dòng)機(jī)定子繞組是靜止的，因此只要進(jìn)行（3/2變換）即可，而轉(zhuǎn)子繞組是旋轉(zhuǎn)的，因此必須經(jīng)過(guò)（3/2變換）及（2r/2s變換），才能變換到（靜止兩相正交坐標(biāo)系）。6-10（3/2變換）將（按2π/3分布的三相繞組）等效為（互相垂直的兩相繞組），消除了（定子三相繞組間）以及（轉(zhuǎn)子三相繞組間）的相互耦合，減小了狀態(tài)變量的維數(shù)，簡(jiǎn)化了定轉(zhuǎn)子的自感矩陣。6-11（2r/2s變換）將（相對(duì)運(yùn)動(dòng)的定轉(zhuǎn)子繞組）等效為（相對(duì)靜止的等效繞組），消除了（定轉(zhuǎn)子繞組間夾角對(duì)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響）。6-12（2r/2s變換）將非線性耦合矛盾從磁鏈方程轉(zhuǎn)移到電壓方程，沒(méi)有改變對(duì)象的（非線性耦合程度。）6-13（2s/2r變換）是用（旋轉(zhuǎn)繞組）代替（原來(lái)靜止的定子繞組），并使等效的轉(zhuǎn)子繞組與等效的定子繞組（重合），且保持（嚴(yán)格同步），等效后定轉(zhuǎn)子繞組間（不存在）相對(duì)運(yùn)動(dòng)。6-14（靜止正交坐標(biāo)系動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型）—>（旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型）轉(zhuǎn)速為（）。6-15旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的優(yōu)點(diǎn)在于（增加了一個(gè)輸入量ω1，提高了系統(tǒng)控制的自由度）。二、公式和特性1.異步電動(dòng)機(jī)三相動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型：磁鏈方程+電壓方程+轉(zhuǎn)矩方程+運(yùn)動(dòng)方程+約束條件：習(xí)題解答（供參考）習(xí)題二2.2系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1000~100，要求靜差率s=2%，那么系統(tǒng)允許的靜差轉(zhuǎn)速降是多少？解：系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為。2.3某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為，最低轉(zhuǎn)速特性為，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問(wèn)系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少？解：1）調(diào)速范圍(均指額定負(fù)載情況下）

2)靜差率2.4直流電動(dòng)機(jī)為PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=1430r/min，Ra=0.023Ω。相控整流器內(nèi)阻Rrec=0.022Ω。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求s=20%時(shí)，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果s=30%時(shí)，則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？？解：2.5某龍門(mén)刨床工作臺(tái)采用V-M調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動(dòng)機(jī)，主電路總電阻R=0.18Ω,Ce=0.2V?min/r,求：（1）當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為多少？（2）開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率多少？（3）若要滿足D=20,s≤5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落又為多少?解：(1)(2)(3)2.6有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，已知給定電壓、比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù)、晶閘管裝置放大系數(shù)、反饋系數(shù)γ=0.7。求：（1）輸出電壓；（2）若把反饋線斷開(kāi)，為何值？開(kāi)環(huán)時(shí)的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍？（3）若把反饋系數(shù)減至γ=0.35，當(dāng)保持同樣的輸出電壓時(shí)，給定電壓應(yīng)為多少？解：（1）(2),開(kāi)環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍(3)2.7某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500r/min~150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率，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？解：1）2）2.8某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為15時(shí)，額定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)的速降為8r/min，如果將開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)提高到30，它的速降為多少？在同樣靜差率要求下，調(diào)速范圍能夠擴(kuò)大多少倍？解：如果將開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)提高到30,則速降為：在同樣靜差率要求下，D能夠擴(kuò)大倍2.9有一V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)參數(shù)PN=2.2kW,UN=220V,IN=12.5A,nN=1500r/min，電樞電阻Ra=1.5Ω，電樞回路電抗器電阻RL=0.8Ω，整流裝置內(nèi)阻Rrec=1.0Ω,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率S<=10%。（1）計(jì)算開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降Δnop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降Δncl。（2）采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫(huà)出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。（3）調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)Un*=15V時(shí)，Id=IN，n=nN，則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)α應(yīng)該是多少？（4）計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。解：（1）因此，（2）（3）（4）能夠求得，也能夠用粗略算法：，，2.10在題2.9的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉(zhuǎn)電流，臨界截止電流，應(yīng)該選用多大的比較電壓和電流反饋采樣電阻？要求電流反饋采樣電阻不超過(guò)主電路總電阻的1/3,如果做不到，需要增加電流反饋放大器，試畫(huà)出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并計(jì)算電流反饋放大系數(shù)。這時(shí)電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多少？解：（1），，（2）由于需要的檢測(cè)電阻值大，說(shuō)明要求的電流信號(hào)值也大。要同時(shí)滿足檢測(cè)電阻小和電流信號(hào)大的要求，則必須采用放大器，對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行放大。為此，

