電力傳動與控制 習(xí)題及答案匯 第2-5章

2-1直流電機有哪幾種調(diào)速方法？試從調(diào)節(jié)過程、調(diào)速特點、調(diào)速性能方面對這幾種調(diào)速方法進(jìn)行分析。答：直流電機調(diào)速方法有：降壓、電樞回路串電阻、弱磁三種降壓調(diào)速機械特性硬度不變（斜率不變），穩(wěn)定性較好，可以在低速范圍內(nèi)運行，降壓調(diào)速可以得到較大的調(diào)速范圍，只要電源電壓連續(xù)可調(diào)，就可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的平滑調(diào)速，即無級調(diào)速；關(guān)鍵在于：要有電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)的直流電源。電樞回路串電阻調(diào)速只能是基速（電動機運行于固有機械特性上的轉(zhuǎn)速）向下調(diào)；但也可以減小串入電阻值使轉(zhuǎn)速升高；轉(zhuǎn)速越低，損耗越大。該方法穩(wěn)定性能差，低速運行時，負(fù)載在不太大的范圍內(nèi)變化，就會引起較大的轉(zhuǎn)速變化，而空載或輕載時，調(diào)速范圍小，調(diào)速效果不明顯，但設(shè)備簡單，易于操作。弱磁調(diào)速一般用于升速，從基速向上調(diào)，在功率較小的勵磁電路中進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制方便，能量損耗小，調(diào)速的平滑性較高，由于調(diào)速范圍不大，常和額定轉(zhuǎn)速以下的降壓調(diào)速配合應(yīng)用，以擴大調(diào)整范圍。2-2簡述可逆和不可逆PWM變換器在結(jié)構(gòu)和工作原理上各自具有的特點。雙極式和單極式可逆PWM變換器在結(jié)構(gòu)、工作原理上又有什么相同之處和不同之處呢？答：略2-3在直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機停止不動時，電樞兩端是否還有電壓？電路中是否還有電流？為什么？答：在采用雙極性可逆PWM變換器的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機停止不動時，電樞兩端電壓是正負(fù)對稱的交變信號，這意味著雖然瞬時電壓不為零，但平均值可能為零。同樣地電樞電流也是正負(fù)對稱的交變信號，其平均值也可能為零，但瞬時電流不為零。對于不可逆直流PWM變換器-電動機系統(tǒng)，當(dāng)電動機停止不動時，電樞兩端電壓通常為零，電流通常也為零，這里的電流為零是指平均值，瞬時電流可能由于電路中的電容、電感等元件的放電效應(yīng)而短暫存在。2-4在PWM-M系統(tǒng)中，直流電源等效為一階慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)是如何確定的？電樞電流是否還可能斷續(xù)？試進(jìn)行簡單討論。答：PWM輸出電壓Ud與控制電壓Uc的關(guān)系可概括為：當(dāng)控制電壓Uc改變時，平均輸出電壓Ud按線性規(guī)律變化，但其響應(yīng)會有延遲，通常最大滯后時間認(rèn)為為一個載波周期T。對于帶制動回路的PWM-M系統(tǒng)，無論電機是重載還是輕載狀態(tài)下，電流波形一般都是連續(xù)的。2-5調(diào)速范圍D、靜差率s和額定速降ΔnN三者之間存在什么內(nèi)在關(guān)系？答：略2-6直流電機的開環(huán)控制存在哪些問題？如何解決？答：略2-7轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)有哪些特點？改變給定電壓能否改變電機的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？答：轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)特點：略。改變給定電壓能改變電機轉(zhuǎn)速；調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比和測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化都將改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，因此將改變穩(wěn)態(tài)時的轉(zhuǎn)速。2-8在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電機勵磁電流、電樞電阻、測速發(fā)電機勵磁各量發(fā)生變化時，都會引起轉(zhuǎn)速的變化，問系統(tǒng)對上述各量有無調(diào)節(jié)能力？為什么？答：根據(jù)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點可知，當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電機勵磁電流、電樞電阻發(fā)生變化時，系統(tǒng)都可以進(jìn)行調(diào)節(jié)；而測速發(fā)電機勵磁發(fā)生變化時將改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，系統(tǒng)無調(diào)節(jié)作用。2-9在PWM-M系統(tǒng)中，當(dāng)直流電機再生制動時，其存儲的機械能是如何處理的，應(yīng)注意什么問題？如果要求將這些機械能饋回電網(wǎng)，可采取哪些措施？答：在PWM-M系統(tǒng)中，當(dāng)直流電機再生制動時，其存儲的機械能將轉(zhuǎn)換為電能回饋至直流側(cè)，但是由于二極管整流器的單向?qū)щ娦?，電能不能通過整流器送回交流電網(wǎng)，只能向濾波電容進(jìn)行充電，使得電容兩端電壓升高。應(yīng)注意過高的電容電壓可能會超過電力電子器件的耐壓限制值，因此電容的容量不能太小。如果要求將這些機械能饋回電網(wǎng)可以在二極管整流器輸出端并接逆變器，將直流電逆變成交流電。2-10什么叫典型I型系統(tǒng)、典型Ⅱ型系統(tǒng)，它們有哪些基本特征？答：略。2-11采用理想起動的目的是什么？答：理想起動目的是能夠使電動機在起動時保持最大的允許電流，從而產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩，同時電動機的轉(zhuǎn)速能夠迅速以直線規(guī)律上升，從而大大縮短起動時間，但也要注意減小對電網(wǎng)的沖擊。2-12在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)什么參數(shù)可以改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速？答：根據(jù)閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點可知，調(diào)節(jié)給定電壓、調(diào)節(jié)反饋系數(shù)都可以改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。2-13在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有哪些作用？其輸出限幅值應(yīng)該按照什么要求整定？電流調(diào)節(jié)器又有哪些作用？其輸出限幅值應(yīng)該如何整定？答：略2-14在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)中，如遇到下列情況會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（1）電流反饋極性接反；（2）轉(zhuǎn)速反饋極性接反；（3）起動時ASR未能達(dá)到飽和；（4）額定負(fù)載正常運行時，電流反饋突然斷開。