運(yùn)動控制點(diǎn)題答案

1、為什么直流PWM變換器-電動機(jī)系統(tǒng)比晶閘管整流器-電動機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？答：與V-M系統(tǒng)相比，直流PWM調(diào)速系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性：(1)主電路簡單，需要的電力電子器件少（2）開關(guān)頻率高，直流容易連續(xù)，諧波少，電動機(jī)損耗及發(fā)熱都較?。?）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬（4）若與快速響應(yīng)的電動機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)（5）電力電子開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高（6）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因素比相控整流器高2-1 直流電動機(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

2、路串電阻調(diào)速，變頻調(diào)速。特點(diǎn)略。2-2 簡述直流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)過整流濾波后送往直流PWM 變換器，通過改變直流PWM 變換器中IGBT的控制脈沖占空比，來調(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：脈動直流電壓。*2-4 為什么直流PWM變換器電動機(jī)系統(tǒng)比V-M 系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(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變換器的時間常數(shù)Ts 等于其IGBT控制脈沖周期（1/fc），晶閘管整流裝置的時

3、間常數(shù)Ts通常取其最大失控時間的一半（1/（2mf）。因fc通常為kHz級，而f通常為工頻（50或60Hz）為一周內(nèi)），m整流電壓的脈波數(shù)，通常也不會超過20直流PWM變換器間常數(shù)通常比晶閘管整流裝置時間常數(shù)更小，從而響應(yīng)更快，動態(tài)性能更好。*2-5在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電動機(jī)停止不動時，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，因為在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(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，因為電樞電壓和電樞電阻的存在。2-6 直流PWM變換器主電路中反并聯(lián)二極管有何作用？如果二極管斷路會產(chǎn)生什么后果？答：為電動機(jī)提供續(xù)流通道。

4、若二極管斷路則會使電動機(jī)在電樞電壓瞬時值為零時產(chǎn)生過電壓。2-7直流PWM變換器的開關(guān)頻率是否越高越好？為什么？答：不是。因為若開關(guān)頻率非常高，當(dāng)給直流電動機(jī)供電時，有可能導(dǎo)致電樞電流還未上升至負(fù)載電流時，就已經(jīng)開始下降了，從而導(dǎo)致平均電流總小于負(fù)載電流，電機(jī)無法運(yùn)轉(zhuǎn)。2-8 泵升電壓是怎樣產(chǎn)生的？對系統(tǒng)有何影響？如何抑制？答：泵升電壓是當(dāng)電動機(jī)工作于回饋制動狀態(tài)時，由于二極管整流器的單向?qū)щ娦?，使得電動機(jī)由動能轉(zhuǎn)變?yōu)榈碾娔懿荒芡ㄟ^整流裝置反饋回交流電網(wǎng)，而只能向濾波電容充電，造成電容兩端電壓升高。泵升電壓過大將導(dǎo)致電力電子開關(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-

5、9 在晶閘管整流器電動機(jī)開環(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，并且在減速過程中，反電動勢減小，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，電機(jī)轉(zhuǎn)速會較增加之前降低。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？舉個例子。答：D=（nN/n）（s/（1-s）。靜差率是用來衡量調(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？為什么必須同時提才有意義？答：D=（nN/n）（s/（

6、1-s）。因為若只考慮減小最小靜差率，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。因此必須同時提才有意義。3-1在恒流起動過程中，電樞電流能否達(dá)到最大值Idm？為什么？答：不能。因為恒流升速過程中，電流閉環(huán)調(diào)節(jié)的擾動是電動機(jī)的反電動勢，是一個線性漸增的斜坡擾動量，而電流閉環(huán)采用的PI調(diào)節(jié)器對斜坡擾動無法消除靜差，故Id略低于Idm3-2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)。（未驗證）答：電動機(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，又電動機(jī)轉(zhuǎn)速由

7、于轉(zhuǎn)軸堵死無法提升，故ACR無法退飽和，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)，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓Un和實際轉(zhuǎn)速n是增加、減小還是不變？（已驗證）答：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)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AST給定電壓Ui*減小，則控制電壓Uc減小，則轉(zhuǎn)速n減小；則轉(zhuǎn)速反饋電壓Un減小，知道轉(zhuǎn)速偏差電壓為零；古穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速反饋電壓Un不變。且實際轉(zhuǎn)速N減小。5-1對于恒轉(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？答：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時，普通龍型異步電動機(jī)降壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍為0ss

8、m，sm本來就不大，因此調(diào)速范圍也不大，降壓調(diào)速時，機(jī)械特性變軟，但sm不變，故調(diào)速犯胃不變。5=2 異步電動機(jī)變頻調(diào)速時，為何要電壓協(xié)調(diào)控制？在整個調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定是否可行？為何在基頻以下時，采用恒壓頻比控制，而在基頻以上保持電壓恒定？答：因為定子電壓頻率變化時，將導(dǎo)致氣隙磁通變化，影響電動機(jī)工作。在整個調(diào)速范圍內(nèi)，若保持電壓恒定，則在基頻以上時，氣隙磁通將減少，電動機(jī)將出力不足；而在基頻以下時，氣隙磁通將增加，由于磁路飽和，勵磁電流將過大，電動機(jī)將遭到破壞。因此保持電壓恒定不可行。在基頻以下時，若保持電壓不變，則氣隙磁通增加，由于磁路飽和，將使勵磁電流過大，破壞電動機(jī)，故應(yīng)保持氣隙

