运动控制系统试题库

宿迁学院自动化专业试题库之：自动控制系统——运动控制系统——陈伯时（3、4）版

宿迁学院电力拖动运动控制系统

例题习题集粹

初编稿 勾厚政 编辑

2002年

宿迁学院 自动化学科

机电系 自动化学科 勾厚政 - 1 - 2010年10月4日星期一

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第一章 闭环控制的直流调速系统

第一节 可控直流电源—电动机系统——暨直流驱动单元

1．对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以（ ）的方式为最好。改变（ ）只能有级调速；减弱（ ）虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合（ ）方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。

因此，自动控制的直流调速系统往往以 （ ）为主。

2．调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节（ ）电压需要有专门向电动机供电的（ ）电源。

3．常用的可控直流电源有以下三种：

（ ）——用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。 （ ）——用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。

（ ）——用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用电力电子开关器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。

4．简称为G-M的系统，具有（ ）的功能，国际上通称（ ）系统。 5．晶闸管-电动机调速系统（简称 ），图中VT是（ ），通过调节触发装置 GT 的（ ） 来移动（ ），即可改变整流电压Udo ，从而实现平滑调速。

6．用触发脉冲的（ ）控制整流电压的平均值Ud0是晶闸管整流器的特点。Ud0与触发脉冲（ ）的关系因（ ）的形式而异。

整流电路 Um m Ud0 单相全波 2U2* 2 0.9U2cos? 三相半波 2U2 三相全波 6U2 六相半波 2U2 3 6 6 1.17U2cos? 2.34U2cos? 1.35U2cos?

7．在V-M系统中，脉动电流会产生（ ），对生产机械不利，同时也增加（ ）。为了避免或减轻这种影响，须采用抑制电流脉动的措施，主要是：

设置平波电抗器； 增加整流电路相数； 采用多重化技术。 8．平波电抗器的计算

单相桥式全控整流电路L?（ ） 三相半波整流电路L? （ ） 三相桥式整流电路L?（ ）

9．晶闸管触发与整流装置动态结构：考虑到 Ts 很小，可忽略高次项，则传递函数便近似成一阶惯性环节；WS(s)?

整流电路形式 单相半波 单相桥式（全波） 三相半波 三相桥式、六相半波 最大失控时间 Tsmax（ms） 平均失控时间 Ts（ms） 20 10 6.67 3.33 10 5 3.33 1.67 宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 2 - 2010年10月4日星期一

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脉冲宽度调制（PWM）变换器的作用是：用PWM调制的方法，把（ ）的直流电源电压调制成（ ）一定、（ ）一定、（ ）可变的脉冲电压系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电动机转速。

10．采用脉冲宽度调制（PWM）的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器——直流电动机调速系统，简称（ ）系统，即直流（ ）调速系统

11．可逆PWM变换器——直流电动机的主电路有多种形式，最常用的是（ ）式，也称为（ ）主电路。

12．H形主电路的PWM—M系统，电路中A、B两点间电压的极性随（ ）的变化而改变，其控制方式有（ ）式、（ ）式、（ ）式等多种，现代最常用的是（ ）的可逆PWM变换器—电动机系统。

13．双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为

Udo?tonT?ton2tUS?US?(on?1)USTTTton如果设占空比：??T U设调压系数：do??US则：??2??114．双极式控制可逆PWM变换器—电动机系统即PWM——M系统 调速时， ? 的可调范围为（ ）， –10.5时， ? 为（ ），电机正转； ? 当? <0.5时， ? 为（ ），电机（ ）； ? 当? = 0.5时， ? =（ ） ，电机（ ）

15．双极式控制方式的不足之处是：在工作过程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生（ ）的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间（ ）环节。

16．对于PWM变换器—电动机系统中的滤波电容，其作用除（ ）外，还有当电机制动时（ ）的作用。由于直流电源靠二极管整流器供电，电机制动时不可能（ ），只好对滤波电容充电，这将使电容两端电压升高，称作（ ）。

电力电子器件的耐压限制着最高（泵升）电压，因此电容量就不可能很小，一般几千瓦的调速系统所需的电容量达到（数千）微法。

在大容量或负载有较大惯量的系统中，为了限制电容器过高的泵升电压，这时，可以采用下图中的镇流电阻Rb 来消耗掉部分动能。分流电路靠开关器件 VTb 在（泵升）电压达到允许数值时接通。

第二节 单闭环直流调速系统

17．对于调速系统的转速控制的基本要求有以下三个方面

（1）调速——在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（ ）或平滑地（ ）调节转速；

（2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；

（3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速

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度变化的机械则要求起，制动尽量平稳。

18．某直流调速系统电动机额定转速为1430 r/min，额定速降 ?n N = 115r/min，当要求静差率30%时，允许多大的调速范围？如果要求静差率20%，则调速范围是多少？如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？

解：

19．[2-2；1。4]调速系统的调速范围是1000~100 r/min，要求静差率S=2%，那麽系统允许的稳态转速降是多少？

解：

20．[2-3；1。5] 某一调速系统，在额定负载下，最高转速为n 0max=1500r/min ，最低转速为

n 0min=150r/min，带额定负载时的速度降落?nN?15r/min，且在不同转速下额定速降不变，试问系统的调速范围有多大？系统的静差率是多少？

解：

21．[2-4；1。6] 直流电动机：

PN?74kW,UN?220V,IN?378A,Ra?0.023?,nN?1430r/min；晶闸管整流器内阻：RS?0.022?；系统采用降压调速，当生产机械要求静差率S=20%，求系统的调速范围有多大？如果

要求静差率S=30%，则系统的调速范围又有多大？

解：

22---1．[例题] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW、220V、305A、1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻R??0.18?，电动机电动势系数Ce?0.2V/rpm。如果要求调速范围 D = 20，静差率5%，采用开环调速能否满足？若要满足这个要求，系统的额定速降最多能有多少？

解：

22---2。[2-5；1.7] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M系统，已知电动机额定数

18?。据如下：PN?60kW,UN?220V,IN?305A,nN?1000r/min;Ce?0.2V/rpm；R??0。求：⑴ 当电流连续时，在额定负载下的转速降落；⑵ 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差

率；⑶ 额定负载下的转速降落为多少，才能满足D = 20，静差率S≤5%的要求。

解：

22---3。[尔例2-1——2-2] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M系统，已知电动

Ce?0.2V/rpm；且已机额定数据如下：PN?60kW,UN?220V,IN?305A,nN?1000r/min；R??0。18?；转速负反馈系数??0.015V/rpm。为满知晶闸管与触发装置的放大倍数KS?30，足D = 20，静差率S≤5%的要求：⑴ 开环系统能否满足要求？⑵ 接成转速负反馈单闭环系统，为满

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足要求，计算放大器的电压放大系数！

解：

22---4。[尔例2-1——2-2——2-3] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M系统，已知电动机额定数据如下：

PN?60kW,UN?220V,IN?305A,nN?1000r/min;Ce?0.2V/rpm；R??0。18?且已知

晶闸管与触发装置采用三相桥式电路，放大倍数KS?30，转速负反馈系数??0.015V/rpm，电枢回路总电感L??21.6mH，整个系统的飞轮惯量GD?78Nm。为满足D = 20，静差率S≤5%的要求：(1) 开环系统能否满足要求？(2) 接成转速负反馈单闭环系统，为满足要求，计算放大器的电压放大系数！(3) 判断系统的稳定性

解：

22---5。[参李]已知转速负反馈单闭环系统参数：电动机额定数据：

22PN?45kW,UN?220V,IN?226A,nN?1750r/min;Ce?0.12V/rpm；R??0。1?。且已

知晶闸管与触发装置采用三相桥式电路，放大倍数KS?36，转速负反馈系数??0.006V/rpm，为满足D = 10，静差率S≤0。05%的要求，进行静态计算：Kop、Kp。 解：

23．根据自动控制原理，反馈控制的闭环系统是按（ ）进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生（ ）的作用。

调速系统中由（ ）引起的的转速降落是（ ），显然，引入转速闭环（ ）将使调速系统应该能够大大减少转速降落。

24．闭环调速系统可以获得比开环调速系统（ ）的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设（ ）以及（ ）装置。

25．在反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安装一台（ ），从而引出与被调量（ ），与给定电压 U*n 相比较后，得到（ ），经过放大器 A，产生电力电子变换器UPE的控制电压Uc ，用以控制电动机转速 n。

26．转速负反馈单闭环有静差直流调速系统中各环节的稳态关系如下：

电压比较环节：?Un?放大器——调节器：Uct?可控调压装置：Ud0?调速系统开环机械特性：n?测速反馈环节：Ufn?27．转速负反馈单闭环有静差直流调速系统的静特性方程式

n??n0cl??

