运动控制系统课后答案阮毅第五版

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？

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，

电力拖动自动控制系统-运动控制系统（ 阮毅 陈伯时）课

后答案包括思考题和课后习题

第2章

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。 2-2 简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。

答：直流 PWM 变换器基本结构如图，包括 IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送 往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流 PWM 变换 器输出电压大小，二极管起续流作用。 2-3 直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？ 答：脉动直流电压。

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？ 答：直流 PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流 PWM 变换器的时 间常数 Ts 等于其 IGBT 控制脉冲周期（1/fc） ，而晶闸管整流装置的时间常数 Ts 通常取其最大 失控时间的一半（1/（2mf）。因 fc 通常为 kHz 级，而 f 通常为工频（50 或 60Hz） 为一周内 ） ，m 整流电压的脉波数，通常也不会超过 20，故直流 PWM 变换

习题与思考题

第二章 机电传动系统的动力学基础

2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩的概念。 拖动转矩是有电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。 静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。 2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。 TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。

2.3 试列出以下几种情况下（见题2.3图）系统的运动方程式，并说明系统的运动状态是加速，减速，还是匀速？（图中箭头方向表示转矩的实际作用方向）

TM TL TM

TL

N

TM=TL TM< TL

TM-TL>0说明系统处于加速。 TM-TL<0 说明系统处于减速

TM TL TM TL

TM>

电力拖动自动控制系统-运动控制系统（ 阮毅 陈伯时）课后思考题答案

第2章

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。 2-2 简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。

答：直流 PWM 变换器基本结构如图，包括 IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送 往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流 PWM 变换 器输出电压大小，二极管起续流作用。 2-3 直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？ 答：脉动直流电压。

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？ 答：直流 PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流 PWM 变换器的时 间常数 Ts 等于其 IGBT 控制脉冲周期（1/fc） ，而晶闸管整流装置的时间常数 Ts 通常取其最大 失控时间的一半（1/（2mf）。因 fc 通常为 kHz 级，而 f 通常为工频（50 或 60Hz） 为一周内 ） ，m 整流电压的脉波数，通常也不会超过 20，故直流 PWM 变换器时间常数通常比

2.1 说明机电传动系统运动方程中的拖动转矩，静态转矩和动态转矩。 拖动转矩是由电动机产生用来克服负载转矩，以带动生产机械运动的。 静态转矩就是由生产机械产生的负载转矩。动态转矩是拖动转矩减去静态转矩。

2.2 从运动方程式怎样看出系统是处于加速，减速，稳态的和静态的工作状态。 TM-TL>0说明系统处于加速，TM-TL<0 说明系统处于减速，TM-TL=0说明系统处于稳态（即静态）的工作状态。

2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？

因为许多生产机械要求低转速运行，而电动机一般具有较高的额定转速。这样，电动机与生产机械之间就得装设减速机构，如减速齿轮箱或蜗轮蜗杆，皮带等减速装置。所以为了列出系统运动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量这算到一根轴上。转矩折算前后功率不变的原则是P=Tω, p不变。转动惯量折算前后动能不变原则是能量守恒MV=0.5Jω2

2.6为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2大得多?

因为P=Tω，T=G?D2/375. P=ωG?D2/375. ,P不变 转速越小GD2越大，转速越大GD2 越小。

2.7 如图2.3（a）所示，电动机轴上的转动

2.3 解：1）调速范围

D?nmaxnmin(均指额定负载情况下）

nmax?n0max??nN?1500?15?1485 nmin?n0min??nN?150?15?135 D?nmaxnmin?1485135?11

2) 静差率

s??nNn0?15150?10%

2.4 解：Ce?(UN?INRa)nN?(220?378?0.023)1430?0.1478Vrpm

?n?INRCe?378?(0.023?0.022)0.1478?115rpm

) ]D?nNS[?n(1?s)]?143?00.2[1?15?(10.?2 ]D?nNS[?n(1?s)]?143?00.3[1?15?(10.?3)

3.15.33

2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min，要求系统的静差率s开环系统的静态速降是100r/min，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？ 解： 1）D?5%，那么系统允许的静态速降是多少？如果

?nNs/?nN?1?s?

