《电力拖动自动控制系统——运动控制系统(第5版)》阮毅第10章习题解答
电力拖动自动控制系统-第五版 课后习题答案

习题解答(供参考)2.1试分析有制动电流通路的不可逆PWM 变换器进行制动时,两个VT 是如何工作的?解:减小控制电压,使U g1得正脉冲变窄,负脉冲变宽,从而使平均电枢电压U d 降低,使得E>U d ,电机流过反向电流,电机进入制动状态。
0≤t< t on 时,通过二极管VD1续流,在t on ≤t<T 期间U g2为正,VT2导通,流过反向制动电流。
因此在制动状态时,VT2和VD1轮流导通,VT1始终关断。
2.2 系统的调速范围是1000~100min r ,要求静差率s=2%,那么系统允许的静差转速降是多少?解:10000.022.04(1)100.98n n n rpm rpm D s ⨯∆===-⨯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min 1500m ax 0r n =,最低转速特性为 0min 150min n r =,带额定负载时的速度降落15min N n r ∆=,且在不同转速下额定速降 不变,试问系统能够达到的调速范围有多大?系统允许的静差率是多少?解:1)调速范围 maxminn D n =(均指额定负载情况下) max 0max 1500151485N n n n rpm =-∆=-= min 0min 15015135N n n n rpm =-∆=-=max min 148511135n D n ===2) 静差率 min 1510%150N n s n ∆===2.4 直流电动机为N P =74kW, N U =220V ,N I =378A ,N n =1430r/min ,Ra=0.023Ω。
相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。
采用降压调速。
当生产机械要求s=20%时,求系统的调速范围。
如果s=30%时,则系统的调速范围又为多少??解: 2203780.0230.1478/1430N N a e N U I R C V rpm n --⨯===378(0.0230.022)1150.1478N e I R n rpm C ⨯+∆===当s=20%时 14300.23.1(1)115(10.2)N n s D n s ⨯===∆-⨯-当s=30%时 14300.35.33(1)115(10.3)N n s D n s ⨯===∆-⨯-2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。
电力拖动自动控制系统课后习题答案{全,内含两份,阮毅,陈伯时}

电力拖动自动控制系统 课后习题答案{全,内含两份,二无一失}——运动控制系统第四版{上海大学 阮毅 陈伯时}1-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管----电动机系统能够获得更好的动态性能? 答:PWM 开关频率高,响应速度快,电流容易连续,系统频带宽,动态 响应快,动态抗扰能力强。
1-2试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时,两个VT 是如何工作的? 答:制动时,由于1g U 的脉冲变窄而导致d i 反向时,U g2变正,于是VT 2导通, VT 2导通,VT 1关断。
1-3调速范围和静差率的定义是什么?调速范围,静态速降和最小静差之间有什么 关系?为什么脱离了调速范围,要满足给定的静差率也就容易得多了?答:生产机械要求电动机提供的最高转速max n 和最低转速min n 之比叫做调速范围,用字母D 表示,即:minmax n nD =负载由理想空载增加到额定值时,所对应的转速降落N n ∆与理想空载转速min 0n 之比,称为系统的静差率S,即:min0n n s N∆=调速范围,静差速降和最小静差之间的关系为:由于在一定的N n 下,D 越大,m in n 越小N n ∆又一定,则S 变大。
所以,如果不考虑D ,则S 的调节也就会容易,1-4.某一调速系统,测得的最高转速特性为min /1500m a x 0r n =,最低转速特性为min /150min 0r n =,带额定负载的速度降落m in /15r n N =∆,且不同转速下额定速降N n ∆不变,试问系统能够达到的调速范围有多大?系统允许的静差率是多大?解1-5闭环调速系统的调速范围是1500----150r/min ,要求系统的静差S<=2%,那末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?1,min /06.3%)21(10%21500)1(101501500min max r S D S n n n n D N =-⨯≤-=∆===则 2,7.31106.31001=-≥+=∆∆K K n n cl op则1-6某闭环调速系统的开环放大倍数为15时,额定负载下电动机的速降为8 r/min ,如果将开环放大倍数他提高到30,它的速降为多少?在同样静差率要求下,调速范围可以扩大多少倍?同样静差率的条件下调速范围与开环放大倍数加1成正比1-7某调速系统的调速范围D=20,额定转速min /1500r n =,开环转速降落min /240r n Nop =∆,若要求静差率由10%减少到5%则系统的开环增益将如何变化?解:原系统在调速范围D=20,最小转速为:min /75201500max min r D n n ===, 原系统在范围D=20,静差率为10%时,开环增益为: 静差率10%时原系统的开环增益为:1-8转速单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)闭环调速系统可以比开环调速系统硬得多的稳态特性,从而在保证一定静差率的要求下,能够提高调速范围。
电力拖动自动控制系统课后习题答案全内含两份阮毅陈伯时完整版

