2.2稳态调速性能指标和开环直流调速系统
运动控制系统期末复习题（直流部分）
运动控制系统期末复习题（直流部分）运动控制直流部分复习题一、填空：1. 调速系统的稳态性能指标主要是指和静差率。
2. 采用V-M系统，当系统处于深调速状态时，功率因数将较。
3. 直流调速系统中，晶闸管触发和整流装置的传递函数可近似成环节，时间常数称为。
4. 晶闸管-电动机转速、电流双闭环调速系统中，环为内环，环为外环。
5. 双惯性环节校正成典型Ⅰ型系统，引入的调节器是调节器。
6直流调速的方法包括改变电枢回路电阻调速、调速和减弱磁通调速。
7．闭环调速系统对于_ 的扰动具有抑制作用，而对于_ _ 的扰动则无能为力。
8．转速、电流双闭环调速系统中，调节__的限幅值可以调节系统最大电流；调节_ _的限幅值可以调节UPE的最大输出电压。
9．双极性直流PWM变换器的占空比，当时，输出平均电压为正，要使输出平均电压为负，应使。
二、选择题1.下列说法正确的是（）A积分调节器的输出决定于输入偏差量的历史过程。
B比例控制可以使系统在偏差电压为零时保持恒速运行。
C比例调节器可以实现无静差。
D采用积分调节器动态相应快。
2.双闭环调速系统中电流调节器具备的作用为（）A对负载变化起抗扰作用。
B对电网电压波动起及时抗扰作用。
C输出限幅决定允许的最大电流。
D使转速跟随转速给定电压变化。
3.双闭环调速系统中转速调节器不具备的作用为（）A对负载变化起抗扰作用。
B对电网电压波动起及时抗扰作用。
C输出限幅决定允许的最大电流。
D使转速跟随给定电压变化。
4.在工程设计中，如果将系统校正成典型Ⅰ型系统的过程，KT值取为（）时为无超调。
1A0.25 B0.5 C0.75 D1.05.采用工程设计法的双闭环直流调速系统中，电流环设计成典型（）型系统，引入的电流调节器为（）调节器。
AⅠPI BⅡPI CⅠP DⅡP6.G-M直流调速系统中的G指的是哪一种直流电源（）。
A直流发电机；B静止整流器；C脉宽调制电源；D以上情况均可能。
三、分析与简答1.在调速系统中，为什么在开环系统中晶闸管整流装置的控制电压前面没有加放大器，而在闭环之后要添加放大器？2.双闭环调速系统中，电流调节器的作用各是什么？3.采用双极型PWM变换器的调速系统，当电动机停止时，电枢电流是否等于零，为什么？4.假设某转速单闭环调速系统的电源电压突然降低，则该调速系统将如何进行调节，请结合稳态结构图加以说明。
2.2稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性
(2)如果要求 s≤20%，则 D=？
(3)如果要求 D=10，则 s=？
12
解 若要求 s≤ 30%时，调速范围 D 为
D = nNs = 1430× 0.3 = 5.3 ΔnN (1− s) 115× (1− 0.3)
若要求 s≤ 20%，则调速范围 D 为
= 0.216 =
21.6%
这已大大超过了5%的要求，更不必谈调到最低速了。
22
如果要求D = 20，s ≤ 5%，则由式（1-33）可知
ΔnN
=
nN s D(1− s)
≤
1000× 0.05 20× (1− 0.05)
r
/
min
=
2.63r
/
min
由此可见，开环调速系统的额定速降是 275r/min， 而生产工艺的要求却只有2.63r/min，相差几乎百倍！
Te =TeN
（2-25）
其中nmax和nmin一般都指电动机额定负载时的
转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨
床，也可用实际负载时的转速。
5
(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 ΔnN ，与理 想空载转速 n0 之比，称作静差率 s ，即
s = ΔnN n0
稳态性能指标调速范围稳态性能指标调速范围生产机械要求电动机提供的最高转速nmax和最低转速nmin之比叫做调速范围用字母d表示即225minmax其中nmaxmin一般都指电动机额定负载时的转速对于少数负载很轻的机械例如精密磨床也可用实际负载时的转速
2.2 稳态调速性能指标和 直流调速系统的机械特性
2.2稳态调速性能指标
2.2.1 转速控制的要求和调速指标 调速系统转速控制的要求： 1)调速 2)稳速 3)加、减速 最高、最低转速；有级/无级调速 静态 动态
§2.2 稳态 稳态调速系统性能指标和机械特性 一、转速控制的要求和调速指标 1)调速 （一）调速范围
nmax D= nmin
I dom R 305 × 0.18 Δnnom = = = 275r / min Ce 0.2
二、开环调速系统的性能和存在的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ题
例题：某龙门刨床工作台拖动 直流电机Z2－93型， 60KW,220V,305A,1000r/min， 要求D=20,S<5%.
