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第一章闭环控制的直流调速系统

第一节可控直流电源—电动机系统——暨直流驱动单元

1．对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以（调节电枢供电电压）的方式为最好。改变（电阻）只能有级调速；减弱（磁通）虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。

因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。 2．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。

3．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。

4．简称为G-M 的系统，具有四象限连续运行的功能，国际上通称Ward-Leonard 系统。 5．晶闸管-电动机调速系统（简称V-M 系统），图中VT 是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控制电压 U c 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压U do ，从而实现平滑调速。

6．用触发脉冲的相位角（控制角）α 控制整流电压的平均值U d0是晶闸管整流器的特点。U d0

与触发脉冲相位角（控制角） α 的关系因整流电路的形式而异；不同整流电路的整流电压值

7．在V-M 系统中，脉动电流会产生脉动的转矩，对生产机械不利，同时也增加电机的发热。为了避免或减轻这种影响，须采用抑制电流脉动的措施，主要是：

? 设置平波电抗器； ? 增加整流电路相数； ? 采用多重化技术。 8．平波电抗器的计算

? 单相桥式全控整流电路min

.2d I U L = ? 三相半波整流电路min

.1d I U L = ? 三相桥式整流电路min

693

.0d I U L = 9．晶闸管触发与整流装置动态结构：考虑到 T s 很小，可忽略高次项，则传递函数便近似成一阶惯性环节

整流电路单相全波三相半波

三相全波

六相半波

U m 22U * 22U 26U 22U

m 2

3 6 6

U d0

αcos 9.02U

αcos 17.12U αcos 34.22U αcos 35.12U

)()()(+??==

s T K s U s U s W S S ct do S

9．脉冲宽度调制（PWM ）变换器的作用是：用PWM 调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、幅值一定、宽度可变的脉冲电压系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。

10．采用脉冲宽度调制（PWM ）的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器——直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即直流PWM —M 调速系统

11．可逆PWM 变换器——直流电动机的主电路有多种形式，最常用的是桥式，也称为H 形主电路。

12．H 形主电路的PWM —M 系统，电路中A 、B 两点间电压的极性随开关器件栅极驱动电压极性的变化而改变，其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，现代最常用的是双极式控制的可逆PWM 变换器—电动机系统。

13．双极式控制可逆PWM 变换器的输出平均电压为

2)12(-===-=--=

ργγ

则：设调压系数：如果设占空比：S do on

S on S on S on do U U

T t U T

t U T t T U T t U 14．双极式控制可逆PWM 变换器—电动机系统即PWM ——M 系统调速时， ρ 的可调范围为0~1， –1<γ <+1。 ? 当ρ >0.5时， γ 为正，电机正转； ? 当ρ <0.5时， γ 为负，电机反转； ? 当ρ = 0.5时， γ = 0 ，电机停止。

15．双极式控制方式的不足之处是：在工作过程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间应设置逻辑延时环节。

16．对于PWM 变换器—电动机系统中的滤波电容，其作用除滤波外，还有当电机制动时吸收运行系统动能的作用。由于直流电源靠二极管整流器供电，电机制动时不可能回馈电能，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”

电力电子器件的耐压限制着最高泵升电压，因此电容量就不可能很小，一般几千瓦的调速系统所需的电容量达到数千微法。

在大容量或负载有较大惯量的系统中，为了限制电容器过高的泵升电压，这时，可以采用下图中的镇流电阻R b 来消耗掉部分动能。分流电路靠开关器件 VTb 在泵升电压达到允许数值时接通。

整流电路形式最大失控时间 T smax （ms ）平均失控时间 T s （ms ）单相半波单相桥式（全波）

三相半波三相桥式、六相半波

20 10 6.67 3.33 10 5 3.33 1.67

第二节单闭环直流调速系统

17．对于调速系统的转速控制的基本要求有以下三个方面

（1）调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或平滑地（无级）调节转速；

（2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；

（3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳。

18．某直流调速系统电动机额定转速为1430 r/min ，额定速降 ?n N = 115r/min ，当要求静差率30%时，允许多大的调速范围？如果要求静差率20%，则调速范围是多少？如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？

解：

35701153

014301%30。。。）（时：要求=??=-??=

=S n S n D S N N

13801152

014301%20。。。）（时：要求=??=-??=

=S n S n D S N

%6444460115

101430115

1010。。时，静差率：希望==?+?=??+??=

=N N N n D n n D S D

19．[2-2；1。4]调速系统的调速范围是1000~100 r/min ，要求静差率S =2%，那麽系统允许的稳态转速降是多少？

解：

ｒ／ｍｉｎ

。）（则：；根据给定条件：041298102

1000110100

1000

=??=-?=?==

S D S n n D N N

20．[2-3；1。5] 某一调速系统，在额定负载下，最高转速为n 0max =1500r/min ，最低转速为

n 0min =150r/min ，带额定负载时的速度降落m in /15r n N =?，且在不同转速下额定速降不变，试问系统的调速范围有多大？系统的静差率是多少？

解：

101015

1114851511%1010150

1115

15015

1500max 0min 0min 0max 0==?+?=??+?-??====?=

=--=?-?-=

。）（或：；。根据静差率的定义，；

根据给定条件，N N N N N N n D n n n D S n n S n n n n D

21．[2-4；1。6] 直流电动机：

m in /1430,023.0,378,220,74r n R A I V U kW P N a N N N =Ω====

晶闸管整流器内阻Ω=022.0S R

系统采用降压调速，当生产机械要求静差率S =20%，求系统的调速范围有多大？如果要求静差率S =30%，则系统的调速范围又有多大？

解：

57011530

1430%301

38011520

1430%2011151477

0045

0378/1477014300230378220。；要求。；要求）

（。。。。速度降落：

首先求取额定负载下的=??===??=

=-??=

=?=?=

?=?-=-=∑D S D S S n S

n D rpm C R I n rpm

V n R I U C N N e N Nop N a N N e

22---1．[例题]

某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW 、220V 、

305A 、1000r/min ，采用V-M 系统，主电路总电阻Ω=∑18.0R ，电动机电动势系数rpm V Ce /2.0=。如果要求调速范围 D = 20，静差率5%，采用开环调速能否满足？若要满足这个要求，系统的额定速降最多能有多少？

解：

min

/63295

205

10001%

808.06490

5490

5.2742010005.274202019

.0955.27451000%515.2742

018

0305/20r S D S n n n D n n D S D D S S n S n D rpm C R I n rpm C N cl N N N N N N e N Nop e 。）（要求反馈：，满足这个要求需要负开环系统不能满足要求则要求；要求）

（。。。速度降落：首先求取额定负载下的=??=-??=

?===?+?=??+??===??==-??=

=?=?=?=∑

22---2。[2-5；1.7] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M 系统，已知电动机额定数据如下：

Ω======∑180/2.0m in;/1000,305,220,60。；R rpm V C r n A I V U kW P e N N N N 。求：

⑴ 当电流连续时，在额定负载下的转速降落

⑵ 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率

⑶ 额定负载下的转速降落为多少，才能满足D = 20，静差率S ≤5%的要求解：

min

/63295

205

10001%52121505

274100052745.2742

018

0305/200r S D S n n ⑶n n n n n ⑵S rpm C R I n ⑴rpm

C N cl N N N N N N e N Nop e 。）（要求馈：

满足这个要求需要负反。。。。。。。速度降落：首先求取额定负载下的=??=-??=

?==+=?+?=?=

=?=?=?=∑ 22---3。[尔例2-1——2-2] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M 系统，