10?1500?2%/?nN?98%

?nN?1500?2%/98%?10?3.06r/min

2）2.8 解：

K??nop/?ncl?1?100/

电力拖动自动控制系统-运动控制系统（阮毅陈伯时）课

后答案包括思考题和课后习题

第2章

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。

2-2 简述直流 PWM 变换器电路的基本结构。

答：直流 PWM 变换器基本结构如图，包括 IGBT 和续流二极管。三相交流电经过整流滤波后送往直流 PWM 变换器，通过改变直流 PWM 变换器中 IGBT 的控制脉冲占空比，来调节直流 PWM 变换器输出电压大小，二极管起续流作用。

2-3 直流 PWM 变换器输出电压的特征是什么？

答：脉动直流电压。

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？

答：直流 PWM 变换器和晶闸管整流装置均可看作是一阶惯性环节。其中直流 PWM 变换器的时间常数 Ts 等于其 IGBT 控制脉冲周期（1/fc），而晶闸管整流装置的时间常数 Ts 通常取其最大失控时间的一半（1/（2mf）。因 fc 通常为 kHz 级，而 f 通常为工频（50 或 60Hz）为一周内），m 整流电压的脉波数，通常也不会超过 20，故直流 PWM 变换器时间常数通常比晶闸管整流装置时间常数更小，从而响应

第五章

思考题

5-1 对于恒转矩负载，为什么调压调速的调速范围不大？电动机机械特性越软，调速范围越大吗？

答：对于恒转矩负载，普通笼型异步电动机降压调速时的稳定工作范围为0

电动机机械特性越软，调速范围不变，因为Sm不变。

5-2 异步电动机变频调速时，为何要电压协调控制？在整个调速范围内，保持电压恒定是否可行？为何在基频以下时，采用恒压频比控制，而在基频以上保存电压恒定？

答：当异步电动机在基频以下运行时，如果磁通太弱，没有充分利用电动机的铁心，是一种浪费；如果磁通，又会使铁心饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时还会因绕组过热而损坏电动机。由此可见，最好是保持每极磁通量为额定值不变。当频率从额定值向下调节时，必须同时降低Eg使

Eg?4.44NS?KN??mN?常值，即在基频以下应采用电动势频

Sf1率比为恒值的控制方式。然而，异步电动机绕组中的电动势是难以直接检测与控制的。当电动势值较高时，可忽略定子电阻和漏感压降，而认为定子相电压Us?Eg。

在整个调速范围内，保持电压恒定是不可行的。

在基频以上调速时，频率从额定值向上升高，受到电动机绝缘耐压和磁路饱和的限制，定子电压不能随之升高，最多只能保持额定电压不变，这将导致磁通与频率成反比地

(2-2题~2-4题) 部分习题答案(仅供参考，不对之处敬请批评指正，谢谢！)

2-2(a) mxo ( t ) f1[ xi ( t ) - xo ( t )] - f 2 xo ( t ) x 即：m o ( t ) ( f 1 f 2 ) xo ( t ) f 1 xi ( t ) (b) f ( k k ) x ( t ) k k x ( t ) k fx ( t ) 1 2 o 1 2 o 2 i

(c) fxo ( t ) + ( k1 + k2 ) xo ( t ) = fxi ( t ) + k1 xi ( t )2-3(a) R1 R2C1C 2uo ( t ) + ( R1C1 + R2C 2 + R1C 2 )uo ( t ) + uo ( t )

= R1 R2C1C 2ui ( t ) + ( R1C1 + R2C 2 )ui ( t )(b) f1 f 2 o ( t ) + ( f1k1 + f1k2 + f 2k1 ) xo ( t ) + k1k2 xo ( t ) x

= f1 f 2 i ( t ) + ( f

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？

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