9、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，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 異步電動機(jī)變頻調(diào)速時，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)

10、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)速可以是恒壓頻比控制，恒定子磁通ms、恒氣隙磁通m和恒轉(zhuǎn)子磁通mr的控制方式，從機(jī)械特性和系統(tǒng)實現(xiàn)兩個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ms、恒氣隙磁通m和恒轉(zhuǎn)子磁通mr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ms和恒氣隙磁通m的控制方式雖然改善了低速性能，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mr控制方式

11、可以獲得和直流他勵電動機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能最佳。6-1結(jié)合異步電動機(jī)三相原始動態(tài)模型，討論異步電動機(jī)非線性、強(qiáng)耦合和多變量的性質(zhì)，并說明具體體現(xiàn)在哪些方面？答：異步電動機(jī)具有非線性、強(qiáng)耦合和多變量的性質(zhì)，要獲得良好的調(diào)速性能，必須從動態(tài)模型出發(fā)，分析異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制規(guī)律，研究高性能異步電動機(jī)的調(diào)速方案。矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制是兩種基于動態(tài)模型的高性能交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。矢量控制系統(tǒng)通過矢量變換和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，得到等效直流電動機(jī)模型，然后按照直流電動機(jī)模型設(shè)計控制系統(tǒng)；直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)利用轉(zhuǎn)矩偏差和定子磁鏈幅值偏差的符號，根據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢?，直接選取合適的定子電壓矢

12、量，實施電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的控制。6-14 按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制 （DTC） 系統(tǒng)與磁鏈閉環(huán)控制的矢量控制 （VC） 統(tǒng) 系 在控制方法上有什么異同？ 答：1）轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式砰-砰控制器，并在 PWM 逆變器中直接用這兩個控制信號產(chǎn)生電壓的SVPWM波形， 從而避開了將定子電流分解成轉(zhuǎn)矩和磁鏈分量， 省去了旋轉(zhuǎn)變 換和電流控制，簡化了控制器的結(jié)構(gòu)。 2） 選擇定子磁鏈作為被控量， 而不象VC系統(tǒng)中那樣選擇轉(zhuǎn)子磁鏈， 這樣一來， 計算磁 鏈的模型可以不受轉(zhuǎn)子參數(shù)變化的影響，提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。如果從數(shù)學(xué)模型推導(dǎo) 按 定子磁鏈控制的規(guī)律，顯然要比按轉(zhuǎn)子磁鏈定向時復(fù)雜，但是，

13、由于采用了砰-砰控 制，這 種復(fù)雜性對控制器并沒有影響。 3）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)載變化的動態(tài)過程中，可以獲得快速的 轉(zhuǎn) 矩響應(yīng)， 但必須注意限制過大的沖擊電流， 以免損壞功率開關(guān)器件， 因此實際的轉(zhuǎn)矩響 應(yīng)的 快速性也是有限的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)載時的速度降落，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降 不變，試問系統(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 直流電動機(jī)為PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=1430r/min，Ra=0.023。相控

14、整流器內(nèi)阻Rrec=0.022。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求s=20%時，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果s=30%時，則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？解： *2.5 某龍門刨床工作臺采用V-M調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動機(jī)，主電路總電阻R=0.18,Ce=0.2Vmin/r,求：（1）當(dāng)電流連續(xù)時，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為多少？（2）開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率多少？（3）若要滿足D=20,s5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落又為多少?解：(1) (2) (3) *2.9 有一V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動機(jī)參數(shù)PN=2.2kW, UN=220V, IN=12.5A, nN=1500 r/min，電樞電阻Ra=

15、1.5，電樞回路電抗器電阻RL=0.8，整流裝置內(nèi)阻Rrec=1.0,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）計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降nop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降ncl 。（2）采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(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，Id=IN，n=nN ，則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù) 應(yīng)該是多少？（4）計算放大器所需的放大倍數(shù)。解：（1）所以，（2）（3）（4）可以求得，也可以用粗略算法：，*2.12 有一個晶閘-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動機(jī)：，r/min，=1.5，整流裝置內(nèi)阻=1, 電樞回路電抗器電

16、阻=0.8， 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。(1)系統(tǒng)開環(huán)工作時，試計算調(diào)速范圍時的靜差率值。(2)當(dāng)，時，計算系統(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，計算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù)。解：（1）（2）（3）*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，電流過載倍數(shù)為2，電樞回路總電阻=2，=20，=0.127Vmin/r，求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在=5V，=10A時，系統(tǒng)的、和各為多少？（2）當(dāng)電動機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時，和各為多少？解：(1)（2）堵轉(zhuǎn)時，*3.2 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器ASR，ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù)：電動機(jī)：=3.7kW， =220V， =20A， =1000 r/min ,電樞回路總電阻=1.5,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)