运动控制系统第一章作业答案 曾毅编
运动控制系统(第三版)第一、二章习题解答
2－16 在一个转速、电流双闭环V-M 系统中，转速调节器ASR ，电流调节器ACR 均采用PI 调节器。
（1）在此系统中,当转速给定信号最大值U nm *=15V 时,n=n N =1500 r/min;电流给定信号最大值U im *=10V 时,允许最大电流I dm =30A,电枢回路总电阻R=2Ω,晶闸管装置的放大倍数K s =30 ,电动机额定电流I N =20A ,电动势系数C e =0.128V·min/r 。
现系统在U n *=5V ,I dl =20A 时稳定运行。
求此时的稳态转速n=? ACR 的输出电压U c =?（2）当系统在上述情况下运行时,电动机突然失磁(Φ=0) , 系统将会发生什么现象? 试分析并说明之。
若系统能够稳定下来,则稳定后n=? U n =? U i *=? U i =? I d =? U c =?（3）该系统转速环按典型Ⅱ型系统设计, 且按M rmin 准则选择参数,取中频宽h=5, 已知转速环小时间常数T ∑n =0.05s ,求转速环在跟随给定作用下的开环传递函数,并计算出放大系数及各时间常数。
（4）该系统由空载(dL I =0)突加额定负载时,电流d I 和转速n 的动态过程波形是怎样的?已知机电时间常数m T =0.05s,计算其最大动态速降max n Δ和恢复时间v t 。
解 （1） α= U*nm /n =15/1500=0.01 Vmin/rβ= U*im /I dm = 10/30=0.33 V/AU*n =5 V ，n=U*n /α=5/0.01=500 r/minU c =U d0/K s =(E+I d R ∑)/K s =(Cen+IdlR ∑)/Ks=(0.128*500+20*2)/30=3.467 V（2） 在上述稳定运行情况下，电动机突然失磁（Φ=0）则电动机无电动转矩，转速迅速下降到零，转速调节器很快达到饱和，要求整流装置输出最大电流I dm 。
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运动控制系统（阮毅著）课后答案下载运动控制系统（阮毅著）课后答案下载本书内容主要包括直流调速、交流调速和随动系统三部分。
直流调速部分主要介绍单闭环、双闭环直流调速系统和以全控型功率器件为主的直流脉宽调速系统等内容;交流调速部分主要包括基于异步电动机稳态模型的调速系统、基于异步电动机动态模型的高性能调速系统以及串级调速系统;随动系统部分介绍直、交流随动系统的性能分析与动态校正等内容。
此外，书中还介绍了近几年发展起来的多电平逆变技术和数字控制技术等内容。
本书全面系统、深入浅出地介绍了交直流调速系统的基础知识、系统结构、控制方式、系统性能及系统设计方法。
书中还提供了大量的实例及仿真，对广大读者有很好的指导作用。
本书语言通俗，具有较强的实用性，适于高等院校自动化、电气工程及其自动化等相关专业本科“运动控制系统”或“电力拖动自动控制系统”或“交直流调速系统”课程教学使用，还可供从事运动控制的工程技术人员参考。
运动控制系统（阮毅著）：内容简介点击此处下载运动控制系统（阮毅著）课后答案运动控制系统（阮毅著）：作品目录第1篇直流调速自动控制系统第1章单闭环直流调速自动控制系统21.1直流调速的预备知识21.1.1直流调速的可控电枢电源21.1.2直流调速自动控制系统的机械特性51.1.3直流调速自动控制系统的调速要求及性能指标61.2比例(P)调节的单闭环直流调速自动控制系统81.2.1开环控制系统及其存在的问题81.2.2P调节的单闭环直流调速自动控制系统结构及机械特性9 1.2.3P调节的单闭环直流调速自动控制系统稳态参数设计10 1.2.4P调节的单闭环直流调速自动控制系统动态性能分析14 1.3PI(比例积分)调节的单闭环直流调速自动控制系统201.3.1PI调节器的性能201.3.2PI调节器与P调节器的对比221.3.3PI调节的单闭环直流调速自动控制系统231.4单闭环直流调速自动控制系统的限流保护271.4.1问题的提出271.4.2限流保护电路的实现281.4.3带限流保护的单闭环直流调速自动控制系统28习题31第2章双闭环直流调速自动控制系统与调节器的工程设计33 