《運(yùn)動控制系統(tǒng)》(阮毅)課后題答案

1.1直流電動機(jī)有哪幾種調(diào)速方式？各有那 些特點(diǎn)？ 答：a改變電樞回路電阻調(diào)速法外加電阻Radd的阻值越大，機(jī)械特性的斜率就越大， 相同轉(zhuǎn)矩下電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越低b減弱磁通調(diào)速法減弱磁通只能在額定轉(zhuǎn)速以上的范 圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 c調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速法 調(diào)節(jié) 電樞電壓調(diào)速所得的人為機(jī)械特性與電動 機(jī)的固有機(jī)械特性平行，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性好， 能在基速以下實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。1.2為什么直流PWM變換器-電動機(jī)系統(tǒng)比 相控整流器-電動機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動 態(tài)性能？ 答：a PWM變換器簡單來講調(diào)節(jié)的是脈沖 串的寬度，直流成分沒有受到破壞，也就是 說其最大值=峰值是不變的，變的是平均值； b相控整流，是由交流整流得到的直流，雖然也是平均值在變，但是其最大值、峰值也 是隨著導(dǎo)通角的大小時刻在變，且導(dǎo)通角越 小波形的畸變越嚴(yán)重。 從而影響了電機(jī)的輸 出特性。1.7靜差率s與調(diào)速范圍D有什么關(guān)系？靜 差率與機(jī)械特性硬度是一回事嗎？ 答：關(guān)系見書上公式靜差率與機(jī)械特性硬度是不同的概念，硬度是指機(jī)械特性的斜率，一般說硬度大靜差 率也大；但同樣硬度的機(jī)械特性，隨著起理想空載轉(zhuǎn)速的降低，其靜差率會隨之增大。 1.11調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？為 神馬說“脫離了調(diào)速范圍。 要滿足給定的靜 差率也就容易的多了”？ 答：（1）生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)在額定負(fù)載的 情況下所需的最高轉(zhuǎn)速Nmax與最低轉(zhuǎn)速Nmin之比稱為調(diào)速范圍；當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn) 速下運(yùn)行時，負(fù)載由理想空載增加到額定值 時轉(zhuǎn)速的變化率，稱為靜差率。（2）s與D是一對矛盾的指標(biāo)，要求D越大，則所能達(dá) 到的調(diào)速精度越大，s越大。2.1帶有比例放大器的轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系 統(tǒng)（轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)）特點(diǎn) a只有比 例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被調(diào)量仍是有 靜差的；b反饋控制系統(tǒng)的作用是抵抗擾動， 服從給定；c系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋 檢測的精度。改變給定電壓會改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，因?yàn)榉答?控制系統(tǒng)完全服從給定作用。如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分 壓比或測速發(fā)電機(jī)的勵磁發(fā)生了變化，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被 調(diào)量的誤差，因?yàn)榉答伩刂乒δ芤种频闹皇?被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。2.2為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的？答：在積分調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差電壓等于零時Uc并不是零，而是一個終止 Uf,如 果轉(zhuǎn)速偏差電壓不變話，這是積分調(diào)節(jié)控制不同于比例環(huán)節(jié)的特點(diǎn)。正應(yīng)為如此，積分環(huán)節(jié)可以使系統(tǒng)在無靜差的條件下保持恒 速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。2.3在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速 的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測速發(fā)電 機(jī)精度的影響？是說明理由。答：閉環(huán)系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測 的精度，因此轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定精度還受給定電源 和測速發(fā)電機(jī)精度的影響。2.5（1）在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)， 此時 晶閘管整流裝置的輸出電壓 Ud較之負(fù)載變 化前減少了（2）在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后進(jìn)入 穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速n不變，整流裝置的輸出電壓 Ud增減（3）在采用PI調(diào)節(jié)器的單環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng) 中，調(diào)節(jié)對象包含有積分環(huán)節(jié)，突加給定電 壓后PI調(diào)節(jié)器沒有飽和，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)速前 被調(diào)量不會出現(xiàn)超調(diào)。2.8雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試時，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)速極性接反（3）啟動時ASR未達(dá)到飽和，轉(zhuǎn)速還處于 閉合狀態(tài)（4）啟動時ACR達(dá)到飽和，速度環(huán)開環(huán) 2.13是從下述5個方面來比較轉(zhuǎn)速，電流雙 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。（1）調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性：a單閉環(huán) 在系統(tǒng)穩(wěn)時實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差 b雙閉環(huán)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn) 速無靜差和電流無靜差。（2）動態(tài)限流性能 a單閉環(huán) 只能在超過 臨屆電流Ider后，限制電流沖擊 b雙閉環(huán) 電流調(diào)節(jié)器通過電流反饋系統(tǒng)隨時調(diào)節(jié)控制電流。（3）啟動的快速性 a單閉環(huán)快，不平穩(wěn)b 雙閉環(huán)快，平穩(wěn)（4）抗負(fù)載擾動的性能 a單閉環(huán) 差b雙 閉環(huán)強(qiáng)（5）抗電源電壓波動的性能第五章按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思 想1在三相坐標(biāo)系上的定子交流電流，通過三相-兩相變換可以等效成兩靜止坐標(biāo) 系上的交流電流和，再通過與轉(zhuǎn)子磁鏈同步的旋轉(zhuǎn)變換，可以等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo) 系上的直流電流和，如上述所述，以和為輸入的電動機(jī)模型就是等效的直流 電動機(jī)模型，見圖 5-8.2. 異步電動機(jī)經(jīng)過坐標(biāo)變換等效成直流電動 機(jī)后，就可以模仿直流電動機(jī)進(jìn)行控制。即 先用控制器產(chǎn)生按轉(zhuǎn)子磁鏈定向坐標(biāo)系中 的定子電流勵磁分量和轉(zhuǎn)矩分量給定值和，經(jīng)過反旋轉(zhuǎn)變換得到和，再經(jīng)過2/3變換的到， 和，然后通過電流閉環(huán)控制，輸出異步電動機(jī)調(diào)速所需的三 相定子電流。這樣，就得到矢量控制系統(tǒng)的 原理結(jié)構(gòu)圖，如圖 5-9。3. 若忽略變頻器可能產(chǎn)生的滯后，再考慮到2/3變換器與電機(jī)內(nèi)部的3/2變換環(huán)節(jié)相抵消，控制器后面的反旋轉(zhuǎn)變換器與電機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)變換環(huán)節(jié)相抵消，則圖 5-9中虛線框內(nèi)的部分可以用傳遞函數(shù)為1的直線代替，那么，矢量控制系統(tǒng)就相當(dāng)于直流 調(diào)速系統(tǒng)了。圖 5-10為簡化后的等效直流 調(diào)速系統(tǒng)。