运控控制系统课后题答案.doc

第二章思考题2-11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？答：转速、电流双闭环系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差都为0。转速调节器的输出电压为电流给定，电流调节器的输出电压为。2-14 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是否为零？为什么？答：转速反馈线突然断线，不等于零,，转速调节器ASR很快饱和输出，转速环失去作用，电流给定最大，达到稳态时由于负载不变所以负载电流不变，所以输入偏差，因而不为零。习题2-8（1）取k=36（3）取，则（4）两式联立解得稳压管的击穿电压值为41.36V2-23（1）当电压不饱和时，由可得得出，进而得出（2）电动机失磁时，立即减小，因为，所以立即增加。而。当增加的比例小于减小的比例时，减小，电动机不断减速直至停转，称为堵转。当增加的比例大于减小的比例时，增大，电动机不断加速直至超过允许值，称为飞车。若系统能够稳定下来，稳定后等于0。，ASR饱和，。（3）典型型系统，,（4）突加到额定负载时，转速下降，下降，上升，ASR输出增大，即电流给定值增大，使上升，逐渐接近。增大，使慢慢上升，最终使，为最初设定转速。时，第三章思考题3.6 辑无环流系统从高速制动到低速时，须经过几个象限？相应电动机的与晶闸管状态如何？答：无环流系统从高速制动到低速时须经过一，二两个象限。其中电机与晶闸管的状态分别是:(1)正组的逆变状态：电动机正转减速，VF组晶闸管工作在逆变状态，电枢电流正向开始衰减至零;(2)反组制动状态：电动机继续减速，VR组晶闸管工作在逆变状态，电枢电流由零升至反向最大并保持恒定。3.7 什么非独立励磁调速系统基速电动势整定在90%95%的额定值上？电动势调节器起什么作用？答：由于电路的影响，由AE给出的电动势信号可能达不到额定值，所以设定在90%95%的额定值上。电动势调节器的作用是：调压调速时处于饱和状态，保证在满磁情况下实现调速，在弱磁调速时保证电动势E不变，作为励磁电流调节器的给定。习题3.6 为什么逻辑无环流系统的切换过程比配合控制的有环流可逆系统的切换过程长？这是由哪些因素造成的？答：逻辑无环流系统相对于配合控制的有环流系统增加了无环逻辑控制环节DLC，其任务是：当需要切换到正组晶闸管工作是封锁反组触发脉冲而开放正组脉冲，当需要切换到反组工作时，封锁正组而开放反组。但是只有在收到“转矩极性鉴别信号”和“零电流检测信号”满足逻辑切换的必要条件与充分条件以后，DLC才会发出逻辑切换指令，然而指令发出后并不会马上执行，而是要经过两段延时：封锁延时和开放延时以确保系统可靠工作，而配合控制的有环流可逆系统没有。所以说逻辑无环流系统的切换过程比配合控制的有环流可逆系统的切换过程要长，其影响因素有：逻辑切换条件的判断，封锁延时时间，开放延时时间。3.8 从系统组成、功用、工作原理、特性等方面比较直流PWM可逆调速系统和晶闸管可逆调速系统的异同点。答：直流PWM可逆调速系统晶闸管可逆调速系统系统组成大电容滤波，六个二极管组成整流器，PWM变换器反向并联的两组晶闸管组成可控整流装置功用电流连续，电动机可在IV象限运行能够灵活的控制电动机的起动，制动及升降速。工作原理六个二极管构成的不可控整流器负责把电网提供的交流电整流成直流电，再经过PWM变换器调节直流电压，能够实现控制电动机的正反转。