答：略2-15圖2-57為常見的液位控制系統(tǒng)原理圖，其工作目的是在任意時刻保持液面高度維持不變，試說明系統(tǒng)工作原理并畫出系統(tǒng)控制框圖。答：該液位控制系統(tǒng)為典型的反饋控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)中被控量為水箱的液位高度。通過浮球的上下浮動來反映液位的變化，當(dāng)液位上升或下降時，浮球會隨之浮動，并帶動電位器電刷位置發(fā)生變化，從而改變電機輸入電壓的變化，進(jìn)而改變驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)速度，改變閥門開度，最終改變進(jìn)入水箱的流量。需注意，電位器電刷位于中間位置時，電動機輸入電壓為零，電機保持靜止。2-16有一PWM-M轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)：電機參數(shù)PN=2.2kW，UN=220V，IN=12.5A，nN=1500r/min，電樞電阻Ra=0.5Ω，整流裝置內(nèi)阻R=1.5Ω，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)的轉(zhuǎn)速降落Δnop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)時的轉(zhuǎn)速降落Δncl；（2）試畫出采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖；（3）當(dāng)Un*=15V時，Id=IN，n=nN時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)α應(yīng)是多少？（4）計算放大器所需的放大倍數(shù)。（5）若開關(guān)頻率為8kHz，主電路電感L=10mH，系統(tǒng)運動部分的飛輪慣量GD2=1.2Nm2，試判斷該轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行？如要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)K是多少？解：（1）要求，根據(jù)開環(huán)系統(tǒng)中，先求Ce則開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速降為：根據(jù)要求：D=20，s≤10％，由公式得（2）略（3）、（4）已知，，根據(jù)公式則取K=20由已知：時，,，公式：得：根據(jù)公式得：（5）分析：要使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，根據(jù)要求使得：，先求出三個時間常數(shù)其中：電磁時間常數(shù)為：機電時間常數(shù)為：要使得系統(tǒng)穩(wěn)定K必須小于268.99，根據(jù)（3）可知，K取20，則系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。2-17轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流電機控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器。已知α＝0.01V/r﹒min-1，β＝0.04V/A，Ce=0.416V/r﹒min-1，R=0.25Ω，負(fù)載電流IdL=140A，Un*=9V。試參計算出穩(wěn)態(tài)時Un、Ui、Ui*、ΔUn、ΔUi、Ud、Ea、Id、n各為多少。解：由于轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器，則根據(jù)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖可知當(dāng)Un*=9V，穩(wěn)態(tài)時Un=Un*=9V，ΔUn=0Ea=Cen=0.416×900=374.4V穩(wěn)態(tài)時Id=IdL=140A當(dāng)A，V因為采用PI調(diào)節(jié)器，穩(wěn)定時，則V，ΔUi=02-18略2-19略2-20略3-1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？電動機機械特性越軟，調(diào)速范圍是否越大？解：對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，普通籠型異步電動機的降壓調(diào)速度的工作范圍為0<s<電機機械特性越軟，調(diào)速范圍不變，因為sm3-2異步電動機變頻調(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？解：當(dāng)異步電動機在基頻以下運行時，如果磁通太弱，沒有充分利用電動機的鐵心，是一種浪費；如果磁通，又會使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時還會因繞組過熱而損壞電動機。由此可見，最好是保持每極磁通量為額定值不變。當(dāng)頻率從額定值向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低Eg使Eg=4.44在基頻以上調(diào)速時，頻率從額定值向上升高，受到電動機絕緣耐壓和磁路飽和的限制，定子電壓不能隨之升高，最多只能保持額定電壓不變，這將導(dǎo)致磁通與頻率成反比地降低，使得異動電動機工作在弱磁狀態(tài)。3-3異步電動機變頻調(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，那么恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速究竟是指什么？解：在基頻以下，由于磁通恒定，允許輸出轉(zhuǎn)矩也恒定，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；在基頻以上，轉(zhuǎn)速升高時磁通減小，允許輸出轉(zhuǎn)矩也隨之降低，輸出功率基本不變，屬于近似的恒功率調(diào)速方式。3-4一臺三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：額定電壓UN=380V，額定轉(zhuǎn)速nN=1200r/min，額定頻率fN=60Hz，定子繞組為星型聯(lián)結(jié)。由實驗測得定子電阻Rs=0.8Ω，定子漏感Lls=0.006H，定子繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感Lm=0.26H（1）畫出異步電動機Ｔ形等效電路和簡化等效電路。（2）額定運行時的轉(zhuǎn)差率sN、定子額定電流I1N（3）定子電壓和頻率均為額定值時，理想空載時的勵磁電流I0（4）定子電壓和頻率均為額定值時，臨界轉(zhuǎn)差率sm和臨界轉(zhuǎn)矩Tm，解：（1）Ｔ形等效電路和簡化等效電路如下：（2）額定運行時轉(zhuǎn)差率s根據(jù)簡化等效電路，定子額定電流IT其中np=60fNn（3）定子電壓和頻率均為額定值時，理想空載時的勵磁電流I（4）定子電壓和頻率均為額定值時，臨界轉(zhuǎn)差率sT異步電動機機械特性：3-5異步電動機參數(shù)如習(xí)題３－４所示，畫出調(diào)壓調(diào)速在12UN和23UN時的機械特性，計算臨界轉(zhuǎn)差率sm和臨界轉(zhuǎn)矩Tm，解：調(diào)壓調(diào)速在12UN臨界轉(zhuǎn)差率s12T?23T?帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL工作時，穩(wěn)定工作范圍為0<s<s3-6異步電動機參數(shù)如習(xí)題3-4所示，若定子每相繞組匝數(shù)Ns=250系數(shù)KNs=0.9，定子電壓和頻率均為額定值。（1）忽略定子漏阻抗，每極氣隙磁通量?m值Eg（2）考慮定子漏阻抗，在理想空載和額定負(fù)載時的?m和E（3）比較上述三種情況下?m和Eg的差異，解：（1）忽略定子漏阻抗，U所以，E?（2）考慮定子漏阻抗，理想空載時同（1）額定負(fù)載時，根據(jù)簡化等效電路，定子額定電流IE?（3）忽略定子漏阻抗時，不考慮定子漏阻抗壓降，理想空載時，定子漏阻抗壓降等于零，兩者相同?？紤]定子漏阻抗時，定子漏阻抗壓降使得?m和E3-7接上題，求：（1）在理想空載和額定負(fù)載時的定子磁通?ms和定子每相繞組感應(yīng)電動勢E（2）轉(zhuǎn)子磁通?m和轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動勢（折合到定子邊）E（3）分析與比較在額定負(fù)載時，?m、?ms和?mr的差異，Eg、Es和解：（1）定子磁通?ms和定子每相繞組感應(yīng)電動勢Es理想空載時，E?額定負(fù)載時，根據(jù)簡化等效電路，定子額定電流IE?理想空載和額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)子磁通?m和轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動勢（折合到定子邊）E理想空載時，I1E?額定負(fù)載時，根據(jù)簡化等效電路，定子額定電流IE?（3）額定負(fù)載時，?ms>?m3-8用習(xí)題3-4參數(shù)計算轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)差頻率ωsm。假定系統(tǒng)最大的允許轉(zhuǎn)差頻率ωsmax=0.9解：轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)差頻率ω起動時定子電流I其中ET3-9論述轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的控制規(guī)律、實現(xiàn)方法及系統(tǒng)的優(yōu)缺點。解：轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律為：在ωs≤ωsm的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩在不同的定子電流值時，按Us=f(ω轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：轉(zhuǎn)差角頻率ωs?與實測轉(zhuǎn)速ω相加后得到定子頻率ω1?，在調(diào)速過程中，實際頻率ω1隨著實際轉(zhuǎn)速ω同步地上升或下降，加、減速平滑且穩(wěn)定。同時，由于動態(tài)過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，系統(tǒng)以對應(yīng)于ω轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的缺點是：轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)是基于異步電動機穩(wěn)態(tài)模型的，Us3-10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解：恒壓頻比控制:恒壓頻比控制最容易實現(xiàn)，它的變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補償定子阻抗壓降。在對于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，速降落越大，機械特性越軟，與直流電動機弱磁調(diào)速相似。在基頻以下運行時，采用恒壓頻比的控制方法具有控制簡便的優(yōu)點，但負(fù)載變化時定子壓降不同，將導(dǎo)致磁通改變，因此需采用定子電壓補償控制。根據(jù)定子電流的大小改變定子電壓，以保持磁通恒定。恒定子磁通:雖然改善了低速性能，但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。頻率變化時，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定不變。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)差率大于恒壓頻比控制方式。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩也大于恒壓頻比控制方式?？刂品绞骄枰ㄗ与妷貉a償，控制要復(fù)雜一些。恒氣隙磁通:雖然改善了低速性能，但機械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。保持氣隙磁通恒定即Egω恒轉(zhuǎn)子磁通:機械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動機一樣的線性機械特性，這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的穩(wěn)態(tài)性能。3-11常用的交流PWM有三種控制方式，分別為SPWM、CHBPWM和SVPWM，論述它們的基本特征、各自的優(yōu)缺點。解：SPWM：基本特征：以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波。由它們的交點確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻，從而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列。優(yōu)缺點：普通的SPWM變頻器輸出電壓帶有一定的諧波分量，為降低諧波分量，減少電動機轉(zhuǎn)矩脈動，可以采用直接計算各脈沖起始與終了相位的方法，以消除指定次數(shù)的諧波。

CHBPWM：基本特征：在原來主回路的基礎(chǔ)上，采用電流閉環(huán)控制，使實際電流快速跟隨給定值。優(yōu)缺點：在穩(wěn)態(tài)時，盡可能使實際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的SPWM獲得更好的性能。精度高、響應(yīng)快，且易于實現(xiàn)。但功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率不定。

SVPWM：基本特征：把逆變器和交流電動機視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標(biāo)來控制逆變器的工作，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓空間矢量實現(xiàn)的。優(yōu)缺點：8個基本輸出矢量，6個有效工作矢量和2個零矢量，在一個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，每個有效工作矢量只作用1次的方式，生成正6邊形的旋轉(zhuǎn)磁鏈，諧波分量大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動。