I R 305 × 0.18 Δnnom = dom = = 275r / min Ce 0.2
答案
nmax 1500 = = 15 D= 100 nmin
nnom S nmax S 1500 × 2% Δn = = = = 2.04 D( 1 − S ) D( 1 − S ) 15 × ( 1 − 2%)
二、开环调速系统的性能和存在的问题
A GT M
调速范围
放大器
静差率 矛盾
uct = k u
u − Id R n = d0 Ce * p s n
Ud0 − Id R k k u RI d = − n= Ce Ce Ce
二、开环调速系统的性能和存在的问题
调速范围
静差率 矛盾
A
GT
M
例题2-2：某龙门刨床工作台拖动直流电机Z2－ 93型，60KW,220V,305A,1000r/min，要求 D=20,S<5%.采用V-M系统，已知主回路总电阻R ＝0.18 Ω ，电动机Ce＝0.2Vmin/r,则当电流在 额定负载下的转速降落为
交直流调速系统第一章 直流调速简介(第三版)
Id
－－负载电流引起的转速降
机械特性曲线
k Ra 机械特性曲线的斜率k值越小，特性的硬度越硬。
KeN
2020/4/14
二、直流电机的调速方法及其特点
根据机械特性方程可知，改变电枢电压、磁通、电枢电阻可改变转速大小。
•额定转速以下调速，且 电压越低，转速越低。
•特性硬，调速精度高， 最常用。
调压调速
3. 调速的平滑性： 调速平滑性是指调速时可以得到的相邻两转速之比，调速平滑性 接近于1的调速系统称为无级调速，反之为有级调速。
1．什么是调速范围？什么是静差率？ 2．静差率是针对某一条机械特性定义的，调速系统的静 差率指的是什么？ 3．静差率与硬度有什么区别和联系？
2020/4/14
解： 得
2020/4/14
•电压降低，n0减小
2020/4/14
二、直流电机的调速方法及其特点
根据机械特性方程可知，改变电枢电压、磁通、电枢电阻可改变转速大小。
•额定转速以下调速，且 电阻越大，转速越低。
串电阻调速
•特性软，调速精度低， 一般不采用。
•理想空载转速n0不变。
2020/4/14
二、直流电机的调速方法及其特点
2020/4/14
调速系统的稳态性能指标
一个好的调速系统应具有较大的调速范围和较小的静差率！
(4)静差率与调速范围的关系 Nhomakorabeas nN ， n0 min
则
n0 min
nN s
D
snN
1 snN
D nN
nN
nmin n0 min nN
nN
nN s
nN
snN
1 s nN
2020/4/14
22稳态调速性能指标及直流调速系统的机械特性
开环系统的静差率为 sop 当 n0op n0cl 时，
nop n0op
scl
sop 1 K
（2-49）
（3）如果所要求的静差率一定，则 闭环系统可以大大提高调速范围
如果电动机的最高转速都是nN，最低速静 差率都是s，可得 nN s 开环时， Dop nop (1 s)
假定主电路电流连续，动态电压方程为 dI U d 0 RI d L d E (2-34) dt 忽略粘性摩擦及弹性转矩，电动机轴上的动力学方程为
GD 2 dn Te TL 375 dt
(2-35)
额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为
E Ce n
Te Cm I d
1 I d (s) R U d 0 ( s ) E ( s ) T1 s 1
(2-40)
电流与电动势间的传递函数
E ( s) R I d ( s) I dL ( s) Tm s
(2-41)
图2-21 额定励磁下直流电动机 的动态结构框图
(a)电压电流间的结构框图 (b)电流电动势间的结构框图 (c）直流电动机的动态结构 框图
(2-46)
式中，n0op 表示开环系统的理想空载转速， nop 表示开环系统的稳态速降。
比例控制闭环系统的静特性为
n
* K p K sU n
Ce (1 K )
RI d n0cl ncl Ce (1 K )
(2-47)
式中， n0cl 表示闭环系统的理想空载转速， ncl 表示闭环系统的稳态速降。
图2-18 带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图
