运动控制复习要点及答案.pdf

自动化 10 级运控复习（Z10101） 1 第一部分运动控制复习要点（IRON） 1、直流调速系统用的三种可控直流电源和各自的特点。P2 1)旋转变流机组用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。 2)静止式可控整流器用静止式的可控整流器，以获得可调的直流电压。 3)直流斩波器或脉宽调制变换器用恒定直流电源或不控整流电源供电， 利用电力电子开关 器件斩波或进行脉宽调制，以产生可变的平均电压。 2.电流连续和断续时，V-M 系统机械特性的差别，电流断续有何不良影响。P9 1）当电流连续时，特性还比较硬；断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速 翘得很高。 2）电流断续给用平均值计算描述的系统带来一种非线性因素，也引起机械特性的非线性，影 响系统的运行性能。 3、直流调速系统闭环静特性和开环机械特性的联系和区别（画图分析） 。P2324 a、 闭环系统的静态特性可以比开环系统的机械特性硬很多； b、闭环系统的静差率比开环系统小得多； c、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。 d、要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器。 4、电流截止负反馈及其作用。P28 当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈叫做电流截止负反馈，简称截流反馈。 作用：限流保护，即解决反馈闭环调速系统启动和堵转时电流过大的问题。 5、比例调节器、积分调节器、比例积分调节器各自的控制规律和特点。 比例调节器：a、Uc=KpUn 输出信号与偏差信号成比例；有差调节。b、能迅速响应控制作用。 积分调节器：a、输出信号的速度与偏差信号成正比。b、无静差调速。 比例积分调节器：a、稳态精度高，动态响应快；b、比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最 终消除稳态偏差。 （控制规律即公式） 6、无静差调速系统的稳态结构图和稳态结构参数关系。P43 无静差调速系统的稳态参数计算很简单，在理想情况下，稳态时 Un= 0，因而 Un =Un*=*n， n 0O Id Id1 Id3Id2Id4 A B C A D 闭环静特性 开环机械特性 图1-26 闭环系统静特性和开环机械特性的关系 Ud4 Ud3 Ud2 Ud1 自动化 10 级运控复习（Z10101） 2 即 max * maxn n U =（ 1-66 ） ，为转速反馈系数（V.min/r） ，Nmax 为电动机调压时的最高转速（r/min） ， U*nmax 为相应的最高给定电压（V） 。 图1-49 无静差直流调速系统稳态结构图（Id ，转速上升；当 Eadd +snTIEEs eradd0r1 。使得 add0r2add0r1 EEsEEs+=+ ， 有 21 ss ，转速下降。 2、Er 与 Eadd 反相:同理可知，若减少或串入反相的附加电动势，则可使电动机的转速降低。 所以，在绕线转子异步电动机的转子侧引入一个可控的附加电动势，就可调节电动机的转速。 40、简化的电气串级调速系统基本组成原理图及其基本原理。P223224 工作原理：1、串级调速系统能够靠调节逆变角实现平滑无级调速；2、系统能把异步电动机 的转差功率回馈给交流电网， 从而使扣除装置损耗后的转差功率得到有效的利用， 大大提高了调速 系统的效率。 自动化 10 级运控复习（Z10101） 11 41、串级调速系统有哪几种工作状态（定子相序不变时） 。P220221 1、次同步转速电动状态； 2、反转倒拉制动状态； 3、超同步转速回馈制动状态； 4、超同步转速电动状态； 5、次同步转速回馈制动状态。 42、所有与基本原理密切相关的图形要求能画出原理图。 第二部分课后作业题 1.4、某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为 0max 1500minnr=，最低转速特性为 0min 150minnr=，带额定负载时的速度降落15min N nr=，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 maxmin Dnn=(均指额定负载情况下） max0max 1500 151485 N nnn= min0min 150 15135 N nnn= = maxmin 1485 13511Dnn= 2)静差率 0 15 15010% N snn= = 1.5、某闭环调速系统的调速范围是 1500r/min150r/min，要求系统的静差率 %2S ，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） ()snsnD NN =1/ 1015002% /98% N n= 15002%/98% 103.06 / min N nr= 2） () 7 . 31106 . 3 /1001/= clop nnK 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？ 解： ()()12881511=+=+= clop nKn 如果将开环放大倍数提高到 30, 则速降为： 自动化 10 级运控复习（Z10101） 12 ()()rpmKnn opcl 13 . 