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nNcl??n0cl??nNcl KOP?28．闭环系统静性可以比开环系统机械特性硬得多

?nNcl?KOP?Scl?Dcl?29．采用（ ），使得闭环系统的开环放大系数KOP值越大，系统的稳态性能越好。然而，KOp =常数，稳态速差就只能减小，却不可能消除。只有 KOP = ?，才能使 ?ncl = 0，而这是不可能的。因此，这样的调速系统叫做（ ）调速系统。实际上，这种系统正是依靠（ ）进行控制的。

30．系统中，除给定信号外，作用在控制系统（ ）上的一切会引起输出量变化的因素都叫做（ ）作用

30-1．[2-7；2。1] 转速闭环调速系统的调速范围是1500~150 r/min，要求静差率S≤5%，那麽系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100 r/min，则闭环系统的开环放大倍数是多少？

解：

30-2．[2-7；2。1] 转速闭环调速系统的调速范围是1500~150 r/min，要求静差率S≤2%，那麽系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100 r/min，则闭环系统的开环放大倍数是多少？

解：

31．为了解决单闭环直流电动机调速系统的（ ）和（ ）时电流过大的问题，系统中必须有（ ）的环节。

根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入（ ）负反馈，

使电流不超过允许值或能够保持设定值而基本不变。具体实施方案： 采用（ ）或接成（ ）系统。

32．对于一个自动控制系统来说，稳定性是它能否正常工作的首要条件，是必须保证的。对于转速负反馈单闭环有静差直流调速系统，存在临界放大系数 Kcr,当 KOP ≥ Kcr 时，系统将不稳定；

Kcr?KOP?Kcr

33．[例题] 晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：

PN?10kW,UN?220V,IN?55A,Ra?0.5?,nN?1000r/min；电动机：晶闸管可控整流器：

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三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压 U2l = 230V，电压放大系数 KS = 44；电枢回路总电阻：R = 1.0Ω；测速发电机：永磁式，额定数据为23.1W，110V，0.21A，1900r/min；若生产机械要求调速范围D=10，静差率5%，试计算调速系统的稳态参数

解：

33-1．[2-9；2。5] 晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：

电动机：PN?2.2kW,UN?220V,IN?12.5A,Ra?1.5?,nN?1500r/min；晶闸管可控整流器：内阻Rrec?1.0?，电压放大系数KS=35；电枢回路电抗电阻：RL = 0。8Ω；若生产机械要求调速范围D=20，静差率s≤10% ；⑴ 计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的闭环静态速降；⑵ 采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构图；⑶ 调整该系统的参数，使得

*Un?15V,Id?IN,n?nN时，转速负反馈系数α=？⑷ 计算放大器的放大倍数。

解：

33-2．[2-10；2。6] 晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：

电动机：PN?2.2kW,UN?220V,IN?12.5A,Ra?1.5?,nN?1500r/min；晶闸管可控整流器：内阻Rrec?1.0?，电压放大系数KS = 35；电枢回路电抗电阻：RL = 0。8Ω；若生产机械要求调速范围D=20，静差率s≤10%，调整该系统的参数，使得Un?15V,Id?IN,n?nN时，转速负反馈系数α=0。01。若增设电流截止环节，要求Idbl?2IN,Idcr?1.2IN，应选择多大的比较电压和电流反馈采样电阻？要求电流反馈采样电阻不超过主回路（原）总电阻的1/3；如果作不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统的原理图和静态结构图，并计算电流反馈放大系数。这时的电流反馈采样电阻和比较电压各为多少？

※题意要求不明确，题解是多样的????

首先计算采样电阻：RS?*11(Rrec?RL?Ra)?(1?0.8?1.5)?1.1? 33计算：

33-3．[2-9；2。5] 晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：

电动机：PN?2.2kW,UN?220V,IN?12.5A,Ra?1.2?,nN?1500r/min；晶闸管可控整流器：内阻Rrec?1.5?，电压放大系数 KS = 35；若生产机械要求调速范围D=20，静差率s≤10%，要求：⑴ 计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的闭环静态速降；⑵ 采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构图；⑶ 调整该系统的参数，使得Un?15V,Id?IN,n?nN时，转速负反馈系数α=？⑷ 计算放大器的放大倍数。

解：

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33-4．[童例1-3] 晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：

电动机：PN?2.5kW,UN?220V,IN?15A,Ra?2?,nN?1500r/min；晶闸管可控整流器：内阻Rrec?1?，电压放大系数KS = 30；若生产机械要求调速范围D=20，静差率s≤10%。要求：

⑴ 计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的闭环静态速降；

⑵ 采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构图；

⑶ 调整该系统的参数，使得Un?20V,Id?IN,n?1000rpm时，转速负反馈系数α=？ ⑷ 计算放大器的放大倍数 解：

34．[例题] 晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：

电动机：PN?10kW,UN?220V,IN?55A,Ra?0.5?,nN?1000r/min

晶闸管可控整流器：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压 U2l = 230V，电压放大系数 KS = 44；

电枢回路总电阻：R = 1.0Ω；

测速发电机：永磁式，额定数据为23.1W，110V，0.21A，1900r/min；

系统运动部分的飞轮惯量GD?10N?m

若生产机械要求调速范围D=10，静差率5%，试判断系统的稳定性。 解：

35．[例题] IGBT——PWM—M转速负反馈单闭环有静差直流调速系统：

电动机：PN?10kW,UN?220V,IN?55A,Ra?0.5?,nN?1000r/min；电枢回路参数：

22*R??0.6?,L??5mH；系统运动部分的飞轮惯量GD2?10N?m2；若生产机械要求调速范围

D=10，静差率5%，PWM变换器：KS?44,TS?0.1ms；试判断系统的稳定性。

解：

36．[例题] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M系统，已知电动机额定数据如下：

PN?60kW,UN?220V,IN?305A,nN?1000r/min;Ce?0.2V/rpm；R??0。18?；要求调速

范围 D = 20，静差率5%；接成转速负反馈单闭环有静差直流调速系统，已知：

??0.015V/rpm,KS?30；求解比例放大器的放大系数

解：

37．[例题] 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，采用V-M系统，已知电动机额定数据如下：

PN?60kW,UN?220V,IN?305A,nN?1000r/min;Ce?0.2V/rpm；R??0。18?；要求调速

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范围 D = 20，静差率5%；接成转速负反馈单闭环有静差直流调速系统，已知：

??0.015V/rpm,KS?30；三相桥式电枢回路参数：R??0.18?,L??3mH；系统运动部分

的飞轮惯量GD?60N?m。判断系统的稳定性

解：

38．[例题] IGBT——PWM—M转速负反馈单闭环有静差直流调速系统，已知电动机额定数据如下：

22PN?60kW,UN?220V,IN?305A,nN?1000r/min;Ce?0.2V/rpm；电枢回路参数：

= 20，静R??0.1?,L??1mH，PWM—M变换器：KS?44,开关频率fS?8kH。要求调速范围 D 差率5%，系统能否稳定？在保证系统稳定的最大调速范围？ 解：

39．自动控制系统伯德图与系统性能的关系：

中频段以（ ）的斜率穿越0dB线，而且这一斜率覆盖足够（ ），则系统的稳定性好；

截止频率或称（ ）频率越高，则系统的快速性越好； 低频段的斜率（ ）、（ ）高，说明系统的稳态精度高；

高频段衰减越快，即高频特性负分贝值越低，说明系统（ ）的能力越强。

40．采用比例（P）放大器控制的直流调速系统，可使系统稳定，并有一定的稳定裕度，同时还能满足一定的稳态精度指标。

带比例放大器的反馈控制闭环调速系统是（ ）的调速系统。

采用积分（I）调节器或比例积分（PI）调节器代替比例放大器，构成（ ）调速系统。 41．采用P放大器控制的（ ）的调速系统，Kp 越大，系统（ ）；但 Kp 过大，将降低系统（ ）性，使系统动态（ ）。

42．采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统（ ）控制信号，保持系统稳定运行，实现（ ）调速。

43．采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速（ ）；但是，如果对系统的（ ）性能要求较高，例如：要求快速起、制动，突加负载（ ）速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。

44．限流保护——电流截止负反馈

为了解决（ ）负反馈直流电动机调速系统的（ ）和（ ）时电流过大的问题，系统中必须有（ ）的环节。

根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈。那么，引入电流负反馈，就应该能够保持电流基本不变，使它不超过允许值。

仅采用电流负反馈，不要转速负反馈：这种系统的静特性如图中B 线，特性很陡。显然仅对起动有利，对稳态运行不利。

绘制系统的静特性图 ：

考虑到，限流作用只需在（ ）和（ ）时起作用，正常运行时应让电流（ ）增减。 如果采用某种方法，当电流大到一定程度时才接入电流负反馈以限制电流，而电流正常时仅有转速负反馈起作用控制转速。这些方法之一：叫做（ ）反馈，简称（ ）反馈。

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⑴ 电枢回路串电流采样电阻的电路，起静态结构图：（ ）？

电流负反馈被截止时

Ufi?0n?K*PKSUnIdR CK??e(1?OP)Ce(1?KOP)电流负反馈没有被截止时

n?K*PKSUn?Ucom(KPKSRS?R?)IdC1?K?C

e(op)e(1?KOP)启动电流——即堵转电流

n?0I?K*PKS(Unm?Ucom)dblKPKSRS?R?R???KPKSRSI?U*nm?UcomdblR

S?Ucom?Ucr?UVZ?IdcrRs?Idbl?I?U*nmdcrRSUcrU*?IdcrnmIdbl?Idcr⑵ 电枢回路不串电流采样电阻的电路，其静态结构图：（

电流负反馈被截止时

Ufi?0n?K*PKSUnIdR? C?K?e(1OP)Ce(1?KOP)电流负反馈没有被截止时

KU*R0PKSn?UR0n?Rcom(KPKS??R?)Id2C?K?R2

e(1OP)Ce(1?KOP)启动——堵转电流

宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 10 - ）？

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n?0*KPKS(Unm?Idbl?KPKS?R???KPKSRS*Unm?R0Ucom)R2R0?R?R2Idbl?R0R*UcomUnm?Idcr?0R2R2?RR?0?0R2R2*Unm?R?0R2?Ucom?Ucr?UVZ?Idcr??Idbl?IdcrUcr?*UnmIdcr(IdblR?Idcr)0R2

45-1．即：33-2．[2-10；2。6] 晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下： 电动机：PN?2.2kW,UN?220V,IN?12.5A,Ra?1.5?,nN?1500r/min，晶闸管可控整流器：内阻Rrec?1.0?，电压放大系数 KS = 35；电枢回路电抗电阻：RL = 0。8Ω；若生产机械要求调速范围D=20，静差率s≤10%，调整该系统的参数，使得Unm?15V,IdL?IN,n?nN时，转速负反馈系数α=0。01；若增设电流截止环节，要求Idbl?2IN,Idcr?1.2IN，应选择多大的比较电压和电流反馈采样电阻？要求电流反馈采样电阻不超过原主回路总电阻的1/3；如果作不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统的原理图和静态结构图，并计算电流反馈放大系数。这时的电流反馈采样电阻和比较电压各为多少？

解：

45-2．即：33-2．[2-10；2。6] 晶闸管可控整流器供电的V-M系统。已知数据如下：

电动机：PN?2.5kW,UN?220V,IN?15A,Ra?2?,nN?1500r/min，晶闸管可控整流器：内阻Rrec?1.0?，电压放大系数 KS = 30；若生产机械要求调速范围D=20，静差率s≤10%，调整该系统的参数，使得Unm?30V,IdL?IN,n?nN时，转速负反馈系数α=0。02；若增设电流截止环节，要求Idbl?2IN,Idcr?1.2IN，应选择多大的比较电压和电流反馈采样电阻？要求电流反馈采样电阻不超过原主回路总电阻的1/3；如果作不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统的原理图和静态