已知电动机额定数据如下：

Ω======∑180/2.0m in;/1000,305,220,60。；R rpm V C r n A I V U kW P e N N N N 。

且已知晶闸管与触发装置的放大倍数，30=S K 转速负反馈系数rpm V /015.0=α

为满足D = 20，静差率S ≤5%的要求：⑴ 开环系统能否满足要求？⑵ 接成转速负反馈单闭环系统，为满足要求，计算放大器的电压放大系数！

解：

94.45015

.0302

.04.1034

.103163

.25.2741min

/63。295

205

1000）1（要求馈：

满足这个要求需要负反%5%5。21215。05

。27410005。2745.2742

。018

。0305/2。0速度降落：首先求取额先求取额定0=??=?=

=-=-??=

=??=-??=??==+=?+?=?=

=?=?=?=--∑αS e P cl

N op N N cl N N N N N N e N Nop e K KC K n n K r S D S n n ⑶n n n n n ⑵S rpm C R I n ⑴rpm

C 不能满能满足

22---4。[尔例2-1——2-2——2-3] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M 系统，已知电动机额定数据如下：

Ω======∑180/2.0m in;/1000,305,220,60。；R rpm V C r n A I V U kW P e N N N N 。

且已知晶闸管与触发装置采用三相桥式电路，放大倍数，30=S K 转速负反馈系数

rpm V /015.0=α，电枢回路总电感m H 6.21=∑L ，整个系统的飞轮惯量22Nm 78=GD

为满足D = 20，静差率S ≤5%的要求： (1) 开环系统能否满足要求？

(2) 接成转速负反馈单闭环系统，为满足要求，计算放大器的电压放大系数！ (3) 判断系统的稳定性解：

K T T T T T T K s T s C R GD T s R L T K KC K n n K r S D S n n n n n n n S rpm C R I n rpm C cr l S l m S m cr S e m l S e P cl N op N N cl N N N N N N e N Nop e ?=++=++===???=?====

=??=?=

=-=-??==??=-??=??==+=?+?=?=

=?=?=?=∑∑∑--∑67012

.000167.0012.0098.000167.0098.000167.0098.02.055.937518.07855.9375012.018

.000216.0)4(94.45015

.0302

.04.1034

.103163.25.2741min

/63。295

205

1000）1（要求馈：

满足这个要求需要负反)3(不能满能满足

%5%5。21215。05

。27410005。274)2(5.2742

。018

。0305)1(/2。0速度降落：首先求取额先求取额定2

220判断系统断系统的αΘ

22---5。[参李]已知转速负反馈单闭环系统参数：电动机额定数据：

Ω======∑10/12.0m in;/1750,226,220,45。；R rpm V C r n A I V U kW P e N N N N 。

且已知晶闸管与触发装置采用三相桥式电路，放大倍数，36=S K 转速负反馈系数

rpm V /006.0=α，为满足D = 10，静差率S ≤0。05%的要求，进行静态计算：Kop 、Kp 。

解：

817

.1012

.0/006.03647

.19/47.1912

.933

.188133.18812.01

.02262.995.01005

.01750)

1(=?=

=-=-??==?=

?=?=??=

-?=?--∑--e

S P cl

N op N op e

N op N N cl N C K K

K n n K C R I n rpm s D s n n α

23．根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。

调速系统中由负载引起的的转速降落是转速偏差，显然，引入转速闭环负反馈将使调速系统应该能够大大减少转速降落。

24．闭环调速系统可以获得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，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。

25．在反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安装一台测速发电机 TG ，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压U n ，与给定电压 U *n 相比较后，得到转速偏差电压 ?U n ，经过放大器 A ，产生电力电子变换器UPE 的控制电压U c ，用以控制电动机转速 n 。

26．转速负反馈单闭环有静差直流调速系统中各环节的稳态关系如下：

U C R I U C E n U K U U K U U U U fn e

dL d e a ct S d n P ct fn

n n ?=?-==?=??=-=?∑

α测速反馈环节：：调速系统开环机械特性可控调压装置：—调节器：—放大器电压比较环节：00*

27．转速负反馈单闭环有静差直流调速系统的静特性方程式

cl e S P e dL e S P e n S P n n C K K C R I C K K C U K K n ?-=+?-

+=∑

)/1()/1(αα

S P OP Ncl cl OP e N OP e nm S P Ncl

C K K K n n K C R I K C U K K n /)

1()1(0*

α=?-=+?-

+=∑

28．闭环系统静性可以比开环系统机械特性硬得多

OP cl OP

cl Ncl Nop OP OP

Nop Ncl D K D K S S n n K K n n )1(11

;

1+=+=

-??=+?=?

29．采用比例放大器（调节器），使得闭环系统的开环放大系数K OP 值越大，系统的稳态性能越好。然而，K O p =常数，稳态速差就只能减小，却不可能消除。只有 K OP = ∞，才能使 ?n c l = 0，而这是不可能的。因此，这样的调速系统叫做有静差调速系统。实际上，这种系统正是依靠被调量的偏差进行控制的。

30．系统中，除给定信号外，作用在控制系统各环节上的一切会引起输出量变化的因素都叫做“扰动作用”。

30-1．[2-7；2。1] 转速闭环调速系统的调速范围是1500~150 r/min ，要求静差率S ≤5%，那麽系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100 r/min ，则闭环系统的开环放大倍数是多少？

解：

.11189.7100189.795105

15001101501500

=-=-??==??=-?=?==

Ncl Nop OP N Ncl n n K S D S n n D ｒ／ｍｉｎ）（则：；根据给定条件：

30-2．[2-7；2。1] 转速闭环调速系统的调速范围是1500~150 r/min ，要求静差率S ≤2%，那

麽系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100 r/min ，则闭环系统的开环放大倍数是多少？

解：

6797

.31106.3100106.398102

15001101501500

=-=-??==??=-?=?==

Ncl Nop OP N Ncl n n K S D S n n D ｒ／ｍｉｎ）（则：；根据给定条件：

31．为了解决反馈闭环调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢

电流的环节。

根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，使电流不超过允许值或能够保持设定值而基本不变。

具体实施方案：采用电流截止负反馈或转速-电流双闭环控制系统。

32．对于一个自动控制系统来说，稳定性是它能否正常工作的首要条件，是必须保证的。对于

转速负反馈单闭环有静差直流调速系统，存在临界放大系数 K cr,当 K OP ≥ K cr 时，系统将不稳定；

OP l S

l m S m S l S S l m cr K K T T T T T T T T T T T T K ?+

+=?++=2)( 33．[例题] 晶闸管可控整流器供电的V-M 系统。已知数据如下：

电动机：m in /1000,5.0,55,220,10r n R A I V U kW P N a N N N =Ω====

晶闸管可控整流器：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y 联结，二次线电压 U 2l = 230V ，