3-12按基頻以下和基頻以上分析電壓頻率協(xié)調(diào)的控制方式，畫出：（1）恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性。（2）基頻以下電壓頻率協(xié)調(diào)控制時異步電動機的機械特性。（3）基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機的機械特性。（4）電壓頻率特性曲線U=f(f)。解：（1）（2）（3）（4）3-13異步電動機參數(shù)同習(xí)題3-4，輸出頻率f等于額定頻率fn，輸出電壓U等于額定電壓UN，考慮低頻補償，若頻率f=0（1）求出基頻以下電壓頻率特性曲線U=f(f)的表達(dá)式，并畫出特性曲線。（2）當(dāng)f=5Hz和f=2Hz時，比較補償與不補償?shù)臋C械特性曲線解：（1）基頻以下，電壓頻率特性曲線U=（2）補償與不補償?shù)臋C械特性曲線，兩種情況下的臨界轉(zhuǎn)矩T當(dāng)f=5HU=臨界轉(zhuǎn)矩T不補償U=臨界轉(zhuǎn)矩T當(dāng)f=2HU=臨界轉(zhuǎn)矩T不補償U=臨界轉(zhuǎn)矩T3-14分析電流滯環(huán)跟蹤PWM控制中，環(huán)寬對電流波動與開關(guān)頻率的影響。解：電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的環(huán)寬有關(guān),當(dāng)環(huán)寬選得較大時,可降低開關(guān)頻率,但電流波形失真較多,諧波分量高;如果環(huán)寬太小,電流波形雖然較好,卻使開關(guān)頻率增大了。這是一對矛盾的因素,實用中,應(yīng)在充分利用器件開關(guān)頻率的前提下,正確地選擇盡可能小的環(huán)寬。3-15三相異步電動機星型聯(lián)結(jié)，能否將中性點與直流側(cè)參考點短接？為什么？解：能。雖然直流電源中點和交流電動機中點的電位不等，但合成電壓矢量的表達(dá)式相等。因此，三相合成電壓空間矢量與參考點不等?？梢詫⒅行渣c與直流側(cè)參考點短接。3-16兩電平PWM逆變器主回路的輸出電壓矢量是有限的，若期望輸出電壓矢量us的幅值小于23Ud解：兩電平PWM逆變器有六個基本空間電壓矢量，這六個基本空間電壓矢量將電壓空間矢量分成六個扇區(qū)，根據(jù)空間角度θ確定所在的扇區(qū)，然后用扇區(qū)所在的兩個基本空間電壓矢量分別作用一段時間等效合成期望的輸出電壓矢量。3-17異步電動機基頻以下調(diào)速時，氣隙磁通量?m、定子磁通?ms和轉(zhuǎn)子磁通?mr隨負(fù)載的變換而變化，要保持恒定需采用電壓補償控制。寫出保持三種磁通恒定的電壓補償控制的相量表達(dá)式，若僅采用幅值補償是否可行解：（1）定子磁通?msU（2）氣隙磁通量?mU（3）轉(zhuǎn)子磁通?mrU精確的補償應(yīng)該是幅值補償和相位補償，考慮實現(xiàn)方便的原因，也可僅采用幅值補償。3-18兩電平PWM逆變器主回路，采用雙極性調(diào)制時，用1表示上橋臂開通，0表示上橋臂關(guān)斷，共有幾種開關(guān)狀態(tài)，寫出其開關(guān)函數(shù)。根據(jù)開關(guān)狀態(tài)寫出其電壓空間矢量表達(dá)式，畫出電壓空間矢量圖。解：兩電平PWM逆變器主回路：采用雙極性調(diào)制時，用1表示上橋臂開通，0表示上橋臂關(guān)斷，逆變器輸出端電壓：uu以直流電源中點O為參考點u空間電壓矢量圖：3-19采用SVPWM控制，用有效工作電壓矢量合成期望的輸出電壓矢量，由于期望輸出電壓矢量是連續(xù)可調(diào)的，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E可以是圓，這種說法是否正確？為什么？解：實際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E在期望的磁鏈圓周圍波動。N越大，磁鏈軌跡越接近于圓，但開關(guān)頻率隨之增大。由于N是有限的，所以磁鏈軌跡只能接近于圓，而不可能等于圓。3-20采用電壓空間矢量PWM調(diào)制方法，若直流電壓ud解：在一個周期內(nèi),6個有效工作矢量順序作用一次,定子磁鏈?zhǔn)噶渴且粋€封閉的正六邊形。正六邊形定子磁鏈的大小與直流側(cè)電壓成正比,而與電源角頻率成反比。在基頻以下調(diào)速時,應(yīng)保持正六邊形定子磁鏈的最大值恒定。若直流側(cè)電壓恒定,則越小時,Δt越大,勢必導(dǎo)致增加。第四章習(xí)題答案已做習(xí)題：4-1--4-10，4-12，4-15，4-19有問題的習(xí)題4-19缺極對數(shù)，不能計算出同步轉(zhuǎn)速，因此只寫了公式4-1結(jié)合異步電動機三相原始動態(tài)模型，討論異步電動機非線性、強耦合和多變量的性質(zhì)，并說明具體體現(xiàn)在哪些方面？解：非線性：異步電動機的非線性主要來源于電流與磁通的乘積產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，以及轉(zhuǎn)速與磁通的乘積產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。在數(shù)學(xué)模型中，這些關(guān)系表現(xiàn)為變量的乘積項，即使不考慮磁飽和等因素，也使得模型具有非線性特性。強耦合：異步電動機的強耦合特性表現(xiàn)在定子和轉(zhuǎn)子之間的耦合，以及三相繞組之間的耦合。這種耦合關(guān)系在電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程中都有體現(xiàn)。電機電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩存在變量乘積，定轉(zhuǎn)子的相對運動使得互感矩陣為非線性變參數(shù)，這些都使得異步電動機成為一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)。多變量：異步電動機是一個多變量系統(tǒng)，具有多個輸入和輸出變量。在變壓變頻調(diào)速時，需要進(jìn)行電壓（或電流）和頻率的協(xié)調(diào)控制，這意味著有電壓（電流）和頻率兩種獨立的輸入變量。在輸出變量中，除了轉(zhuǎn)速外，磁通也是一個重要的輸出變量。4-2三相原始模型是否存在約束條件？為什么說“三相原始數(shù)學(xué)模型并不是其物理對象最簡潔的描述，完全可以且完全有必要用兩相模型代替”？兩相模型為什么相差90°？可否相差180°？解：異步電動機三相繞組為Y無中線連接，若為Δ連接，可等效為Y連接。因此異步電動機三相數(shù)學(xué)模型中存在一定的約束條件三相變量中只有兩相是獨立的，因此三相原始數(shù)學(xué)模型并不是物理對象最簡潔的描述。完全可以而且也有必要用兩相模型代替。在交流電動機三相對稱的靜止繞組A、B、C中，通以三相平衡的正弦電流，所產(chǎn)生的合成磁動勢是旋轉(zhuǎn)磁動勢F，它在空間呈正弦分布，以同步轉(zhuǎn)速（即電流的角頻率）順著A-B-C的相序旋轉(zhuǎn)。任意對稱的多相繞組，通入平衡的多相電流，都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，以兩相最為簡單。相差180°，相互抵消后相當(dāng)于只有單相繞組通入電流，不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢。4-3電源三相電流為2cos、2cos(-120°)和2cos(+120°)，求其3/2變換下的結(jié)果；若按電源旋轉(zhuǎn)角定向，求2s/2r變換后的結(jié)果。解：三相—兩相(2s/2r)的電流變換矩陣方程為由中性點公式化簡得給定的三相電流為因此得到進(jìn)行2s/2r變換4-43/2坐標(biāo)變換的等效原則是什么？功率相等是否為坐標(biāo)變換的必要條件？是否可以采用匝數(shù)相等的變換原則？如可以，變換前后的功率是否相等？解：三相繞組可以用相互獨立的兩相正交對稱繞組等效代替，等效的原則是產(chǎn)生的磁動勢相等。