2.1双闭环调速自动控制系统的组成332.2双闭环直流调速自动控制系统的静特性和稳态参数计算35 2.3双闭环直流调速自动控制系统的动态特性372.3.1双闭环直流调速自动控制系统的动态数学模型372.3.2双闭环直流调速自动控制系统的启动特性382.3.3双闭环直流调速自动控制系统的抗扰性能分析392.4直流调速自动控制系统的工程设计方法402.4.1工程设计方法与步骤402.4.2典型系统412.4.3非典型系统的典型化532.5双闭环直流调速自动控制系统的工程设计方法56习题66第3章可逆直流调速自动控制系统683.1V-M可逆直流调速自动控制系统683.1.1V-M系统的可逆线路683.1.2V-M可逆直流调速自动控制系统的主回路及环流703.1.3不同控制方式下的V-M直流可逆调速自动控制系统75 3.2直流PWM可逆调速自动控制系统803.2.1直流可逆PWM变换器803.2.2微机控制的PWM可逆直流调速自动控制系统813.2.3直流PWM功率变换器的能量回馈82习题83第2篇交流调速自动控制系统第4章基于稳态模型的交流异步电机调速自动控制系统874.1异步电机稳态数学模型及机械特性874.2异步电机的调压调速894.3异步电机的变频调速924.3.1变频调速的基本控制方式924.3.2变频调速时的.机械特性934.4电力电子变压变频器974.4.1变频器概述974.4.2变频器的主要类型984.4.3变频器的脉宽调制技术1034.5基于稳态模型的变压变频调速自动控制系统1134.5.1转速开环变压变频调速自动控制系统1134.5.2转速闭环转差频率控制的变压变频调速自动控制系统114习题117第5章基于动态模型的异步电机调速自动控制系统——矢量控制系统118 5.1异步电机动态数学模型的性质1185.2异步电机的三相数学模型1195.3坐标变换1225.3.1坐标变换的基本思路1225.3.2三相-两相变换(3/2变换)1245.3.3静止两相-旋转正交变换(2s/2r变换)1265.4异步电机在正交坐标系上的动态数学模型1265.4.1静止两相正交坐标系中的动态数学模型1265.4.2旋转两相正交坐标系中的动态数学模型1285.5异步电机在正交坐标系上的状态方程1295.5.1状态变量的选取1295.5.2以-is-r为状态变量的状态方程1305.5.3以-is-s为状态变量的状态方程1325.6矢量控制的变频调速自动控制系统1355.6.1按转子磁链定向的同步旋转正交坐标系状态方程136 5.6.2间接矢量控制系统1395.6.3直接矢量控制系统141习题143第3篇数字控制的调速自动控制系统第6章数字(计算机)控制的调速自动控制系统1466.1数字控制的特点1466.1.1离散和采样1466.1.2连续变量的量化1476.1.3数字式速度检测及量化1486.1.4电压、电流等模拟量的量化1526.1.5数字调节器1556.1.6开环前馈补偿(预控)1566.2数字控制系统的组成及其数字控制器1576.2.1数字控制器(计算机系统)的硬件系统1586.2.2数字控制器的软件系统1616.3数字调速自动控制系统及其数字化设计1616.3.1变量的相对值1616.3.2直流双闭环调速自动控制系统全数字化设计163 6.3.3异步电机矢量控制系统全数字化设计173习题178第4篇交直流调速自动控制系统的应用第7章调速自动控制系统的应用1807.1无刷直流电机控制在电动车中的应用1807.1.1无刷直流电机的结构1807.1.2无刷直流电机的位置传感器1817.1.3无刷直流电机运转原理1827.1.4换向时序1827.1.5系统总体控制方案1827.1.6系统硬件电路1827.1.7系统的控制算法实现1877.1.8系统的软件设计1887.2交流运动控制在风机节能中的应用1907.2.1风机的风量-压力特性1917.2.2应用变频调速的要点1927.2.3风机变频调速举例1947.3交流运动控制在生产线传送带上的应用195 7.3.1概述1957.3.2传送带对变频器提出的要求1957.3.3变频器的选用原则1967.3.4变频调速应用实例198。