电压放大系数 K S = 44；电枢回路总电阻：R = 1.0Ω；测速发电机：永磁式，额定数据为23.1W ，110V ，0.21A ，1900r/min ；若生产机械要求调速范围D =10，静差率5%，试计算调速系统的稳态参数

解：

rpm C R I n rpm V n R I U C r s D s n n e N Nop N a N N e N Ncl 7.2851925

.01

55/1925.010005.055220min

/26.595

105

1000)1(=?==

?=?-=-==??=-?=?∑

.20/01158

.03.53126

.57

.2851==

==-=

-??=

S OP

P Ncl

Nop OP C K K K ※n n K αα

33-1．[2-9；2。5] 晶闸管可控整流器供电的V-M 系统。已知数据如下：电动机：m in /1500,5.1,5.12,220,2.2r n R A I V U kW P N a N N N =Ω==== 晶闸管可控整流器：内阻Ω=0.1rec R ，电压放大系数 K S = 35；电枢回路电抗电阻：R L = 0。8Ω；

若生产机械要求调速范围D =20，静差率s ≤10%，

⑴ 计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的闭环静态速降； ⑵ 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

⑶ 调整该系统的参数，使得N N d n n n I I V U ===,,15*

时，转速负反馈系数α=？

⑷ 计算放大器的放大倍数解：

⑴

rpm

C R R R I C R I n rpm

V n R I U C e a L rec N e N Nop

N a N N e 8.307134

.0)5.18.01(5.12)(/134.015005.15.12220=++=++=?=?=?-=-=∑

min

1500

)

n N

Ncl

⑵

⑵⑵

⑶无静差：01

1500

≈

有静差：

307

0097

1500

(

≈

Ncl

Nop

⑷36

134

.0/

P C

33-2．[2-10；2。6] 晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：

电动机：m in

1500

5.1

220

2.2r

晶闸管可控整流器：内阻Ω

=0.1

rec

R，电压放大系数K S = 35；

电枢回路电抗电阻：R L= 0。8Ω；

若生产机械要求调速范围D=20，静差率s≤10%，

调整该系统的参数，使得N

*时，转速负反馈系数α=0。01

若增设电流截止环节，要求N

dcr

dbl

I2.1

2≥

≤，应选择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回路（原）总电阻的1/3；如果作不到，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。这时的电流反馈采样电阻和比较电压各为多少？

※题意要求不明确，题解是多样的…………

首先计算采样电阻：Ω

≤1.1

)5.1

8.0

)

(

rec

计算：

图1-24 采用转速负反馈的闭环调速系统

A GT M

U tg

U d

I d

U n

?U n

U*n

U c UPE

I d

U n

U d

U c

U n

K p s

1/C e

U*n U c

?U n E n

U d0

U n

+ +

- I d R

K s

5.1

)2.1

2.1

。

，设

≥

≤

dcr

dbl

dcr

dbl

加电流放大器：改变电阻R2的数值即可！

5.1

8.0

)

(

)

(

2.1

≈

∑

dcr

dbl

dcr

dbl

dcr

dbl

dcr

com

。则：

；选择

33-3．[2-9；2。5] 晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：

电动机：m in

1500

2.1

220

2.2r

晶闸管可控整流器：内阻Ω

=5.1

rec

R，电压放大系数K S = 35；

若生产机械要求调速范围D=20，静差率s≤10%，

⑴计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的闭环静态速降；

⑵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

⑶调整该系统的参数，使得N

*时，转速负反馈系数α=？

⑷计算放大器的放大倍数

解：

⑴

rpm

rec

Nop

246

137

)2.1

5.1(5.

)

(

137

1500

2.1

220

∑

min

1500

)

n N

Ncl

⑵

⑵⑵

⑶无静差：01

1500

≈

有静差：

638

246

0097

1500

638

(

≈

Ncl

Nop

⑷209

137

.0/

638

P C

33-4．[童例1-3] 晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：

电动机：m in

1500

220

5.2r

晶闸管可控整流器：内阻Ω

rec

R，电压放大系数K S = 30；

若生产机械要求调速范围D=20，静差率s≤10%，

⑴计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的闭环静态速降；

⑵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

⑶调整该系统的参数，使得rpm

1000

=时，转速负反馈系数α=？

⑷计算放大器的放大倍数

解：

图1-24 采用转速负反馈的闭环调速系统

A GT M

U tg

U d

I d

U n

?U n

U*n

U c UPE

I d

U n

U d

U c

U n

K p s

1/C e

U*n U c

?U n E n

U d0

U n

+ +

- I d R

K s

⑴

rpm

rec

Nop

354

127

)

(

127

1500

220

∑

min

1500

)

n N

Ncl

⑵

⑵⑵

⑶无静差：02

1000

≈

有静差：

354

019529

1500

(

≈

Ncl

Nop

⑷79

127

.0/

P C

34．[例题] 晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：

电动机：m in

1000

5.0

220

10r

晶闸管可控整流器：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压U2l= 230V，电压放大系数K S = 44；

电枢回路总电阻：R = 1.0Ω；

测速发电机：永磁式，额定数据为23.1W，110V，0.21A，1900r/min；

系统运动部分的飞轮惯量2

210m

GD?

若生产机械要求调速范围D=10，静差率5%，试判断系统的稳定性。

解：

图1-24 采用转速负反馈的闭环调速系统

A GT M

U tg

U d

I d

U n

?U n

U*n

U c UPE

I d

U n

U d

U c

U n

K p s

1/C e

U*n U c

?U n E n

U d0

U n

+ +

- I d R

K s

rpm C R I n rpm V n R I U C r s D s n n e N Nop N a N N e N Ncl 7.2851925

.01

55/1925.010005.055220min

/26.595

105

1000)1(=?==?=?-=-==??=-?=?∑

.20/01158

.03.53126

.57

.2851==

==-=

-??=

S OP

P Ncl

Nop OP C K K K ※n n K αα

T s C R GD T s R L T mH I U I U L S e m l N l d P 00167.0075.01925.055.93750.110)/30(375017.00

.1017.073.161

.0553

/230693.0%103/693.0693.02

222min 2==???=?====

=??=??=?=∑∑∑∑π

系统不稳定

--?=++=?++=cr OP l S

l m S m S l S S l m cr K K T T T T T T T T T T T T K 4

.49)(2 35．[例题] IGBT ——PWM —M 转速负反馈单闭环有静差直流调速系统：电动机：m in /1000,5.0,55,220,10r n R A I V U kW P N a N N N =Ω==== 电枢回路参数：mH L R 5,6.0=Ω=∑∑；系统运动部分的飞轮惯量2

10m N GD ?= PWM 变换器：ms T K S S 1.0,44==

若生产机械要求调速范围D =10，静差率5%，试判断系统的稳定性。

解：

rpm C R I n rpm V n R I U C r s D s n n e N Nop N a N N e N Ncl 4.1711925

.06

.055/1925.010005.055220min

/26.595

105

1000)1(=?==

?=?-=-==??=-?=?∑

6.31126

.54

.1711=-=

-??=

Ncl

Nop OP n n K

T s C R GD T s R L T S e m l 0001.0045.01925.055.93756.010)/30(37500833.06

.0005.02

22==???=?====

∑∑∑π 系统稳定

--?=++=?++=cr OP l S

l m S m S l S S l m cr K K T T T T T T T T T T T T K 4

.455)(2 36．[例题] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M 系统，已知电动机额定数据如