確定電流變換矩陣時，應(yīng)遵守變換前后所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場等效的原則。確定電壓變換矩陣時，應(yīng)遵守變換前后電動機功率不變的原則。功率相等不是坐標(biāo)變換的必要條件。不可以采用匝數(shù)相等的變換原則，若采用，變換前后的功率不相等。4-5旋轉(zhuǎn)變換的等效原則是什么？當(dāng)磁動勢矢量幅值恒定、勻速旋轉(zhuǎn)時，在靜止繞組中通入正弦對稱的交流電流，而在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流為什么是直流電流？如果坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)速度大于或小于磁動勢矢量的旋轉(zhuǎn)速度時，繞組中的電流是交流量還是直流量？解：旋轉(zhuǎn)變換的等效原則主要是基于不同坐標(biāo)系下繞組產(chǎn)生的合磁動勢相等的原則。通過坐標(biāo)變換，可以將靜止坐標(biāo)系中的交流量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流量。這是因為在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，觀察者與磁動勢矢量一起旋轉(zhuǎn)，因此看到的電流就像是直流一樣。如果坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)速度大于或小于磁動勢矢量的旋轉(zhuǎn)速度時，繞組中的電流將不再是直流量。如果旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的速度大于磁動勢矢量的旋轉(zhuǎn)速度，那么在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中觀察到的電流將是負(fù)頻率的交流量；如果旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的速度小于磁動勢矢量的旋轉(zhuǎn)速度，那么在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中觀察到的電流將是正頻率的交流量。這是因為相對速度的變化導(dǎo)致了電流頻率的變化。4-6按磁動勢等效、功率相等的原則，三相坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為現(xiàn)有三相正弦對稱電流求變換后兩相靜止坐標(biāo)系中的電流is和is，分析兩相電流的基本特征與三相電流的關(guān)系。解：兩相靜止坐標(biāo)系中的電流兩相電流與三相電流的的頻率相同，兩相電流的幅值是三相電流的的32倍，兩相電流的相位差4-7兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換矩陣為將習(xí)題4-6中兩相靜止坐標(biāo)系中的電流is和is變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流isd和isq，坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)速度ddt=1。分析當(dāng)1=時，isd和isq解：兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流當(dāng)ddt=電流矢量幅值4-8坐標(biāo)變換（3/2變換和旋轉(zhuǎn)變換）的優(yōu)點何在？能否改變或減弱異步電動機非線性、強耦合和多變量的性質(zhì)？解：3/2變換將按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、轉(zhuǎn)子三相繞組間的相互耦合。與三相原始模型相比，3/2變換減少了狀態(tài)變量的維數(shù)，簡化了定子和轉(zhuǎn)子的自感矩陣。但是坐標(biāo)變換并不能改變或減弱異步電動機非線性、強耦合和多變量的性質(zhì)，這些特性是電機固有的。4-9論述矢量控制系統(tǒng)的基本工作原理、矢量變換和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的作用，等效的直流電動機模型、矢量控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩與磁鏈控制規(guī)律。解：矢量控制系統(tǒng)將異步電動機模型解耦以及坐標(biāo)變化，相當(dāng)于按照控制直流電動機的方式來實現(xiàn)交流電動機的控制。矢量變換包括Clarke變換和Park變換。Clarke變換將三相電流轉(zhuǎn)換為αβ坐標(biāo)系，Park變換將αβ坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為dq坐標(biāo)系。按轉(zhuǎn)子磁鏈定向通過坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中，得到等效的直流電動機模型。仿照直流電動機的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈。按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，將d軸與轉(zhuǎn)子磁場方向一致，通過坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁場定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，得到等效的直流電動機模型。仿照直流電動機的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈，然后將轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中的控制量反變換得到三相坐標(biāo)系的對應(yīng)量，以實施控制。在磁場定向控制回路中，通過控制q軸電流為零，使電機的磁場與轉(zhuǎn)子磁場同步。這樣，電機的轉(zhuǎn)子磁場就可以有效地與定子磁場相互作用，從而產(chǎn)生所需的轉(zhuǎn)矩。4-10轉(zhuǎn)子磁鏈計算模型有電壓模型和電流模型兩種，分析兩種模型的基本原理，比較各自的優(yōu)缺點。解：根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來計算轉(zhuǎn)子磁鏈，所得出的模型叫做電流模型。計算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型需要實測的電流和轉(zhuǎn)速信號，不論轉(zhuǎn)速高低時都能適用。但受電動機參數(shù)變化的影響。電動機溫升和頻率變化都會影響轉(zhuǎn)子電阻，磁飽和程度將影響電感。這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅值與位置信號失真，而反饋信號的失真必然使磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能降低，這是電流模型的不足之處。根據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動勢等于磁鏈變化率的關(guān)系，取電動勢的積分得到磁鏈，所得出的模型叫做電壓模型。電壓模型包含純積分項，積分的初始值和累積誤差都影響計算結(jié)果，在低速時，定子電阻壓降變化的影響也較大。電壓模型更適合于中、高速范圍，而電流模型能適應(yīng)低速。有時為了提高準(zhǔn)確度，把兩種模型結(jié)合起來。4-12如圖4-36所示為一變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，試分析如下問題。