运动控制系统-作业答案
单项选择题1、直流电动机转速单闭环调速系统中，（）环节是二阶线性环节。
1.电力电子器件2.测速反馈环节3.比例放大器4.直流电动机2、转速、电流双闭环调速系统中，电流调节器的输出限幅值决定了（）。
1.整流装置最小控制角2.电动机最大电流3.电动机最大转速4.电动机额定电压3、典型I型系统与典型II型系统相比，（）。
1.前者跟随性能和抗扰性能均优于后者2.前者跟随性能差，抗扰性能好3.前者跟随性能好，抗扰性能差4.前者跟随性能和抗扰性能均不如后者4、在数字测速系统中（）。
1. A. T法和M法测速都适用于高速2.T法和M法测速都适用于低速3.T法测速适用于高速，M法测速适用于低速4.T法测速适用于低速，M法测速适用于高速5、控制变频器逆变部分的常见脉宽调制技术中，以追求电流正弦为目的的是（）。
1.SPWM2.电流滞环跟踪控制(CHBPWM)3.消除指定次数谐波的PWM（SHEPWM）4.电压空间矢量PWM（SVPWM）6、双极式控制桥式可逆PWM变换器—电动机系统调速时，定义的可调范围为0~1。
当 =0.5时机（）。
1.停止2.不定3.正转4.反转7、要保持正六边形定子磁链不变，必须使Ud/ω1为常数，这意味着在变频的同时必须调节（），造成了控制1.电流2.功率3.电阻4.电压8、在调节器的工程设计方法中，高阶系统（）。
1.变成了I型系统2.采用降阶处理3.合并为一个小时间常数惯性环节来代替4.近似地等效成积分环节9、转速电流双闭环调速系统应先设计（）。
1.电流环2.转速环3.电压环4.闭环10、根据直流电机的转速公式，调速方法有变压调速、（）和变磁通调速。
1.变极对数2.变电阻调速3.变电流调速4.变频率11、控制系统的开环传递函数为，此系统为（）阶系统。
1.二2.三3.四4.一12、转速负反馈单闭环调速系统中，调节电动机转速可调节（）。
1. B. Kp和α2. F. U*n和α3.Kp和Ks4.Ks和α13、不是测量转速的元件有（）。
电力传动控制系统——运动控制系统(习题解答)
运动控制系统的基本原理
运动控制系统的定义和组成 运动控制系统的基本功能 运动控制系统的基本原理 运动控制系统的分类和应用
04
电力传动控制系统 的应用
工业自动化领域的应用
电机驱动控制： 电力传动控制系 统可应用于工业 自动化领域的电 机驱动控制，实 现电机的高效、 精确控制，提高 生产效率和产品 质量。
• 运动控制系统的基本组成：如上所述，运动控制系统通常由控制器、驱动器、执行器、传感器等组成。
• 运动控制系统的基本原理：在运动控制系统中，控制器根据输入的指令和传感器的反馈信号，计算出控制指令并输 出给驱动器；驱动器则将控制指令转换为电信号，驱动执行器运动；执行器将电信号转换为机械运动；传感器则检 测执行器的位置、速度等运动参数，并将检测结果反馈给控制器。通过这样的循环过程，实现机械系统的精确运动 控制。
• 运动控制系统的基本概念
• 运动控制系统的作用：运动控制系统是实现各种运动控制任务的关键设备，如数控机床、机器人、自动化生产线等 都需要运动控制系统来驱动其运动。
• 运动控制系统的分类：根据不同的分类标准，运动控制系统可以分为不同的类型。如按照控制方式可以分为开环控 制和闭环控制；按照控制精度可以分为普通运动控制系统和精密运动控制系统等。
火箭发射和姿态控制：电力传动控制系统用于火箭发射和姿态控制，确保火箭在复杂环境中的 稳定性和可靠性。
太空探测器运动控制：电力传动控制系统用于太空探测器的精确运动控制，实现探测器在太空 中的精确导航和定位。
05
运动控制系统的应 用
数控机床领域的应用
数控机床概述 运动控制系统在数控机床中的应用 运动控制系统在数控机床中的优势 运动控制系统在数控机床中的发展趋势
自动化生产线领域的应用
伺服运动控制系统
２、仅指伺服调速器（单元或功率放 伺服系统：由伺服驱动 大器）。 器和上级装置以及外围 安川公司默认第１种。 装置组合而成的一组完
整的伺服控制系统
17:39:38
5
第四章 交流伺服驱动器的选择
设计伺服系统就是根据负载，选择伺服驱动器型号的过程，交流
伺服系统目前在我国使用的比较普遍，以安川公司生产的伺服驱动器 为例说明伺服系统的集成过程。