下：Ω======∑180/2.0m in;/1000,305,220,60。

；R rpm V C r n A I V U kW P e N N N N ；要求调速范围 D = 20，静差率5%；接成转速负反馈单闭环有静差直流调速系统，已知：

30,/015.0==S K rpm V α；求解比例放大器的放大系数

解：

min

/63295205

100015.2742

018

0305/20r S D S n n rpm C R I n rpm C N cl N e N Nop e 。）（要求。。。速度降落：

首先求取额定负载下的=??=-??=?=?=?=

?=∑

.0/015.0306

.103/6.103163

.2275

1=?=?==-=

-??=

e S OP P Ncl

Nop OP C K K K n n K α

37．[例题] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M 系统，已知电动机额定数据如

下：Ω======∑180/2.0m in;/1000,305,220,60。

；R rpm V C r n A I V U kW P e N N N N ；要求调速范围 D = 20，静差率5%；接成转速负反馈单闭环有静差直流调速系统，已知：

30,/015.0==S K rpm V α；

三相桥式电枢回路参数：mH L R 3,18.0=Ω=∑∑；系统运动部分的飞轮惯量2

60m N GD ?= 判断系统的稳定性

解：

min

/63295205

100015.2742

018

0305/20r S D S n n rpm C R I n rpm C N cl N e N Nop e 。）（要求。。。速度降落：首先求取额定负载下的=??=-??=?=?=?=

?=∑

.0/015.0306

.103/6.103163

.2275

1=?=?==-=

-??=e S OP P Ncl

Nop OP C K K K n n K α

T s C R GD T s R L T S e m l 00167.0075.02.055.937518.060)/30(3750167.018

.0003.02

22==???=?====

∑∑∑π 系统不稳定

--?=++=?++=cr OP l S

l m S m S l S S l m cr K K T T T T T T T T T T T T K 4

.49)(2 38．[例题] IGBT ——PWM —M 转速负反馈单闭环有静差直流调速系统，已知电动机额定数据如下：；rpm V C r n A I V U kW P e N N N N /2.0m in;/1000,305,220,60=====

电枢回路参数：mH L R 1,1.0=Ω=∑∑

PWM —M 变换器：kH f K S S 8,44==开关频率。要求调速范围 D = 20，静差率5%，系统能否稳定？在保证系统稳定的最大调速范围？

解：

min

/63295

205

100015.1522

0305/20r S D S n n rpm C R I n rpm C N cl N e N Nop e 。）（要求。。。速度降落：首先求取额定负载下的=??=-??=

?=?=?=

?=∑

57163

.25

.1521=-=

-??=

Ncl

Nop OP n n K

s f T s C R GD T s R L T S S e m l 000125.08000

110419.02.055.93751.060)/30(37501.01

.0001.02

22===

=???=?====

∑∑∑π 系统稳定

--?=++=?++=cr OP l S

l m S m S l S S l m cr K K T T T T T T T T T T T T K 4

.339)(2 117

45.05

1000)1(45.04

.33915

.1521=??=-??=

=+=

+?=?=s n s n D K n n K K Ncl N cl OP

Nop Ncl cr OP

39．自动控制系统伯德图与系统性能的关系：

? 中频段以-20dB/dec 的斜率穿越0dB 线，而且这一斜率覆盖足够的频带宽度，则系统的稳定性好；

? 截止频率（或称剪切频率）越高，则系统的快速性越好； ? 低频段的斜率陡、增益高，说明系统的稳态精度高；

? 高频段衰减越快，即高频特性负分贝值越低，说明系统抗高频噪声干扰的能力越强。

40．采用比例（P ）放大器控制的直流调速系统，可使系统稳定，并有一定的稳定裕度，同时还能满足一定的稳态精度指标。

带比例放大器的反馈控制闭环调速系统是有静差的调速系统。

采用积分（I ）调节器或比例积分（PI ）调节器代替比例放大器，构成无静差调速系统。

41．采用P 放大器控制的有静差的调速系统，K p 越大，系统精度越高；但 K p 过大，将降低系统稳定性，使系统动态不稳定。

42．采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。

43．采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起、制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要

44．限流保护——电流截止负反馈

为了解决单闭环负反馈调速系统的起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须有自动限制电枢电流的环节。

根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，就应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。

? 仅采用电流负反馈，不要转速负反馈：这种系统的静特性如图中B 线，特性很陡。显然仅对起动有利，对稳态运行不利。

考虑到，限流作用只需在起动和堵转时起作用，正常运行时应让电流自由地随着负载增减。

如果采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。这些方法之一：叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。

⑴电枢回路串电流采样电阻的电路，起静态结构图：

电流负反馈被截止时

)

∑

电流负反馈没有被截止时

)

(

)

com

=∑

启动电流——即堵转电流

dcr dbl dcr

cr S

nm dcr

dbl s dcr VZ cr com S

com nm dbl

S S P S S P com nm S P dbl

I I I U U R U I I R I U U U R U U I R K K R R R K K U U K K I n -==-∴===+≈

??++=

=∑∑

***

)(0Θ

⑵ 电枢回路不串电流采样电阻的电路，其静态结构图：

电流负反馈被截止时

)

1()1(0

OP e d OP e n S P fi K C R I K C U K K n U +-

+==∑

电流负反馈没有被截止时

)

1()()1(2

020*

OP e d S P OP e com n S P K C I R R R

K K K C U R R U K K n ++-

∑β 启动——堵转电流

运动控制系统试卷-答案全

一、选择填空：（每空2分、共20分） 1、一个调速系统的调速范围，是指在时还能满足所需静差率的转速可调范围。答案：（ 1 ）１)最低速；２)最高速；３)平均速；４)不能确定； 2、闭环调速系统可以获得比开环调速系统的稳态特性。答案：（ 2 ）１）硬得不多；２）硬得多；３）软得多；４）软得不多； 3、无静差调速系统的最高转速n max，最高给定电压U*nmax其速度反馈系数为。答案：（ 2 ）１）n max/U*nmax２）U*nmax/n max ３）n max×U*nmax４）不确定 4、反并联无环流配合控制的条件是答案：（ 4 ）１）α＋β＝240o２）α＋β＝300o ３）α＋β＝360o 4）α＋β＝180o 5、无环流逻辑环节切换到正组晶闸管工作时，。答案：（ 4 ）１）正、反组同时封锁；２）封锁正组开放反组；３）正、反组同时开放；４）封锁反组开放正组； 6、在理想情况下电压型逆变器直流环节采用大电容滤波，它是一个内阻为零的恒压源，输出交流电压波形是。答案：（ 3 ）１）锯齿波；２）正弦波３）矩形波；４）不能确定； 7、在理想情况下电流型逆变器直流环节采用电感滤波，它是一个相当于一个恒流源，输出交流电流波形是。答案：（ 1 ）１）矩形波；２）正弦波３）锯齿波；４）不能确定；