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结构图，并计算电流反馈放大系数。这时的电流反馈采样电阻和比较电压各为多少？

解：

46-1．[2。8] 某调速系统如图所示，已知数据如下：

电动机：PN?18kW,UN?220V,IN?94A,Ra?0.15?,nN?1000r/min，整流装置内阻：

*?15V，当主电路电流达Rrec?0.3?，触发整流环节的放大倍数：KS?40，最大给定电压：Unm到最大值时，整定电流反馈电压Uim?10V，设计指标：D＝20，S?10%,Idbl?1.5IN,Idcr?1.2IN 要求：⑴画出系统的静态结构图；⑵计算速度反馈系数α、电流反馈系数β；⑶调节器放大系数

Kp（R0=20kΩ）；⑷稳压管VST的稳压值Uz；⑸电阻R2与Ro的比值R2/Ro＝？

解：

46-2．某调速系统如图所示，已知数据如下：

电动机：PN?30kW,UN?220V,IN?160A,Ra?0.1?,nN?1000r/min，整流装置内阻：

*?15V，当主电路电流达Rrec?0.3?，触发整流环节的放大倍数：KS?40，最大给定电压：Unm到最大值时，整定电流反馈电压Uim?10V，设计指标：D＝20，S?10%,Idbl?1.5IN,Idcr?1.2IN 要求：⑴画出系统的静态结构图；⑵计算速度反馈系数α、电流反馈系数β；⑶调节器放大系数

Kp（R0=20kΩ）；⑷稳压管VST的稳压值Uz；⑸电阻R2与Ro的比值R2/Ro＝？

解：

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第三节 转速、电流双闭环控制的直流调速系统

47．采用转速负反馈和（ ）调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现（ ）！但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求（ ）起制动，突加负载（ ）小等等，单闭环系统就难以满足需要。

在单闭环直流调速系统中，（ ）负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值 Idcr 以后，靠负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。

48．理想起动过程波形：起动电流呈（ ）波，转速按（ ）性增长。这是以可能的（ ）电流、可能的（ ）转矩运行，调速系统因此能获得的最快的起动过程。

49．把转速调节器的输出当作（ ）的输入，再用（ ）的输出去控制电力电子变换器UPE。

从闭环结构上看，电流环在里面，称作（ ）；转速环在外边，称作（ ）。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

50．为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用（ ）调节器，两个调节器的输出都是带（ ）作用的。转速调节器ASR的输出（ ）电压（ ）决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出（ ）电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Ud0m。

51．自动控制理论已经证明，0型系统（ ）精度低，而Ⅲ型和Ⅲ型以上的系统（ ）；因此，为了保证系统的（ ）性和较好的（ ）精度，多选用I型和II型系统。

52．饱和：——输出达到限幅值

当PI器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有（ ）信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时（ ）的联系，相当于使该调节环（ ）。

当调节器不饱和时， PI 作用使输入偏差电压在稳态时（ ）。 53．典型I型系统的动态结构图，（ ），其开环传递函数：（ ），其闭环传递函数的一般形式为：（ ）

开环对数频率特性：（ ）？绘制图

54．典型Ⅰ型系统的开环传递函数包含（ ）参数：它们是（ ）。其中，（ ）在实际系统中往往是控制对象本身固有的，能够由调节器改变的有（ ），它是待定参数。设计时，需要按照（ ）选择、计算（ ）的大小。

55．在阶跃输入下的Ⅰ型系统稳态时是（ ）的；但在斜坡输入下则（ ），且与 K 值（ ）；在加速度输入下稳态误差为（ ）；因此，I型系统不能用于具有加速度输入的系统。

56．典型I型系统中：?c?（ ），?c?（ ），（ ）?KT?1（ ）。 57．典型Ⅱ型系统的开环传递函数：WOP(s)?（ ），与典型 I 型系统相仿，（ ）也是控制对象固有的。所不同的是，待定的参数有（ ）个：（ ），这就增加了选择参数工作的复杂性。为了分析方便起见，引入一个新的变量：（ ）；一般要求它（ ）。然后，根据（ ）和相应的（不同的）设计准则，计算（ ）值。

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?m(?c)准则：K?1；hhT21；8T2三阶工程（对称）最佳参数：h?4、K??c?11?；ThhT11最佳参数时：?c??2Th?1Mpmin准则：K?22；2hT?工程最佳参数：h?5、K?61?；50T21

?c?h?1h?11??；2hT2hT61最佳参数时：?c??10T图中三个频段的特征可以判断系统的性能，

58．在阶跃和斜坡输入下，II型系统稳态时（ ）；加速度输入下稳态误差与（ ）成反比。

59．典型II型系统按Mrmin（Mpmin）准则确定关系时，阶跃输入跟随性能指标？ 60．典型II型系统按Mrmin（Mpmin）准则确定关系时，阶跃扰动输入抗扰性能指标？

61．传递函数近似处理

⑴ 高频段小惯性环节（群）的近似处理：当系统有一组小惯性群时，在一定的条件下，可以将它们近似地看成是一个小惯性环节，其时间常数等于 （ ）。

1?(T?1?s?1)(T?2?s?1)T???近似条件：?c?⑵ 二阶环节的近似处理

11? 22Ts?2?Ts?12?Ts?1近似条件：?C?3， 允许误差为10% T⑶ 低频段大惯性环节的近似处理：当系统中存在一个时间常数特别大的惯性环节时，可以近似地

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将它看成是（ ）。

1?； T?s?1近似条件：?c?62．转速、电流双闭环调速系统的实际动态结构图？ 63．系统设计的一般原则：（ ）； 从（ ）开始，逐步向（ ）。 首先设计（ ），然后把整个（ ）看作是转速调节系统中的（ ），再设计（ ）调节器。

64．电流调节器的作用：

（1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作用是使（ ）紧紧跟随其给定电压，即（ ）的变化而变化。

（2）对电网电压的波动起（ ）的作用。

（3）在转速动态过程中，保证获得（ ），从而加快动态过程。

（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。

65．电流调节器结构的选择：从稳态要求上看，希望电流无静差，并能得到理想的堵转特性，电流调节器采用（ ）调节器；

从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型（ ）型系统。若要求具有较好的抗扰性能，则应按典型（ ）型系统设计。

66．电流环设计的一般准则：稳态（ ）、理想（ ）过程、（ ）越小越好。参考原则：

Tl/TΣi≤5 只能校正为典型Ⅰ系统

Tl/TΣi＞10 一般按近似的校正为典型Ⅱ系统，其抗扰性能显著优于典型Ⅰ系统 5＜Tl/TΣi＜10 给定响应快、超调量小，校正为典型Ⅰ系统 因此一般把电流环校正为典型Ⅰ系统

从提高抗扰动性能的观点来看又希望把电流环校正为典型Ⅱ系统 当Tl≤10 TΣi 时一般把电流环校正为典型Ⅰ系统 67．电流环的结构图的简化动态结构图？

化简：等效单位反馈系统？

固有环节

Wobj(s)? （ ）

近似处理后：

Wobj(s)?；（ ）

近似条件：（ ） 电流环的等效闭环传递函数：（ ）？近似条件（ ）！

α值根据不同的设计原则取不同的数值，校正为典型Ⅰ系统、且按“二阶最佳参数”设计法，α=2。

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68．转速调节器结构的选择 转速环的动态结构：（ ）

转速环的动态结构的化简：（ ）

T?n?（ ）

转速调节器选择：

为了实现自动调节过程中转速无静差，在负载扰动作用点前面必须有一个（ ）环节，它应该包含在（ ）中，现在在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型（ ）型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求；

WNOP(s)?（ ）

由此可见，ASR也应该采用（ ）调节器，其传递函数为

WASR(s)?

调速系统的开环传递函数：

WNop(s)?（ ）=（ ）。

为此：转速调节器应有

WASR(s)?TN??max（?c）准则： KN?Mmin准则 KN?1hhT12?n?n?KN?h?12h2T?2nh?1?CeTm??2h?R?T?n

?CeTmKn????Rh?T?nKn?69．转速调节器退饱和、启动超调的计算

启动过程：

线性系统的超调量是很大的、可以（ ）估算；但是，双闭环直流电动机调速系统，突加阶跃速度给定电压后不久，转速调节器（ ）状态，输出、并保持（ ）电压Uim，使电动机在（ ）条件下运行，从而转速n以（ ）增长；PI调节器一旦饱

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和，只有出现（ ），即输入ΔU有（ ）的变化后才能退出饱和!ASR刚刚退出饱和，由于Id?IdL，电机继续升速，直到Id?IdL时，转速才降低下来，系统才能进行自动调节。这种超调称做（ ），其量值并不很大，其计算方法如下：

t1——t2区间：加速度

R/Cdn?(Idm?IdL)?edn/dt dtTmCen*1n*???Tm 退饱和时刻：t2?t0?t2?Tm(Idm?IdL)R???Z?nNop“退饱和超调”的计算：用等效负载扰动方法分析、计算？ 退饱和恢复时间：tV?（ ）；起动时间：ts?t2?tV

70-1．[3-5；2。14] 某反馈控制系统已校正成典型Ⅰ型系统。已知时间常数T?0.1s，要求阶跃响应超调量??10%。求：

⑴ 系统的开环增益

⑵ 计算过度过程时间和上升时间

⑶ 绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间ts?0.25s，求K，?。

解：

70-2．[尔-例2.4] 某反馈控制系统已校正成典型Ⅰ型系统。已知时间常数T?0.01s，要求阶跃响应超调量??10%。求：

⑴ 系统的开环增益

⑵ 此时的tr,tS,?c,?各为多少？ 解：

70-3．[尔-例2.5] 已知典型II型系统的被控对象的时间常数T2?0.02s，已经选定h?5，试分别按?max(?c)、Mrmin准则确定T1,K,?C;?,tr,tS,?。