电力拖动自动控制系统课后习题答案全内含两份阮毅陈伯时HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】电力拖动自动控制系统 课后习题答案{全,内含两份,二无一失}——运动控制系统第四版{上海大学 阮毅 陈伯时}1-1为什么PWM-电动机系统比晶闸管----电动机系统能够获得更好的动态性能?答:PWM 开关频率高,响应速度快,电流容易连续,系统频带宽,动态响应快,动态抗扰能力强。
1-2试分析有制动通路的不可逆PWM 变换器进行制动时,两个VT 是如何工作的?答:制动时,由于1g U 的脉冲变窄而导致d i 反向时,U g2变正,于是VT 2导通,VT 2导通,VT 1关断。
1-3调速范围和静差率的定义是什么?调速范围,静态速降和最小静差之间有什么关系为什么脱离了调速范围,要满足给定的静差率也就容易得多了答:生产机械要求电动机提供的最高转速max n 和最低转速min n 之比叫做调速范围,用字母D 表示,即:m inm ax n n D负载由理想空载增加到额定值时,所对应的转速降落N n ∆与理想空载转速min 0n 之比,称为系统的静差率S,即:min0n n s N ∆= 调速范围,静差速降和最小静差之间的关系为:由于在一定的N n 下,D 越大,m in n 越小N n ∆又一定,则S 变大。
所以,如果不考虑D ,则S 的调节也就会容易,1-4.某一调速系统,测得的最高转速特性为m in /1500max 0r n =,最低转速特性为m in /150min 0r n =,带额定负载的速度降落m in /15r n N =∆,且不同转速下额定速降N n ∆不变,试问系统能够达到的调速范围有多大系统允许的静差率是多大解1-5闭环调速系统的调速范围是1500----150r/min ,要求系统的静差S<=2%,那末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1,min /06.3%)21(10%21500)1(101501500min max r S D S n n n n D N =-⨯≤-=∆===则 2,7.31106.31001=-≥+=∆∆K K n n cl op则1-6某闭环调速系统的开环放大倍数为15时,额定负载下电动机的速降为8 r/min ,如果将开环放大倍数他提高到30,它的速降为多少在同样静差率要求下,调速范围可以扩大多少倍同样静差率的条件下调速范围与开环放大倍数加1成正比1-7某调速系统的调速范围D=20,额定转速min /1500r n =,开环转速降落min /240r n Nop =∆,若要求静差率由10%减少到5%则系统的开环增益将如何变化?解:原系统在调速范围D=20,最小转速为:min /75201500max min r D n n ===, 原系统在范围D=20,静差率为10%时,开环增益为:静差率10%时原系统的开环增益为: 1-8转速单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)闭环调速系统可以比开环调速系统硬得多的稳态特性,从而在保证一定静差率的要求下,能够提高调速范围。
电力拖动自动控制系统-第五版 课后习题答案