4 301/1281/=+=+= 在同样静差率要求下，D 可以扩大 937 . 1 / 21 = clcl nn 倍 1.10、有一 V-M调速系统：电动机参数 PN=2.2kW,UN=220V,IN=12.5A,nN=1500 r/min，电枢电阻 Ra=1.5， 电枢回路电抗器电阻 RL=0.8， 整流装置内阻Rrec=1.0,触发整流环节的放大倍数 Ks=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nop和调速要求所允许的闭环静态速降ncl。 （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 Un*=15V 时，Id=IN，n=nN，则转速负反馈系数应该是多少？ （4）计算放大器所需的放大倍数。 解： （1） () () / 220 12.5 1.5 /1500201.25/15000.134 min/ NNae e nUIRC CVr = = ()/ /12.5 3.3/ 0.134307.836 / min NNe opNe nUIRC nIRCr = = ()() /11500 10% / 20*90%8.33 / min NN nn sDsr=（） 所以，min/33 . 8 rncl= （2） 自动化 10 级运控复习（Z10101） 13 （3、4）()()()()()()KCRIKKUKCRIUKKn ednednsp +=+= 1/1/1/ () /1307.836/8.33 135.955 opcl Knn= = = ()()() 150035.955 15/1 35.95512.5 3.3/ 0.134 1 35.955= + + rVmin/0096 . 0 = 可以求得， *35.955*0.134 14.34 *35*0.0096 e p s KC K K = 也可以用粗略算法： nUU nn = ，01 . 0 1500 15 * = n Un / pes KKCK =，()35.9550.134 / 350.0113.76 p K= 1.14、 有一个晶闸-电动机调速系统， 已知： 电动机：kWPN8. 2=，VUN220=，AIN6 .15=，1500= N nr/min， a R=1.5，整流装置内阻 rec R=1, 电枢回路电抗器电阻 L R=0.8， 触发整流环节的放大倍数 35= s K。 (1)系统开环工作时，试计算调速范围30=D时的静差率s值。 (2)当30=D，%10=s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30=D，%10=s，在VUn10 * =时 Nd II=， N nn=，计算 转速负反馈系数和放大器放大系数 p K。 解： ()rVCemin/1311 . 0 1500/5 . 1 6 . 15220= （1） () min 0min /15.6 3.3/0.1311392.68 /min 1500/3050 /392.68/ 392.685088.7% opNe op nIRCr n snn = = =+= （2） () min/56 . 5 9 . 0/5 50/1 . 0 rn nn = += 自动化 10 级运控复习（Z10101） 14 （3） ()() = += esp edensp CKKK KCIRKCUKKn / 1/1/ * ()()() ()() = += 5 . 52156 . 5 /48.2971/ 1/ 6 . 151/1500 * clop eensp nnK KCRKCUKK 27、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： N P =3.7kW， N U =220V， N I =20A， N n =1000 r/min ,电枢回路总电阻R=1.5,设 cmimnm UUU= * =8V，电枢回路最大电流 dm I =40A,电力电子变换器的放大系数 s K =40。试求： （1）电流反馈系数 和转速反馈系数。 （2）当电动机在最高转速发生堵转时的 , 0d U cii UUU, * 值。 解:1） * 88 0.2/0.008/ 401000 imnm dmN UVUV VAVrpm IAnrpm = 2) 0 40*1.560 ddleNdl UEI RC nI RAV =+=+= = 这时： * 8 ,0 nn UV U= ，ASR 处于饱和，输出最大电流给定值。 * 8 ,8 , ii UV UV= 0 60 401.5 CdS UUKV= 第三部分读图分析 1、转差型矢量控制的交直交电压源变频调速系统： p 1 K/P ACRUR CSI M TG + TA + + + + + Ld 3 +s Tr Lm Lm Tr p+1 ASR 矢量控制器 1 *s *s i*s is i*st i*sm *r * 图6-61 磁链开环转差型矢量控制系统原理图 TG ASR：转速调节器；ACR：电流调节器；K/P：直角坐标-极坐标变换器；s*：转差频率给定信号。 自动化 10 级运控复习（Z10101） 15 2、转速磁链闭环微机控制电流滞环型 PWM 变频调速系统： VR-12/3 Lr ATRASR AR 电流变 换和磁 链观测 M 3 TA + + + cos sin is npLm is * T*e Te *r r r i*st i*sm