運動控制系統(tǒng)思考題和課后習(xí)題答案

1、電力拖動自動控制系統(tǒng) 電力拖動自動控制系統(tǒng)-運動控制系統(tǒng)（ 運動控制系統(tǒng)（ 阮毅 阮毅 陳伯時）課后答案包括思考題和課后習(xí)題 陳伯時）課后答案包括思考題和課后習(xí)題第 2 章 2-1 直流電動機有哪幾種調(diào)速方法？各有哪些特點？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

2、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

3、期（1/fc） ，而晶閘管整流裝置的時間常數(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，故直流 PWM 變換器時間常數(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？

4、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：為電動機提供續(xù)流通道。若二極管斷路則會使電動機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)給直流電動機供電

5、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，電機無法運轉(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?動機由動能轉(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

6、限制電路。 2-9 在晶閘管整流器-電動機開環(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，電機不再減速，保持穩(wěn)定。故負(fù)載 增加，穩(wěn)態(tài)時，電機轉(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

7、調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的， ） 而機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/（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。2-12 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)

8、速系統(tǒng)有哪些特點？改變給定電壓能否改變電動機的轉(zhuǎn)速？為什么？如發(fā)，于是形成電流斷續(xù)。 2-4 看 P14 圖簡述 V-M 調(diào)速系統(tǒng)的最大失控時間。14 答：t1 時刻某一對晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，觸發(fā)延遲角為α1，在 t2>t1 時刻，控制電壓發(fā)生變 化，但此時晶閘管已導(dǎo)通，故控制電壓的變化對它已不起作用，只有等到下一個自然換向點 t3 時刻到來時，控制電壓才能將正在承受正電壓的另一對晶閘管在觸發(fā)延遲角α2 后導(dǎo)通。t3-t2 即為失控

9、時間，最大失控時間即為考慮 t2=t1 時的失控時間。 2-5 簡述 V-M 調(diào)速系統(tǒng)存在的問題。16 答：整流器晶閘管的單向?qū)щ娦詫?dǎo)致的電動機的不可逆行性。 整流器晶閘管對過電壓過電流的敏感性導(dǎo)致的電動機的運行不可靠性。 整流器晶閘管基于對其門極的移相觸發(fā)控制的可控性導(dǎo)致的低功率因數(shù)性。2-6 簡述不可逆 PWM 變換器 （無制動電流通路與有制動電流通路） 各個工作狀態(tài)下的導(dǎo)通器件和 電流通路。17-18 2-7 調(diào)速時一般以電動

10、機的（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 一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指（在最低轉(zhuǎn)速時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍） 。 2-9 簡述轉(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）一點負(fù)載，就相應(yīng)地提高（或降低）一點電樞電壓， 使電動機在新的機械特性下工作。因此閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性本質(zhì)上就是無數(shù)開環(huán)機械特性上各取 一個相應(yīng)的工作點連接而成

11、的。 2-10 簡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，服從給定） ； 反饋系統(tǒng)的精度依賴于（給定和反饋檢測的精度） 。2-11 簡述積分控制規(guī)律答：積分控制可以使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運行，實現(xiàn)無靜差調(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

12、的全部歷史） 2-13 簡述比例積分控制規(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 微機控制的調(diào)速系統(tǒng)有什么特點？ 答： （信號離散化，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？ 答：絕對式編碼器：常用語檢測轉(zhuǎn)角信號，若需要轉(zhuǎn)速信號，應(yīng)對轉(zhuǎn)角微分。 增量式編碼器：可直接檢測轉(zhuǎn)速信號。 2-16 數(shù)字測速方法有哪些精度指標(biāo)？ 答： （分辨率，測速誤差率） 。2

13、-17 采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測速方法有（M，T，M/T） 。高低全 2-18 為什么積分需限幅？ 答：若沒有積分限幅，積分項可能很大，將產(chǎn)生較大的退飽和超調(diào)。2-19 簡述帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋調(diào)速系統(tǒng)機械特性的特點。答：電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個大電阻 KpKsR，導(dǎo)致當(dāng) Id=Idcr 時，機械 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