（１）該系統(tǒng)采用的是間接矢量控制還是直接矢量控制？其磁鏈觀測模型是什么類型？（２）矢量控制實現(xiàn)的關(guān)鍵是什么？（３）簡述該系統(tǒng)的基本工作原理。解：1、直接矢量控制和間接矢量控制的主要區(qū)別在于是否需要對轉(zhuǎn)子磁鏈進(jìn)行直接測量或觀測。直接矢量控制需要對磁鏈進(jìn)行閉環(huán)控制，而間接矢量控制則通過轉(zhuǎn)差頻率和轉(zhuǎn)速的關(guān)系來估算磁鏈的位置，從而實現(xiàn)控制。本系統(tǒng)采用的是直接矢量控制。磁鏈觀測模型是電流模型。2、矢量控制實現(xiàn)的關(guān)鍵是通過將電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩解耦，使得可以獨立控制電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩3、首先將三相定子電流iA、iB、iC經(jīng)3/2變換得到兩相靜止坐標(biāo)系上的電流is、is，按轉(zhuǎn)子磁場定向，經(jīng)過同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，可得到M-T旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的電流is＞isT，利用磁場定向方程式可獲得轉(zhuǎn)差角頻率s1和轉(zhuǎn)子磁鏈r。把s1和實測轉(zhuǎn)速ω相加求得定子同步角頻率s，再將s進(jìn)行積分運算處理就得到轉(zhuǎn)子磁鏈的瞬時方位信號s，s是按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的定向角。通過磁鏈環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)分別得到參考電流勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量，加上按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的定向角s，經(jīng)過反旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換2r/2s得到兩相靜止坐標(biāo)系上的參考電流is、is，經(jīng)2/3變換得到三相定子電流給定，注入PWM，控制電機運行。

4-15按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中狀態(tài)方程為坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角速度為假定電流閉環(huán)控制性能足夠好，電流閉環(huán)控制的等效傳遞函數(shù)為慣性環(huán)節(jié)：Ti為等效慣性時間常數(shù)。畫出電流閉環(huán)控制后系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，輸入為i*sM和i，輸出為和r，討論系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的異步電動機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下矢量控制系統(tǒng)通過電流反饋控制、速度和位置反饋控制、坐標(biāo)變換、解耦控制、弱磁控制等多種方式來保證其穩(wěn)定性。這些方法共同作用，使得矢量控制系統(tǒng)能夠在各種工況下保持穩(wěn)定運行。4-19籠型異步電動機銘牌數(shù)據(jù)如下：額定功率PN=10kＷ，額定電壓UN=380V，額定電流N=10A，額定轉(zhuǎn)速nN=2000/min，額定頻率fN=60Hz，定子繞組聯(lián)結(jié)。由實驗測得定子電阻Rs=2，轉(zhuǎn)子電阻Rr=2.658，定子自感Ls=0.294H，轉(zhuǎn)子自感Lr=0.2898H，定、轉(zhuǎn)子互感Lm=0.2838H，轉(zhuǎn)子參數(shù)已折合到定子側(cè)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量J=0.1284kg·m2，電動機穩(wěn)定運行在額定工作狀態(tài)，試求轉(zhuǎn)子磁鏈r和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的定子電流兩個分量isM、isT。解：計算同步轉(zhuǎn)速由異步電動機穩(wěn)態(tài)模型得額定轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)差電流幅值由按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的動態(tài)模型得穩(wěn)定運行時，drd解得轉(zhuǎn)子磁鏈第五章思考題與習(xí)題5-1簡述永磁同步電動機矢量控制技術(shù)的含義。通過坐標(biāo)變換，將定子電流變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，分解成產(chǎn)生定子磁場的勵磁電流分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩電流分量，在三相交流電動機上設(shè)法模擬直流電動機的轉(zhuǎn)矩控制方式。將勵磁電流分量定位在永磁體的勵磁磁鏈上，轉(zhuǎn)矩電流分量與勵磁電流分量方向正交，彼此獨立，然后分別對其進(jìn)行控制。5-2以電動汽車為例，何時會采用轉(zhuǎn)速控制，何時會采用轉(zhuǎn)矩控制？轉(zhuǎn)速控制是電動汽車電機控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一、轉(zhuǎn)速控制可以通過改變電機的電壓、頻率和電流來實現(xiàn)。在低速運行時，可以通過提高電機的電壓和電流來增加車輛的加速度，提高動力輸出；在高速運行時，可以通過減小電機的電壓和電流來控制車輛的速度，提高續(xù)航里程。通常情況下，轉(zhuǎn)速控制采用閉環(huán)控制方法，即根據(jù)車輛的實際速度和目標(biāo)速度的差異來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，使其盡可能接近目標(biāo)速度。轉(zhuǎn)矩控制是電動汽車電機控制的另一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)矩控制可以通過改變電機的電流來實現(xiàn)。在啟動和加速階段，需要提供足夠大的轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動車輛，而在穩(wěn)定行駛和減速階段，需要減小轉(zhuǎn)矩以提高能效。轉(zhuǎn)矩控制的目標(biāo)是在保證車輛安全和舒適性的前提下，實現(xiàn)最佳的車輛性能和能效。通常情況下，轉(zhuǎn)矩控制也采用閉環(huán)控制方法，即根據(jù)車輛的實際轉(zhuǎn)矩和目標(biāo)轉(zhuǎn)矩的差異來調(diào)節(jié)電機的電流，使其盡可能接近目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。5-3永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)是如何組成的？為什么要用位置傳感器？永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)?主要由位置傳感器、電機控制器和逆變器組成。