8、SPWM变频器中，如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做方式。答：（ 3 ）１）多极性控制；２）双极性控制；３）单极性控制；４）没用定义 9、调速系统的动态性能就是控制的能力。答案：（ 2 ）１）磁场；２）转矩；３）转速；４）转差率； 10、矢量控制系统是控制系统。答案：（ 2 ）１）静止坐标；２）旋转坐标；３）极坐标；４）不能确定；二、什么是有静差闭环调速系统怎样减少静差什么是无静差闭环调速系统怎样实现（12分）答：系统在稳态时，需要一定的速度偏差来维持的速度控制系统为有静差调速系统。减少静差的方法是提高系统的开环放大倍数，但不能消除静差。系统在稳态时，不需要速度偏差来维持的速度控制闭环调速系统为无静差系统。实现的办法是通过采用积分环节或比例积分环节。三、简述双闭环调速系统在电机起动时两个调节器的工作过程及工作状态。在双闭环调速系统时，电流环按几型系统设计速度环又按几型系统设计（12分）答: 双闭环调速系统在电机起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况：1.起动初始阶段：由于速度调节器的输入偏差电压比较大，比例积分环节很快进入饱和状态，速度环开环，电机以最大电流起动，此时电机转速变化不大，电流调节器ACR 一般不饱和。2.恒流升速阶段：起动过程中的主要阶段，此时速度调节器一直处于饱和状态，速度环开环，为了保证电流环的主要调节作用，在起动过程中电流调节器不饱和。电机以最大电流加速，

电力拖动自动控制系统运动控制系统第版习题答案完整版

电力拖动自动控制系统运动控制系统第版习题答案 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

习题解答（供参考）习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？解：10000.020.98) 2.04(1) n n s n rpm D s ?= =??=- 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0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，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 max min D n n =(均指额定负载情况下） 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =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：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?=

2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。已知直流电动机 60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2Vmin/r, 求：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?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N S 多少？（3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) (1)]10000.050.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 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* 8.8u U V =、比例调节器放大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压 d U ；（2）若把反馈线断开，d U 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）*(1)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??=

(完整版)运动控制考试复习题

一、填空题 1、控制系统的动态性能指标是指跟随指标和抗扰指标，而调速系统的动态指标通常以抗扰性能指标为主 2、直流电机调速方法有变压调速、电枢串电阻调速和弱磁调速。异步电动机调速方式常见有6种分别是：降压调速、差离合调速、转子串电阻调速、串级调速和双馈电动机调速、变级调速、变压变频调速。其中转差率不变型有：变级调速、变压变频调速，只有变压变频应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统。同步电动机按频率控制方式不同分为：他控式变频调速和自控式变频调速。（变电阻调速：有级调速。变转差率调速：无级调速。调压调速：调节供电电压进行调速）按按转差功率可以怎么划分电动机:转差功率消耗型、转差功率不变型、转差功率馈送型 3、对于异步电动机变压变频调速，在基频以下，希望维持气隙磁通不变，需按比例同时控制定子电压和定子频率，低频时还应当抬高电压以补偿阻抗压降，基频以下调速属于恒转矩调速；而基频以上，由于电压无法升高，只好仅提高定子频率而迫使磁通减弱，相当直流电动机弱磁升速情况，基频以上调速属于恒功率调速。 4、对于SPWM型逆变器，SPWM的含义为正弦波脉宽调制，以正弦波作为逆变器输出的期望波形，SPWM波调制时，调制波为频率和期望波相同的正弦波，载波为频率比期望波高得多的等腰三角波，SPWM型逆变器控制方式有同步调制、异步调制、混合调制。

SPWM 型逆变器的输出的基波频率取决于正弦波。SPWM 控制技术包括单极性控制和双极性控制两种方式。 5、调速系统的稳定性能指标包括调速范围和静差率 6、供变压调速使用的可控直流电源有：旋转交流机组（G-M 系统）、静止式可控整流器（V-M 系统）与直流斩波器（PWM-M 系统）或脉宽调制变换器。 7、典型 I 型系统与典型 II 型系统相比, 前者跟随性能好、超调小，但抗扰性能差。典型I 型系统和典型Ⅱ型系统在稳态误差和动态性能上有什么区别？答：稳态误差：对于典型I 型系统，在阶跃输入下，稳态时是无差的；但在斜坡输入下则有恒值稳态误差，且与K 值成反比；在加速度输入下稳态误差为∞ 。对于典型II 型系统，在阶跃和斜坡输入下，稳态时均无差；加速度输入下稳态误差与开环增益K 成反比。动态性能：典型 I 型系统在跟随性能上可以做到超调小，但抗扰性能稍差；典型Ⅱ型系统的超调量相对较大，抗扰性能却比较好。 8、数字测速中,T 法测速适用于低速,M 法测速适用于高速。 9、PI 调节器的双重作用是指：一是比例部分加快动态进程；二是积分部分最终消除偏差。 10、直流调速系统的理论依据φ e n C R I U d d -= ，交流调速系统的理论依据)1(60n s p f -=。 11、交-直-交电压型变频器的主要电路基本组成为整流器、直流平滑电路、逆变器。 12、在交-直-交逆变器中，直流侧所用滤波元件为大电容，因而直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个内阻为零的恒压源，成

运动控制系统练习题

判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√）4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ） 7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k的大小并非仅取决于速度定 U g*的大小。（√） 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（Ⅹ） 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ） 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ） 12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ） 14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 15 闭环系统可以改造控制对象。（√） 16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。 17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。（√） 18 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。（Ⅹ） 19电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。（√） 20对电网电压波动来说，电压环比电流环更快。（√）选择题 1．转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是 A．PID B．PI C．P D．PD 2．静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,静差率A．越小B．越大C．不变D．不确定3．下列异步电动机调速方法属于转差功率不变型的调速系统是 A．降电压调速B．串级调速C．变极调速D．变压变频调速4．可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速的是 A．比例控制B．积分控制C．微分控制D．比例微分控制5．控制系统能够正常运行的首要条件是 A．抗扰性B．稳定性C．快速性D．准确性6．在定性的分析闭环系统性能时，截止频率ωc越低,则系统的稳态精度 A．越高B．越低C．不变D．不确定8．转速电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是 A．ACR B．AVR C．ASR D．ATR 9．双闭环直流调速系统的起动过程中不包括 A.转速调节阶段 B.电流上升阶段 C.恒流升速阶段 D.电流下降阶段