电压比较环节
开环直流调速系统
实验一开环直流调速系统一、实验目的1．了解晶闸管直流调速系统实验装置的组成。
2．熟悉直流调速系统的组成及基本结构。
3．掌握晶闸管直流调速系统参数及开环系统调速特性的测定。
二、实验所需挂件及附件三、实验线路及原理图1-1是最简单的晶闸管—直流电动机开环调速系统。
其中，U C是系统的给定输入信号，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使外界交流电源整流出直流电压U do供给直流电动机，使电动机以一定的速度旋转。
改变控制电压U C就可触发器的脉冲控制角及整流电压U do，相应改变电动机的转速，从而达到调速的目的。
这时电动机的机械特性为：n n C R I U C KC R I U K C R I U n o e d c e tr e d c tr e d do ∆-=-=-=-=∑∑∑φφφφ （6-1）其中 φe d C R I n ∑=∆ ——系统的开环稳态速降。
开环系统当给定输入信号一定时，经过触发电路控制晶闸管整流电路，使交流电源整流出直流电压U do 也是恒定的，电动机就以恒定的速度旋转。
但当外界有扰动（例如负载波动）时，转速就有较大的波动，而开环系统不能自动进行补偿四、实验内容(1)学习DJK01“电源控制屏”的使用方法。
(2)DJK04上的基本单元的调试。
(3)U c 不变时直流电动机开环特性的测定。
(4)U d 不变时直流电动机开环特性的测定。
五、预习要求(1)复习自动控制系统(直流调速系统)教材中有关晶闸管开环直流调速系统、闭环反馈控制系统的内容。
(2)根据实验原理图，能画出实验系统的详细接线图，并理解各控制单元在调速系统中的作用。
图1-1 开环直流调速系统六、实验方法(1)DJK02和DJK02-1上的“触发电路”调试①打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。
②将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。
运动控制课程设计《二十四寸圆盘拉伸机直流调速系统的设计》
运动控制系统二十四寸圆盘拉伸机直流调速系统的设计学院：班级：学号：姓名：指导老师：日期：前言《运动控制系统》是普通高等工科学校自动化专业和控制相关专业的主要课程，而本次运动控制系统工程基础课程设计是在学习完《运动控制系统》这门课程后一个重要性的实践性教学环节，通过把理论知识运用于实践，加深对这门课程的理解和掌握其精髓，通过实践巩固理论知识，实现理论与实践的完美结合，为今后解决实际问题打下坚实的基础。
同时也加强实践意识，培养迅速把理论知识运用于实践的能力。
在《运动控制系统》理论课程中，我们学习了闭环控制的直流调速系统，双闭环直流调速和调节器的工程设计，直流调速系统的数字控制，可逆直流调速系统，闭环控制的异步电机变压调速系统，笼型异步电机变频变压调速系统等方面的知识。
通过该课程设计可以进一步对所学知识的掌握，了解电机调速控制系统的基本原理和设计方法，培养独立分析问题和解决问题的能力。
并对工业自动化中的相关常识得到了解，同时对工业自动化的各种绘图工具进行深层次的掌握，训练作为一名控制工程师在各个方面的综合能力，为今后在工作岗位上奠定扎实的基础。
众所周知，直流电机在现代工业中是一种很重要的电机．它可以作电动机使用，也可以作发电机使用，此外还有其它特殊的用途。
直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。
近年来，在电力电子变换器中以晶闸管为主的可控器件已经基本被功率开关器件所取代，因而变换技术也由相位控制转变成脉宽调制（PWM）；交流可调拖动系统正逐步取代直流拖动系统。
然而，直流拖动控制毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且我国早期的许多工业生产机械都是采用直流拖动控制系统，所以它在工业生产中还占有相当大的比重，短时间内不可能完全被交流拖动系统所取代。
