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电力拖动自动控制系统作业

电力拖动习题

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特性？

解：省掉了平波电抗器，电磁时间常数小；开关频率高，时间响应滞后时间短，动态响应加快，抗干扰能力增强，提高了系统动态性能。

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。

解：制动时：当U gi 为正时，由于 VD 的续流作用，VT i 不能导通，U g2为负，VT 2截止；当U gi 为负时， VT i 截止，此时U g2为正，VT 2导通。

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率之间有什么关系？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？

解：调速范围：生产机械对电动机所提出的最高转速 n max 与最低转速n min 之比叫做调速范围，用字母 D 来表示。n max 与n min 通常指额定负载下的转速。

静差率：负载由理想空载增加到额定负载所产生的转速降落 An,与理想空载转速 n o 的比值，称作静差率，用字母s 表示，一般用百分数表示

当要求的S 值一定时，如果没有调速范围限制，可以容易的通过提高最低转速来满足对 S 的要求。

1-4某一调速系统，测得的最高转速特性为 n omax =15OOr/min,最低转速特性为n omin =15Or/min ,

带额定负载时的转速降落 △n =15r/mi n ，且在不同转速下 An 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？

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 8r/min ，如果将开环放大倍数

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？

扩大的倍数为：丄

1.937

1-7某调速系统的调速范围 D=20,额定转速n N =1500r/min ，开环转速降落 An op =240r/min ，若要求系统的静差率由10%降到5%,则系统的开环增益将如何变化？

1-8转速单闭环调速系统有哪些特点？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，调节测速反馈电位器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？解：闭环调速系统可以得到比开环调速系统硬的多的稳态特性，从而在保证一定静差率要求的情况下，能够提高调速范围，代价是增设放大器以及检测和反馈装置。改变给定电压可以改变电机的转速，给定改变时，偏差改变，变流器输出改变，电机转速改变；给定不变，调反馈分压比可以改变电机转速，理由同上；测速机励磁变化对转速的影响，无法克服，效果相当于改变反馈电位器分压比，转速变化是必然的。

1-9在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测速发电机的励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？为什么？

解：其中电网电压变化、电动机励磁电流变化、电枢电阻变化等反馈闭环都能调节，因为它们都作用在

调速范围、静态速降和最小静差率之间的关系如下式:

n N S n N 1 s

最低转速越高，对应 s 值越小,

解：D

max n

omax n

min n 0min n N D n N

N D n N

1-5某闭环调速系统的调速范围是多少？如果开环系统的静态速降是 1500~150r/min ，要求系统的静差率 s< 2%那么系统容许的静态速降是

100r/min,则闭环系统的开环放大倍数应有多大？

解:

n N s

n b D 1 s

1500 s

1500 ,

1 s 150 3.06r / min K

9.8

n k n b

解:

n k

n b1 K 1 1

128

巫 4.13

K 2 1

解：K 1

D n Nop 1 0.1 n N

0.1

1 27.8 K 2

D 氐皿 1 0.05

n N 0.05

59.8

解: U com

l dcr R

s 1.21 N R s 15R s R s

U nm

U com

com

dbl

0.04 15 U

com

0.6 0.6R s

闭环所包围的前向通道上；而测速发电机励磁变化对转速的影响闭环无法调节，因为它作用在反馈环之外。

1-10 有一 V-M 调速系统，电动机参数为：P N =2.2kW ，U N =220V , I N =12.5A ，n N =1500r/min,电枢电阻 R a =1.2 Q, 整流装置内阻R rec =1.5 Q 触发整流环节的放大倍数 K s =35。要求系统满足调速范围 D=20,静差率s< 10% (1) 计算开环系统的静态速降 An 和调速要求所允许的闭环静态速降 An 。

(2) 采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构框图。 3)调整该系统参数，使当 U n *=15V 时，l d =l N , n=n N ,则转速反馈系数 a 应该是多少？ (4)计算放大器所需的放大倍数。解: (1)

1-11在题1-10的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流 I dbl < 2|临界截止电流I dcr > 1.2J, 应该选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻？要求电流反馈采样电阻不超过主电路总电阻的 1/3，如果做不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统的原理图和静态结构土图，并计算电流反馈放大系数。这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多少？

C e

a 1 N

220

「2 12

0.137V ?min/r

n N

1500

R a R rec

C e

1.2 1.5 1

2.5

246.35r/min

0.137

n cl

n N S

1500 0.1

8.33r / min

20 1 0.1

3)可近似计算为:

15 1500

0.01V ?min/ r

4) K

I N

R nC

K p K s n

12.5 2.7 1500 0.137 11.64 35 1500 0.00961V ?min/r

匹 1 246^ 1

n cl 8.33

28.57 K p

KC e K s

28.57 0.137 35 0.00961

11.64

1-12某调速系统原理图如图 1-58，已知数据如下：电动机： P N =18kW, U N =220V , I N =94A , n N =1000r/min, 电枢电阻

R j =0.15 U 整流装置内阻 R rec =0.3傢触发整流环节的放大倍数 K s =4O 。最大给定电压 U nm *=15V , 当主电路电流达到最大值时，整定电流反馈电压 U in =1OV 。设计指标：要求系统满足调速范围 D=20，静差率s< 10% I dbl w 1.51, I dcr > 1.1N 。试画出系统的静态结

构框图，并计算：

(1) 转速反馈系数a

(2) 调节器放大系数Kp 。

(3) 电阻R 1的数值。(放大器输入电阻 R 0=20k U

(4) 电阻F 2的数值和稳压管VS 的击穿电压值。解: (1)

1-13在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有调节作用？为什么？ ①放大器的放大系数 Kp ；②供电电网电压；③电枢电阻 Ra ；④电动机励磁电流；⑤电压反馈系数。解：放大器放大系数、供电电网电压波动能够调节，因为作用在反馈环的前向通道上；

电枢电阻变化、电动机励磁电流变化及电压反馈系数变化无法调节，作用在反馈环外。

1-14 有一 V-M 调速系统，已知：电动机：P N =2.8kW, U N =220V , I N =15.6A , n N =1500r/min,电枢电阻 R a =1.5 U, 整流装置内阻R rec =1 U,触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l d =|N ,n=n N ,

计算转速反馈系数 a 和放大器放大系数 Kp 。

(4)如将上述调速系统改为电压负反馈有静差调速系统，仍要求在U n *=10V 时l d =|N,n=n N ,并保持系统原

来的开环放大系数 K 不变，试求在D=30时的静差率。

R s 1.5

U com 22.5V

R s

— R a R rec

0.9

U com' 0.9 1.2I N 13.5V

K jf 21 N R

s ' U

com

2I N R s '

R a Rec

0 23 K

0.23 1

K p K s

U ?ZO i \ if

2I N R S ' 1 U

com

C e

N 1

N R

220 94 °15 0.2V?min/r

n N

1000

U n I N R

nC e

K p K s n

°45 1000 °2

0.0145V?min/r

K p 35 1000

近似计算为:

(2)

n op

rec 1

C e

0.015V ?min/ r

1000

0.15 0.3 94

211.5r /min

0.2

n cl

n N S D 1 S

型3

5.56r/min

20 1 0.1

(3) n c

(4)

U VS

1 37 K p R 0 U im

dbl

K p

经 12.9

K s

12.75 20k 255k

10 0.071V / A

1.5 94

I dcr 0.071 1.1 94 7.4V R 2 -

10 7.4

3.47 k

解：(1) C e

U N I N &

n N 220 15.6 1.5

1500

0.13V ?min/ r

1-15在题1-10的系统中，若主电路电感L=50mH,系统运动部分的飞轮惯量 GD 2

=1.6N m2 ,整流装置采用三相零式电路，试判断按题 1-10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 K 是多少？在题1-10中，为满足静态指标要求，求出

K 28.57，但系统不稳定; 1-16为什么用积分控制的调速系统是无静差的？在转速单闭环调速系统中，当积分调节器的输入偏差电压△ U=0寸，调解器的输出电压是多少？它取决于哪些因素？

解：积分的保持作用，决定了在稳态时调节器的输入偏差一定为零，即静差为零；零或任一常数，取决于对历史上对非零偏差电压的积累。

1- 17在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响？试说明理由。解：受影响；这两种干扰作用在反馈所包围的前向通道之外，对转速造成的影响无力调节。

1- 18采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是否有静差？为什么？试说明理由。解：有静差；电枢电阻造成的转速下降无力调节，它作用在电压负反馈环之外。

2- 1在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变速度调节器的放大倍数K n 行不行？改变电力电子变换器的放大倍数 K s 行不行？改变速度反馈系数a 行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？解：调节给定电压或速度反馈电位器的分压比；而改变、均不行，调a 可以；

rec 1 N

c e

1.5 115.6

013

300r/min n min

1500

50r / min

min

300

50 85.7%

300

(2)

n d

n N S

D 1 1500 0.1 30 1 0.1

5.56r / min

(3) 10 0.007V ?min/ r

(4)

1500

K p K s

""CT

1 200 ! 5.56

52 K p 52 C e n

R a I N C e

1.5 15.6

180r/min

0.13

n cl 180 2.26 182.26r/min

K s n d

°13

27.6 35 0.007 R rce I N C e 1 K

n min n

1 15.6

2.26r / min

182.6

50 182.6 了8

解: C e

U N 只玄

丨N

220 1.2 12.5

1500

0.137V ?min/ r C m

C e

0.137

1.31N ?m/A

50 10 R a R rec

1.2 1.5

2.7 T l

0.0185s

2.7

GD 2

1. 2.7

m T l

T s T s TT s

0.0642 0.0185 0.00333

0.00333

0.0185 0.00333

22.9

K 22.9时系统才稳定。

375C e C m 375 0.137 1.31

0.0642sT

°.°

0333s

改变速度调节器的输出限幅值或电流反馈系数可以改变堵转电流。

2-2转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少？为什么？解：ASR ACR采用PI调节器，稳态运行时其输入偏差电压一定为零，而输出电压分别是：

U i I dL U c

C e

」冒若输入偏差不为零，系统不是稳态；速度调节器的输出由负载电流决

K s

定，电流调节器的输出由速度给定与负载电流决定。 2-3如果转速、电流双闭环调速系统中的转速调节器不是 PI 调节器，而改为P 调节器，对系统的静、动态

性能会产生什么影响？

答：稳态：由无静差变为有静差；动态：响应加快、稳定性变差。

2-4试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环调速系统：（1）调速系统的静特性； 2）动态限流性能； 3）起动的快速性； 4）抗负载扰动的性能； 5）抗电源电压波动的性能。答：（1）前者优于后者；（2）前者优于后者；（3）前者优于后者； 4）相差不多；

（5）前者优于后者。

2-5在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器均采用 PI 调节器。当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压厶 U 是否为零？为什么？答：△ U i 不为零，速度调节器输出限幅值，整流电路饱和输出，电机达最高转速，电流反馈对应负载电流，电流调节器给定大于反馈，故差值非零。

2-6在转速、电流双闭环调速系统中，转速给定信号 U n *未改变，若增大转速反馈系数a,系统稳定后转

速反馈电压U n 是增加还是减少？为什么？答：速度减少，稳态时，故a 增大，

n 成比例减少。

2-7在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器

ASR ACR 均采用PI 调节器。已知参数：

电动机：PN=3.7kW, U N =220V , I N =20A , n N =1000r/min,电枢回路总电阻 R=1.5Q ，设 U nm*=U im*=U cm =8V ，电枢回路最大电流l dm =40A ，电力电子变换器的放大系数 K s =40o 试求：（1）电流反馈系数B 和转速反馈系数a ； 2）当电动机在最高转速发生堵转时的 U do 、U i*、U i 、U c 值。解: （1）

U nm

8 0.008V ? min/ r

U im

8 0.2/ /A

N 1000

（2） U

I dm R

1.5 60V U i U m

I dm 0.2 40 8V U c

U d0 6

1.5V

K s

U i U i 8V

2-8在转速、电流双闭环调速系统中，调节器 ASR ACR 均采用PI 调节器。当ASR 输出达到U im*=8V 时, 主电路电流达到最大电流 80A 。当负载电流由40A 增加到70A 时，试问：（1） U i*应如何变化？（ 2） U c 应如何变化？（ 3） U c 值由哪些条件决定？

2-9在转速、电流双闭环调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行，现因某种原因使电动机励磁电源电压突然下降一半，系统工作情况将会如何变化？写出 U i*、U c 、U d0、I d 及n 在系统重新进

入稳定后的表达式。

答:

8 80

0.1V /A

（1）由4V 增加到7V ；（2）增大; （3） U c

e U n / I dL R

K s

解：速度提调节器不饱和：速度不变，电枢电流增大一倍；

C e U n /

K s

--- N — U d 0

C e n 2I N R I d 2 I N n n 0

速度调节器饱和：速度为零，电流为堵转电流; U i U im 2-10某反馈控制系统已校正成典型I 型系统。已知时间常数（1）求系统的开环增益； 2）计算过渡过程时间t s 和上升时间t r ；（3）绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间

K sTs 1 0.6 t s

0 33 U

d 0

I R I

d0 1 dm R 1 d

T=0.1s,要求阶跃响应超调两cw I dm U

dm n 0

10%。

t r <0.25s . K=?,c =?

