運(yùn)動(dòng)控制點(diǎn)題答案

1、為什么直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)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(jiǎn)單，需要的電力電子器件少（2）開(kāi)關(guān)頻率高，直流容易連續(xù)，諧波少，電動(dòng)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(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)（5）電力電子開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)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(shí)，電網(wǎng)功率因素比相控整流器高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

2、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，通過(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）,晶閘管整流裝置的時(shí)間常數(shù)Ts通常取其最大失控時(shí)間的一半

3、（1/（2mf）。因fc通常為kHz級(jí)，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(huì)超過(guò)20直流PWM變換器間常數(shù)通常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)

4、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)榈碾娔懿荒芡ㄟ^(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

5、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(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/An）（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/An）（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)

6、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。3- 1在恒流起動(dòng)過(guò)程中，電樞電流能否達(dá)到最大值Idn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)采用調(diào)節(jié)器對(duì)斜坡擾動(dòng)無(wú)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(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)速于轉(zhuǎn)軸死無(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)!流調(diào)

7、速系統(tǒng)中給定電壓Un*不變，增加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a,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)a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，貝0AST給定電壓Ui*減小，貝V控制電壓Uc減小，則轉(zhuǎn)速n減??；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(shí)轉(zhuǎn)速反饋電壓Un不變。且實(shí)際轉(zhuǎn)速N減小。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)速范圍越大答：帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時(shí)，普通龍型異步電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速時(shí)的穩(wěn)定工作范圍為0ssm,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)速犯

8、胃不變。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

9、，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

10、以下調(diào)速可以是恒壓頻比控制，恒定子磁通dms、恒氣隙磁通dm和恒轉(zhuǎn)子磁通d>mr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©ms、恒氣隙磁通dm和恒轉(zhuǎn)子磁通dmr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dm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控制方式可以獲得和直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能

11、最佳。6- 1結(jié)合異步電動(dòng)機(jī)三相原始動(dòng)態(tài)模型，討論異步電動(dòng)機(jī)非線性、強(qiáng)耦合和多變量的性質(zhì)，并說(shuō)明具體體現(xiàn)在哪些方面答：異步電動(dòng)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(dòng)態(tài)模型出發(fā)，分析異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈控制規(guī)律，研究高性能異步電動(dòng)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(dòng)態(tài)模型的高性能交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。矢量控制系統(tǒng)通過(guò)矢量變換和按轉(zhuǎn)子磁鏈定向，得到等效直流電動(dòng)機(jī)模型，然后按照直流電動(dòng)機(jī)模型設(shè)計(jì)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(hào)，根據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢茫苯舆x取合適的定子電壓矢量，實(shí)施電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的控制。6-14按定子

12、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(gè)控制信號(hào)產(chǎn)生電壓的SVPWM波形，從而避開(kāi)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(jiǎn)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(lái)，計(jì)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(shí)復(fù)雜，但是，由于采用了砰-砰控制，這種復(fù)雜性對(duì)控制器并沒(méi)有影響。3）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)

13、載變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必須注意限制過(guò)大的沖擊電流，以免損壞功率開(kāi)關(guān)器件，因此實(shí)際的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的快速性也是有限的某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為n0max二1500冷min，最低轉(zhuǎn)速特性為n0min二150廠''口血，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落AnN二*r'min，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D=（均指額定負(fù)載情況下）maxminn二n-An二1500-15二1485max0maxNn=nAn=15015=135min0minND二n,'n二1485.135二11ma

14、xmin',2）靜差率s=AnN.'no=15150二10%*直流電動(dòng)機(jī)為P=74kW,UN=220V,I=378A,n=1430r/min,Ra=Q。相控整流器內(nèi)阻Rrec=Q。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求s=20%NNN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：Ce二(U-1R”n二(220-378x0.023):1430二0.1478V;rpmAn二IRCeN378xN(0.023+0.022)0.1478二115rpmD二n*An(1-s)二1430x02115x(1-0.2)二3.1D二n：S；An(1-s)二1430x0.3115x(1-0