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类
第二章 伺服系统的测速与测角（位移） 第三章 伺服系统的执行组件 第四章 交流伺服驱动器的选择
第四章 交流伺服驱动器的选择
设计伺服系统就是根据负载，选择伺服驱动器型号的过程，交流
伺服系统目前在我国使用的比较普遍，以安川公司生产的伺服驱动器 为例说明伺服系统的集成过程。 伺服驱动器有两种解释： １、具有伺服电机与伺服调速器（单 元或功率放大器）这两个器件；
按下述流程图进行。
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31
第四章 交流伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
1、伺服电机的选型 ①型号说明 ②伺服电机选型流程图 SGMAH,SGMPH,SGMGH,SGMSH,SGMDH 型伺服电机的选型请
按下述流程图进行。
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32
第四章 交流伺服驱动器的选择
一、伺服驱动器及外围装置的选型
数控机床的伺服控制系统
山东大学控制科学与工程学院 曾毅
第二讲
1
数控机床的伺服控制系统
山东大学控制科学与工程学院 曾毅
第二讲
2
数控机床的伺服控制系统
第一章 伺服控制系统的基本结构与分类 第二章 伺服系统的测速与测角（位移） 第三章 伺服系统的执行组件 第四章 交流伺服驱动器的选择
《运动控制系统》复习及试题选讲
《自动控制系统》复习及试题选讲曾毅编着山东大学控制科学与工程学院2008-6-10《自动控制系统》是自动化专业的结束课程之一，是“电工技术（电路）”、“电子技术（模电、数电）”、“自动控制理论”、“电力电子技术”、“电机与拖动基础”和“传感器与信号调理”等课程的集成与知识的系统。
说《自动控制系统》入门非常容易，是因为此课程仅使用了上述七门课程中最基础、最常见的知识；说《自动控制系统》学精、学深不易，是因为任何一个自动控制系统都是由上述七门课程中的相关知识，按照“特定的规律”集成在一起的，要想掌握这种“特定的规律”，除了学习前人构造系统的知识与经验以外，更需要读者去进行工程实践，从中体会“特定的规律”。
对《自动控制系统》进行系统的复习，有助于学习“特定的规律”；对《自动控制系统》进行试题分析，更有助于掌握和运用“特定的规律”。
第一章 自动控制系统的构造方法一、本章主要内容本章主要讲授了构造自动控制系统的常用定理与方法：1、功能添加法定义：每增加一种功能原运动控制线路的功能保持不变，这种设计方法称为“功能添加法”。
功能添加法是其它设计方法的基础，功能添加法能独立的进行工程设计，而其它设计方法不能独立的进行工程设计。
因此应该熟练掌握功能添加法的设计思想，灵活运用功能添加法。
使用功能添加法的方法是：首先从满足工程所需求的最基本、最简单功能入手，然后保持原功能不变基础上逐渐地去满足工程所需求的其它功能。
2、步进公式法11+-*+*=i i i i K )K K ST (K步进逻辑公式的使用方法：1）先把运行轨迹分成若干程序步并定义转步信号（位置检测信号）。
2）根据运行轨迹结构写出决定物体运动状态的输出电路的逻辑代数方程组。
输出方程定义：假设能决定物体某运动状态或方向的变量是y ，那么，输出方程为 ∑=y (物体在该运动状态或方向上的程序步)注意：如果输出方程同时控制同一台电动机时，输出方程之间一定要有互锁。
运动控制系统习题与解答 第四版
取 Rs = 1.1Ω ，则Ucom = Idcr × Rs = 15 ×1.1 = 16.5V
（3） 当 Id > Idcr 时，有
n
=
⎡⎣
K
p
K
sU
* n
/ Ce
(1 +
K )⎤⎦
−
⎡⎣K p Ks Ki
( Rs Id
− Ucom
) / Ce
(1 +
K
)⎤⎦
−
⎡⎣ RI d
/ Ce
(1 +
K
)⎤⎦
≈
U
* n
+
K iU com
/ Ki Rs
25 = (15 +16.5Ki ) /1.1Ki ⇒ Ki = 15 / (22.5 −13.5) = 1.36