解：W s (2) K 亓 (1 )取 6T 6 0.1 0.6s t r KT 3.3T (3) K' 033

K 9.2，取 10,则 0.25

2-11 有一个系统，其控制对象的传递函数为在阶跃输入下系统超调量尺5% 择其参数。

解：校正成典型I 型系统，且选 K 1K 1 0.69 则 16.3%

W obj （按线性系统考虑） 0.33s 9.5%，满足要求，于是

陛6.9

0.1

10 ，要求设计一个无静差系

统, 0.01s 1 s 1 。试对该系统进行动态校正，决定调节器结构，并选 KT 0.5，选积分调节器，传函为: K L 闭环系统的开环传

W s W I s W obj

s 0.01s 1

KT 10K I T 10 0.01K I 0.1K I 10K I s 0.01s 1 0.5于是， s 0.01s 5 有K I 2-12有一个闭环系统，其控制对象的传递函数为

W obj s

K 1 10 ，要求校正为典型n s 0.02s 1 sTs 1 型系统，在阶跃输入下系统超调量尺30% （按线性系统考虑）。试决定调节器的结构，并选择其参数。 K pi 1S 1 W pi s ，开环传递函数为：

解: 选PI 调节器: s W pi s W)bj

1S K pi K 1 1s 1

1s 2 Ts 1 7T 0.14s K K 2 1 s 2 Ts 1 29.8%，满足要求； 10K pi 匕 71.43K pi K pi 2-13调节对象的传递函数为 W obj s 71.43 18

10K pi 1s 1 1S 2

0.02s 1 h 1 8 2 2 2 2 2.86 71.43 2h T 71.43 2 7 0.02 0.25s 1 0.005s 1

,要求用调节器分别将其校正为典型I 型和典型n 系统，求调节器的结构与参数。解：校正成典型I 型：取 PI 调节器，且 1 0.25s ，即

有； W

心

0.25s — 18 72K pi

0.25s 18

取 KT=0.5,则 K pi W obj s

0.25s 1 0.5

0.005 72 18

0.005s 1 s 0.005s 1 1.39校正成典型n 型：大惯性近似处理为积分环节，再

取

PI 调节器;

72 0.25s 1 0.005s 1

0.25s 0.005s 1

s 0.005s 1

K pi 1s 1

?__7L__ i s s 0.005s 1

2- 14在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：

P N =60kW ，U N =220V , I N =308A , n N =1000r/min,电动势系数 C e =0.196V ? min/r，主回路总电阻 R=0.18Q ,触发整流环节的放大倍数

K S =35。电磁时间常数 T=0.012s,机电时间常数 T m =0.12s ，电流反馈滤波时间常数

T oi =0.0025s,转速反馈滤波时间常数 T on =0.015s 。额定转速时的给定电压(U n*) N =10V ,调解器ASR ACR

饱和输出电压 U im*=8V, U cm =6.5V 。

系统的静、动态指标为：稳态无静差，调速范围 D=10，电流超调量

i 5%，空载起动到额定转速

时的转速超调量

10%试求：

确定电流反馈系数B (假设起动电流限制在 339A 以内)和转速反馈系数a ；试设计电流调节器 ACR,计算其参数 R 、C 、6。画出其电路图，调节器输入回路电阻 R 0=40k Q;

设计转速调节器 ASR 计算其参数F n 、C n 、C on , ( R 0=40k Q) 计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调计算空载起动到额定转速的时间。

取中频宽 h 5，贝U

1 0.025s ，而心 K 1 72

0.00035

6 2 52 0.0052

1.67

72— 1s 1

? ~2

1 s 0.005s 1

K 1s 1

~~2

s 0.005s 1

(1) (2)

(3)

(4)

(5) U

比

—0.0236V/A

339

max

(2)电流调节器设计：按系统指标，校正成典型I 型，取

解：(1)

10 1000

T s 0.01V ?min/ r

0.00333S

0.00333 0.0025 0.0058s 被控制对象的传递函数：

W ob j s

—K s /R

取 PI

Ts 1 T i s 1

调节器:

W pi K pi K s /R

pi i s 1

取

K pi 0.0236 i

T i 35/0.18 0.012s ，系统校正后开环传递函数:

382.41 K pi K |

K I T

C oi

(3) i ST

0.5 K

pi R 0

i S

K |

0.012s 0.0058s

s 0.0058s 1 s 0.0058s 1

0.0058

86.2 K pi

0.225 40 9k

K 382.41

0.01

86.2

0.225

382.41

103

1.33 F

4 L L R o

速度环设计：确定时间常数:

40 103

0.25 F

取PI 调节器，校正成典型n 型，按指标要求，取

0.0058 0.015

0.0266s

hT n 3 0.0266

0.0798s

K N

K n

h 1 _ 2h 2T n 2

2 (h 1) C e T m 2

3 1

314.1s

(3 1) 0.0236 0.196 0.12

2h RT n

2 3 0.01 0.18 0.0266

7.9 R n K n R ° 7.9 40 316k

C n

(4) R n

计算:

106

T 子 0.253 F C on 4亠

316 103

R 0

0.0798 遊单1.5 F

40 103

308 0.18

max z - n

N T n 2 72.2% 1 .1 0.4

“96

°.°266

63.37% C b n T m

100 0.12

(5)计算：空载起动到额定转速超调量与启动时间

308 0.18 C max

z - “N

T n

2 72.2%

1.1

°.

196

°.°266

9.96% C b

n T m

1000 0.12

2h K n U n

2 3 7.9 10

〔2

T n

0.0266 0.393s

h 1 U m

3 1 8 0

2-15有一转速、电流双闭环调速系统，主电路采用三相桥式整流电路。已知电动机参数为：

P N =555kW,

U N =750V , I N =760A , n N =375r/min,电动势系数 C e =1.82V ? mi n/r ，电枢回路总电阻 R=0.14Q ，允许电流过载倍数 1.5，触发整流环节的放大倍数 K S =75，电磁时间常数 T=0.031s,机电时间常数 T m =0.112s,电

流反馈滤波时间常数 T °i =0.002s ，转速反馈滤波时间常数 T on =0.02s 。设调节器输入输出电压

U nm* = U im* = U cm = 10V ，调节器输入电阻 R3=40k Q 。

设计指标：稳态无静差，电流超调量 i 5%

空载起动到额定转速时的转速超调量

10%

按指标要求：速度环应校正成典型n 型系统，取 PI 调节

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 =1500r/min ;电流给定信号最大值 U im*=10V 时，允许最大电流l dm =30A,电枢回路总电阻 R=2Q ，晶闸管整流装置的放大倍数 K s =30,电动机的额定电流I N =20A ,电动势系数 C e =0.128V -min/r 。现系统在U n*=5V, l 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(① =0),系统将会发生什么现象？试分析并说明。若系

统能够稳定下来，则稳定后 n=? U n =? U i*= ? U i =? |d =? U c =?