取，則（3）當(dāng)時(shí)，有當(dāng)n=0時(shí)，2.11在題2.9的系統(tǒng)中，若主電路電感L=50mH，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題2-9要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行？如要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開(kāi)環(huán)放大系數(shù)是多少？解：，，，可見(jiàn)與前面的K>35.955相矛盾，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，K最大為30.52。2.12有一個(gè)晶閘-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)：，，，r/min，=1.5Ω，整流裝置內(nèi)阻=1Ω,電樞回路電抗器電阻=0.8Ω，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。(1)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)工作時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍時(shí)的靜差率值。(2)當(dāng)，時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。(3)如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求，，在時(shí)，，計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù)。解：（1）（2）（3）2.13旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)1024，倍頻系數(shù)4，高頻時(shí)鐘脈沖頻率，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)均采用16位計(jì)數(shù)器，M法測(cè)速時(shí)間為0.01s，求轉(zhuǎn)速和時(shí)的測(cè)速分辨率和誤差率最大值。解：（1）M法：分辨率最大誤差率：時(shí)，時(shí)，時(shí)，時(shí)，可見(jiàn)M法適合高速。（2）T法：分辨率：時(shí)，時(shí)，最大誤差率：，，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，時(shí)，時(shí)，可見(jiàn)T法適合低速習(xí)題三3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的ASR和ACR均為PI調(diào)節(jié)器，設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓=15V，=1500r/min，=20A，電流過(guò)載倍數(shù)為2，電樞回路總電阻=2Ω，=20，=0.127V·min/r，求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在=5V，=10A時(shí)，系統(tǒng)的、、、和各為多少？（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，和各為多少？解：(1)（2）堵轉(zhuǎn)時(shí)，，3.2在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR，ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù)：電動(dòng)機(jī)：=3.7kW，=220V，=20A，=1000r/min,電樞回路總電阻=1.5Ω,設(shè)=8V，電樞回路最大電流=40A,電力電子變換器的放大系數(shù)=40。試求：（1）電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的值。解:1）

2)這時(shí)：

，ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。

3.3在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器ASR，ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR輸出達(dá)到=8V時(shí)，主電路電流達(dá)到最大電流80A。當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時(shí)，試問(wèn)：（1）應(yīng)如何變化？（2）應(yīng)如何變化？（3）值由哪些條件決定？解:1)