目录第一章设计概述 (1)1.1 设计目的 (1)1.2 设计内容 (1)1.3 课题设计要求 (1)第二章调速方案选择 (3)2.1 直流调速的一般原理 (3)2.2 开环直流调速系统 (4)2.3 转速负反馈直流调速系统 (5)2.4 带电流截止负反馈的直流调速系统 (7)2.5 双闭环直流调速系统 (8)第三章调速系统主回路的设计 (11)3.1主回路的电气原理图 (11)3.2主电路的过电压和过电流保护 (12)3.3主回路的参数计算 (12)3.3.1确定变压器T的参数，变压器为消除三次谐波而采用Y接法。
电力拖动自动控制系统练习题最终版
判断题采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。
（√）只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。
（√）直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。
（√）静差率和机械特性硬度是一回事。
（×）使用PI调节器构成的无静差调速系统稳态精度不受反馈检测装置的影响。
电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压的大小并非仅取决于速度给定的大小。
（√）转速、电流反馈控制无静差可逆调速系统稳态时电力电子装置控制电压的大小取决于电流调节器输入信号的大小。
（×）反馈控制系统的精度只取决于给定的精度。
（×）双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。
（×）对于有环流可逆V-M系统，在一般情况下允许两组晶闸管同时处于整流状态。
（×）逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。
（×）可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。
（√）双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。
（×）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。
（×）α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√）α=β配合工作制的有环流可逆调速系统的正向制动过程中，转速调节器饱和，电流调节器不饱和。
（×）转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。
（×）电压闭环相当于电流变化率闭环。
（√）闭环系统可以改造控制对象。
（√）闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。
V-M系统中平波电抗器的电感量一般按照额定负载时保证电流连续的条件来选择。
（×）直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（二）开环直流调速系统存在的问题
实际系统往往对调速范围、静差率两 方面都有要求。
龙门刨床： 调速范围：20~40； 静差率：5%。
热连轧机： 调速范围：10； 静差率：0.2%~0.5%。
（二）开环直流调速系统存在的问题
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 、
电力电子变换器的稳态关系:
U d0 KsUc
直流电动机的稳态关系:
n Ud0 I dR Ce
开环调速系统的机械（转速）特性为:
n Ud0 RI d KsUc RI d
Ce
Ce
Ce
（二）开环直流调速系统存在的问题
（2）机械（转速）特性
n Ud0 RI d KsUc RI d
转速反馈控制直流调速系统。
主要内容
01 调速的稳态性能指标 02 开环直流调速系统存在的问题
稳态调速性能指标和开环直流调速系统
主讲人：张敬南 副教授
∆ nNb ������d02
Te
（一）调速的稳态性能指标
（2）静差率
s nN n0
n n01
n02
nN n0 nN
∆ nNa
a
������d01
∆ nNb
b
������d02
O
TeN
Te
（一）调速的稳态性能指标 （3）指标之间的关系 D nmax nN nmin nmin
稳态调速性能指标和开环直流调速系统
主讲人：张敬南 副教授
主要内容