(3)

该系统转速环按典型n 型系统设计，且按 M min 最小准则选择参数，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(l dL =0)突加额定负载时，电流 I d 和转速n 的动态过程波形是怎样的？已知机电时间

器，选 h 5 n hT n 5 0.0274

0.137s K N

h 1

2h "T n 2

5 1

2 52

0.02742

159.8s

K n

h 1 U

-^CeT m

5 1

1.82

1.5 760

0.112

2h- 皿RT n

“N

K n R 0 10.46 40k 4T on

4 0.02

2 R 0

40 10

2 5匹 375 0.14 0.0274

10.46

418k ,

F ，取2

420k C n

R n

0.137 10 420 103

0.33 F ,取 0.33 F

解：先求相关常数:

U im

10 30

0.33V ?A

U nm n N

15 1500

0.01V ?min/ r

(1)

5 0.01

500r / min U c

C e n I d R K s

0.128 500 20 2

3.47V

(2)因为电磁转矩为零，在负载的作用下转速下降到零;

n 0 U n 0 U i U im 10V

R n

常数T m=0.05s，计算其最大动态速降n max和恢复时间t

2-17有一转速、电流双闭环控制的 H 形双极式PWM 直流调速，系统，已知电动机的参数为：

P N =200W ,

U N =48V , I N =3.7A , n N =200r/min,电枢电阻 R a =6.5Q ,电枢回路总电阻 R=8Q ，允许的电流过载倍数

2 ,

PWM 环节的放大倍数

K s 4.8，电势系数 C e =0.12V ? min/r，电磁时间常数 T i =0.015s,机电时间常数

T m =0.2s,电流反馈滤波时间常数 T oi =0.001s ，转速反馈滤波时间常数 T on =0.05s 。设调节器输入输出电压

U nm*=U im*=U cm =10V ，调节器输入电阻R 0=40k Q 。已计算出电力晶体管 D202的开关频率 f 1kHz 试对该

系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差，电流超调量 i

5%空载起动到额定转速时的转速超

调量 n 20% ；过度过程时间t s 0.1s

解: 应用工程设计法：

U im 10 1.35V ? A U nm

0.05r /

min

l N 2 3.7 n N

200

T s

0.001s 电流环设计

: 校正成典型

I 型系统

, 取 Pl 调节器:

T i 0.015s

T i T s T oi 0.001 0.001

0.002s

K I O'

0.5 250s

T i

0.002

K i 3

250

。

15 8

4.63

K s

4.8 1.35

3-1直流电动机额定转速 n N =375r/min ，电枢电流额定值l dL =760A ，允许过流倍数入=1.5，计算机内部定点数占一个字的位置（16位），试确定数字控制系统的转速反馈存储系数和电流反馈存储系数，适当考虑余量。解：最高位为符号位，最大存储值：

D max 215

1 32768则电流存储系数，考虑动态过程中电流可能

最后取整：

K 23A 1 K 67 mi n/r

3-2旋转编码器光栅数为 1024，倍频系数为4,高频时钟脉冲频率，旋转编码器输出的脉冲个数和高频时钟脉冲个数均采用 16位计数器，M 法和T 法测速时间均为 0.01s ，求转速n=1500r/min 和 n=150r/min 时的测速分辨率和误差率最大值。

解：M 法测速: n 1500r/min 时

测速分辨率：

60 60 1.46r /min

ZT c

1024 4 0.01

测速误差：

max

1 100% 60

100%

100% 0.098%

M 1

ZT c n

1024 4 0.01 1500

n 150r/ min 时

测速分辨率： Q

60 60 1.46r /min 不变，与转速无关；

ZT c 1024 4 0.01

U i U i 10V I d I dm

30A U c

dm R

30 2

(3) W n s

K N n S 1 s^T

n n S 1

hT (4) 基准值:

n b

n max 81.2% n b

0.812 K s

5 0.05

0.25s K N 48s 2

2h 2T n

I dN R T

n 2 1 0

C e

625 507.5r/mi n t

8.8.T

20 2

哎 625r/min

0.128 0.05 8.8 0.05

0.44s

有冲击，按 1.8 计算：K

32768

23.95A 1

I N 1.5

转速存储系数：取最高转速

n 1.3n K

760

32768

1.3n N 1.3 375 67.22 mi n/

n 150r/ min 时

位置式和增量式数字 PI 调节器的表达式，并用已掌握的汇编语言设计实时控制程序。解：（略） 3-

4根据习题2-15电流调节器的设计结果（电流调节器按典型I 型系统设计，

KT=0.5）,按离散系统设计

方法设计转速调节器，要求转速无静差。已知电动机额定功率 P N =555kW ，额定电压U N =750V ，额定电枢电流I N =760A ,额定转速 n N =375r/min,电动势系数 C e =1.82V ? min/r ，电枢回路总电阻 R=0.14Q ，允许过载

倍数，机电时间常数 T m =0.112s ，转速反馈滤波时间常数 T on =0.02s ，电流反馈存储系数，转速反馈存储系数，转速调节器采样时间，电流环小惯性时间常数

4- 1晶闸管-电动机系统需要快速回馈制动时，为什么必须采用可逆线路？

解：快速回馈制动时，必需建立制动电磁转矩的电流的通路，该电流的流动方向必须与电动运行时的电流的方向相反，而单组晶闸管是无法提供与电动电流方向相反的制动电流的通道的，为此必需采用可逆线路。 4-2试画出采用单组晶闸管装置供电的 V-M 系统在整流和逆变状态下的机械特性，并分析这种机械特性适

合于何种性质的负载。

解：机械特性见图4-3，这种特性适合位势性负载，如起重机。

4-3解释待逆变、正组逆变和反组逆变，并说明这三种状态各出现在何种场合下。

解：当工作组处于整流状态时，另一组处于逆变状态，但不存在平均逆变电流，故称待逆变；反向制动的第二阶段，反接制动子段结束后，正组工作于逆变状态，此时生产机械及电动机储存的能量通过正组的逆变回馈到电网；正向制动时，在制动的第二阶段的反接制动子段结束后，反组进行逆变，生产机械及电动机储存的能量通过反组的逆变回馈到电网。

4-4分析配合控制的有环流可逆系统反向起动和制动的过程。画出各变量的动态波形，并说明在每个阶段中ASR 和ACR 各起什么作用？ VF 和VR 各处于什么状态。

解：（动态波形见下页图片），反向起动过程：加上阶跃起动信号后，速度调节器迅速饱和限幅输出，电枢回路电流由零快速增加，在很短的时间内达到并超过最大值，电流环在最大给定值下闭环调节，电动机恒流反向加速，达到速度给定且略有超调后，速度调节器退出饱和状态，在速度环的调节下，电枢电流减少，但电流减至负载电流后，反向起动结束；

测速误差: T 法测速: 测速分辨率:

1 100% M 1

n 1500r / min

时

Zn 2

max

100% -

ZT c n

1024

4096 15002

测速误差:

60 f 。Zn 1 max

100% 60 1 06

4096 1 500

1 M

2 1 60f 。

-100% 1 60 100% 0.98%

4 0.01 150

171r/min 1 6

60 10

4096 1500 100% 12.5%

测速分辨率： Q

Zn 2

4096 1502

1.55r / min

60 106

4096 150 60 f 。Zn 1 100% M 2 1

60 10~~-

1 4096 150

3-3将习题2-14设计的模拟电流调节器进行数字化，采样周期，

调节器输出限幅及积分限幅均为，写出

测速误差: max

-100% 1 Zn

60f 。

100% 1.04%

反向制动：本组逆变一它组整流一它组逆变一减流（零速）。

4-5试分析图4-13所示逻辑选触无环流可逆系统的工作原理，说明正向制动时各处电压极性及能量关系。

逻辑选触无环流正向制动过程中的转速、电流曲线

i d I dL

0 -I dm

4-6试分析位置随动系统和调速系统在哪些方面是不同的。解：1）系统的被调量不同：一个是位置，另一个是速度；

2）调速系统的给定量一经设定，就保持恒值，系统的主要作用是保证稳定和抵抗扰动；位置系统的给定量是随机变化的，要求输出量准确跟踪给定量的变化，更突出快速响应。

电流换向死区

电力传动控制系统——运动控制系统

电力传动控制系统——运动控制系统（习题解答）第 1 章电力传动控制系统的基本结构与组成.......... 第 2 章电力传动系统的模型................. 第 3 章直流传动控制系统................... 第 4 章交流传动控制系统................... 第 5 章电力传动控制系统的分析与设计* ............ 错误!未定义书签错误!未定义书签错误!未定义书签错误!未定义书签错误!未定义书签