因此當(dāng)電流從40A70A時(shí)，應(yīng)從4V7V變化。2)要有所增加。

3)取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因?yàn)?/p>

3.5某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型I型系統(tǒng)。已知時(shí)間常數(shù)T=0.1s,要求階躍響應(yīng)超調(diào)量≤10％。系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益。計(jì)算過(guò)渡過(guò)程時(shí)間和上升時(shí)間；繪出開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間<0.25s,則K=?，％=?解：取系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益：上升時(shí)間過(guò)度過(guò)程時(shí)間：（3）如要求，查表3-1則應(yīng)取,這時(shí),超調(diào)量=16.3%。3.6有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為，要求設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量％≤5％（按線性系統(tǒng)考慮）。試對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：按典型=1\*ROMANI型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選。選I調(diào)節(jié)器，校正后系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為，已選KT＝0.5,則K＝0.5/T=50,因此，積分調(diào)節(jié)器：。3.7有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為，要求校正為典型Ⅱ型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量％≤30％（按線性系統(tǒng)考慮）。試決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：應(yīng)選擇PI調(diào)節(jié)器，，對(duì)照典型Ⅱ型系統(tǒng)，，滿足設(shè)計(jì)要求。這樣，3.8在一個(gè)由三相零式晶閘管整流裝置供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，已知電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：kW,V,A,r/min,電動(dòng)勢(shì)系數(shù)=0.196V·min/r,主回路總電阻=0.18Ω,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)=35。電磁時(shí)間常數(shù)=0.012s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)=0.12s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.0025s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.015s。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓(Un*)N=10V,調(diào)節(jié)器ASR，ACR飽和輸出電壓Uim*=8V,Ucm=6.5V。系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)為:穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差,調(diào)速范圍D=10,電流超調(diào)量≤5%,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量≤10%。試求：（1）確定電流反饋系數(shù)β(假設(shè)起動(dòng)電流限制在以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α。（2）試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR,計(jì)算其參數(shù)Ri,、Ci、COi。畫(huà)出其電路圖,調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R0=40。（3）設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,計(jì)算其參數(shù)Rn、Cn、COn。(R0=40kΩ)（4）計(jì)算電動(dòng)機(jī)帶40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn。（5）計(jì)算空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。解：（1）（2）電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)?，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器，,電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:，。校驗(yàn)等效條件：可見(jiàn)滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選,則：, 取9K.由此（3）速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù):因?yàn)閯t速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無(wú)靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器，,速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：校驗(yàn)等效條件：可見(jiàn)滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)(空載Z=0）轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)不符合要求。因此需重新設(shè)計(jì)。查表，應(yīng)取小一些的h，選h=3進(jìn)行設(shè)計(jì)。按h=3，速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定如下：校驗(yàn)等效條件：可見(jiàn)滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)符合要求。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選,則,取310K。4)40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí):5)空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間是：(書(shū)上無(wú)此公式）僅考慮起動(dòng)過(guò)程的第二階段。因此：3.10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)為：PN=500kW，UN=750V，IN=760A，nN=375r/min，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=1.82V·min/r,電樞回路總電阻R=0.14Ω,允許電流過(guò)載倍數(shù)λ=1.5,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=75,電磁時(shí)間常數(shù)=0.031s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)=0.112s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.002s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.02s。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓Unm*=Uim*=Unm=10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40kΩ。設(shè)計(jì)指標(biāo):穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量≤5%，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量≤10%。電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì),并取參數(shù)KT=0.5。（1）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),并計(jì)算其參數(shù)。（2）計(jì)算電流環(huán)的截止頻率和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率，并考慮它們是否合理?解：（1）電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：確定時(shí)間常數(shù)：電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)棣?≤5%，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器，WACR(s)=Ki(τis+1)/τis，Tl/T∑i=0.031/0.00367=8.25<10電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：τi=Tl=0.031s，KIT∑i=0.5，KI=0.5/T∑i=136.24s-1校驗(yàn)等效條件：ωci=KI=136.24s-1可見(jiàn)滿足近似等效條件。電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K，則取36K速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/KI：因?yàn)镵IT∑i=0.5則1/KI=2T∑i=2*0.00367=0.00734sb)Ton=0.02sc)T∑n=1/KI+Ton=0.00734+0.02=0.02734s速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無(wú)靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器，WASR(s)=Kn(τns+1)/τns速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：τn=hT∑n，選h=5，則τn=hT∑n=0.1367s,KN=(h+1)/（2h2T2∑n）=6/2*25*0.027342=160.54s-2

Kn=(h+1)βCeTm/（2hαRT∑n）=6*0.00877*1.82*0.112/2*5*0.0267*0.14*0.02734=10.5校驗(yàn)等效條件：ωcn=KN/ω1=KNτn=160.54*0.1367=21.946s-2a)1/3(KI/T∑i)1/2=1/3(136.24/0.00367)1/2=64.22s-1>ωcnb)1/3(KI/Ton)1/2=1/3(136.24/0.02)1/2=27.51s-1>ωcn可見(jiàn)滿足近似等效條件。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K，則Rn=Kn*R0=10.5*40=420K由此Cn=τn/Rn=0.1367/420*103=0.325μF取0.33μFC0n=4T0n/R0=4*0.02/40*103=2μF2)電流環(huán)的截止頻率是：ωci=KI=136.24s-1

速度環(huán)的截止頻率是：ωcn=21.946s-2從電流環(huán)和速度環(huán)的截止頻率能夠看出，電流環(huán)比速度環(huán)要快，在保證每個(gè)環(huán)都穩(wěn)定的情況下，再求系統(tǒng)的快速性，充分體現(xiàn)了多環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。3.11在一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)V-M系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。（1）在此系統(tǒng)中,當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)最大值Unm*=15V時(shí),n=nN=1500r/min;電流給定信號(hào)最大值Uim*=10V時(shí),允許最大電流Idm=30A,電樞回路總電阻R=2Ω,晶閘管裝置的放大倍數(shù)Ks=30,電動(dòng)機(jī)額定電流IN=20A,電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.128V·min/r。現(xiàn)系統(tǒng)在Un*=5V,Idl=20A時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=?ACR的輸出電壓Uc=?（2）當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運(yùn)行時(shí),電動(dòng)機(jī)突然失磁(=0),系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?試分析并說(shuō)明之。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來(lái),則穩(wěn)定后n=?Un=?Ui*=?Ui=?Id=?Uc=?（3）該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì),且按Mrmin準(zhǔn)則選擇參數(shù),取中頻寬h=5,已知轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)T∑n=0.05s,求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù),并計(jì)算出放大系數(shù)及