运动控制系统第4版课后习题答案完整版_陈伯时_上海大学
运动控制系统第4版课后习题答案完整版_陈伯时_上海大学
I d b l 2 I N 25 A ， I dcr 1.2 I N 15 A I dcr U com / Rs 15 U com / Rs
* I dbl U n U com / Rs 25 15 U com / Rs Rs 1.5
，
2.2 系统的调速范围是 1000~100 r min ，要求静差率 s=2%，那么系统允许的静差转速降是 多少？ 解： n
nn s
D(1 s)
1000 0.02 (10 0.98) 2.04rpm
系统允许的静态速降为 2.04rpm 。
2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为 n0 max 1500r min ，最低转速特性为
发整流环节的放大倍数 K s 35 。 (1)系统开环工作时，试计算调速范围 D 30 时的静差率 s 值。 (2)当 D 30 ， s 10 % 时，计算系统允许的稳态速降。
* (3) 如组成转速负反馈有静差调速系统，要求 D 30 ， s 10 % ，在 U n 10V 时 I d I N ，
可见与前面的 K>35.955 相矛盾，故系统不稳定。要使系统能够稳定运行，K 最大为 30.52。 2.12 有一个晶闸-电动机调速系统，已知：电动机：PN 2.8kW ，U N 220V ， I N 15.6 A ，
n N 1500 r/min， R a =1.5Ω，整流装置内阻 R rec =1Ω, 电枢回路电抗器电阻 RL =0.8Ω， 触
可以求得， K p
K * Ce 35.955* 0.134 14.34 Ks * 35* 0.0096
也可以用粗略算法：
运动控制系统第四版(陈伯时主编)第4章
一、V-M可逆直流调速系统的主回路结构
1.单组晶闸管装置的整流和逆变 单组晶闸管装置供电的V-M系统在拖动起重机 类型的负载时可能出现整流和有源逆变状态。
Id
E M
n Te
TL
ห้องสมุดไป่ตู้
Id
E
M
Te
Ud
P
Ud
P
n
TL
提升，整流， Ⅰ象限，电动， α<90°
U d0 U d0max cos
当90°<α <180 °时，逆变，
U d0 U d0max cos U d0max cos
两组晶闸管装置反并联可逆线路的 整流和逆变状态原理与单组晶闸管线路 相同，只是出现逆变状态的具体条件不 一样。 现以正组晶闸管装置整流和反组晶 闸管装置逆变为例，说明两组晶闸管装 置反并联可逆线路的工作原理。
+ + +
电动 正组整流
+
－
－ － －
电动 反组整流
－
+
－
回馈发电 正组逆变
+
回馈发电 反组逆变
一
二
三
四
反并联的晶闸管装置的其他应用
既使是不可逆的调速系统，只要是需要快速回 馈制动，常常也采用两组反并联的晶闸管装置， 由正组提供电动运行所需的整流供电，反组只 提供逆变制动。 这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同， 反组只在短时间内给电动机提供制动电流，并 不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可以 小一些。
下放，逆变， Ⅳ象限，反向制动， α>90°
机械特性
V的单向导电性，电 枢电流无法反向
运动控制系统第四版思考题答案
运动控制系统第四版思考题答案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，从而响应更快，动态性能更好。
2=5 在直流脉宽调速系统中，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？答：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PWM 变换器的输出。
电枢回路中还有电流，因为电枢电压和电枢电阻的存在。
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？答：为电动机提供续流通道。
若二极管断路则会使电动机在电枢电压瞬时值为零时产生过电压。
2-7 直流PWM 变换器的开关频率是否越高越好？为什么？答：不是。
因为若开关频率非常高，当给直流电动机供电时，有可能导致电枢电流还未上升至负载电流时，就已经开始下降了，从而导致平均电流总小于负载电流，电机无法运转。
运动控制系统第四版(陈伯时主编)第4章
微机控制具备故障检测功能，对电压、电流、 温度等信号进行实时监测和报警。
一般选用专为电机控制设计的单片微机，配以 显示、键盘等外围电路，通过通信接口与上位 机或其他外设交换数据。
图4-6 微机数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图
在f点稳定工作，电枢电流与负 载电流-IdL相等。
图4-4 在坐标系上表示的电动机反向轨迹
4.1.3 直流PWM功率变换器的能量回馈
限流电阻
滤波大电容
放电电阻
H型桥 式PWM 变换器
整流器
电容C的两个作用：1）滤波、稳压泵升电压产生的原因
由于直流电源靠二极管整流器供电， 不可能回馈电能，电机制动时只好对滤 波电容充电，这将使电容两端电压升高， 称作“泵升电压”。
0 问题的提出（续）
在直流拖动系统中，无论是正反转还是制动， 均要求改变电机转矩的方向。
T CT I a
改变电枢电流方向，即改变电枢电压极性 改变磁通方向，即改变励磁电流方向
电枢可逆系统 磁场可逆系统
0 问题的提出（续）
G-M：改变G的转向，即改变G的励磁磁性， 可实现可逆；
V-M：晶闸管的单向导电性使控制复杂； PWM：控制主元件的导通顺序易实现；
如果要让电容器全部吸收回馈能量， 将需很大的电容，或者迫使泵升电压 升高而损坏元器件。
泵升电压限制电路
+
Rpar
US
C
至斩波器
过压信号
VTPar
-
4.1.4 单片微机控制的PWM可逆直流 调速系统