习题解答(供参考)2.1试分析有制动电流通路的不可逆PWM 变换器进行制动时,两个VT 是如何工作的?解:减小控制电压,使U g1得正脉冲变窄,负脉冲变宽,从而使平均电枢电压U d 降低,使得E>U d ,电机流过反向电流,电机进入制动状态。
0≤t< t on 时,通过二极管VD1续流,在t on ≤t<T 期间U g2为正,VT2导通,流过反向制动电流。
因此在制动状态时,VT2和VD1轮流导通,VT1始终关断。
2.2 系统的调速范围是1000~100min r ,要求静差率s=2%,那么系统允许的静差转速降是多少?解:10000.022.04(1)100.98n n n rpm rpm D s ⨯∆===-⨯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min 1500m ax 0r n =,最低转速特性为 0min 150min n r =,带额定负载时的速度降落15min N n r ∆=,且在不同转速下额定速降 不变,试问系统能够达到的调速范围有多大?系统允许的静差率是多少?解:1)调速范围 maxminn D n =(均指额定负载情况下) max 0max 1500151485N n n n rpm =-∆=-= min 0min 15015135N n n n rpm =-∆=-=max min 148511135n D n ===2) 静差率 min 1510%150N n s n ∆===2.4 直流电动机为N P =74kW, N U =220V ,N I =378A ,N n =1430r/min ,Ra=0.023Ω。
相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。
采用降压调速。
当生产机械要求s=20%时,求系统的调速范围。
如果s=30%时,则系统的调速范围又为多少??解: 2203780.0230.1478/1430N N a e N U I R C V rpm n --⨯===378(0.0230.022)1150.1478N e I R n rpm C ⨯+∆===当s=20%时 14300.23.1(1)115(10.2)N n s D n s ⨯===∆-⨯-当s=30%时 14300.35.33(1)115(10.3)N n s D n s ⨯===∆-⨯-2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。
最新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

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。
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习题答案章

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习题答案章Coca-cola standardization office【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】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。
《电力拖动自动控制系统——运动控制系统(第5版)》阮毅第10章习题解答

第10章习题解答10-1 伺服系统的结构如图所示,计算三种输入下的系统给定误差:(1))(121*t m ⋅=θ;(2))(12*t t m ⋅=θ;(3)*21(1)1()2m t t t θ=++⋅。
解:系统开环传递函数500()(0.11)W s s s =+系统给定误差*00*2*00()()lim ()lim ()lim1()()()(0.11)lim lim 500(0.11)5001(0.11)m sr sr sr t s s m m s s s s e e t sE s W s s s s s s s s s s θθθ→∞→→→→∞===++==++++(1))(121*t m ⋅=θ,*1()2ms sθ= 系统给定误差2*00()(0.11)(0.11)()limlim 0(0.11)5002(0.11)500m sr s s s s s s s e s s s s θ→→++∞===++++ (2))(12*t t m ⋅=θ,*21()2ms sθ= 系统给定误差2*00()(0.11)0.111()lim lim (0.11)5002[(0.11)500]1000m sr s s s s s s e s s s s θ→→++∞===++++(3)*21(1)1()2mt t t θ=++⋅,2*2331111()m s s s s s s s θ++=++= 系统给定误差22*001(0.11)()(0.11)()limlim (0.11)500(0.11)500m sr s s s s s s s s s e s s s s θ→→++++∞===∞++++10-2 直流伺服系统控制对象如图10-8所示,机械传动机构的传动比10j =,驱动装置的放大系数40s K =及滞后时间常数0.001s T s =,直流伺服电机等效参数0.086m T s =,0.012l T s =,0.204e C =,位置调节器APR 选用PD 调节器,构成单环位置伺服系统,求出调节器参数的稳定范围。
运动控制系统思考题和课后习题答案

