运动控制习题答案

2-1 直流电动机有哪几种调速方法？各有哪些特点？

答：调压调速，弱磁调速，转子回路串电阻调速，变频调速。特点略

2-10 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。

答：D=（nN/△n） （s/（1-s）。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， ） 而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 。

2-8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？ 答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电性，使得电 动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只能向滤波电容充电，造成电 容两端电压升高。 泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。应合理选择滤波电容的容量，或采用泵升电 压限制电路。 1.7静差率s与调速范围D有什么关系？静差率与机械特性硬度是一回事吗？ 答：关系见书上公式

静差率与机械特性硬度是不同的概念，硬度是指机械特性的斜率，一般说硬度大静差率也大；但同样硬度的机械特性，随着起理想空载转速的降低，其静差率会随之增大。

1.11调速范围和静差率的定义是什么？为神马说“脱离了调速范围。要满足给定的静差率也就容易的多了”？ 答：（1)生产机械要求电动机在额定负载的情况下所需的最高转速Nmax与最低转速Nmin之比称为调速范围；当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时转速的变化率，称为静差率。（2）s与D是一对矛盾的指标，要求D越大，则所能达到的调速精度越大，s越大。 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？

答：D=（nN/△n） （s/（1-s）。因为若只考虑减小最小静差率，则在一定静态速降下，允许 ） 的调速范围就小得不能满足要求；而若只考虑增大调速范围，则在一定静态速降下，允许的最 小转差率又大得不能满足要求。因此必须同时提才有意义。

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？ 答：因为积分调节器能在电压偏差为零时仍有稳定的控制电压输出，从而克服了比例调节器 必须要存在电压偏差才有控制电压输出这一比例控制的调速系统存在静差的根本原因。 当积分调节器的输入偏差电压为零时，调节器输出电压应为一个恒定的积分终值。它取决于 输入偏差量在积分时间内的积累，以及积分调节器的限幅值。

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？

答：仍然受影响。因为无静差转速单闭环调速系统只是实现了稳态误差为零，因此若给点电 源发生偏移，或者测速发电机精度受到影响而使反馈电压发生改

变，系统仍会认为是给定或转 速发生改变，从而改变转速，以达到电压偏差为零。 2-1

在转速、电流双闭环调速系统中，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α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：双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系 56页

因此 转速 n 是由给定电压UN*决定的；改变转速反馈系数也可以改变电动机转速。改变转速调节器的放大倍数KN和电力电子变换器的放大倍数KS 不可以。

2-2 转速、电流双闭环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少？为什么？

答：当两个调节器都不饱和时，它们的输入偏差电压都是零 转速调节器ASR的输出限幅电压imU? 决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压UCM限制了电力电子变换器的最大输出电压UDM。

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 α 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：通常可以调节给定电压。改变 Kn 和 Ks 都不行，因为转速电流双闭环直流调速系统对前 向通道内的阶跃扰动均有能力克服。也可以改变 α，但目的通常是为了获得更理想的机械特性。 若要改变堵转电流，应调节电流反馈系数 β。 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 少？为什么？

答：输入偏差电压皆是零。因为系统无静差。 则 ASR 输出电压 Ui*=Ui=βId=βIdL；ACR 输出电压 Uc=Ud0/Ks=见 P62。 5-3 异步电动机变频调速时，基频以下和基频以上分别属于恒功率还是恒转矩调速方式？为什 么？所谓恒功率或恒转矩调速方式，是否指输出功率或转矩恒定？若不是，那么恒功率和恒转 矩调速究竟是指什么？

答：在基频以下调速，采用恒压频比控制，则磁通保持恒定，又额定电流不变，故允许输出 转矩恒定，因此属于恒转矩调速方式。 在基频以下调速，采用恒电压控制，则在基频以上随转速的升高，磁通将减少，又额定电流 不变，故允许输出转矩减小，因此允许输出功率基本保持不变，属于恒功率调速方式。 恒功率或恒转矩调速方式并不是指输出功率或输出转矩恒定， 而是额定电流下允许输出的功 率或允许输出的转矩恒定。