位置傳感器用于測量電機轉(zhuǎn)子的位置和角度，電機控制器根據(jù)這些信息控制逆變器輸出相應(yīng)的電流和電壓，從而實現(xiàn)對電機的精確控制。5-4永磁同步電動機采用弱磁控制策略時，需要注意哪些事項？在進(jìn)行永磁電機弱磁調(diào)整時，需要注意以下幾點：1.永磁電機的負(fù)載應(yīng)在連續(xù)工作狀態(tài)下進(jìn)行，以便調(diào)整的精度更高。2.應(yīng)將弱磁調(diào)整后的電機性能與調(diào)整前進(jìn)行比對，以確保調(diào)整結(jié)果的準(zhǔn)確性。3.弱磁調(diào)整應(yīng)在專業(yè)人員的指導(dǎo)下進(jìn)行，以確保調(diào)整的有效性和安全性。4.弱磁調(diào)整應(yīng)在正常運行狀況下進(jìn)行，不能在電機故障或損壞情況下進(jìn)行。5.調(diào)整時應(yīng)注意避免過多弱磁量導(dǎo)致電機的性能下降。5-5表面式和內(nèi)嵌式永磁同步電動機在控制策略上有何不同？表貼電機的控制是直接通過電源開關(guān)或變頻控制，因此其控制方式更加簡單明了，對于一些打印機、掃描儀等電子產(chǎn)品的電源及機器中不需要頻繁變速之類的場合比較適用。內(nèi)嵌電機的控制需要通過控制器實現(xiàn)，因為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需要通過控制器的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。通常用于一些需要頻繁變速、旋轉(zhuǎn)精度有要求的場合，如工業(yè)研磨機械、風(fēng)機等。5-6畫出id=0控制策略的向量圖，并分析其特點。實現(xiàn)簡單?：id=0控制策略通過始終保持定子電流的d軸分量id為零，僅通過控制q軸分量iq來控制電動機的轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)起來相對簡單?。轉(zhuǎn)矩控制直接?：轉(zhuǎn)矩與定子電流的幅值成正比，通過控制iq可以直接控制電動機的轉(zhuǎn)矩，這使得轉(zhuǎn)矩控制非常直接和有效?。效率高?：對于表面式永磁同步電動機，由于Ld=Lq，不產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，id的大小與電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)。通過使id=0，可以減少所需的定子電流，從而降低損耗、提高效率?。功率因數(shù)較低?：采用id=0控制時，電流矢量總是滯后電壓矢量一個角度，導(dǎo)致電動機運行時的功率因數(shù)總是滯后的。隨著負(fù)載增加，電流iq增大，電壓矢量與電流矢量的夾角增大，電機的功率因數(shù)降低。對變頻器容量要求高?：隨著負(fù)載增加，所需的定子電壓矢量幅值也相應(yīng)增大，對變頻器的容量要求較高?。適用于表面式電機?：對于表面式永磁同步電動機，由于等效氣隙大，電感Ld=Lq的值很小，上述問題并不嚴(yán)重。因此，表面式電機通常采用id=0控制?。5-7簡述PMSM直接轉(zhuǎn)矩控制的基本思想。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)是一種基于電機轉(zhuǎn)矩、電流和位置信息進(jìn)行控制的方法。該方法的基本思想是通過直接測量電機的狀態(tài)變量來計算電機磁通和轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)對電機的精確控制。與傳統(tǒng)的控制方法相比，直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)具有更高的動態(tài)響應(yīng)性能和更好的穩(wěn)態(tài)精度，可以在高速和重載情況下保持良好的電機性能。5-8對于PMSM，DTC是如何控制定子磁鏈幅值的，又是如何控制電動機的電磁轉(zhuǎn)矩？通過計算轉(zhuǎn)矩和磁鏈的幅值，并分別與給定值比較，來控制定子磁鏈的幅值及該矢量相對于磁鏈的夾角。通過轉(zhuǎn)矩和磁鏈調(diào)節(jié)器直接輸出所需的空間電壓矢量，從而達(dá)到磁鏈和轉(zhuǎn)矩直接控制的目的。5-9在一個采樣周期內(nèi)，PMSM的轉(zhuǎn)矩增量與哪些因素有關(guān)？如果試圖控制轉(zhuǎn)矩增量，應(yīng)如何做？5-10基于滯環(huán)比較器和開關(guān)表的DTC有哪些優(yōu)點？又有哪些缺點？哪些措施可以用來改進(jìn)該DTC技術(shù)的性能？DTC控制技術(shù)具有快速響應(yīng)、高精度控制等優(yōu)點，但也存在一些缺點。首先，它依賴于系統(tǒng)的采樣周期，采樣周期的不準(zhǔn)確會影響DTC系統(tǒng)的控制精度。其次，DTC技術(shù)采用了開關(guān)器件和PWM技術(shù)控制，可能會對電機的波形和電網(wǎng)產(chǎn)生一定的干擾。為了更好地應(yīng)用DTC技術(shù)，需要注意以下幾點。首先，要選擇合適的采樣周期，以保證控制精度。其次，要注意電機的負(fù)載特性，以便更好地控制電機的轉(zhuǎn)矩和速度。此外，還需要注意DTC技術(shù)對電機波形和電網(wǎng)的干擾問題。5-11SVM-DTC較基于滯環(huán)比較器和開關(guān)表的DTC有哪些優(yōu)勢？又有哪些劣勢？優(yōu)勢：對轉(zhuǎn)矩脈動出色的抑制能力、開關(guān)頻率固定、電流和磁鏈紋波小。劣勢：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，計算量增加，還需要調(diào)節(jié)PI參數(shù)。5-12為什么DTC無需同步旋轉(zhuǎn)變換？與矢量控制相比，DTC的最大優(yōu)勢是什么？DTC利用Bang-Bang控制（滯環(huán)控制）產(chǎn)生PWM信號，通過控制逆變器的開關(guān)狀態(tài)來獲得高動態(tài)性能的轉(zhuǎn)矩。其基本操作是將磁鏈和轉(zhuǎn)矩的設(shè)定值與實際值的誤差傳遞給滯環(huán)比較器，經(jīng)過離線運算開關(guān)表獲得合適的電機空間矢量，從而實現(xiàn)電機的調(diào)速控制?。這種控制方式不需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，因此在控制過程中不需要同步旋轉(zhuǎn)變換?。直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）的最大優(yōu)勢在于其快速的動態(tài)響應(yīng)和相對簡單的控制結(jié)構(gòu)?。