三相交流电源经不可控整流器变换为电压恒定 的直流电源，再经过直流PWM变换器得到可 调的直流电压，给直流电动机供电。
运动控制系统思考题参考答案(-阮毅-陈伯时)-
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，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。
《运控控制系统》——陈伯时部分课后作业解答
1-3 （1）调速范围和静差率的定义是什么？（2）为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？ （3）调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？ 答：（1）调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比。
用字母Ｄ表示，即max minn D n =其中：n max 和n min 一般指电动机额定负载时的最高和最低转速；对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。
（2）静差率：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所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率s ，即：N o n s n ∆=，或用百分比表示：100%N ons n ∆=⨯同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。
如果低速时的静差率能满足要求，高速时的静差率肯定也能满足要求。
所以静差率的要求以低速时的静差率为准。
（3）在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速n N 作为最高转速，取调速系统的静差率为最低转速时的静差率：min min N No N n n s n n n ∆∆==+∆，得到最低转速 min (1)N s n n s-∆=，则max min (1)N N n n s D n n s ==-这就是调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。
可见：∆n N 值一定时，对静差率s 要求越高（即要求s 越小），系统能够允许的调速范围也越小。
所以说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”。
结论：一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足静差率要求的转速可调范围。
1-5 某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min ，要求系统的静差率s≤2%，那么系统允许的静态速降是多少？如果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：因min N N o N n n s n n n ∆∆==+∆，所以 min 1500.023.06(/min)110.02N n s n r s ⨯∆===-- 因1op cl n n K ∆∆=+， 所以 10011131.73.06op op cl N n n K n n ∆∆=-=-=-=∆∆1-8 转速单闭环调速系统有那些特点？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，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速，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？ 答:（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。
运动控制系统思考题参考答案(_阮毅_陈伯时) (7)
运动控制系统思考题参考答案(_阮毅_陈伯时) (7)运动控制系统思考题参考答案(_阮毅_陈伯时)(7)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.电枢电路串成电阻变频特点：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详述直流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变换器输入电压的特征就是什么？直流电压2-4为什么直流pwm变换器-电动机系统比v-m系统能赢得更好的动态性能？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，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在直流脉阔变频系统中，当电动机暂停一动时，电枢两端与否除了电压？电路中与否除了电流？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。
电路中并无电流，因为电动机处已断裂，二重未成通路。
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？反并联二极管就是续流促进作用。
若没反并联二极管，则igbt的门极掌控电压为负第1页共1页时，无法顺利完成续流，引致电动机电枢电压不对数为零。
运动控制系统思考题参考答案(-阮毅-陈伯时)-(7)
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，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，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。