5-4 基频以下调速可以是恒压频比控制，恒定子磁通 φms、恒气隙磁通 φm 和恒转子磁通 φmr 的 控制方式，从机械特性和系统实现两个方面分析与比较四种控制方法的优缺点。

答：恒压频比控制最容易实现，其机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能满足一般调 速要求，低速时需适当提高定子电压，以近似补偿定子阻抗压降。 恒

定子磁通 φms、恒气隙磁通 φm 和恒转子磁通 φmr 的控制方式均需要定子电压补偿，控制 要复杂一些。恒定子磁通 φms 和恒气隙磁通 φm 的控制方式虽然改善了低速性能，但机械特性还 是非线性的，仍受到临界转矩的限制。 恒转子磁通 φmr 控制方式可以获得和直流他励电动机一样的线性机械特性，性能最佳。

5-5 常用的交流 PWM 有三种控制方式，分别为 SPWM、CFPWM 和 SVPWM，论述它们的基本特征及各 自的优缺点。 答：略。

5-6 分析 CFPWM 控制中，环宽 h 对电流波动与开关频率的影响。 答：略 一、可以作为填空题或简答题的

6-1 异步电动机的动态数学模型是一个（高阶、非线性、强耦合）的（多变量）系统。

6-2 异步电动机的动态数学模型由（磁链方程、电压方程、转矩方程、运动方程）组成。

6-3 异步电动机每个绕组的磁链是（自感磁链）和（互感磁链）之和。

6-4 绕组间的互感分为哪几类？ 答：定子三相彼此之间和转子三相彼此之间的互感，因其位置固定，故为常值。 定子任一相与转子任一相之间的互感，因其相对位置变化，故为（角位移）的函数。

6-5 为什么说异步电动机的三相原始数学模型不是物理对象最简洁的描述？ 答：由异步电动机三相数学模型的约束条件（。。 。）可知，对于无中性线 Y/Y 联结绕组的电 动机，三相变量中只有两相是独立的。 6-6 不同坐标系中电动机模型等效的原则是： （在不同坐标下绕组所产生的合成磁动势相等）

6-7 三相绕组可以用（互相独立的两相正交对称绕组）等效代替，等效的原则是（） 。

6-8 坐标变换有（3/2 变换及其反变换）和（2r/2s 变换及其反变换） 。 6-9 异步电动机通过坐标变换简化其数学模型时， 若以静止正交坐标为变换方向， 定转子绕组的 变换方式有何不同？ 答：异步电动机定子绕组是静止的，因此只要进行（3/2 变换）即可，而转子绕组是旋转的， 因此必须通过（3/2 变换）及（2r/2s 变换） ，才能变换到（静止两相正交坐标系） 。

6-10（3/2 变换）将（按 2π/3 分布的三相绕组）等效为（互相垂直的两相绕组） ，消除了（定 子三相绕组间）以及（转子三相绕组间）的相互耦合，减小了状态变量的维数，简化了定转子 的自感矩阵。 6-11（2r/2s 变换）将（相对运动的定转子绕组）等效为（相对静止的等效绕组） ，消除了（定 转子绕组间夹角对磁链和转矩的影响） 。

6-12（2r/2s 变换）将非线性耦合矛盾从磁链方程转移到电压方程，没有改变对象的（非线性耦 合程度。 ）

6-13（2s/2r 变换）是用（旋转绕组）代替（原来静止的定子绕组） ，并使等效的转子绕组与等 效的定子绕组（重合） ，且保持（严格同步） ，等效后定转子绕组间（不存在）相对运动。

6-14（静止正交坐标系动态数学模型）—>（旋转正交坐标系动态数学模型）转速为（） 。

6-15 旋转正交坐标系的优点在于（增加了一个输入量ω1，提高了系统控制的自由度） 。 二、公式和特性 1.异步电动机三相动态数学模型：磁链方程+电压方程+转矩方程+运动方程+约束条件：

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