运动控制系统基本要求

11级电气工程与自动化专业《运动控制系统》基本要求（2014-05-23）第一章绪论了解本课程的研究内容。第二章（转速单）闭环控制的直流调速系统 1、了解V （SCR ）--M 、PWM--M 两种主电路方案及其特点（2.1节、P16、P97--98、笔记）； 2、他励（或永磁）直流电动机三种数学模型及转换，解耦模型中I do ~U d 环节的处理（P27--28、笔记）； 3、稳态性能指标中D 、S 间关系及适用范围（2.2.1节、P29--30、笔记）； 4、转速单闭环直流调速系统组成原理、特点及适用范围（P2 5、笔记）； 5、带电流截至负反馈的转速单闭环直流调速系统的组成原理、特点（笔记、2.5.2节）。第三章转速、电流反馈控制的直流调速系统 1、双闭环直流调速系统的组成原理（主要指：V —M 不可逆调速系统、PWM-M 调速系统）、特点，符合实际的系统数学模型，静（稳）态参数的整定及计算（P60、P59--6 2、笔记）； 2、 ASR 、ACR 的作用（P65）； 3、典1、典2系统的特点、适用范围、参数整定依据（3.3.2节、笔记）； 4、基于工程设计法的ASR 、ACR 调节器参数整定方法（P77--78、3.3.3节、例3-1、3-2、笔记）； 5、理解ASR 退饱和时的（阶跃响应）转速超调量等时域指标算式（P86--88、笔记）； 6、系统分别在正常恒流动态、稳态阶段，及机械堵转故障、转速反馈断开故障下的（新稳态）物理量计算； 7、 M 、T 、M/T 三种数字测速方法及特点（2.4.2节、笔记）； 8、了解了解M/T 数字测速的技术实现方法、系统控制器的技术实现方法（P82-85、笔记）。第四章可逆控制和弱磁控制的直流调速系统 1、 PWM--M 可逆直流调速系统组成原理及特点（4.1节，笔记） 2、 V （SCR ）--M 可逆主电路中的环流概念、类型、特点（P103--104、笔记）； 3、常用的晶闸管－直流电动机可逆调速系统组成原理及特点（4.2.2节，图4-1 4、图4-1 5、4.2.3节）。第五章基于稳态模型的异步电动机调速系统 1、异步电动机定子调压调速的机械特性簇与特点，转速闭环调压调速系统组成原理及适用范围（5.1--5.2节）； 2、软起动器的作用及适用条件（5.2.4节）； 3、异步电动机变压变频调速的基本协调控制关系（一点两段）及其依据（5.3.1节）； 4、异步电动机四种协调控制的特点，各自的机械特性簇、特点及比较（5.3.2节--5.3.3节、笔记）； 5、 SPWM 、CFPWM 、SVPWM 变频调速器组成原理与特点，及其中各环节的作用（5.4节）； 6、了解基于转差频率控制的转速闭环变频变压调速系统的基本原理（5.6节）。第六章基于动态模型的异步电动机调速系统 1、交流电动机坐标变换的作用，矢量控制（VC ）的基本思想、特点（6.6、6.7、笔记）； 2、异步电动机VC 系统的一般组成原理（图6-20）； 3、了解各种具体的VC 系统组成方案，理解转子磁链直接与间接定向控制的区别（6.6. 4、6.6.6节、笔记）； 4、异步电动机直接转矩控制（DTC ）系统的基本原理及特点（6.7.3节），DTC 与VC 的比较（6.8节）。第七章绕线转子异步电动机双馈调速系统 1、绕线转子异步电动机次同步串级调速主电路及其工作原理，()S f β=公式及特点（7.2.1节、笔记）； 2、绕线转子异步电动机双闭环次同步串级调速系统组成原理；起动、停车操作步骤；（7.5、7.6、7.4.3节、笔记）。第八章同步电动机变压变频调速系统 1、正弦波永磁同步电动机（PMSM ）矢量控制系统组成原理，0sd i =时的转矩公式（8.4.3节）； 2、具有位置、速度闭环的正弦波永磁同步电动机（伺服）矢量控制系统组成原理（图8-26、27扩展、笔记）。第九章伺服系统 1、位置伺服系统的典型结构（开环、半闭环、闭环、混合闭环）及特点（笔记、9.1.2）； 2、位置伺服系统的三种运行方式、位置伺服系统的三种方案；（笔记、9.3.2--9.3.4） 3、数字伺服系统中电子齿轮的作用（笔记）； 4、数字式位置、速度伺服系统的指令形式（笔记）。 *** 考试须知---要点提示：（1）无证件者不能考试；（2）未交卷者中途不得离场；（3）严禁带手机到座位，操作手机者按作弊论处。附：答疑地点（2-216）、时间：（1）2014-6-6，13:00--15:00；（2）2014-6-7，8:00--11:00，13:00--15:00。

运动控制系统课后答案

习题解答（供参考）习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？解：10000.02(100.98) 2.04(1)n n s n rpm D s ?==??=- 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0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落 15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降不变，统允许的静差率是多少？解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511 D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?==

2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =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：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= 378(0.0230.022)0.1478115N n I R rpm ?==?+= [(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-= 2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。已知直流电动机，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V ?min/r,求：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?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N S 多少？（3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?=

电力拖动自动控制系统--运动控制系统第四版复习题考试题目

考试题型及分数分配 1 判断题（20 分，10~20 小题）范围广， 2 选择题（20 分，10~20 小题）内容深，细节区分 3 填空题（10 分，10 小题） 4 设计题（10 分，2 小题） 5 简述题（10 分，2 小题） 6 无传感器算法：磁链、转矩的计算算法异步电动机转子磁链和定子磁链的估算、转矩的估算 7 分析计算题（20 分，3 小题）直流调速系统一判断题 1 弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（X） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（V） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（V） 4 直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（V） 5 静差率和机械特性硬度是一回事。（X ） 6 带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（X ） 7 电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k 的大小并非仅取决于速度定U g*的大小。（V） 8 双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（X ） 9 逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（X） 10 可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（V） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（X）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（X ） 12a = ^配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（V） 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（X）14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（V）

机电运动控制系统离线作业必

机电运动控制系统离线作业必 Newly compiled on November 23, 2020

浙江大学远程教育学院《机电运动控制系统》课程作业（必做）姓名：严超学号： 3 年级：16秋电气学习中心：武义 ————————————————————————————— 1.直流电机有哪些调速方法根据其速度公式说明之, 并说明如何釆用电力电子手段实现。答：根据直流电机速度公式，有（1）电枢电压Ua控制-调压调速（向下调速）：采用电力电子手段时，有晶闸管可控整流器供电和自关断器件H型桥脉宽调制（PWM）供电等方式，其损耗小，控制性能好。（2）磁场φ控制-弱磁（向上调速），采用电力电子手段时，有晶闸管可控整流器供电励磁控制。（3）由于运行损耗大、效率低，一般不再采用串Ra调速。 2.画出双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统电原理图（非方块图），须清楚表达两个闭环的关键元件，写出各部分名称，标注有关信号量；指出两闭环连接上的特点及相互关系。答：双闭环晶闸管-直流电动机不可逆调速系统电路原理图如下：两闭环连接上的关系是速度调节器的输出作为电流调节器的输入，这就使得该系统具有由速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进面确定了系统的最大电流的特点。 3.分析双闭环晶闸管—直流电动机不可逆调速系统：