01 调速的稳态性能指标 02 开环直流调速系统存在的问题
（一）调速的稳态性能指标 （1）调速范围
D nmax nmin
（一）调速的稳态性能指标
（1）调速范围
n n01
D nmax nmin
a
n02
b
O TeN
∆ nNa ������d01
O
nN 2.63r / min
a c b
IdN（ TeN ）
������d01 = ������s������c1 ������d03 = ������s������c3 ������d02= ������s������c2
Id（Te）
（二）开环直流调速系统存在的问题 根据“自动控制原理”所学： 反馈控制的闭环系统是按被调量 的偏差进行控制的系统，只要被调量 出现偏差，它就会自动产生纠正偏差 的作用。 也就是说反馈闭环控制可以在一 定范围内实现偏差的减小。
Ce
Ce
Ce
n
n01 ∆ nNa
a
������d01 = ������s������c1
n02
∆ nNb
b
������d02= ������s������c2
O
IdN（ TeN ）
Id（Te）
（二）开环直流调速系统存在的问题 回顾例题结论：
nN 275r / min n
n01 n03 n02
（一）调速的稳态性能指标 例题：
某直流调速系统电动机额定转速 为1430rpm，额定速降 nN = 115r/min， ①当要求静差率30%时，允许多大的 调速范围？ ②如果要求静差率20%，则调速范围 是多少？ ③如果希望调速范围达到10，所能满 足的静差率是多少？
（一）调速的稳态性能指标 例题： 某直流调速系统电动机额定转速 为1430rpm，额定速降 nN = 115r/min， ①当要求静差率30%时，允许多大的 调速范围？ 解：①要求30%时，调速范围为
D 1430 0.2 3.1 115 (1 0.2)
（一）调速的稳态性能指标 例题：
某直流调速系统电动机额定转速 为1430rpm，额定速降 nN = 115r/min， ③如果希望调速范围达到10，所能满 足的静差率是多少？ 解：③若调速范围达到10，则静差率 只能是
s DnN 10115 0.446 44.6% nN DnN 1430 10115
220V、 305A、 1000r/min， 采 用 V-M
系 统 ， 主 电 路 总 电 阻 0.18 ， 电 动 机
电动势系数0.2Vmin/r。如果要求调速
范围 D = 20，静差率5%，采用开环
调速
D nNs nN (1 s)
nN
nN s D(1 s)
（二）开环直流调速系统存在的问题
解：
nN
IdN R Ce
305 0.18 0.2
r/min
275r/min
D
nN s nN(1
s)
1000 0.05 275 (1 0.05)
0.191
如果要求D = 20，s ≤ 5%，则：
nN
nN s D(1 s)
1000 0.05 20 (1 0.05)
r/min
2.63r/min
如何将转速降降到需要的值呢？
（二）开环直流调速系统存在的问题 （1）系统构成
+ Uc （U*n） GT
+
Id
Ud
-
+ M
-
开环调速系统结构原理图 （以V-M系统为例）
（二）开环直流调速系统存在的问题 （2）机械特性
s nN nN n0min nmin nN
nmin
nN s
nN
(1 s)nN s
D nNs nN (1 s)
（一）调速的稳态性能指标 （3）指标之间的关系
D nNs nN (1 s)
结论： 一个调速系统的调速范围，是指在
最低速时还能满足所需静差率的转速可 调范围。
D nNs 1430 0.3 5.3 nN (1 s) 115 (1 0.3)
（一）调速的稳态性能指标 例题： 某直流调速系统电动机额定转速 为1430rpm，额定速降 nN = 115r/min， ②如果要求静差率20%，则调速范围 是多少？ 解：②若要求20%，则调速范围只有
（一）调速的稳态性能指标
解：①要求30%时，调速范围为
D nNs 1430 0.3 5.3 nN (1 s) 115 (1 0.3)
②若要求20%，则调速范围只有
D 1430 0.2 3.1 115 (1 0.2)
③若调速范围达到10，则静差率只能是
s DnN 10115 0.446 44.6% nN DnN 1430 10115