1.11 在题 1.9 的系统中，若主电路电感 L=50mH，系统运动部分的飞轮惯量 GD2 =1.6Nm2 ， 整流装置采用三相零式电路，试判断按题 1-9 要求设计的转速负反馈系统能否稳定运行？如 要保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数是多少？
【解答】（1） Idbl ≤ 2IN = 25A ， Idcr ≥ 1.2IN = 15A
5
Idcr = Ucom / Rs ⇒ 15 = Ucom / Rs
( ) ( ) Idbl ≈
U
* n
+ Ucom
/ Rs ⇒ 25 =
15 + Ucom
/ Rs ⇒ Rs = 1.5Ω ，
Ucom = 15 ×1.5 = 22.5V
【解答】（1）
n = (U N − IN × Ra ) / Ce ⇒ Ce = (220 −12.5×1.5) /1500 = 201.25 /1500 = 0.134Vmin/r
运动控制第一章习题答案
按稳态性能指标要求 K ≥ 27.9
∴ 此闭环系统不稳定
1－12 解：由题意知 I dbl = 1.5 × 94 = 141A, I dcr = 1.1× 94 = 103.4 A
* UN 15 α≈ = = 0.015 nN 1000
①
② Ce =
U N − I N Ra 220 − 94 × 0.15 = = 0.2059 nN 1000
(1) 开环系统静态速降
∆nop = I N R 15.6 × (1.5 + 1) = = 297.7 r min Ce 0.131
∴ 当系统开环工作且 D=30 时
s=
D∆nop nN + D∆nop
=
30 × 297.7 × 100% = 85.6% 1500 + 30 × 297.7
（2）D=3 , ∆ncl =
= 2 × 12.5 = 25 A, I dcr = 1.2 ×12.5 = 15 A
* UN + U com I = db1 RS I = U com dcr RS
15 + U com 25 = RS 即 15 = U com RS
解得： RS (2)
= 1.5Ω, U com = 22.5V
1 1 R 'S = ( Ra + Rrec ) = × (1.2 + 1.5) = 0.9Ω 3 3
∴
U 'com = I dcr × R 'S = 15 × 0.9 = 13.5V
图略
1－15 解： L = 50mH
计算各环节时间常数：
L 0.05 = = 0.0185s R 2.7 GD 2 R 1.6 × 2.7 = = 0.062 s 375CeCm 375 × 9.55 × 0.142
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【1-1】 某生产工艺要求：按动起动按钮S Ⅰ时，电动机Ｍ带动小车作如图题1-83所示的运动轨迹运行；按动暂停按钮S Ⅱ时，小车就地停止。
重新按动启动按钮S Ⅰ时小车从暂停位置，开始键继续运行。
假设：KM 1得电小车向右运行，KM 2得电小车向左运行，小车每次反向运行前都暂停t 秒。
1)试设计满足该运动轨迹的运动控制线路图。
2）当小车运行在B-C 区间时，如果突然停电或此时按动清零停止按钮，当来电后再按动起动按钮将会发生什么现象？如何处理这种问题？
解：1）假设：正反向速度继电器分别为：KS 1、KS 2；短路制动电阻的接触器为KM 3。
系统带降压起动电阻与反接制动的主电路图如答图1所示，其输出方程和控制方程如下：
图1-83 题1-1小车运行轨迹
答图1 题【1-1】（２）解答
2）来电后再按动起动按钮S I ，小车将一直向右走，出现失控现象。
解决续行问题的方法：
①最普通的方法是在运动轨迹的周边增加限位行程开关，并在输出方程中增加正反向点动按钮。
假设：左、右限位保护分别为ST A 、ST B （如答图２所示）
、右限位；正、反向点动按钮分别为SF 、SR ，修改后的电气控制逻辑代数方程组：
R
F T F
A R R