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T s 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T s 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。
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第10章习题解答
10-1 伺服系统的结构如图所示,
计算三种输入下的系统给定误差:(1))(121*
t m ⋅=θ;(2))(12
*
t t m ⋅=θ;
(3)*21
(1)1()2
m t t t θ=++⋅。
解:系统开环传递函数500()(0.11)W s s s =
+
系统给定误差
*00*2*
00()
()lim ()lim ()lim
1()
()()(0.11)lim lim 500(0.11)5001(0.11)
m sr sr sr t s s m m s s s s e e t sE s W s s s s s s s s s s θθθ→∞→→→→∞===++==+++
+
(1))(121*
t m ⋅=
θ,*
1()2m
s s
θ= 系统给定误差2*
00()(0.11)(0.11)
()lim
lim 0(0.11)5002(0.11)500
m sr s s s s s s s e s s s s θ→→++∞===++++ (2))(12*
t t m ⋅=
θ,*
21()2m
s s
θ= 系统给定误差2*
00()(0.11)0.111
()lim lim (0.11)5002[(0.11)500]1000
m sr s s s s s s e s s s s θ→→++∞===++++
(3)*
21(1)1()2
m
t t t θ=++⋅,2*
2331111()m s s s s s s s θ++=++= 系统给定误差22*
001
(0.11)()(0.11)()lim
lim (0.11)500(0.11)500
m sr s s s s s s s s s e s s s s θ→→++++∞===∞++++
10-2 直流伺服系统控制对象如图10-8所示,机械传动机构的传动比10j =,驱动装置的放大系数40s K =及滞后时间常数0.001s T s =,直流伺服电机等效参数0.086m T s =,
0.012l T s =,0.204e C =,位置调节器APR 选用PD 调节器,构成单环位置伺服系统,求
出调节器参数的稳定范围。
解:驱动装置传递函数140
()10.0011
s s K W s T s s =
=++
直流伺服电机传递函数
2221/ 4.9
()10.0010.08614.9
(0.01391)(0.07211)e m l m C W s T T s T s s s s s =
=
++++=
++
机械传动机构传递函数3110.1()10W s js s s
=
==
直流伺服系统控制对象传递函数为
2/()
()(1)(1)
19.6
(0.0011)(0.01391)(0.07211)
s e obj s m l m K jC W s s T s T T s T s s s s s =
+++=
+++
PD 调节器传递函数()()(1)APR PD p d W s W s K s τ==+,0.0721d τ= 伺服系统开环传递函数
219.6(1)
()(1)(1)(0.0011)(0.01391)
p d op s m l m K K s W s s T s T T s T s s s s θθτ+==
+++++ 为保证系统稳定,须使0.0010.0139
54.719.60.0010.0139
p K +<
=⨯⨯。
10-3 对题10-2中的直流永磁伺服电机采用电流闭环控制,电流闭环等效传递函数
1110.071
i T s s =++,系统的转动惯量2
J 0.011kg m =⋅,设计位置调节器,要求系统对负载扰动无静差,求出调节器参数的稳定范围。
解:带有电流闭环控制的对象结构图
忽略负载转矩L T 时,带有电流闭环控制对象的传递函数为
222/()9.550.2040.117.71
()(1)0.011(0.071)(0.071)
T obj i C jJ W s s T s s s s s ⨯⨯=
==+++
选用PID 调节器,其传递函数为(1)(1)
()()i d APR PID p
i s s W s W s K s
τττ++==
伺服系统的开环传递函数为
23(1)1)17.71(1)1)
/()()(1)(0.071)
p i d p i d T op i i i K s s K s s C jJ W s s s T s s s θττττττ++++==
++(( 设d ττθ=,由Routh 稳定判据求得系统稳定的条件
2212(2)
i d i
i i i T K T θττττ=>⎧⎪
⎨
>⎪-⎩
令 2.20.154i d i T ττ===,则
22
110.064
13.0952(2)17.710.880.07p i i i i K T T ττ>
===-⨯
10-4 对题10-3中的带有电流闭环控制的对象设计转速闭环控制系统,转速闭环等效传递函数32(1)
()N n ncl n N n N
K s W s T s s K s K ττ∑+=
+++,其中,5h =,0.015n T s ∑=0.75n n hT s τ∑==,
22
13002N n
h K h T ∑+=
=,设计位置调节器,当输入*
m θ为阶跃信号时,伺服系统稳态无静差,求出调节器参数的稳定范围。
求出调节器参数的稳定范围。
解:控制对象的传递函数
3232(1)/30(0.11)
()()(0.0230300)
N n obj n N n N K s j s W s s T s s K s K s s s s θττ∑++=
=++++++
当输入*
m θ为阶跃信号时,APR 选用P 调节器就可实现稳态无静差,则系统的开环传递函数为
3
2
3
2
(1)/30(0.11)()()
(0.0230300)
p N n p op n N n N K K s j K s W s s T s s K s K s s s s θττ∑++=
=
++++++
用Routh 稳定判据,可求得系统的稳定条件,
⎪⎪⎩
⎪
⎪
⎨⎧>-++--+--<∑∑∑04)1()1(22321
3
42
2232332n n n T h h h K h h h K T h T h h K θθθ
2
0.9480.07624-17.06=0.076(+0.709)(-316.5)<0p p p p p K K K K K <⎧
⎨-⎩
由此解得0.948p K <
10-5用MATLAB 仿真软件对题10-2、题10-3和题10-4设计系统进行仿真,根据仿真结果比较三种系统的性能及调节器参数的影响。
由读者自行仿真,并分析比较。