解：

70-4．[参李] 二阶典型电流控制系统的结构图：

已知参数：R??5?,T?0.01s,Tl?0.3s;IN?44A,系统要求阶跃给定的电流超调量

?i%?5%试求直流电压突降?U?32V时的最大电流动态降?Idm/IN%和恢复时间tf

解：

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71．[3-6；2。17---2-11] 有一个系统，其控制对象的传递函数为Wobj(s)?K110，???s?10.01s?1要求设计一个无静差系统，在阶跃输入下超调量??5%（按线性系统考虑），对系统进行动态校正，决定调节器的结构，并选择其参数。

解：

72．[3-7；2。18---2-12] 闭环系统，控制对象的传递函数为

Wobj(s)?K110，要求校正为典型Ⅱ型系统，在阶跃输入下系统超调量?s(T?s?1)s(0.02s?1)，决定调节器的结构，并选择其参数。 ??30%（按线性系统考虑）

解：

73-1．[3-8；2。20---2-14]在一个三相零式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知数据如下：

电动机：⑴ PN?60kW,UN?220V,IN?308,Ce?0.196V/rpm,nN?1000r/min；主回路总电阻：R??0.18?，触发整流环节的放大倍数：KS?35；最大给定电压：(Un)N?10V、

*Uim?8V、Uctm?6。5V；

*电磁时间常数：Tl?0。012s,机电时间常数：Tm?0。12s电流反馈滤波时间常数：Toi?0。0025s,速度反馈滤波时间常数：Ton?0。015s

设计指标：稳态无静差，D＝10， 电流超调量??5%，空载启动到额定转速时的超调量

?n?10%；试求：

⑴ 确定电流反馈系数β（启动电流为1。5IN）和转速反馈系数α，⑵ 设计电流调节器ACR，计算参数Ri，Ci，Coi；R0?40k?；画出电路图；⑶ 设计电流调节器ASR，计算参数Rn，Cn，Con； (R0?40k?) ；画出电路图；⑷ 计算电动机带40%额定负载启动到最低转速时的转速超调量?n；⑸ 计算空载启动到额定转速的时间

解：

73-2．[尔-例2.6] 某转速、电流双闭环调速系统，其转速环已经按典型II型系统确定参数，并已知：Tm?0.15s,?nN?op?0.3nN,T?n?0.015s,??1.5,Z?0,n?nN。求电动机在理想空载下启动到额定转速时的超调量。

解：

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74. [3-10；]在一个三相桥式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知数据如下：电动机：⑴ PN?500kW,UN?750V,IN?760A,Ce?1.82V/rpm,nN?375r/min,主回路总电阻：R??0.14?;触发整流环节的放大倍数：KS?75;最大给定电压：(Un)N?10V、

*Uim?10V、Uctm?10V；031s，机电时间系统允许的电流过载倍数??1.5；电磁时间常数:Tl?0。*002s，速度反馈滤波时间常数：Ton?0。02s。常数:Tm?0。112s，电流反馈滤波时间常数：Toi?0。设计指标：稳态无静差， 电流超调量?i?5%，空载启动到额定转速时的超调量?n?10%；电流调节器已经按典型I型系统设计，并取KT=0.5； ⑴选择速度调节器的结构，并计算参数（R0?40k?）, ⑵计算电流环的截止频率和转速环的截止频率，并考虑它们是否合理。

解：

74—1.[2.22------2-15]在一个转速、电流双闭环调速系统中，主回路采用三相桥式晶闸管整流装置供电，已知数据如下：

电动机： PN?555kW,UN?750V,IN?760A,Ce?1.82V/rpm,nN?375rpm；主回路总电阻：R??0.14?；触发整流环节的放大倍数：KS?75,最大给定电压：(Un)N?10V、

*Uim?10V、Uctm?10V；031s，机电时间常允许电流过载倍数??1.5电磁时间常数:Tl?0。*002s，速度反馈滤波时间常数：Ton?0。02s。112s，电流反馈滤波时间常数：Toi?0。数:Tm?0。设计指标：稳态无静差， 电流超调量?i?5%，空载启动到额定转速时的超调量?n?10%；电流调节器已经按典型I型系统设计，并取KT=0.5； ⑴选择速度调节器的结构，并计算参数（R0?40k?）； ⑵计算电流环的截止频率和转速环的截止频率，并考虑它们是否合理。 解：

74-2．[3-11；2.23----2-16]在一个转速、电流双闭环V—M系统中，ASR、ACR均采用PI调节器；在：

（1）在此系统中Unm?10V,n?nN?1500rpm;Uim?10V,Idm?30A;R?2?;KS?30,电动

**IN?20A,Ce?0.128V/rpm,现在系统在Un?5V,IdL?20A条件下运行。机：求：稳态转速？ ACR

的输出？

（2）系统在上述情况运行时，电动机突然失磁??0，系统会发生什么现象？若系统能够稳定下来，稳定后的n?Un?Ui?Ui?Id?Uc?

**宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 19 - 2010年10月4日星期一

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（3）该系统转速环按照典型II型系统设计，且按Mrmin准则选择参数，切取h?5,T?n?0.05s，求转速环在跟随给定作用下的开环传递函数，并计算出放大倍数及各时间常数。

（4）该系统由空载突加额定负载时，电流和转速的动态过程波形是怎样的？已知Tm?0.05s计算最大动态速降和恢复时间。 解：

74-.3 有一转速电流双闭环调速系统，已知：电动机PN?3kW,UN?220V,IN?17.5A,

nN?1500r/min,Ra?1.2?,GD2?4Nm2,PWM?M驱动单元主电路为H型双极性工作方式，

**?10V,Uim?8V,Uctm?8V，滤波fS?1000.R??1.5?,L??60mH,最大允许电流Idbl?2IN,Unm器：Toi?0.001S,Ton?0.005S，设计指标?i%?5%,空载起动到额定转速时的超调量?n%?10%，用Mrmin准则进行设计。（本小题12分）

（1） 确定转速调节器的结构并计算其参数；

（2） 计算电流环的截止频率?ci和速度环的截止频率?cn。 解：

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第二章 直流调速系统的数字控制

第一节 微型计算机数字控制的主要特点

1．微机数字控制系统的稳定性好，可靠性高，可以提高控制性能，此外，还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。

由于计算机只能处理（ ）信号，因此，与模拟控制系统相比，微机数字控制系统的主要特点是（ ）化和（ ）化。

2．为了把模拟的（ ）信号输入计算机，必须首先在具有一定（ ）的（ ）时刻对它们进行实时采样，形成一连串的脉冲信号，即离散的模拟信号，这就是离散化。

3．采样后得到的离散信号本质上还是模拟信号，还须经过（ ），即用一组（ ），如二进制码等来逼近离散模拟信号的幅值，将它转换成（ ）信号，这就是（ ）化。

4．Shannon 采样定理

根据 Shannon 采样定理，采样频率 fsam 应不小于信号最高频率 fmax 的2倍，即 fsam ≥ 2 fmax

这时，经采样及保持后，原信号的频谱可以不发生明显的畸变，系统可保持原有的性能。

第二节 转速检测的数字化

5．模拟测速一般采用（ ），其输出电压不仅表示了转速的（ ），还包含了转速的（ ），在调速系统中（尤其在可逆系统中），转速的方向也是不可缺少的。因此必须经过适当的变换，将双极性的电压信号转换为单极性电压信号，经A/D 转换后得到的数字量送入微机。但偏移码不能直接参与运算，必须用软件将偏移码变换为原码或补码，然后进行闭环控制。

6．设被测转速由 n1 变为 n2 时，引起测量计数值改变了一个字（计数值增量“1”），则测速装置的分辩率定义为：Q = n1 - n2 （转/分）

Q 越小，测速装置的分辩能力（ ）； Q 越小，系统控制精度（ ）。

7．测速精度是指测速装置对实际转速测量的精确程度，常用测量值与实际值的相对误差来表示，即：???n?100% n测量误差 ? 越小，测速（ ），系统控制（ ）。 ? 的大小取决于测速元件的制造精度和测速方法。 8．由光电式旋转编码器产生与被测转速成正比的脉冲，测速装置将输入脉冲转换为以数字形式表示的转速值。

脉冲数字（P/D）转换方法：

（1）M法—脉冲（ ）方法； （2）T 法—脉冲（ ）方法；

（3）M/T法—脉冲（ ）计数方法 9．M法测速 工作原理：

由计数器记录PLG发出的脉冲信号；

定时器每隔时间Tc向CPU发出中断请求INTt；

CPU响应中断后，读出计数值 M1，并将计数器清零重新计数； 根据计数值 M 计算出对应的转速值 n。

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n?Q?60M1kNTC60kNTC1?100%M1

?max?10．T法测速 工作原理：

计数器记录来自CPU的高频脉冲 f0；

PLG每输出一个脉冲，中断电路向CPU发出一次中断请求；

CPU 响应 INTn中断，从计数器中读出计数值 M2，并立即清零，重新计数。

n?60f0kNM260f0kNn2Q??

kN(M2?1)M260f0?kN?n?max?1M2?1?100．M/T法测速

M法测速在高速段分辨率强；T法测速在低速段分辨率强；因此，可以将两种测速方法相结合，取长补短。既检测 Tc 时间内旋转编码器输出的脉冲个数M1，又检测同一时间间隔的高频时钟脉冲个数M2，用来计算转速，称作M/T法测速。

n?Q?60f0M1kNM260f0?kNM21M2?1?100%

?max?