15、.3)二5.33*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=Q,Ce=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AnN為多少開(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SN多少(3)若要滿足D=20,sW5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落AnN又為多少解：An=IxRCe=305x0.18J0.2=274.5r/minSN=/n二274.5(1000+274.5)二21.5%An二%,D(1s)二1000x0.05J20x0.95二2.63r/min*有一V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)參數(shù)P=,U=220V,I=,n=1500r/min，電樞電阻R=Q，電樞回路電

16、抗器電阻RL=Q，整流裝置內(nèi)阻R=Q,NNNNarec觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)K=35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率S<=10%。s(1)計(jì)算開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降A(chǔ)n和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降A(chǔ)n。(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opcl和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。(3)調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)U*=15V時(shí)，I=1，n=n，則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a應(yīng)該是多少(4)計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。ndNN解：(1)n=(UIxR)/CNNaenC=(220-12.5x1.5)/1500=201.251500二0.13Vmin/ren=(UIxR)/CNNSenAn=IxR/C=12.5x3

17、.3/0.134=307.83r6/minopNSeAn=ns/(D(1-s)=1500x10%/(20*90%)=8.33r/minNN所以，An?=8.33r/min2)K=(An/An)1二307.836/8.33-1二35.955opcl1500=35.955x15/a(1+35.955)12.5x3.3/(0.134(1+35.955)_=0.0096Vmin/r可以求得，K*C35.955*0.134*a35*0.0096=14.34也可以用粗略算法：=an151500二0.01K=KC/KapesK=35.955x0.134/(35x0.01)=13.76p*有一個(gè)晶閘-電動(dòng)機(jī)調(diào)

18、速系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)：PN=2.8kW,Un=220V,I=15.6A,nN=1500r/min,R=Q，整流裝置內(nèi)NNNNa阻Rrec=1Q,電樞回路電抗器電阻Rl=Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35。系統(tǒng)開(kāi)環(huán)工作時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍D=30時(shí)的靜差率s值。當(dāng)D=30,s=10%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D=30,s=10%，在u*=10V時(shí)Id=IN,n=nN，計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a和放大器放大系數(shù)K。ndNNp解：Ce=(22015.6x1.5)/1500=0.1311Vmin/rAn=IxR/C=15.6x3.3/0.1311=392.68r/

19、minopN工e1)n=1500/30=501) mins=An/An=392.68/(392.68+50)=88.7%op0min2)0.1=An/(An+50)An=5/0.9=5.56r/min(3)n=KKU*/C(1+K)RI/C(1+K)Jpsne丫deK=KaK/Cpse'1500=KKU*AC(1+K)(R15.6)/C(1+K)<(psn)e(SeK=*n/An丿-1=397.48/5.561=52.5opcl*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U*=15V,nN=1500r/min,IN=20A，電流過(guò)載倍數(shù)為2,電樞回nmNN路

20、總電阻R=2Q,K=20,C=min/r,求：(1)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在U*=5V,1u=10A時(shí)，系統(tǒng)的n、U、U*、U和U各為多sendLniic少(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，u*和u各為多少ic解：(1)a=U*/n=15V/1500rpm=0.01V/rpmnmN當(dāng)U*=5V,轉(zhuǎn)速nU*5Vn=-n=a0.01V/rpm=500rpmU*15VB=im=0.375V/AI40AdmU*=BI=0.375*10=3.75V=Uidi口UE+1RCn+1R0.127*500+10*2處“U=d0=dL=eNdL=4.175VCKKK20sss即n=500rpm,U=5V,U*=U=3.75V,U=4.175vniic(2)堵轉(zhuǎn)時(shí)，U*=0Id=15V,idm口U(cn+1R)IR40*2U=da=ed=dm=4VcKKK20sss*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