第1章电力传动控制系统的基本结构与组成 1.根据电力传动控制系统的基本结构，简述电力传动控制系统的基本原理和共性问题。答：电力传动是以电动机作为原动机拖动生产机械运动的一种传动方式，由于电力传输和变换的便利，使电力传动成为现代生产机械的主要动力装置。电力传动控制系统的基本结构如图1-1所示，一般由电源、变流器、电动机、控制器、传感器和生产机械（负载）组成。控制指令图1-1电力传动控制系统的基本结构电力传动控制系统的基本工作原理是，根据输入的控制指令（比如：速度或位置指令），与传感器采集的系统检测信号（速度、位置、电流和电压等），经过一定的处理给出相应的反馈控制信号，控制器按一定的控制算法或策略输出相应的控制信号，控制变流器改变输入到电动机的电源电压、频率等，使电动机改变转速或位置，再由电动机驱动生产机械按照相应的控制要求运动，故又称为运动控制系统。虽然电力传动控制系统种类繁多，但根据图1-1所示的系统基本结构，可以归纳出研发或应用电力传动控制系统所需解决的共性问题： 1）电动机的选择。电力传动系统能否经济可靠地运行，正确选择驱动生产机械运动的电动机至关重要。应根据生产工艺和设备对驱动的要求，选择合适的电动机的种类及额定参数、绝缘等级等，然后通过分析电动机的发热和冷却、工作制、过载能力等进行电动机容量的校验。 2）变流技术研究。电动机的控制是通过改变其供电电源来实现的，如直流电动机的正反转控制需要改变其电枢电压或励磁电压的方向，而调速需要改变电枢电压或励磁电流的大小；交流电动机的调速需要改变其电源的电压和频率等，因此，变流技术是实现电力传动系统的核心技术之一。 3）系统的状态检测方法。状态检测是构成系统反馈的关键，根据反馈控制原理，需要实时检测电力传动控制系统的各种状态，如电压、电流、频率、相位、磁链、转矩、转速或位置等。因此，研究系统状态检测和观测方法是提高其控制

电力拖动运动控制系统平时作业答案

第一章 1、请画出运动控制系统及其组成的框图。答：运动控制系统由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器等构成，其框图如下： 2、如果请你设计一辆电动滑板车，请问这个电动滑板车的构成？答：由刹车开关、电池电压取样、限流保护、驱动电路、直流有刷电机、霍尔调速手柄等 ===================================================================== 第二章 1、请写出直流电动机的稳态转速公式，并分析转速与电枢电压的关系。答：直流电机的稳态转速公式转速n=U-(IR+L*di/dt)/Kφ， I是电枢电流，R是电枢回路的电阻 φ是励磁磁通，k是感应电动势常数所以从公式可以看出，要想对直流电机进行调速，一般的方法有两种：一种是对励磁磁通φ进行控制的励磁控制法，一种是对电枢电压U进行控制的电枢电压控制法。

2、什么是调速范围和静差率？调速范围、静态速降和最小静差率之间有什么关系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易多了”？ 3、某一直流调速系统，测得的最高转速特性为=1500 r/min, 最低转速特性为=150 r/min。电动机额定转速为，带额定负载时的速度速降 = 15r/min，且在转速下额定速降如不变，试问系统能够达到的调速范围D 是多少？系统允许的静差率s是多少？解： 4、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，系统还有克服什么干扰的能力？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。 ②反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。扰动性能是反馈控制系统最突出的特征之一。 ③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。 2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。3）能够改变转速，因为转速和反馈电压比有关。

电力拖动自动控制系统练习题最终版汇总

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。（√）直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。（×）电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。（√）

《电力拖动自动控制系统》参考问题详解

《电力拖动自动控制系统》参考答案：第一章一、填空题： 1.答案：静止可控整流器直流斩波器 2.答案：调速围静差率. 3.答案：恒转矩、恒功率 4.答案：脉冲宽度调制二、判断题：答案：1.×、2. √、三、问答题： 1.答案：生产机械的转速n与其对应的负载转矩T L的关系。1.阻转矩负载特性； 2.位转矩负载特性； 3.转矩随转速变化而改变的负载特性，通风机型、恒功率、转矩与转速成比例； 4.转矩随位置变化的负载特性。 2.答案：放大器的放大系数K p，供电电网电压，参数变化时系统有调节作用。电压负反馈系统实际上只是一个自动调压系统，只有被反馈环包围部分参数变化时有调节作用。 3.答案：U d减少，转速n不变、U d增加。 4.答案：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速围。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，称作转差率。静态速降值一定，如果对静差率要求越严，值越小时，允许的调速围就越小。 5.答案：反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。系统能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用。但完全服从给定作用。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。可见，测速发电机的励磁量发生变化时，系统无能为力。 6.答案：采用比例积分调节器的闭环调速系统是无静差调速系统。积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，原因是积分调节器的输出包含了输入偏差量的全部历史。可以实现无静差调速。四、计算题： 1.答案：开环系统的稳态速降：354.33r/min；满足调速要求所允许的稳态速降：8.33r/min；闭环系统的开环放大系数：41.54 2.答案：42.5N?M， 3.41N?M 3.答案：T=62.92N?M，n=920r/min，cosФ=0.78 4.答案：α=0。时n0=2119r/min, α=30。时n0=1824r/min，α=31.1。，cosФ=0.82，s=0.0395。 5.答案：D=4.44，s=0.048，Δn=5.3r/min。 6.答案：系统允许的稳态速降：3.06r/min，开环放大系数：31.7 7.答案：系统的开环放大系数从4.7变为17.9 8.答案：s=0.86，Δn cl=5.56r/min，K p=27.8，α=0.0067V?min/r。 9.答案：调速围D=10，允许静差率s=10%。 10.答案：允许的静态速降Δn cl=3.06r/min，闭环系统的开环放大系数K=31.7。第二章一、填空题： 1.跟随抗扰环ACR 外环ASR 2.典型Ⅰ型典型Ⅱ型

电力拖动作业

2-2 一台四极并励直流电机接在220V的电网上运行，为单波绕组，已知电枢表面的总导体数N=381，n=1500r/min,φ=0.0105wb,电枢回路的总电阻R a=0.205Ω,励磁电流I fN=1.73A,铁损耗P Fe=362W,机械损耗P mec=240w(忽略附加损耗)，试问：1）该电机运行在发电机状态，还是电动机状态？2）电磁转矩是多少？3）输入功率和效率各是多少？解：1）Ea=N*p/(60a)*n*Φ=381×2÷（60×1）×1500×0.0105=200.025V

