运动控制系统思考题参考答案(_阮毅_陈伯时) (7).doc

1、第 1 页 共 46 页第二章思考题：2-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？1. 电枢回路串电阻调速特点：电枢回路的电阻增加时，理想空载转速不变，机械特性的硬度变软。反之机械特性的硬度变硬。2. 调节电源电压调速特点：电动机的转速随着外加电源电压的降低而下降，从而达到降速的目的。不同电源电压下的机械特性相互平行，在调速过程中机械特性的硬度不变，比电枢回路串电阻的降压调速具有更宽的调速范围。3. 弱磁调速特点：电动机的转速随着励磁电流的减小而升高，从而达到弱磁降速的目的。调速是在功率较小的励磁回路进行，控制方便，能耗小，调速的平滑性也较高。2-2 简述直流 PWM 变换器电路的基本结

2、构。IGBT，电容，续流二极管，电动机。2-3 直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？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？第 2 页 共 46 页直流 PWM 变换器 -电动机系统比 V-M 系统开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动机损耗及发热都较小；低速性能好，稳速精度高，调速范围宽；若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强；电力电子开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适中时，开关损耗也不大，因而装置效率较高；直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。2-5 在直流脉宽调速系统中，

3、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？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。电路中无电流，因为电动机处已断开，构不成通路。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？反并联二极管是续流作用。若没有反并联二极管，则 IGBT 的门极控制电压为负时，无法完成续流，导致电动机电枢电压不近似为零。2-7 直流 PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？不是越高越好，因为太高的话可能出现电容还没充完电就 IGBT 关断了，达不到需要的输出电压。2-8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影

4、响？如何抑制？对滤波电容充电的结果造成直流侧电压升高。第 3 页 共 46 页过高的泵升电压将超过电力电子器件的耐压限制值。选取电容量较大且合适的电容。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？负载增加，负载转矩增大，电动机转速下降直到电磁转矩等于负载转矩时速度就不变了，达到稳态。T-T L=J*dn/dt2-10 静差率和调速范围有何关系？静差率和机械特性硬度是一回事吗？举个例子。不是一回事。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。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。是机械特性的斜率。如：变压调速系统在不同转速下的机械特性是相互

5、平行的，机械特性硬度是一样的，但是静差率却不同，空载转速高的静差率小。2-11 调速范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？若只考虑一个量，其余两个量在一个量一定的情况下另一个量就会不满足要求。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发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？第 4 页 共 46 页特点：减小转速降落，降低静差率，扩大调速范围。改变给定电压能改变电动机转速，因为改变给定电业会改变电压变化值，进而改变控制电压，然后改变输出电压，最后改变

6、转速。如果给定电压不变，调节转速反馈系数是能够改变转速，因为调节转速反馈系数会改变反馈电压，进而改变电压变化值，控制电压，输出电压，最终改变转速。如果测速发电机的励磁发生了变化，会造成 Ce 的变化，会影响转速，被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小对稳态转速的影响。系统有克服这种干扰的能力。2-13 为什么用积分控制的调速系统是无静差的？在转速单闭环调速系统中，当积分调节器的输入偏差电压U=0 时，调节器的输出电压是多少？它决定于哪些因素？比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。虽然到稳态时，只要历史上有过，其积分就有一定的数值，足以

7、产生稳态运行所需要的控制电压 UC。2-14 在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响？为什么？受影响。因为无静差转速单闭环调速系统若给定电源发生偏移或者测速发电机精度受到影响会导致转速改变，进而反馈电压改变，使电压偏差为零，所以转速的稳态精度会受影响。2-15 在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有调节作用？为什么？第 5 页 共 46 页（1）放大器的放大系数 Kp。（2）供电电网电压 Ud。（3）电枢电阻 Ra。（4）电动机励磁电流 If。（5）转速反馈系数 。（1） 放大器的放大系数 Kp 发生变化时系统有调节作用，

8、因为 Kp 发生变化时，控制电压 Uc 就会改变，然后输出电压 Ud0 就会改变，转速改变，反馈电压随之改变，改变电压偏差进一步调节输出电压和转速达到调节作用。（2） 供电电网电压 Ud 发生变化时系统有调节作用，因为 Ud 发生变化时，会使 Ks 变化，进而改变输出电压和转速，反馈电压随之改变，改变电压偏差进一步调节输出电压和转速达到调节作用。（3） 电枢电阻 Ra 发生变化时系统有调节作用，因为 Ra 发生变化时，会使电枢电路总电阻变化，使得转速改变，反馈电压随之改变，改变电压偏差进一步调节输出电压和转速达到调节作用。（4） 电动机励磁电流 If 发生变化时系统有调节作用，因为 If 发生

9、变化时，使得 Ce 变化，转速改变，反馈电压随之改变，改变电压偏差进一步调节输出电压和转速达到调节作用。（5） 转速反馈系数 发生变化时系统有调节作用，因为 发生变化时，使反馈电压改变，改变电压偏差进一步调节输出电压和转速达到调节作用。2-16（1）在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态，此时晶闸管整流装置的输出电压 Ud 较之负载变化前是增加、减少还是不变？ （2）在无静差调速系统中，突加负载后进入稳态时转速 n 和整流装置的输出电压 Ud 是增加、减少还是不变？第 6 页 共 46 页在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态，此时转速有所增