(1) 如果要改变转速，应调节什么参数为什么 (2) 如要控制系统的起动电流、确保系统运行安全，应调节什么参数为什么答：（1）改变转速时只能改变速度调节器的输入ug，因为它是速度环的指令信号。改变速度调节哭的参数对稳态速度无调节作用，仅会影响动态响应速度快慢。 (2)要控制系统的起动电流、确保系统运行安全，应调节速度调节器的输出限幅值。因为速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进而确定了系统的最大电流。 4. 填空 : 双闭环晶闸管━直流电动机调速系统中，内环为＿电流＿环，外环为＿速度环，其连接关系是：＿速度调节器＿的输出作为＿＿电流调节器的输入，因此外环调节器的输出限幅值应按＿＿调速系统允许最大电流＿来整定；内环调节器的输出限幅值应按＿＿可控整流器晶闸管最大、最小移相触发角＿来整定。两调节器均为＿PI＿型调节器，调速系统能够做到静态无差是由于调节器具有＿积分（记忆）功能；能实现快速动态调节是由于节器具有＿＿饱和限幅＿功能。 5.在转速、电流双闭环系统中，速度调节器有哪些作用其输出限幅值应按什么要求来调整电流调节器有哪些作用其输出限幅值应如何调整答：速度调节器用于对电机转速进行控制，以保障：①调速精度，做至静态无差；②机械特性硬，满足负载要求。速度调节器输出限幅值应按速系统允许最大电流来调整，以确保系统运行安全（过电流保护）电流调节器实现对电流的控制，以保障：①精确满足负载转矩大小要求（通过电流控制）；②调速的快速动态特性（转矩的快速响应）。

电力拖动自动控制系统--运动控制系统第四版复习题考试题目

考试题型及分数分配 1 判断题（20分，10~20小题）范围广， 2 选择题（20分，10~20小题）内容深，细节区分 3 填空题（10分，10小题） 4 设计题（10分，2小题） 5 简述题（10分，2小题） 6 无传感器算法：磁链、转矩的计算算法异步电动机转子磁链和定子磁链的估算、转矩的估算 7 分析计算题（20分，3小题）直流调速系统一判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ）的大小并非仅取决于7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k *的大小。（√）速度定 U g 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（Ⅹ）9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ） 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ） 12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ）14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√）

运动控制系统试卷

南京农业大学试题纸 2011学年第一学期课程类型：必修试卷类型：A

基频以下运行时，采用恒压频比的控制方法具有控制简便的优点，但负载的变化将导致磁通的改变，因此采用定子电流补偿控制，根据定子电流的大小改变定子电压，可保持磁通恒定，从而解决了负载改变的扰动问题。 4. 变频能节能，请说明原因。三．问答（40’） 1. 画出运动控制系统以及组成，并分析各个组成单元的作用？请举例说明实际项目中各个组成部分及其对应关系？ 2. 直流电机的转速公式是什么？通常改变直流电机转速有哪几种方法，各有什么优缺点？可以用强磁的方式来调速吗，为什么？对于调节电枢电压调速，为什么必须在额定电压以下进行调速？答： n=U-IR/KeФ 方法有：1。调节电枢供电电压U；2。减弱励磁磁通Ф；3。改变电枢回路电阻R。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在额定转速以上做小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以变压调速为主。对于调节电枢电压调速，必须在额定电压以下进行调速，因为当电枢电压大于额定电压时，电机电线的绝缘层会被烧坏 3．名词解释PWM、SPWM 、CFPWM 、SVPWM。 p.w.m。脉冲宽度调制。：控制逆变器中电力电子器件的开通或关断，输出电压为幅值相等，宽度为按一定规律变化的脉冲序列，用这样的高频脉冲序列代替期望的输出电压。 s.p.w.m。正弦脉冲调制。：以频率与期望的输出电压波形相同的正弦波作为调制波，以频率比期望高的多的等腰三角波作为载波，当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得幅值相等，宽度按正弦规律变化的脉冲序

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），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）的调速围就小得不能满足要求；而若只考虑增大调速围，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

运动控制系统考试资料

问答题部分 1、试述交流调速系统要获得工业应用的条件，为什么条件：（1）使用高转子电阻电动机（2）系统工作点只是沿着极限开环特性变化原因：能够在恒转矩负载下扩大调整范围，并使电动机能够在较低转速下运行而不致过热。 2、简述交流软启动器的作用。定义：软启动器是一种集软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，它的主要构成是串接于电源与被控电极之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。作用：防止电动机启动电流过大损坏电机，或造成电网电压下降过大，使电机无法正常启动。 3、简述恒压频比控制方式。绕组中的感应电动势是难以直接控制的，当电动势较高时，可以忽略定子绕组的漏磁阻抗压降，而认为定子相电压s g U E ≈，则得：1 s U f =常值这是恒压频比的控制方式。但是，在低频时s U 和g E 都比较小，定子阻抗压降所占的分量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压s U 抬高一些，以便近似地补偿定子压降。 4、交流电机矢量控制的基本思想是什么基本思路：将异步电动机经过坐标变换等效在直流电动机，模仿直流电动机的控制策略，得到直流电动机的控制量，再经过相应的坐标反变换，控制异步电机。（关键词：坐标变换） 5、试分析矢量控制系统与直接转矩控制系统的优缺点。 VC 系统强调c T 与r ψ的解耦，有利于分别设计转速与磁链调节器，实现连续调节，可以获得较宽的调速范围，但是按定向受电动机转子参数的影响，降低了系统的鲁棒性。DTC 系统则实行e T 与r ψ的砰-砰控制，避开了旋转坐标变换，简化了控制结构，控制定子磁链而不是转子磁链，不受转子参数变化的影响，但不可避免的产生转矩脉动，低速性能较差，调速范围受到限制。 6、试分析什么是转差频率控制转差频率控制的规律是什么（P188、189）定义：控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。控制规律：（1）在s sm w w ≤的范围内，转矩e T 基本上与s w 成正比，条件是气隙磁通不变。（2）在不同的定子电流值时，按下图的1s s U f w I =（）函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通m Φ恒定。

运动控制系统试题库完整

目录㈠直流调速系统（复习）P4 ㈡交流调速系统（回顾）P9 ㈢交流异步电动机变频调速的理论基础P13 ㈣交流异步电动机矢量变换控制P17 ㈤交流异步电动机直接转矩控制P20 ㈥PWM 和 SPWM P31 ㈦双馈调速和内反馈P36 ㈧绕线转子异步电动机串级调速系统P42 ㈨无速度传感器调速系统P46 ㈩同步电机变频调速系统P52 (十一) 开关磁阻电动机调速控制技术P56 (十二) 双定子电机调速系统P75 (十三) 直线电机调速系统P82