第三节 数字PI调节器

12．PI调节器是电力拖动自动控制系统中最常用的一种控制器，在微机数字控制系统中，当采样频率足够高时，可以先按模拟系统的设计方法设计调节器，然后再离散化，就可以得到数字控制器的算法，这就是模拟调节器的数字化。

13．PI调节器的传递函数

WPI(s)?Uct(s)K1??s?11?KP?KP?P??KP?KI? E(s)??s?ssPI调节器时域表达式

uct(t)?KP[e(t)?e(t)dt]?K??1Pe(t)?KI?e(t)dt

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将上式离散化成差分方程，其第 k 拍输出为

u(k)?KPe(k)?KITsam?e(i)

i?1k其第 k-1 拍输出为

u(k?1)?KPe(k?1)?KITsam?e(i)

i?1k?1增量式PI调节器算法

?u(k)?u(k)?u(k?1)?KP[e(k)?e(k?1)]?KITsame(k)

13-1．数字PI调节器算法：有位置式和增量式两种算法：

位置式算法特点是：比例部分只与当前的偏差有关，而积分部分则是系统过去所有偏差的累积。 位置式PI调节器的结构清晰，P和I两部分作用分明，参数调整简单明了，但需要存储的数据较多。

u(k)?u(k?1)??u(k)

3-9．将习题3-8设计的转速调节器进行数字化，采样周期Tmax?0.5ms，调节器输出限幅及积分限幅?Umax，写出位置式和增量式数字PI调节器的表达式。继前题：速度调解器

955,KI?当h?5时,Kpn?6。解：

Kpn?n?52。29；当h?3时,Kpn?7。728,KI?Kpn?n?96。84

第四节 改进的数字PI算法

14．积分分离算法

在微机数字控制系统中，把 P 和 I 分开。当偏差大时，只让（ ）起作用，以快速减少偏差；当偏差（ ）到一定程度后，再将积分作用投入，既可最终（ ），又能避免（ ）。

15．[2-13；2.24----3-2] 旋转编码器光栅线数为1024，倍频系数为4，高频时钟频率f0?1MHz，旋转编码器输出的脉冲个数和高频时钟脉冲个数均采用16位计数器，M法和T法测速时间均为0.01s，求转速为1500rpm,150rpm时的测速分辨率和误差率最大值。

解：

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第四章 异步电动机变频调速系统

第一节 异步电机的变压变频调速基础知识

1．异步电机的（ ）调速系统一般简称为变频调速系统。由于在遵守基本控制原则情况下，调速时（ ），调速范围宽，无论是高速还是低速时（ ），在采取一定的技术措施后能实现（ ），可与直流调速系统媲美。因此现在应用面很广!

2．变压变频调速的基本控制方式 ：在进行电机调速时，常须考虑的一个重要因素是：希望保持电机中每极磁通量 ?m 为（ ），根据电磁转矩T?KT?mIrcos?r可知，这样才能保证（ ）。如果磁通太弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果过分增大磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。

3．基频以下调速

要保持 ?m 不变，当频率 f1 从额定值 f1N 向下调节时，必须同时降低 Eg ，使

/EE1?4.44kW1N1?m?1N即采用（ ）的控制方式。 f1f1N4．然而，绕组中的感应电动势是难以（ ）的，当电动势值较高时，可以忽略定子绕组的（ ），而认为定子相电压 Us ≈ Eg，则得

U1E1E1N??；这就是（ ）的控f1f1f1N制方式。

5．但是，在低频时 Us 和 Eg 都较小，定子阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能忽略。这时，需要人为地把电压 Us （ ）一些，以便近似地补偿（ ）。

6．在基频以上调速时，频率应该从f1N 向上升高，但定子电压Us 却不可能超过额定电压UsN ，最多（ ），这将迫使磁通与频率成反比地降低，相当于直流电机弱磁升速的情况。

7．如果电机在不同转速时所带的负载都能使电流达到额定值，即都能在允许温升下长期运行，则转矩基本上随磁通变化，按照电力拖动原理，在基频以下，属于（ ）性质，而在基频以上，转速升高时额定转矩降低，基本上属于（ ）调速。

8．晶闸管交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过（ ）直流，再通过（ ）器变换成（ ）的交流；由于这类变压变频器在恒频交流电源和变频交流输出之间有一个（ ），所以又称间接式的变压变频器。

当前应用最广的是由二极管组成不控整流器和由功率开关器件（P-MOSFET，IGBT等）组成的脉宽调制（PWM）逆变器，简称PWM变压变频器

9．PWM变压变频器的应用之所以如此广泛，是由于它具有如下的一系列优点：

（1）在主电路整流和逆变两个单元中，只有（ ）可控，通过它同时调节电压和频率，

结构简单。采用全控型的功率开关器件，只通过驱动电压脉冲进行控制，电路也简单，效率高。

（2）输出电压波形虽是一系列的PWM波，但由于采用了（ ）控制技术，正弦基波的比重较大，影响电机运行的低次谐波受到很大的抑制，因而转矩脉动小，提高了系统的调速范围和稳态性能。

（3）逆变器同时实现（ ），动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响，系统的动态性能也得以提高。

（4）采用不可控的二极管整流器，电源侧（ ）较高，且不受逆变输出电压大小的影响。 10．在交-直-交变压变频器中，按照中间直流环节采用的器件不同及其直流电源性质的不同，逆

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变器可以分成（ ）型和（ ）型两类，

两种类型的实际区别在于（ ）环节采用怎样的（ ）。 11．电压源型逆变器（Voltage Source Inverter--VSI ），直流环节采用（ ），因而直流电压波形比较平直，在理想情况下是一个（ ）源，输出交流电压是（ ）波，有时简称电压型逆变器。

12．电流源型逆变器（Current Source Inverter-- CSI），直流环节采用（ ）滤波，直流电流波形比较平直，相当于一个（ ）源，输出交流电流是（ ）波，或简称电流型逆变器

13．采用电压源型的交-直-交变压变频装置的调速系统要实现回馈制动和四象限运行却很困难，因为其中间直流环节有大电容钳制着电压的极性，不可能迅速反向，而电流受到器件单向导电性的制约也不能反向，所以在原装置上（ ）回馈制动。

14．交-直-交变压变频器中的逆变器一般接成（ ）电路，以便输出三相交流变频电源；电路是由6个电力电子开关器件VT1 ~ VT6 组成的三相逆变器主电路，一般在图中用开关符号代表任何一种电力电子开关器件。

15．控制各开关器件轮流导通和关断，可使输出端得到三相交流电压。在某一瞬间，控制一个开关器件关断，同时使另一个器件导通，就实现了两个器件之间的（ ）。在三相桥式逆变器中，有（ ）°导通型和（ ）°导通型两种（ ）方式。

16．同一桥臂上、下两管之间互相换流的逆变器称作（ ）导通型逆变器。但须注意，必须防止同一桥臂的上、下两管（ ），否则将造成直流电源短路，谓之（ ）。为此，在换流时，必须采取“先断后通”的方法，即先给应关断的器件发出关断信号，待其关断后留一定的时间裕量，叫做“死区时间”，再给应导通的器件发出开通信号。

17．120°导通型逆变器的换流是在（ ）之间进行的。

18．正弦波脉宽调制(SPWM)技术：早期，用电子器件实现——以正弦波作为逆变器输出的期望波形，以频率比期望波高得多的（ ）作为载波（Carrier wave），并用频率和期望波相同的（ ）作为调制波（Modulation wave），当调制波与载波相交时，由它们的交点确定逆变器开关器件的通断时刻，从而获得在正弦调制波的半个周期内呈两边窄中间宽的一系列等幅不等宽的矩形波。

19．如果在正弦调制波的半个周期内，三角载波只在正或负的一种极性范围内变化，所得到的SPWM波也只处于一个极性的范围内，叫做（ ）控制方式。

如果在正弦调制波半个周期内，三角载波在正负极性之间连续变化，则SPWM波也是在正负之间变化，叫做( )控制方式

20．载波比——载波频率 fc与调制信号频率 fr 之比N，既 N = fc / fr

根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为（ ）调制和（ ）调制和（ ）调制、（ ）调制。

21．异步调制——载波信号和调制信号（ ）的调制方式：当 fr增高时，N 减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲（ ）的影响就变大

22．同步调制——N 等于常数，并在变频时使载波和信号波保持同步：三相电路中公用一个三角波载波，且取 N 为（ ）倍，使三相输出（ ）；

23．在交流电动机中，实际需要保证的应该是正弦波（ ），因为在交流电机三相对称正弦绕组中只有通入三相平衡的正弦（ ）才能产生圆形旋转磁场、使合成的电磁转矩为某恒定值，不含（ ）分量。因此，若能对（ ）实行闭环控制，以保证其为正弦波形，显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。

24．常用的一种电流闭环控制方法是（ ）PWM（Current Hysteresis Band PWM ——CHBPWM）控制，电流控制器是（ ），（ ）为2h。

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25．经典的SPWM控制主要着眼于使变压变频器的输出（ ）尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的波形。而电流滞环跟踪控制则直接控制（ ），使之在正弦波附近变化，这就比只要求正弦电压前进了一步。然而交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成（ ）磁场，从而产生某一恒定的电磁转矩。

26．电压空间矢量PWM(SVPWM)控制技术（或称磁链跟踪控制技术） 把逆变器和交流电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，其效果应该更好。这种控制方法称作（ ）：磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间矢量得到的，所以又称（ ）PWM（SVPWM：Space Vector PWM）控制”。

27．逆变器采用180°导通型，功率开关器件共有（ ）种工作状态，其中（ ） 种有效开关状态；（ ）种为无效状态；

对于六拍阶梯波的逆变器，在其输出的每个周期中6 种有效的工作状态各出现一次。逆变器每隔 ?/3 时刻就切换一次工作状态（即换相），而在这 ?/3 时刻内则保持不变。

在一个周期中 6 个电压空间矢量共转过（ ）弧度，形成一个封闭的（ ）形，

如果想获得更多边形或逼近圆形的旋转磁场，就必须在每一个期间内出现多个工作状态，以形成更多的相位不同的电压空间矢量。为此，必须对逆变器的控制模式进行改造。

28．可把逆变器的一个工作周期用6个电压空间矢量划分成6个区域，称为扇区（Sector），如图所示的Ⅰ、Ⅱ、?、Ⅵ，每个扇区对应的时间均为?/3 。

29．在常规六拍逆变器中一个扇区仅包含（ ）个开关工作状态。

实现SVPWM控制就是要把每一扇区再分成若干个对应于时间T0 的小区间。按照上述方法插入若干个线性组合的新电压空间矢量 us，以获得优于正六边形的多边形（逼近圆形）旋转磁场。