10、大，反馈电压增大，电压偏差减小，控制电压减小，晶闸管整流装置的输出电压 Ud 较之负载变化前减小。在无静差调速系统中，突加负载后引起动态速降时，产生电压偏差，控制电压Uc 从 Uc1 不断上升，使电枢电压也由 Ud1 不断上升，从而使转速 n 在下降到一定程度后又回升。达到新的稳态时，电压偏差又恢复为零，但 Uc 已从 Uc1 上升到 Uc2，使电枢电压由 Ud1 上升到 Ud2，以克服负载电流增加的压降。所以转速是不变的，输出电压 Ud 是增加的。2-17 闭环调速系统有哪些基本特征？它能减少或消除转速稳态误差的实质是什么？基本特征：闭环，有反馈调节作用，减小速降，降低静差率，扩大调速范围。

11、实质：闭环调速系统中参数变化时会影响到转速，都会被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小它们对稳态转速的影响从而减小或消除转速稳态误差。第三章思考题：3-1 在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大值 Idm？为什么？答：不能达到最大值，因为在恒流升速阶段，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它正是一个线性渐增的斜坡扰动量，所以系统做不到无静差，而是Id 略低于 Idm 。3-2 由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。第 7 页 共 46 页答：转轴堵死，则 n=0， ， 比较大, 导致 比较大， 也比较大，然后输出电压 较大，最终可能导致电机烧坏。3-3 双闭环

12、直流调速系统中，给定电压 Un*不变，增加转速负反馈系数 ，系统稳定后转速反馈电压 Un 和实际转速 n 是增加、减小还是不变？答：反馈系数增加使得 增大， 减小， 减小， 减小，输出电压 减小，转速 n减小，然后 会有所减小，但是由于 增大了，总体还是增大的。3-4 双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象？（1） 电流反馈极性接反。 （2）转速极性接反。答：（1）转速一直上升，ASR 不会饱和，转速调节有静差。（2）转速上升时，电流不能维持恒值，有静差。3-5 某双闭环调速系统，ASR 、 均采用 PI 调节器， ACR 调试中怎样才能做到 Uim*=6V 时， Idm=20A

13、；如欲使 Un*=10V 时，n=1000rpm，应调什么参数？答：前者应调节，后者应调节。3-6 在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数 Kn 行不行？改变电力电子变换器的放大倍数 Ks 行不行？改变转速反馈系数 行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？答：转速 n 是由给定电压决定的，若要改变电动机转速，应调节给定电压。改变 Kn 和 Ks 不行。改变转速反馈系数 行。若要改变电动机的堵转电流，应调节或者。第 8 页 共 46 页3-7 转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多

14、少？为什么？答：均为零。因为双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，PI 调节器工作在线性调节状态，作用是使输入偏差电压在稳态时为零。各变量之间关系如下：3-8 在双闭环系统中，若速度调节器改为比例调节器，或电流调节器改为比例调节器，对系统的稳态性能影响如何？答：稳态运行时有静差，不能实现无静差。稳定性能没有比例积分调节器作用时好。3-9 从下述五个方面来比较转速电流双闭环直流调速系统和带电流截止负反馈环节的转速单闭 环直流调速系统： （1）调速系统的静态特性。 （2）动态限流性能。 （3）起动的快速性。 （4）抗负载扰动的性能。 （5）抗电源电压波动的性能。答：转速电流双闭环调速

15、系统的静态特性，动态限流性能，起动的快速性，抗负载扰动的性能，抗电源电压波动的性能均优于带电流截止负反馈环节的转速单闭环直流调速系统。3-10 根据速度调节器 ASR、电流调节器 ACR 的作用，回答下面问题（设ASR、ACR 均采用 PI 调节器）：（1） 双闭环系统在稳定运行中，如果电流反馈信号线断开，系统仍能正常工作吗？第 9 页 共 46 页（2） 双闭环系统在额定负载下稳定运行时，若电动机突然失磁，最终电动机会飞车吗？答：（1）系统仍能正常工作，但是如果有扰动的话，系统就不能稳定工作了。（2）电动机突然失磁，转子在原有转速下只能产生较小的感应电动势，直流电机转子电流急剧增加，可能飞车

16、。第四章思考题：4-1 分析直流脉宽调速系统的不可逆和可逆电路的区别。答：直流 PWM 调速系统的不可逆电路电流、转速不能够反向，直流 PWM 调速系统的可逆电路电流、转速能反向。4-2 晶闸管电路的逆变状态在可逆系统中的主要用途是什么？答：晶闸管电路处于逆变状态时，电动机处于反转制动状态，成为受重物拖动的发电机，将重物的位能转化成电能，通过晶闸管装置回馈给电网。4-3 V-M 系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路。答：由于晶闸管的单向导电性，对于需要电流反向的直流电动机可逆系统，必须使用两组晶闸管整流装置反并联线路来实现可逆调速。快速回馈制动时，电流反向，所以需要采用可逆线路。4-

17、4 采用单组晶闸管装置供电的 V-M 系统，画出其在整流和逆变状态下的机械第 10 页 共 46 页特性，并分析该种机械特性适合于何种性质的负载。答：单组晶闸管装置供电的 V-M 系统整流和逆变状态下的机械特性适合于拖动起重机等位能性负载。因为当 90，U d0 为负，晶闸管装置本身不能输出电流，电机不能产生转矩提升重物，只有靠重物本身的重量下降，迫使电机反转，产生反向的电动势-E。所以适合于位能性负载。4-5 晶闸管可逆系统中的环流产生的原因是什么？有哪些抑制的方法？答：原因：两组晶闸管整流装置同时工作时，便会产生不流过负载而直接在两组晶闸管之间流通的短路电流。抑制的方法：1. 消除直流平均环流可采用 = 配合控制，采用 能更可靠地消除直流平均环流。2. 抑制瞬时脉动环流可在环流回路中串入电抗器