一、复习：直流调速系统问题1-1：电机的分类？ ①发电机（其他能→电能）直流发电机 3

交流发电机 ②电动机（电能→其他能）直流电动机：有换向器直流电动机（串励、并励、复励、他励）无换向器直流电动机（又属于一种特殊的同步电动机）交流电动机：同步电动机异步电动机：鼠笼式绕线式：伺服电机旋转变压器控制电机自整角机力矩电机测速电机步进电机（反应式、永磁式、混合式）问题1-2：衡量调速系统的性能指标是哪些？ ①调速范围 D=n max/n min=n nom/n min ②静差率 S=△n nom/n0*100%对转差率要求高.同时要求调速范围大（D 大 S 小）时.只能用闭环调速系统。 ③和负载匹配情况：一般要求：恒功率负载用恒功率调速.恒转矩负载用恒转矩调速。问题1-3：请比较直流调速系统、交流调速系统的优缺点.并说明今后电力传动系统的发展的趋势. * 直流电机调速系统优点：调速范围广.易于实现平滑调速.起动、制动性能好.过载转矩大.可靠性高.动态性能良好。缺点：有机械整流器和电刷.噪声大.维护困难；换向产生火花.使用环境受限；结构复杂.容量、转速、电压受限。 * 交流电机调速系统（正好与直流电机调速系统相反）优点：异步电动机结构简单、坚固耐用、维护方便、造价低廉.使用环境广.运行可靠.便于制造大容量、高转速、高电压电机。大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。缺点：调速性能比直流电机差。 * 发展趋势：用直流调速方式控制交流调速系统.达到与直流调速系统相媲美的调速性能；或采用同步电机调速系统. 问题1-4：直流电机有哪几种？直流电机调速方法有哪些?请从调速性能、应用场合和优缺点等方面进行比较. 哪些是有级调速？哪些是无级调速？直流电动机中常见的是有换向器直流电动机.可分为串励、并励、复励、他励四种.无换向器直流电动机属于一种特殊的同步电动机。根据直流电机的转速速。n U IR K e 公式.调速方法有变压调速、变电阻调速和变转差率调调压调速：调节电压供电电压进行调速.适应于：U≤U nom.基频以下.在一定范围内无级平滑调速。弱磁调速：无级.适用于Φ≤Φnom.一般只能配合调压调速方案.在基频以上(即 4

几种运动控制系统的比较

运动控制的实现方法 1、以模拟电路硬接线方式建立的运动控制系统早起的运动控制系统一般采用运算放大器等分离器件以硬接线的方式构成，这种系统的优点：（1）通过对输入信号的实时处理，可实现系统的高速控制。（2）由于采用硬接线方式可以实现无限的采样频率，因此，控制器的精度较高并且具有较大的带宽。然而，与数字化系统相比，模拟系统的缺陷也是很明显的：（1）老化与环境温度的变化对构成系统的元器件的参数影响很大。（2）构成系统所需的元器件较多，从而增加了系统的复杂性，也使得系统最终的可靠性降低。（3）由于系统设计采用的是硬接线的方式，当系统设计完成之后，升级或者功能修改几乎是不可能的事情。（4）受最终系统规模的限制，很难实现运算量大、精度高、性能更加先进的复杂控制算法。模糊控制系统的上述缺陷使它很难用于一些功能要求比较高的场合。然而，作为控制系统最早期的一种实现方式，它仍然在一些早期的系统中发挥作用；另外，对于一些功能简单的电动机控制系统，仍然可以采用分立元件构成。 2、以微处理器为核心的运动控制系统微处理器主要是指以MCS-51、MCS-96等为代表的8位或16位单片机。采用微处理器取代模拟电路作为电动机的控制器，所构成的系统具有以下的优点：（1）使电路更加简单。模拟电路为了实现逻辑控制需要很多的元器件，从而使电路变得复杂。采用微处理器以后，大多数控制逻辑可以采用软件实现。（2）可以实现复杂的控制算法。微处理器具有较强的逻辑功能，运算速度快、精度高、具有大容量的存储器，因此有能力实现较复杂的控制算法。（3）灵活性和适应性强。微处理器的控制方式主要是由软件实现，如果需要修改控制规律，一般不需要修改系统德硬件电路，只需要对系统的

运动控制系统思考题课后习题答案完整版(1).

思考题答案 1.1直流电动机有哪几种调速方式？各有那些特点？答：a改变电枢回路电阻调速法外加电阻Radd的阻值越大，机械特性的斜率就越大，相同转矩下电动机的转速越低b减弱磁通调速法减弱磁通只能在额定转速以上的范围内调节转速c调节电枢电压调速法调节电枢电压调速所得的人为机械特性与电动机的固有机械特性平行，转速的稳定性好，能在基速以下实现平滑调速。 1.2为什么直流PWM变换器-电动机系统比相控整流器-电动机系统能够获得更好的动态性能？答：a PWM变换器简单来讲调节的是脉冲串的宽度，直流成分没有受到破坏，也就是说其最大值=峰值是不变的，变的是平均值； b 相控整流，是由交流整流得到的直流，虽然也是平均值在变，但是其最大值、峰值也是随着导通角的大小时刻在变，且导通角越小波形的畸变越严重。从而影响了电机的输出特性。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），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直流PWM变换器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。 1.4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。 1.5 答：不会 1.7静差率s与调速范围D有什么关系？静差率与机械特性硬度是一回事吗？答：关系见书上公式。静差率与机械特性硬度是不同的概念，硬度是指机械特性的斜率，一般说硬度大静差率也大；但同样硬度的机械特性，随着起理想空载转速的降低，其静差率会随之增大。 1.8直流PWM变换器的开关频率是否越高越好？为什么？

运动控制系统第一章作业答案曾毅编

【1-1】某生产工艺要求：按动起动按钮S Ⅰ时，电动机Ｍ带动小车作如图题1-83所示的运动轨迹运行；按动暂停按钮S Ⅱ时，小车就地停止。重新按动启动按钮S Ⅰ时小车从暂停位置，开始键继续运行。假设：KM 1得电小车向右运行，KM 2得电小车向左运行，小车每次反向运行前都暂停t 秒。 1)试设计满足该运动轨迹的运动控制线路图。 2）当小车运行在B-C 区间时，如果突然停电或此时按动清零停止按钮，当来电后再按动起动按钮将会发生什么现象？如何处理这种问题？解：1）假设：正反向速度继电器分别为：KS 1、KS 2；短路制动电阻的接触器为KM 3。系统带降压起动电阻与反接制动的主电路图如答图1所示，其输出方程和控制方程如下：图1-83 题1-1小车运行轨迹答图1 题【1-1】（２）解答

2）来电后再按动起动按钮S I ，小车将一直向右走，出现失控现象。解决续行问题的方法： ①最普通的方法是在运动轨迹的周边增加限位行程开关，并在输出方程中增加正反向点动按钮。假设：左、右限位保护分别为ST A 、ST B （如答图２所示）、右限位；正、反向点动按钮分别为SF 、SR ，修改后的电气控制逻辑代数方程组： R F T F A R R B F S S t KT S S KM K ST K ST K ST K ST K ST S KM S ST KM KM S K K K KM S ST KM KM S K K K KM ?????+?+?+?+?+?+=????+++=←????+++=→)()()()(152413224131642225311ⅡⅡⅡⅡⅡ ②在控制方程组中与转步信号并联时间超限脉冲发生信号。 ③系统小车没有回到原点前，不清控制方程组，或者不要在控制方程中增加停止按钮。 ④增加回原点功能的按钮。【1-2】已知电动机M 1带动小车左右运动；电动机M 2带动小车上下运动。生产工艺要求的运动轨迹如图题1-84所示。假设：KM 1得电小车向右运行，KM 2得电小车向左运行；KM 3得电小车向上运行，KM 4得电小车向下运行。生产工艺要求分别按动启动按钮S 1、S 2、S 3时，小车的运行轨迹分别如图1-84a 、b 、c 所示；按动暂停按钮S Ⅱ，小车就地停止，小车每次转弯运行前都暂停t 秒，按动回原点按键S 0，小车会以最短的路径返回到原点A ，试设计满足该运动轨迹的运动控制线路图。解：假设小车的转步信号及程序步如答图2所示答图２题【1-1】（２）解答

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