第二节 基于异步电动机稳态模型的变压变频调速

30．现代通用变频器大都是采用二极管整流和由快速全控开关器件（ ）或（ ）或IPM 组成的PWM逆变器，构成交-直-交电压源型变压变频器——简称（ ），已经占领了全世界0.5~500KVA 中、小容量变频调速装置的绝大部分市场。

31．通用变频器：包含着两方面的含义：

（1）可以和通用的（ ）电机配套使用；

（2）具有多种（ ）功能，适用于各种不同性质的负载。

32．主电路——由二极管整流器UR、PWM逆变器UI和中间直流电路三部分组成，一般都是电压源型的，采用大电容C滤波，同时兼有（ ）的作用。

33．限流电阻：为了避免大电容C在通电瞬间（ ）电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入（ ），通上电源时，先限制( )电流，再延时用开关K将短路，以免长期接入时影响变频器的正常工作，并产生附加损耗。

34．泵升限制电路——由于二极管整流器不能为异步电机的再生制动提供反向电流的通路，所以除特殊情况外，通用变频器一般都用电阻吸收制动能量。

减速制动时，异步电机进入( )状态，首先通过逆变器的( )向电容C( )，当中间直流回路的电压,通称( )升高到一定的限制值时，通过( )电路使开关器件导通，将电机释放的动能消耗在制动电阻上。

35．给定积分——由于系统本身没有自动限制起制动电流的作用，因此，频率设定信号必须通过( )算法产生平缓升速或降速信号，升速和降速的积分时间可以根据( )的需要由操作人员分别选择。

36．转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统

转速开环变频调速系统可以满足平滑调速的要求，但静、动态性能都有限，要提高静、动态性能，

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首先要用（ ）控制。

37．在转差频率控制系统中，只要给（ ） 限幅，使其限幅值为 ?sm??smax就可以基本保持 （ ）关系，也就可以用转差频率控制来代表转矩控制。这是转差频率控制的基本规律之一。

保持 （ ），也就是保持 ?m 恒定。这是转差频率控制的基本规律之二。

第三节 异步电动机的动态数学模型和坐标变换

38．人们已推导出异步电机的动态数学模型，但是，要分析和求解这组非线性方程显然是十分困难的。在实际应用中必须设法予以简化，简化的基本方法是（ ）。

39．如果能将交流电机的物理模型等效地变换成类似（ ）电机的模式，分析和控制就可以大大简化。（ ）正是按照这条思路进行的。

在这里，不同电机模型彼此等效的原则是：在不同坐标下所产生的（ ）完全一致。 40．交流电机三相对称的（ ）绕组 A 、B 、C ，通以三相平衡的（ ）电流时，所产

?生的合成磁动势是（ ）形旋转磁动势F，它在空间呈正弦分布，以同步转速?1（即电流的角频

率）顺着（ ）的相序旋转。

然而，旋转磁动势并不一定非要三相不可，除单相以外，二相、三相、四相、?? 等任意对称的多相绕组，通以（ ）的多相电流，都能产生（ ）形旋转磁动势，当然以两相最为简单

41．在三相静止绕组A、B、C和两相静止绕组（ ）之间的变换，或称三相静止坐标系和两相静止坐标系间的变换，简称（ ）变换。

（A、B、C 和 ?、? 两个坐标系，为方便起见，取 A 轴和 ? 轴重合。设三相绕组每相有效匝数为N3，两相绕组每相有效匝数为N2各相磁动势为有效匝数与电流的乘积，其空间矢量均位于有关相的坐标轴上）。则三相静止坐标至两相静止坐标的变换矩阵表达式为：（ ）

考虑变换前后总功率不变，在此前提下，可以证明，匝数比应为

N3?N22，则变换矩阵表达式3可写为：（ ）

如果三相绕组是Y形联结不带零线，变换矩阵表达式为：（ ）

42．从两相静止坐标系到两相旋转坐标系 M、T 变换称作两相—两相（ ）变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表示（ ），r 表示（ ）。

43．令矢量iS M轴的夹角为?S，im、it，求iS 和?S，就是直角坐标/极坐标变换，简称K/P变换。则iS=（ ），?S=（ ）

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44．按转子磁链定向的矢量控制方程

当两相同步旋转坐标系按转子磁链定向时，应有

?rd??rm??r一般要求：，则有：矢量控制的（ ）个方程式，它们是：（ ）

?rq??rT?0转子磁链仅由定子（ ）分量产生，与转矩分量无关，从这个意义上看，定子电流的（ ）分量与（ ）分量是解耦的。

? r 与 ism之间的传递函数是（ ）环节，时间常数为转子磁链励磁时间常数，当励磁电流分量ism突变时，（ ）的变化要受到励磁惯性的阻挠；

45． 在异步电机矢量变换模型中的转子磁链?rr 和它的定向相位角?都是实际存在的，而用于控制器的这两个量都（ ），只能采用（ ）或（ ）计算值 ；

46．要实现按转子磁链定向的矢量控制系统，很关键的因素是要获得（ ）信号，以供磁链反馈和除法环节的需要。开始提出矢量控制系统时，曾尝试直接检测磁链的方法，一种是在电机槽内埋设（ ），另一种是利用贴在定子内表面的（ ）或其它（ ）元件。

47．在两相静止坐标系上的转子磁链模型

48．按磁场定向两相旋转坐标系上的转子磁链模型

49．磁链开环转差型矢量控制系统——即（ ）矢量控制系统

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50．转速、磁链闭环控制的矢量控制系统——即（ ）矢量控制系统

51．基于动态模型按定子磁链控制的——即（ ）控制系统

52．定子磁链电压模型结构

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第五章 同步电动机变压变频调速系统

1．他控变频调速系统：用（ ）的变压变频装置给同步电动机供电的系统

2．自控变频调速系统：用电动机本身轴上所带（ ）或电动机（ ） 提供的转子（ ）信号来控制变压变频装置换相时刻的系统。

3．同步电动机则有隐极与凸极之分，隐极式电机气隙（ ），凸极式则( ) ，两轴的电感系数不等，造成数学模型上的复杂性。但凸极效应能产生平均转矩，单靠凸极效应运行的同步电动机称作( )式同步电动机。

4．转速开环恒压频比控制的同步电动机群调速系统，是一种最简单的( )变频调速系统，多用于化纺工业小容量多电动机拖动系统中。

这种系统采用多台（ ）或（ ）同步电动机并联接在公共的变频器上，由统一的频率给定信号同时调节各台电动机的转速。

第六章 位置控制系统——伺服系统

第一节 位置控制系统——伺服系统的特征及组成

1．被控量是（ ）在几何空间的位置的位移：（ ）位移或（ ）位移； （ ）控制、（ ）控制、（ ）控制、等 2．给定信号与时间的函数关系： 定值控制——自动调节系统

时间的随机函数——随动系统；广义的随动系统被控量可以是其他物理量 时间的已知函数——程序控制系统，根据程序的载体的不同而又分为 仿型系统 数控系统

3．典型输入（给定）信号：( )信号 、（ ）信号、和（ ）信号。 4．基本组成： 给定：装置、信号 位移检测装置 （相敏检波器） 串联校正环节

驱动单元——执行机构 减速器

对象——机械装置

5．位置控制系统得分类

按控制方式分类：按误差控制的随动系统；复合控制的随动系统

按其组成元件的物理性质分类：电气随动系统；电气——液压随动系统；电气——气动随动系统 按信号的特点分类：连续控制随动系统；数字控制随动系统；脉冲——相位（锁相）随动系统 按其组成部件的输入——输出特性分：线性系统；非线性系统 按照系统运动坐标数分类

按照其工作任务分类：定位工作方式的随动系统——：小位移、中位移、大位移随动系统；随动状态的随动系统

按照系统执行元件的功率分类：功率驱动器——电动、气动、液压传动系统

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6．自整角机：

力矩式自整角机——靠内力“自整步”

控制式自整角机——典型控制式自整角随动系统： 参考相、协调位置、失调角；

uBS?UBSmsin??sin?0?t

相敏检波后

UBS?KBS?Kph??

KBS?或者

UBSmUBSmOO [V/]?[V/rad]；??30O2??/62?30KBS?UBSm[V/rad]?UBSm[V/O]；??10O O180/?第二节 采用自整角机的随动系统

1．系统原理示意图

2．系统的数学模型

（s）?KBS 自整角机：WBS（s）?相敏检波器：WphKphTph?s?1 （s）?功率放大装置：WAPKS

TS?s?1电动机：

1/Ce Tm?Tl?s2?Tm?s?1?减速器：W（gs）Kg6；Kg?[度（O）] si3．系统的开环传递函数

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Wop(s)?KBSKphKSKgCes(Tphs?1)(Ts?1)(TmTls?Tms?1)2

4．随动系统的跟踪性能分析——稳态跟踪性能分析 ⑴位置随动系统的稳态跟踪性能分析——稳态误差 ㈠检测误差ed 取决于检测元件 位置传感器 电位器 自整角机 旋转变压器、 圆盘式感应同步器 直线式感应同步器 光电或磁性编码器 n误差量级 度（） ≤10 /0角分（） 角秒（） 微米（μm） 360/N 0// 注：N是每转的脉冲数；对于绝对值式编码器N=2 ㈡系统误差——原理误差：取决于系统的结构、特征参数和给定输入信号 给定输入稳态误差： 输入信号 单位位置（阶跃）输入 单位速度（斜坡）输入 单位加速度输入 ***2θ（t）=1（t） θ（t）=t θ（t）=1t/2 **2*3 θ（s）=1/s θ（s）=1/s θ（s）=1/s系统类型|、误差 Ⅰ型系统 Ⅱ型系统 esp 0 0 esv 1/K 0 esa ∞ 1/K 定义稳态品质因数：输入信号与原理稳态误差的比值：

Esr（s）?*?（s）1?W（s）

*s??（ms）esr?lim s?01?W（s）Esf（s）?W2(s)F(s)