《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()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 =，

电拖作业

1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间那些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。 1-7 电机中存在哪些能量损耗？在哪些因素会影响电机发热？电动机与发动机的功率传递有哪些不同？电机进行能量转换时总是要有能量损耗，如图3-6所示。能量损耗将引起电机发热和效率降低。一般来说，电机的能量损耗可以分为两大类。 1. 机械损耗由电机的运动部件的机械磨擦和空气阻力产生的损耗，这来损耗与电机的机械构造和转速有关。用△p m表示。 2. 电气损耗主要包括导体损耗、电刷损耗和铁耗等。（1）导体损耗是由于电机的线圈电阻产生的损耗，有时又称为铜耗，通常在电机的定子和转子上都会产生铜耗；（2）电刷损耗是由于电刷的接触电压降引起的能量损耗，因只有在直流电机中安装电刷，所以电刷损耗仅仅出现在直流电机中；（3）铁耗是由于电机铁磁材料的磁滞效应和涡流产生的一种损耗，主要取决于磁通密度、转速和铁磁材料的特性。对于变压器等静止的设备来说，其能量损耗只有电气损耗部分。图3-6表示了电机的能量传递和损耗过程。电机在运行过程中，主要的能量损耗有下面四部分，即：定子绕组电损耗P cu1、转子绕组电损耗P cu2、机械损耗P m及铁心损耗P Fe。前两者随负载而变化，称为可变损耗，后两者不随负载而变化，称其为不变损耗。它使电机发热。对于电动机来说，正常工作时，从电网吸收的总电功率也就是总输入功率P1，P1进入电动机后，首先在定子上消耗一小部分定子铜损耗，另一部分损耗是铁损耗，它主要是定子铁芯的磁滞和涡流损耗，余下的部分就是通过磁场进过气隙传到转子上去的电磁功率，电磁功率进入转子，在转子电阻之上产生转子铜损耗及铁损耗。余下部分全部转换成总机械功率。总机械功率在输出之前还要消耗掉机械损耗（包括轴承摩擦和风阻摩擦）和附加损耗。这就是电动机的功率传递。发电机输入功率P1N是机械功率，减去机械损耗P ma（摩擦和风阻等）、定子铁损P Fe和一些杂散损耗

电力拖动自动控制系统-运动控制系统-课后题答案

第2章三、思考题 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。2=8 泵升电压是怎样产生的？对系统有何影响？如何抑制？答：泵升电压是当电动机工作于回馈制动状态时，由于二极管整流器的单向导电性，使得电动机由动能转变为的电能不能通过整流装置反馈回交流电网，而只能向滤波电容充电，造成电容两端电压升高。泵升电压过大将导致电力电子开关器件被击穿。应合理选择滤波电容的容量，或采用泵升电压限制电路。 2-9 在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低？答：负载增加意味着负载转矩变大，电机减速，并且在减速过程中，反电动势减小，于是电枢电流增大，从而使电磁转矩增加，达到与负载转矩平衡，电机不再减速，保持稳定。故负载增加，稳态时，电机转速会较增加之前降低。 2-10 静差率和调速范围有何关系？静差率和机械特性硬度是一回事吗？举个例子。答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的，）而机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落的。 2-11 调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系？为什么必须同时提才有意义？答：D=（nN/△n）（s/（1-s）。因为若只考虑减小最小静差率，则在一定静态速降下，允许）允许的最小转差率又大得不能满足要求。因此必须同时提才有意义。 2=12 转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如

02297电力拖动自动控制系统习题集附带答案

一、选择题 1．转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是 A ．PID B ．PI C ．P D ．PD 2．静差率和机械特性的硬度有关，当理想空载转速一定时，特性越硬，则静差率 A ．越小 B ．越大 C ．不变 D ．不确定 3．下列异步电动机调速方法属于转差功率消耗型的调速系统是 A ．降电压调速 B ．串级调速 C ．变极调速 D ．变压变频调速根据能量转换的角度看，把调速系统分为三类第一类：转差功率消耗型，包括将电压调速，转差离合器调速，转子串电阻调速第二类：转差功率馈送型，包括串级调速，双馈电动机调速第三类：转差功率不变型，包括变极调速，变频变压调速 4．可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速的是 A ．比例控制 B ．积分控制 C ．微分控制 D ．比例微分控制积分控制可以使系统在无警察的情况下保持恒速运行，实现无静差调速 5．控制系统能够正常运行的首要条件是 A ．抗扰性 B ．稳定性 C ．快速性 D ．准确性控制系统正常工作，稳定性是首要条件。 6．在定性的分析闭环系统性能时，截止频率ωc 越低,则系统的稳定精度 A ．越高 B ．越低 C ．不变 D ．不确定截止频率与相角裕度对应，截止频率越高，系统响应变快，但稳定性变差。 7．常用的数字滤波方法不包括 A ．算术平均值滤波 B ．中值滤波 C ．中值平均滤波 D ．几何平均值滤波 8．转速电流双闭环调速系统中电流调节器的英文缩写是 A ．ACR B ．A VR C ．ASR D ．A TR 9．双闭环直流调速系统的起动过程中不包括 A ．转速调节阶段 B ．电流上升阶段 C ．恒流升速阶段 D ．电流下降阶段 10．三相全波整流电路的平均整流电压为 A ．20.9cos U α B ．21.17cos U α C ．22.34cos U α D ．21.35cos U α 11．下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是 A ．饱和非线性控制 B ．转速超调 C ．准时间最优控制 D ．饱和线性控制 12．下列交流异步电动机的调速方法中，应用最广的是 A ．降电压调速 B ．变极对数调速 C ．变压变频调速 D ．转子串电阻调速 13．SPWM 技术中，调制波是频率和期望波相同的 A ．正弦波 B ．方波 C ．等腰三角波 D ．锯齿波 14．下列不属于异步电动机动态数学模型特点的是 A ．高阶 B ．低阶 C ．非线性 D ．强耦合 15．在微机数字控制系统的中断服务子程序中中断级别最高的是 A ．故障保护 B ．PWM 生成 C ．电流调节 D ．转速调节 16．比例微分的英文缩写是

电力牵引传动系统

目录 1. 概述 (1) 1.1 电力牵引的特点 (1) 2. 电力机车的传动方式 (2) 2.1 直-直流传动 (2) 2.2 交-直流传动 (3) 2.3 直-交流传动 (3) 2.4 交-直-交流传动 (4) 3. 我国机车电传动技术的发展与现状 (4) 3.1 交-直传动技术的发展 (4) 3.2 交流传动技术的发展 (5) 4. 动车组的牵引传动系统的现状 (6) 5. 电力牵引传动系统网侧原理图 (8)