5-13異步電機DTC與永磁同步電機的DTC有何區(qū)別？永磁同步電動機的定子和轉(zhuǎn)子的運行頻率保持嚴(yán)格一致，不存在異步電動機中的“轉(zhuǎn)差”。5-14除了七段式SVPWM調(diào)制，還有哪種調(diào)制方式？與七段式調(diào)制區(qū)別在哪？五段式調(diào)制。開關(guān)次數(shù)?：七段式SVPWM的開關(guān)次數(shù)較多，而五段式SVPWM的開關(guān)次數(shù)較少。七段式SVPWM在一個采樣周期中會產(chǎn)生更多的開關(guān)動作，而五段式則在每個采樣周期中開關(guān)動作較少?12。諧波含量?：七段式SVPWM的諧波含量較小，而五段式SVPWM的諧波含量較大。由于七段式通過更多的開關(guān)動作來合成電壓矢量，能夠更好地減少諧波，從而獲得更平滑的電流波5-15相同的采樣頻率下，SVM-DTC和基于滯環(huán)比較器和開關(guān)表的DTC哪種開關(guān)損耗更大？為什么？在相同采樣頻率下，基于滯環(huán)比較器和開關(guān)表的DTC會產(chǎn)生更大的開關(guān)損耗。這主要是因為滯環(huán)控制的頻繁開關(guān)特性，而SVM-DTC通過優(yōu)化矢量選擇和開關(guān)時機，有效減少了不必要的開關(guān)操作，從而降低了開關(guān)損耗。5-16簡述模型預(yù)測控制的基本思想。先由電動機模型和當(dāng)前狀態(tài)預(yù)測出每個電壓矢量作用給電動機后的預(yù)測值，然后由預(yù)先定義的價值函數(shù)選擇一個使得預(yù)測值與給定值最接近的電壓矢量作為控制量，如此選擇的控制量考慮了系統(tǒng)的未來狀態(tài)，在誤差出現(xiàn)之前就對誤差進(jìn)行了消除，可以獲得更好的控制性能。5-17畫出模型預(yù)測控制的原理框圖，并簡要介紹各部分。測量永磁同步電動機三相電流。將控制集中所有矢量代入預(yù)測模型，計算所有矢量作用下電流在下一時刻的預(yù)測值。計算每個預(yù)測狀態(tài)下的目標(biāo)函數(shù)。選擇最小化目標(biāo)函數(shù)的開關(guān)狀態(tài)。應(yīng)用這種新的開關(guān)狀態(tài)。5-18與矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制相比，模型預(yù)測控制的優(yōu)勢在哪？劣勢又有哪些？優(yōu)勢：強大的多變量控制能力；能夠處理系統(tǒng)約束并優(yōu)化控制過程；對復(fù)雜動態(tài)和負(fù)載變化具有較好的適應(yīng)性和優(yōu)化能力。劣勢：高計算復(fù)雜度和實時性能要求；強依賴于精確的模型；系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)的復(fù)雜性較高。5-19簡述模型預(yù)測控制計算量大的原因，簡述如何減小計算量。 MPC的計算量大主要是因為每個控制周期內(nèi)需要求解一個優(yōu)化問題，而這個優(yōu)化問題通常涉及到多狀態(tài)、多變量的動態(tài)系統(tǒng)，并且優(yōu)化時域越長、約束條件越多，計算量越大。為減小計算量，可以通過簡化優(yōu)化問題、使用簡化模型、選擇高效優(yōu)化算法、并行計算或硬件加速等方式來降低計算復(fù)雜度，從而實現(xiàn)更高效的實時控制。5-20舉例說明，哪些措施可以改善FCS-MPC的性能？改善FCS-MPC性能的措施包括優(yōu)化計算效率、簡化控制模型、調(diào)整預(yù)測時域、并行計算和硬件加速等。此外，精細(xì)化控制輸入的離散化、智能量化、以及自適應(yīng)調(diào)整控制策略等方法也能顯著提高FCS-MPC在實際應(yīng)用中的效率和性能。通過這些手段，可以有效降低計算復(fù)雜度，提升實時控制性能，尤其適用于對計算時間和實時性要求高的應(yīng)用場景。5-21針對FCS-MPC存在的問題，你覺得哪些問題是可以通過價值函數(shù)予以解決的，并簡述解決思路。計算復(fù)雜度問題。利用價值函數(shù)來預(yù)評估不同控制輸入的潛在效果，避免每次都進(jìn)行全面的優(yōu)化。實時性問題。價值函數(shù)的估算可以提前進(jìn)行。在線更新和自適應(yīng)?？刂撇呗缘聂敯粜浴r值函數(shù)與魯棒控制相結(jié)合。自適應(yīng)價值函數(shù)。5-22簡述FCS-MPTC和直接轉(zhuǎn)矩控制的區(qū)別。特點DTCFCS-MPTC控制策略直接基于電壓矢量的選擇進(jìn)行轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制基于模型預(yù)測和優(yōu)化選擇最佳控制輸入計算復(fù)雜度計算簡單，實時性高計算復(fù)雜，實時性要求高開關(guān)頻率不規(guī)則，可能導(dǎo)致高頻噪聲和諧波相對平滑，可調(diào)，有助于減少電磁干擾和開關(guān)損耗控制精度精度有限，易受參數(shù)變化和擾動影響更精確，可以應(yīng)對系統(tǒng)不確定性和動態(tài)變化魯棒性對擾動和參數(shù)變化敏感具有更好的魯棒性，能夠處理擾動和系統(tǒng)不確定性實現(xiàn)難度實現(xiàn)較為簡單，適用于中低端控制器實現(xiàn)較為復(fù)雜，對硬件和軟件要求高，適用于高性能控制系統(tǒng)5-23PMSM電源頻率為50Hz和60Hz時，10極PMSM轉(zhuǎn)速是多少？18極PMSM轉(zhuǎn)速又是多少？n=60f/p.n1=60*50/5=600r/minn1=60*60/9=400r/min5-24結(jié)合PMSM數(shù)學(xué)模型，討論PMSM非線性、強耦合和多變量的性質(zhì)，并說明具體體現(xiàn)在哪些方面？非線性特性：由于電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩與電感之間的非線性關(guān)系，PMSM在不同工作點的行為復(fù)雜，特別是在高負(fù)載或磁飽和情況下.強耦合特性：電機的iq、id電流分量、轉(zhuǎn)矩和磁場之間存在強耦合，控制輸入之間的耦合性要求更加精確的控制算法。多變量特性：PMSM作為一個多輸入多輸出系統(tǒng)，涉及的變量多，且這些變量之間的相互關(guān)系要求同時考慮多個控制量，以實現(xiàn)高效、精確的控制。5-25隱極式與凸極式PMSM的結(jié)構(gòu)與電磁轉(zhuǎn)矩分別有何特點？特點SPMSMIPMSM轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁體貼在轉(zhuǎn)子表面，結(jié)構(gòu)簡單永磁體嵌入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜磁場分布磁場分布均勻，磁通密度低磁場不均勻，磁通密度高電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩平滑，波動較小轉(zhuǎn)矩波動較大，尤其在低轉(zhuǎn)速時適用場景高速應(yīng)用，要求轉(zhuǎn)矩波動小低速高轉(zhuǎn)矩應(yīng)用，電動汽車等優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩平滑，效率較高高轉(zhuǎn)矩密度，適應(yīng)低速大轉(zhuǎn)矩缺點轉(zhuǎn)矩密度較低，低速時效率較差轉(zhuǎn)矩波動大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高5-26PMSM永磁轉(zhuǎn)矩于哪些因數(shù)有關(guān)，磁阻轉(zhuǎn)矩于哪些因數(shù)有關(guān)？永磁轉(zhuǎn)矩主要由轉(zhuǎn)子永磁體的磁鏈、定子電流的qq軸分量以及轉(zhuǎn)子和定子磁場的相對位置等因素決定，通常提供穩(wěn)定且較為平滑的轉(zhuǎn)矩輸出磁阻轉(zhuǎn)矩則是由于轉(zhuǎn)子和定子之間的磁阻差異引起的，主要受轉(zhuǎn)子磁阻變化、定子電流的dd軸分量以及轉(zhuǎn)子與定子相對位置等因素的影響。磁阻轉(zhuǎn)矩通常在低速、高扭矩需求時發(fā)揮作用，但其轉(zhuǎn)矩波動較大。5-27試分析PMSM結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠的原因。無刷設(shè)計：省去了易磨損的刷子和換向器，簡化了電機結(jié)構(gòu)，減少了維護(hù)需求。永磁體轉(zhuǎn)子：使用永磁體代替了電磁繞組，避免了勵磁系統(tǒng)和滑環(huán)的復(fù)雜性緊湊高效：通過優(yōu)化設(shè)計，提高了功率密度，并實現(xiàn)了高效能和低損耗低維護(hù)需求：沒有易損件，減少了維護(hù)成本和停機時間，延長了使用壽命高穩(wěn)定性和可靠性：穩(wěn)定的電磁特性和高效運行，減少了溫升和故障風(fēng)險，具備較強的過載能力5-28PMSM的機械角度與電角度是什么關(guān)系？