1?W（s）sp?1?F（s）esf?lim

s?0K1

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输入信号 单位位置（阶跃）输入单位速度（斜坡）输入单位加速度输入 系统类型|、 品质因数 0型系统 Ⅰ型系统 Ⅱ型系统 θ*（t）=1（t） θ*（s）=1/s Kp K ∞ ∞ θ*（t）=t θ*（s）=1/s2 Kv 0 θ*（t）=1t2/2 θ*（s）=s3 Ka 0 0 K K ∞ 5．扰动输入稳态误差：扰动输入稳态误差只与（ ）和（ ）有关。 Ⅰ型系统：阶跃扰动输入稳态误差为esf?? N为阶跃扰动输入量

Ⅱ型系统：阶跃扰动输入稳态误差为esf??。 密位：1密位=（ ）

6． 复合控制的位置随动系统 基本思路：控制的“预见性”、快速性 ⑴系统的结构图

⑵不变性原理

系统的闭环传递函数

W)W2(s)?F(s)W2(s)cl(s)?W1(s1?WW

1(s)2(s)显然如果F(s)?1W) 2(sWW1(s)W2(s)?F(s)W2(s)cl(s)?1?W(s)?1(s)W2?F(s)?1W2(s)

Wcl(s)?1??m?*?1m系统对给定输入信号实现了完全不变性

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7-1．[童本——例题]

题1。系统在单位速度输入时的原理误差

解：

题2。系统在单位阶跃负载扰动下的扰动误差 解：

题3。系统在单位阶跃负载扰动下的扰动误差

解：

71-2．[童本——例题] 已知某随动系统的结构图，计算下列输入情况下的稳态原理误差。其中K?500；T?0.1

解：

71-3．[童本——例题] 某小功率随动系统

Wobj(s)?W1(s)?W2(s)?KbsKph11；W（s）?，W（s）?速比12i?sTph?s?1K（2T?s?1）2?i i?4；KbsKph?0。007V（/?），Tph?0。002s，T?n?0。01s，K2?0。00025V?s（/?）要求设计一个位置

?%?30%，tS?0。3s。调节器，满足下列性能指标：单位加速度输入时：esa≤0。01阶跃响应动态指标：

0

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解：

8．[9-1；7.1] 系统结构如下图，计算下列输入情况下系统的给定误差

K=500、T=0。1

1?1(t) 2t*（2）?m??1(t)

2（1）?m?*解：

9．[例----4-1] 采用自整角机的直流位置随动系统，原始数据如下： 直流伺服电动机：

S661:PN?230W,UN?110V,IN?2.9A,nN?2400rpm,Ra?3.4?;R??5.1?;i?60

自整角机以及相敏检波放大电路：

Kbs?1.25V（/?）；UBS?Kbs??m;KBSKpKS?200;ed?0.5?

当输入?m?200?/s，负载TL?20N?m；求系统的稳态误差 解：

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*

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宿迁学院参 考 答 案

（仅供参考，请认真独立做题、细心核对）

2012年11月16日星期五整理

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第一章 闭环控制的直流调速系统

第一节 可控直流电源—电动机系统——暨直流驱动单元

1．调节电枢供电电压； 电阻； 磁通； 调压 调压调速

2．电枢； 可控直流

3．常用的可控直流电源有以下三种：

旋转变流机组； 静止式可控整流器； 直流斩波器或脉宽调制变换器 4．四象限连续运行； Ward-Leonard

5． V-M； 晶闸管可控整流器； 控制电压 Uc； 触发脉冲的相位， 6．相位角（控制角）? ； 相位角（控制角） ? ； 整流电路； 不同整流电路的整流电压值

整流电路 Um m Ud0 单相全波 2U2* 2 0.9U2cos? 三相半波 2U2 三相全波 6U2 六相半波 2U2 3 6 6 1.17U2cos? 2.34U2cos? 1.35U2cos?

7．脉动的转矩； 电机的发热 8．平波电抗器的计算 单相桥式全控整流电路L?2.87U2 Idmin三相半波整流电路L?1.46U2 IdminU2 Idmin三相桥式整流电路L?0.6939．晶闸管触发与整流装置动态结构：考虑到 Ts 很小，可忽略高次项，则传递函数便近似成一阶惯性环节

WS(s)?Udo(s)1?KS?

Uct(s)TS?s?1恒定； 频率； 幅值； 宽度可变

10．直流脉宽调速； PWM—M 11．桥； H形。

12．开关器件栅极驱动电压极性； 双极； 单极； 受限单极； 双极式控制 13．双极式控制可逆PWM变换器的输出平均电压为

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Udo?tonT?ton2tUS?US?(on?1)USTTTton如果设占空比：?? TU设调压系数：do??US则：??2??114．双极式控制可逆PWM变换器—电动机系统即PWM——M系统 0~1； 正； 负； 反； 0； 停止。 15．上、下桥臂直通； 应设置逻辑延时

16．滤波； 吸收运行系统动能； 回馈电能； “泵升电压”

电力电子器件的耐压限制着最高泵升电压，因此电容量就不可能很小，一般几千瓦的调速系统所需的电容量达到数千微法。

在大容量或负载有较大惯量的系统中，为了限制电容器过高的泵升电压，这时，可以采用下图中的镇流电阻Rb 来消耗掉部分动能。分流电路靠开关器件 VTb 在泵升电压达到允许数值时接通。

第二节 单闭环直流调速系统

17．对于调速系统的转速控制的基本要求有以下三个方面 （1）有级；无级

（2）稳速——以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；

（3）加、减速——频繁起、制动的设备要求加、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起，制动尽量平稳。

18．解：

要求S?30%时：D?nN?S1430?0。3??5。3

?n（。7N1?S）115?0nN?S1430?0。2??3。1

?n（1?S）115?0。8ND??nN10?115??0。446?44。6%

nN?D??nN1430?10?115要求S?20%时：D?希望D?10时，静差率：S?19．[2-2；1。4]解：

1000?10；100

nN?S1000?2则：?nN???2。041ｒ／ｍｉｎD（1?S）10?98根据给定条件：D?20．[2-3；1。5] 解：

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根据给定条件，D?n0max??nN1500?15??11；n0min??nN150?15?nN15??0。1?10%；n0min150

根据静差率的定义，S?D??nN11?15或：S???0。1?10%（n0max??nN）?D??nN1485?11?1521．[2-4；1。6] 解：

首先求取额定负载下的速度降落：Ce?UN?INRa220?378?0。023??0。1477V/rpmnN1430IN?R?378?0。045??115rpmCe0。1477

?nNop?D?nN?S?n（N1?S）要求S?20%；1430?20?3。1115?80要求S?30%；D?D?1430?30?5。3115?7022---1．[例题] 解：

首先求取额定负载下的速度降落：Ce?0。2/rpm?nNop?D?IN?R?305?0。18??274.5rpmCe0。2nN?S?n（N1?S）要求S?5%；1000?5?0.19274.5?95要求D?20D?则S?D??nN20?274.55490???0.8?80%nN?D??nN1000?20?274.56490开环系统不能满足要求，满足这个要求需要负反馈：要求?nNcl?

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nN?S1000?5??2。63r/minD（?1?S）20?95

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22---2。[2-5；1.7] 解：

首先求取额定负载下的速度降落：Ce?0。2/rpmIN?R?305?0。18??274.5rpmCe0。2⑴?nNop?⑵SN? ?nN?nN274。5???0。215?21。5%n0nN??nN1000?274。5⑶满足这个要求需要负反馈：要求?nNcl?nN?S1000?5??2。63r/minD（?1?S）20?9522---3。[尔例2-1——2-2]

解：

首先求取额先求取额定速度降落：?Ce?0。2/rpmIN?R?305?0。18??274.5rpmCe0。2⑴?nNop?⑵SN??nN?nN274。5???0。215?21。5%?5%n0nN??nN1000?274。5不能满能满足⑶满足这个要求需要负反馈：要求?nNcl?K??nN?op?nN?clnN?S1000?5??2。63r/minD（?1?S）20?95274.5?1??1?103.42.63

KP?KCe103.4?0.2??45.94KS??30?0.01522---4。[尔例2-1——2-2——2-3] 解：

首先求取额先求取额定速度降落：?Ce?0。2/rpm(1)?nNop?(2)SN?IN?R?305?0。18??274.5rpmCe0。2

?nN?nN274。5???0。215?21。5%n0nN??nN1000?274。5?5%；不能满能满足宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 40 - 2010年10月4日星期一

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(3)满足这个要求需要负反馈：要求?nNcl?K??nN?op?nN?clnN?S1000?5??2。63r/minD（?1?S）20?95274.5?1??1?103.42.63KP?KCe103.4?0.2??45.94KS??30?0.015(4)判断系统的稳定性Tl?L?0.00216??0.012sR?0.18GD2R?78?0.18Tm???0.098s22375?9.55Ce375?9.55?0.2TS?0.00167sKcr?Kcr?K22---5。[参李] 解：

TmTmTS0.0980.0980.00167??????67TSTlTl0.001670.0120.012

?nN?cl??nN?opKop?KP?nN?s1750?0.05??9.2rpmD(1?s)10?0.95I?R226?0.1?N???188.33Ce0.12?1??188.33?1?19.479.219.47?10.81736?0.006/0.12?nN?op?nN?clK

KS??/Ce23．被调量的偏差；纠正偏差；负载；转速偏差；负反馈 24．硬得多；电压放大器；检测与反馈

25．测速发电机 TG； 转速成正比的负反馈电压Un；转速偏差电压 ?Un 26．转速负反馈单闭环有静差直流调速系统中各环节的稳态关系如下：

*电压比较环节：?Un?Un?Ufn放大器——调节器：Uct?KP??Un可控调压装置：Ud0?KS?Uct调速系统开环机械特性：n?测速反馈环节：Ufn???n27．转速负反馈单闭环有静差直流调速系统的静特性方程式

EaUd0?IdL?R??CeCe宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 41 - 2010年10月4日星期一

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n?KU*PKSnIdL?R?C(1?K?ePKS?/Ce)Ce(1?KPKS?/Ce)

?n0cl??ncln?KU*PKSnmIN?RNclC1?K??e(OP)Ce(1?KOP)?n0cl??nNcl

KOP?KPKS?/Ce28．闭环系统静性可以比开环系统机械特性硬得多

?n?nNopNcl?1?K;OPK?nNopOP??n?1Ncl

SSopcl?1?KOPDcl?(1?KOP)Dop29．比例放大器（调节器）；有静差；被调量的偏差 30．各环节； “扰动作用”。 30-1．[2-7；2。1] 解：