1.概述 1.1电力牵引的特点电力机车属非自带能源式机车，电力牵引具有一系列内燃牵引所不及的优越性，表现在以下几方面： 1、电力机车的功率大内燃机车功率受到柴油机本身容量、尺寸和重量的限制，故机车功率不能过大。而电力机车不受上述条件的限制，机车功率（或单位重量功率）要大得多，目前轴功率已达1000kW（若交流牵引电动机可达1600kW）。一台电力机车的牵引能力相当于1.5台（或更多一些）内燃机车的牵引能力。由于电力机车功率大、起动快、允许速度高，所以能够多拉快跑，极大地提高了线路的通过能力和输送能力。 2、电力机车的效率高由于电力牵引所需的电能是由发电厂（或电站）集中产生，因此燃料的利用率要比内燃牵引高得多。由火电厂供电的电力牵引的效率高达35%，由水电站供电的电力牵引则更高，可达60%以上。而内燃牵引的效率约为25%左右，而且柴油价格较贵，有燃烧排放污染。 3、电力机车的过载能力强机车在起动列车或牵引列车通过限制坡道时，其过载能力具有很大的意义。由于电力机车的过载能力不会受到能源供给的限制，而牵引电动机的短时过载能力总是比较大。因此，电力机车所需的起动加速时间一般约为内燃机车的1/2，从而能够提高列车速度。 4、电力机车的运营费用较低（1）功率大、起动快、运行速度高、过载能力强、可以多拉快跑；（2）整备距离长、适合于长交路，提高了机车的利用率；（3）检修周期长、日常维护保养工作量也小。一般情况下，电力牵引的运营费用比内燃牵引要低15%左右。此外，由于电力机车运行过程中不污染环境，对于大型铁路枢纽站及隧道长

电力拖动运动控制系统平时作业

第一章 1、请简述《电力拖动运动控制系统》课程与《电机学》课程的关系答：电机学是电力拖动运动控制系统的基础，电力拖动运动控制系统：了解电机的工作原理，研究如何控制电机的启动、稳速、调速和制动等电机学：研究电机的工作原理、设计和制造工艺等 2、请画出运动控制系统及其组成的框图。答：运动控制系统由电动机、功率放大与变换装置、控制器及相应的传感器等构成，其框图如下： 3、请你叙述如何设计一辆电动自行车的思路。答：由刹车开关、电池电压取样、限流保护、驱动电路、直流有刷电机、霍尔调速手柄等 =====================================================================第二章 1、请写出直流电动机的稳态转速公式，并分析转速与电枢电压的关系。

答：直流电机的稳态转速公式转速n=U-(IR+L*di/dt)/Kφ， I是电枢电流，R是电枢回路的电阻 φ是励磁磁通，k是感应电动势常数所以从公式可以看出，要想对直流电机进行调速，一般的方法有两种：一种是对励磁磁通φ进行控制的励磁控制法，一种是对电枢电压U进行控制的电枢电压控制法。 2、什么是调速范围和静差率调速范围、静态速降和最小静差率之间有什么关系为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易多了” 3、某一直流调速系统，测得的最高转速特性为=1500 r/min, 最低转速特性为=150 r/min。电动机额定转速为，带额定负载时的速度速降 = 15r/min，且在转速下额定速降如不变，试问系统能够达到的调速范围D 是多少系统允许的静差率s是多少

电力电子与电力传动学科

电力电子与电力传动学科硕士研究生培养方案电力电子与电力传动学科硕士研究生培养方案本学科是电气工程一级学科下的二级学科，是一个既涉及传统电气技术，又会聚了现代电力电子技术、信息与控制技术的工程应用学科。特点是综合了强电与弱电、电力与电子、硬件与软件、测量与控制等多学科的知识，实现对供配电系统、电力拖动系统及机电自动化设备与生产线的供电、驱动与控制及深层次的理论研究。本学科与电子科学与技术、信息与通信工程、计算机科学与技术、仪器科学与技术、电路与系统等学科相互交叉，紧密联系，理论深入而又工程性强。近年来发展势头良好，社会对此方面的高级技术人才有很好的需求。一、培养目标本学科硕士学位培养过程中以电力电子、电机拖动及控制、供配电技术与测量传感及工程控制为核心，硕士学位获得者应掌握电力电子与电力传动科学的基础理论与技术，并掌握电子科学、计算机科学及信息科学的一般理论与技术，具有从事电力拖动与控制系统、供电系统和电子信息系统科学以及相关领域的研究开发及教学工作能力，有严谨求学的学风和高尚的职业道德，熟练掌握一门外语。二、研究方向 01机电伺服驱动及控制技术 02电力传动控制与变流技术 03电力电子智能功率驱动及控制 04电力系统自动化 05电力电子与电力传动系统 06电能质量与控制三、培养方式和学习年限全日制硕士研究生学习年限一般为两年半至三年；在职硕士研究生学习年限一般为三年半至四年；提前完成硕士学业者，可提前半年毕业；若因客观原因不能按时完成学业者，可申请适当延长学习年限，延长时间不得超过半年。四、学分与课程学习基本要求总学分要求不低于26学分，其中课程总学分不低于24个学分，必修环节不低于2学分。课程学分要求中，学位课不低于15学分，其中所有公共基础课必修（皆为校统考课程），基础课至少选修一门。学位课可以代替非学位课，但非学位课不能代替学位课。对于跨学科专业或同等学力录取的硕士生须补相应专业本科核心课程至少3门，但不计学分。五、课程设置（详见课程设置表）六、必修环节（参见第98页）七、学位论文（参见第98页） ·1·

电机与电力拖动基础作业

单选题 1. 一台他励直流发电机转速为额定运行状态下降到原来的60%，而励磁电流，电枢电流都不变，则_______.(5分) (A) E a下降到原来的60% (B) T下降到原来的60% (C) E a和T都下降到原来的60% (D) 端电压下降到原来的60% 参考答案：A 2. 如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U0升高_______。(5分) (A) 等于20% (B) 大于20% (C) 小于20% (D) 不确定参考答案：B 3. 直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于_______中。(5分) (A) 电枢绕组 (B) 励磁绕组 (C) 电枢绕组和励磁绕组 (D) 都不存在参考答案：A 4. 当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于______ _。(5分) (A) 能耗制动状态 (B) 反接制动状态 (C) 倒拉反转状态 (D) 回馈制动状态参考答案：C 5. 直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是_______。(5分) (A) 为了使起动过程平稳 (B) 为了减小起动电流 (C) 为了减小起动时电枢感应电势 (D) 为了减小起动电压参考答案：B 6. 恒速运行的电力拖动系统中，已知电动机电磁转矩为80N?m，忽略空载转矩，传动机构效率为0.8，速比为10，未折算前实际负载转矩为_______。(5分) (A) 8N?m

(C) 80N?m (D) 640N?m 参考答案：D 判断题 7. 他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。(5分) 正确错误参考答案：错误解题思路： 8. 提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。(5分) 正确错误参考答案：正确解题思路： 9. 一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。(5分) 正确错误参考答案：错误解题思路： 10. 一台直流发电机若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。(5分) 正确错误参考答案：正确解题思路： 11. 直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。(5分) 正确错误参考答案：错误解题思路： 12. 一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。(5分) 正确错误参考答案：错误解题思路： 13. 直流电动机的人为特性都比固有特性软。(5分) 正确错误参考答案：错误解题思路： 14. 直流电动机串多级电阻起动，在起动过程中，每切除一级起动电阻时，电枢电流都会突变。(5分)