B F S S t KT S S KM K ST K ST K ST K ST K ST S KM S ST KM KM S K K K KM S ST KM KM S K K K KM ⋅⋅⋅⋅⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+=⋅⋅⋅⋅+++=←⋅⋅⋅⋅+++=→)()()()(152413224131642225311ⅡⅡⅡⅡⅡ
②在控制方程组中与转步信号并联时间超限脉冲发生信号。
③系统小车没有回到原点前，不清控制方程组，或者不要在控制方程中增加停止按钮。
④增加回原点功能的按钮。
【1-2】 已知电动机M 1带动小车左右运动；电动机M 2带动小车上下运动。
生产工艺要求的运动轨迹如图题1-84所示。
假设：KM 1得电小车向右运行，KM 2得电小车向左运行；KM 3得电小车向上运行，KM 4得电小车向下运行。
生产工艺要求分别按动启动按钮S 1、S 2、S 3时，小车的运行轨迹分别如图1-84a 、b 、c 所示；按动暂停按钮S Ⅱ，小车就地停止，小车每次转弯运行前都暂停t 秒，按动回原点按键S 0，小车会以最短的路径返回到原点A ，试设计满足该运动轨迹的运动控制线路图。
解：假设小车的转步信号及程序步如答图2所示
答图２ 题【1-1】（２）解答
输出方程组为：
T
73652
53443322T 43216355143342312354446331722211S K ST K ST KMU K ST K ST K ST K ST t KT t KT S S S S S KM K ST K ST KMU K ST K ST K ST K ST S KM KM KM K K KM KM KM K K KM KM KM K K KM KM KM K KM ⋅⋅+⋅+⋅⋅+⋅+⋅+⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅+⋅+
⋅⋅+⋅+⋅+⋅+=⋅⋅+=↓⋅⋅+=↑⋅⋅+=←⋅⋅=→)()()()()()()(ⅡⅡⅡⅡ
ⅡⅡⅡ
控制方程组：
图1-84 题1-2小车运行轨迹
答图2 题【1-2】解答
T
3217353T 32172432T 32171211T 1724301143637T
7603556T 06522321435T
75402344T 0432233T 0532122T
0217
3i i 3211T
121232T 131121S S S S K SA S K SA S S S S K SA S K K SA S S S S K SA S K K SA K SA K ST S SA KMU K ST K ST K S K K S SA K ST K S S K K KMU K ST SA KMU K ST K S K K K S SA K ST K S S K K KMU K ST K S S K K K K ST K S S K K K S S S K S ST S S KMU S KMU KMU S KMU ⋅⋅⋅⋅⋅+⋅=⋅⋅⋅⋅⋅+⋅+=⋅⋅⋅⋅⋅+⋅+=⋅⋅+⋅⋅+⋅+⋅⋅+⋅=⋅⋅+⋅+⋅=⋅⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅=⋅⋅⋅+⋅+⋅=⋅⋅⋅+⋅⋅=⋅⋅⋅⋅+⋅=⋅⋅⋅+⋅++=⋅⋅⋅⋅+=⋅⋅⋅⋅+=∏=][])[(])[()()()()()()())(()()(ⅡⅡⅡ
【1-3】 某运动控制系统的主电路如图1－87所示，分析该电路试写出KM 1、KM 2和KM 3它们之间的动作关系。
解：设能让KM 1和KM 2得电的程序步K 和按钮S 的函数分别为
;
1,2,3)
(;1,2,3)(21n i j S K y n i S K y j j KM i i KM =≠+==+=∑∑
那么，KM 1、KM 2和KM 3它们之间的动作关系一般为
T
1T 22113i 131KM 2j 232KM 1S S KM S KM S KS KM KS KM KM S KM KM KM KS y KM S KM KM KM KS y KM 21⋅⋅+=⋅⋅+⋅=⋅⋅⋅⋅+=←⋅⋅⋅⋅+=→∑∑)()()()(ⅡⅡⅡⅡⅡ
其中：KS 1、KS 2分别为正、反向的速度继电器。
图1-87 题1-3某小车控制系统
主电路。