根据给定条件：D?1500150?10；则：?nnN?S1500?5Ncl?1?S）?10?95?7.89ｒ／ｍｉｎ

D（K?nNop100OP??n?1??1?11.67Ncl7.8930-2．[2-7；2。1] 解：

根据给定条件：D?1500150?10；则：?nnN?S1500?2Ncl?D（1?S）?10?98?3.06ｒ／ｍｉｎK?nNop100OP??n?1??1?31.6797Ncl3.0631．起动； 堵转；自动限制电枢电流

电流

采用电流截止负反馈； 转速-电流双闭环控制

32．

K?Tm(Tl?TS)?T2ScrT?T?TmT?Tm?TSlSSTlTl

KOP?Kcr宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 42 - 2010年10月4日星期一

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33．[例题] 解：

nN?s1000?5??5.26r/minD(1?s)10?95U?INRa220?55?0.5Ce?N??0.1925V/rpm

nN1000?nNcl??nNop?INR?55?1??285.7rpmCe0.1925KOP??nNop?nNcl?1?285.7?1?53.35.26

※??0.01158KOPKP??20.14?KS/Ce33-1．[2-9；2。5] 解： ⑴

Ce?UN?INRa220?12.5?1.5??0.134V/rpmnN1500I?RI(R?RL?Ra)12.5(1?0.8?1.5)?N??Nrec??307.8rpmCeCe0.134

?nNop?nNcl?⑵

nN?s1500?10??8.33r/min

D(1?s)20?90- IdR + Un+ *+ A Id Ud U+ M M - U*n + ?UUnn - Un - U?U- - Un + UUUGT UPE - Kp Uc Ks s Ud0 + E 1/Ce n n+ + U- TG t- ? 图1-24 采用转速负反馈的闭环调速系统 *Unm15??0.01 ⑶ 无静差：??nN1500*KOPUnm35.915?????0.0097(KOP?1)nN36.91500 有静差：

KOP?⑷ KP??nNop?nNcl

?1?307.8?1?35.98.33KOP35.9??13.36

?KS/Ce0.01?35/0.134宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 43 - 2010年10月4日星期一

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33-2．[2-10；2。6] 解：

※题意要求不明确，题解是多样的???? 首先计算采样电阻：RS?计算：

11(Rrec?RL?Ra)?(1?0.8?1.5)?1.1? 33Idbl*Unm?Ucr??2IN，设Idbl?2INRSIdcr?Ucr?1.2IN，设Idcr?1。2INRS

*Unm15RS???1.5?Idbl?Idcr(2?1.2)?12.51。5?1。1加电流放大器：改变电阻R2的数值即可！

R0?1；选择RS?1?。则：R2Ucom?Ucr?IdcrRS?1.2INRS?1.2?12.5?1?15V*KPKSUnm?KPKSUcrIdbl?R0R2*Unm?UcrRKPKS0RS?R?R2R0RSR2?R0R2*Unm?IdcrRSR0RSR2?R0R2R0RSR2

*Unm?(Idbl?Idcr)*R0Unm15???1.5R2(Idbl?Idcr)RS0.8?12.5?133-3．[2-9；2。5] 解：

Ce?⑴

UN?INRa220?12.5?1.2??0.137V/rpmnN1500I?RI(R?Ra)12.5(1.5?1.2)?N??Nrec??246.89rpmCeCe0.137

?nNop宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 44 - 2010年10月4日星期一

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?nNcl?⑵

+ nN?s1500?10??8.33r/min

D(1?s)20?90 Un + n- - Un + Un *+ - IdR IId d Ud Ud M M - + Un ?Un - A UUc c GT UPE - U*n + ?Un n - Un Kp Uc Ks s Ud0 + E 1/Ce n n + + Utg - TTG - t? 图1-24 采用转速负反馈的闭环调速系统 *Unm15??0.01 ⑶ 无静差：??nN1500 有静差：

*KOPUnm28.63815?????0.0097(KOP?1)nN29.6381500KOP?⑷ KP??nNop?nNcl?1?246.89?1?28.6388.33

KOP28.638??11.209

?KS/Ce0.01?35/0.137

33-4．[童例1-3] 解：

Ce?⑴

UN?INRa220?15?2??0.127V/rpmnN1500IN?R?IN(Rrec?Ra)15(2?1)???354.33rpmCeCe0.127

?nNop??nNcl?⑵

+ nN?s1500?10??8.33r/min

D(1?s)20?90 Un + n- - Un + Un *+ - IdR IId d Ud Ud M M - + Un ?Un - A UUc c GT UPE - U*n + ?Un n - Un Kp Uc Ks s Ud0 + E 1/Ce n n + + Utg - TTG - t? 图1-24 采用转速负反馈的闭环调速系统 宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 45 - 2010年10月4日星期一

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*Un20⑶ 无静差：????0.02

n1000 有静差：

*KOPUnm41.5430?????0.019529(KOP?1)nN42.541500KOP?⑷ KP??nNop?nNcl?1?354.33?1?41.548.33

KOP41.54??8.79

?KS/Ce0.02?30/0.12734．[例题] 解：

nN?s1000?5??5.26r/minD(1?s)10?95U?INRa220?55?0.5Ce?N??0.1925V/rpm

nN1000?nNcl??nNop?INR?55?1??285.7rpmCe0.1925KOP??nNop?nNcl?1?285.7?1?53.35.26

※??0.01158KP?KOP?20.14?KS/CeL??0.693?Tl?U/3U2P230/3?0.693?2l?0.693??16.73mHIdminIN?10U?0.1

L?0.017??0.017sR?1.0R?GD210?1.0Tm????0.075s22375(30/?)Ce375?9.55?0.1925TS?0.00167sKcrTm(Tl?TS)?TS2TmTmTS?????49.4Tl?TSTSTlTl

KOP?Kcr??系统不稳定35．[例题]

解：

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nN?s1000?5??5.26r/minD(1?s)10?95U?INRa220?55?0.5Ce?N??0.1925V/rpm

nN1000?nNcl??nNop?KOP?INR?55?0.6??171.4rpmCe0.1925?1?171.4?1?31.6 5.26?nNop?nNclTl?L?0.005??0.00833sR?0.6R?GD210?0.6Tm????0.045s

375(30/?)Ce2375?9.55?0.19252TS?0.0001sKcrTm(Tl?TS)?TS2TmTmTS?????455.4Tl?TSTSTlTl

KOP?Kcr??系统稳定36．[例题] 解：

首先求取额定负载下的速度降落：Ce?0。2/rpm?nNop?IN?R?305?0。18??274.5rpmCe0。2nN?S1000?5??2。63r/minD（?1?S）20?95?1?275?1?103.62.63

要求?nNcl?KOP?KP??nNop?nNclKOP103.6??46KS??/Ce30?0.015/0.2

37．[例题] 解：

首先求取额定负载下的速度降落：Ce?0。2/rpm?nNop?IN?R?305?0。18??274.5rpmCe0。2nN?S1000?5??2。63r/minD（?1?S）20?95

要求?nNcl?宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 47 - 2010年10月4日星期一

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K?nNopOP??n?1?275Ncl2.63?1?103.6

KKOP103.P?K?/C?6015/0.2?46S?e30?0.TL?l?R?0.0030.18?0.0167s?T?GD2375?R?(30/?)C2?60?0.18m?0.22?0.075s

e375?9.55TS?0.00167sK?Tm(Tl?TS)?T2STmcrTT??Tm?TS?49.4l?STSTlTl

KOP?Kcr??系统不稳定38．[例题] 解：

首先求取额定负载下的速度降落：Ce?0。2/rpm?nNop?IN?R?305C??0。1?152.5rpm

e0。2要求?nnN?SNcl?D（?1?S）?1000?520?95?2。63r/minK?nNop?1?152.5OP??nNcl2.63?1?57 T?l?LR?0.001?0.01s?0.1T?GD2375?R?(30/?)C2?60?0.1m375?9.55?0.22?0.0419seTS?1f?1?0.000125sS8000KTm(Tl?T2cr?S)?TSTmTmTST??T??339.4l?TSTSlTl

KOP?Kcr??系统稳定KOP?Kcr?n?nNop152.5Ncl?1?K?1?339.4?0.45

OPDnN?s1000?cl??n1?s)?50.45?95?117Ncl(39．自动控制系统伯德图与系统性能的关系：

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-20dB/dec； 频带宽度 剪切 陡； 高

抗高频噪声干扰 40．有静差 无静差

41．有静差；精度越高；稳定；不稳定。 42．仍有；无静差

43．无静差；动态；动态

44．单闭环；起动； 堵转；自动限制电枢电流

起动；自由地随着负载

45-1．即：33-2．[2-10；2。6] 解: 首先计算：RS?计算：

11(Rrec?RL?Ra)?(1?0.8?1.5)?1.1? 33宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 49 - 2010年10月4日星期一

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Idbl*Unm?Ucr??2IN，设Idbl?2INRSIdcr?Ucr?1.2IN，设Idcr?1。2INRS

*Unm15RS???1.5?Idbl?Idcr(2?1.2)?12.51。5?1。1加电流放大器

R0?1；选择RS?1?。则：R2Ucom?Ucr?IdcrRS?1.2INRS?1.2?12.5?1?15V*KPKSUnm?KPKSUcrIdbl?R0R2*Unm?UcrRKPKS0RS?R?R2R0RSR2?R0R2*Unm?IdcrRSR0RSR2?R0R2R0RSR2

*Unm?(Idbl?Idcr)*R0Unm15???1.5R2(Idbl?Idcr)RS0.8?12.5?145-2．即：33-2．[2-10；2。6] 解： 首先计算：RS?计算：

11(Rrec?Ra)?(1?2)?1? 33Idbl*Unm?Ucr??2IN，设Idbl?2INRSIdcr?Ucr?1.2IN，设Idcr?1。2INRS

*Unm30RS???2.5?Idbl?Idcr(2?1.2)?152.5?1.1宿迁学院 机电系 自动化学科 勾厚政 - 50 - 2010年10月4日星期一

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