电力拖动自动控制系统仿真作业

电力拖动自动控制系统仿真作业学号：姓名：第二章比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真参数的设置：额定电压Un=220，额定电流Idn=55A，额定转速1000r/min，电动机电动势系数Ce=0.192V·min/r。装置的放大系数Ks=44，滞后时间常数Ts=0.00167s，电枢回路总电阻R=1.0欧，电枢回路电磁时间常数Tl=0.00167s，机电时间常数Tm=0.075s。转速反馈系数a=0.01。对应额定转速时的给定电压是10v。 PI调节器的值暂定为Kp=0.56,1/τ=11.43，得到比例积分控制的无静差直流调速系统的仿真模型如下：修改控制参数后转速的仿真结果如下：

修改控制参数后的电流仿真结果：由以上仿真结果图能够看出，系统是一个欠阻尼系统，改变比例积分系数可以得到不同的结果，系统的转速先超调然后逐渐趋于稳定，当电流静差为零时转速基本不变。无超调的仿真结果图： Kp=0.25,1/τ=3时仿真结果如下：

超调量较大的仿真结果 Kp=0.8,1/τ=15时仿真结果如下：从以上的仿真结果图能够看出：Kp=0.25，,1/τ=3时没有超调，Kp=0.8，,1/τ=15时超调较大。

第三章转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真电流环的仿真模型如下电流环的仿真结果如下此时KT满足KT=0.5，有超调，上升时间比较适中无超调的仿真结果此时KT满足KT=0.25，Kp=0.5067,1/τ=16.89

由仿真图可以看出电流环无超调,但上升时间较为缓慢超调量较大的仿真结果此时KT满足KT=1.0，Kp=2.027,1/τ=67.567 由仿真图可以看出，电流有超调,但上升时间比较短，在恒流升速阶段，Id略低于Idm，其原因是电流调节系统受到电动机反电动势的扰动，它是一个线性渐增的扰动量，所以系统做不到无静差。转速环的仿真模型

电力拖动自动控制系统第四版_课后答案

习题解答（供参考）习题二 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：10000.02(100.98) 2.04(1) n n s n 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0max 1500min n r =，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 max min D n n =(均指额定负载情况下） 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =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：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= 2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。已知直流电动机，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V?min/r,求：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？

（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？（3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压* 8.8u U V =、比例调节器放大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若把反馈系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少？解：（1）*(1)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??= (2) 8.8215264d U V =??=,开环输出电压是闭环的22倍 (3) *(1)12(12150.35)(215) 4.6u d p s p s U U K K K K V γ=+=?+???= 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5%s ≤，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： 1）()s n s n D N N -?=1/ 2）()7.31106.3/1001/=-=-??=cl op n n K

电力拖动自动控制系统习题答案版

第二章 2-1:答:在制动阶段,VT1始终不导通。VT2导通期间,并能耗制动;VT2不导通期间,VD1续流,并回馈制动。 2-2:由 10100 1000== D ; rpm s D s n n n N N cl 04.298.01002.01000)1(=??≤-=?=?; 2-3:已知 rpm n n n N 1500max max 0=?+= rpm n n n N 150min min 0=?+= max n n N =,rpm n N 15=? 所以1115 150151500min max =--==n n D 1.015 1114851511=?+?=?+?=D n n D n s N N N 2-4: r v n R I U C N a N N e m in/1478.0/)(?=-= rpm C R R I n e s a N op 1.1151478.0/045.0378/)(=?=+=? 1.38 .0*1.1152.0*1430)1(==-?=s n s n D N N 32.57 .0*1.1153.0*1430)1(==-?=s n s n D N N 2-5: rpm C R I n e N op 5.2742.0/18.0305/=?==? /()27.45%N op N op s n n n =?+?= rpm s D s n n n N N cl 63.295 .02005.01000)1(=??≤-=?=? 2-6: v K K U K K U s p u s p dcl 121=+=γ 264==u s p dop U K K U 22/=dcl dop U U v U K K K K U dcl s p s p u 6.41 =+=γ 2-7: 10=D rpm s D s n n n N N cl 9.795.01005.01500)1(=??≤-= ?=?

电力拖动大作业

前言双闭环直流调速系统是目前直流调速系统中的主流设备，具有调速范围宽、平稳性好、稳速精度高等优点。在理论和实践方面都是比较成熟的系统，在电力拖动领域中发挥着及其重要的作用。由于直流电机双闭环调速是各种电机调速系统的基础，本人就直流电机调速进行了比较系统的研究，从直流电机的基本特性到单闭环调速系统，再进行双闭环直流电机设计方案的研究，用实际系统进行工程设计，并用所学的MATLAB进行仿真，分析了双闭环调速系统的工程设计方法中由于忽略和简化造成的误差。在双闭环直流调速系统中，转速和电流调节器的结构选择与参数设计需从动态校正的需要来解决，设计每个调节器是，都必须先求该闭环的原始系统开环对数频率特性，再根据性能指标确定校正后系统的预期特性，对于经常正反转运动的系统，尽量缩短启、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。为此，在电机最大允许电流和转矩受到限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，是电力拖动系统以最大的加速度启动，到达稳定转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而装入稳态运行。转速、电流双闭环直流调速系统是一种应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强优点。反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流得冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中,我们希望在电机最大电流受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流、转矩为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最

电力拖动自动控制系统课后答案

习题二 2.2 系统的调速围是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：10000.02(100.98) 2.04(1)n n s n 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0max 1500min n r =，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围有多大？系统允许的静差率是多少？解：1）调速围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?== 2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。已知直流电动机 60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=0.18 Ω,Ce=0.2V ?min/r,求：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？（3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少?

解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??= 2.7 某闭环调速系统的调速围是1500r/min~150r/min ，要求系统的静差率5%s ≤，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： 1）()s n s n D N N -?=1/ 1015002%/98%N n =??? 15002%/98%10 3.06/min N n r ?=??= 2.9 有一V-M 调速系统：电动机参数P N =2.2kW, U N =220V, I N =12.5A, n N =1500 r/min ，电枢电阻R a =1.5Ω，电枢回路电抗器电阻RL=0.8Ω，整流装置阻R rec =1.0Ω,触发整流环节的放大倍数K s =35。要求系统满足调速围D=20，静差率S<=10%。（1）计算开环系统的静态速降Δn op 和调速要求所允许的闭环静态速降Δn cl 。（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构图。（3）调整该系统参数，使当U n *=15V 时，I d =I N ，n=n N ，则转速负反馈系数 α应该是多少？（4）计算放大器所需的放大倍数。解：（1） ()()/22012.5 1.5/1500201.25/15000.134min/N N a e e n U I R C C V r =-??=-?== ()//12.5 3.3/0.134307.836/min N N e op N e n U I R C n I R C r ∑∑=-???=?=?= ()()/1150010%/20*90%8.33/min N N n n s D s r ?=-=?=（）所以，min /33.8r n cl =? （2）

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