制动过程时，晶闸管整流装置通过逆变工作状态，把电动机的动能回馈给电网，在直流PWM系统中，它是把动能变为电能回馈到直流侧，但由于整流器的单向导通性，电能不可能通过整流装置送回交流电网，只能向滤波电容充电，产生泵升电压，及通过Rb消耗电能实现制动。当正组晶闸管VF供电，能量从电网通过VF输入电动机，此时工作在第I象限的正组整流电动运行状态；当电机需要回馈制动时，反组晶闸管装置VR工作在逆变状态，此时为第II象限运行；如果电动机原先在第III象限反转运行，那么它是利用反组晶闸管VR实现整流电动运行，利用反组晶闸管VF实现逆变回馈制动。特性能在IV象限运行，电流连续，电动机停止时有微震电流，消除静摩擦死区，低速平稳性好，低速时每个开关器件的驱动脉冲较宽，有利于器件的可靠导通。可在IV象限运行，电流不连续；实现了正组整流电动运行，反组逆变回馈制动，反组整流电动运行，正组逆变回馈发电四种状态。第四章思考题4.9总结转速闭环转差频率控制系统的控制规律，若设置不当，会产生什么影响？一般说来，正反馈系统是不稳定的，而转速闭环转差频率控制系统具有正反馈的内环，系统却能稳定，为什么？答：转差频率控制的规律为：（1）在范围内，如果气隙磁通保持不变，转矩Te基本上与s成正比。（2）定子电流不同时，按照一定的US=f(w1,IS)函数关系控制定子的电压和频率，可以保持气隙磁通恒定。若US=f(w1,IS)设置不当，则气隙磁通无法保持恒定，控制将出现紊乱。因为转差频率控制的被控量是频率差s，在外环通过负反馈控制已经实现控制要求，在内环控制中，因为输出量要控制定子的实际频率，而才能得到实际的频率值1，因此需采用正反馈相加，由于内环调解器不是普通的PI调解器，输出不受正反馈的影响，引起的扰动可通过外环进行调节，所以系统能实现稳定要求。习题4.10采用电压空间矢量PWM控制方法，若直流电压Ud恒定，如何协调输出电压与输出频率的关系？答：由正六边形性质有。要保持正六边形定子磁链不变，必须使为常数，即变频的同时必须调节直流电压。插入零矢量，使有效工作矢量的作用时间仅为，其余的时间用零矢量来补。在弧度内，定子磁链矢量增量为: k=1,2,3,4,5,6正六边形定子磁链的最大值为: 因此,在直流电压不变的条件下,要保持恒定,只要使为常数即可。零矢量的插入有效的解决了定子磁链矢量幅值与旋转速度的矛盾，也即在直流电压恒定时很好的协调了输出电压与输出频率的关系。4.13论述转速闭环转差频率控制的基本特点，实现方法以及系统优缺点。答：转速闭环转差频率控制的基本特点即优点有：转差角频率与实测转速相加后得到定子频率，在调速过程中，实际频率随着实际转速同步地上升或下降，有如水涨而船高，因此加、减速平滑而且稳定。同时，由于在动态过程中转速调节器ASR饱和，系统以对应于的最大转矩启、制动，并限制了最大电流，保证了在允许条件下的快速性。实现方法：使ASR的输出信号为转差频率给定，与实测转速信号相加，即得定子频率给定信号，即，由和定子电流反馈信号从微机存储的函数中查得定子电压给定信号，用和控制PWM电压型逆变器，即得异步电动机调速所需的变压变频电源。缺点：（1）转差频率控制系统是基于异步电动机稳态模型的，所谓的“保持磁通恒定”的结论只在稳态下成立，在动态中难以保持磁通恒定，这将影响到系统的动态性能。（2）函数关系中只抓住了定子电流的幅值，没有控制到电流的相位；（3）取，使与转速同步升降，这本来就是优点，但如果不准确或存在干扰，会直接给频率造成误差。第五章思考题5.10 分析与比较按转子磁链定向和按定子磁链定向异步电动机动态数学模型的特征，指出他们相同与不同之处。解：按转子磁链定向异步电动机动态数学模型为电磁转矩为按转子磁链定向同步旋转坐标系mt中的数学模型与直流电动机的数学模型完全一致。通过坐标系旋转角速度的选取，简化了数学模型，通过按转子磁链定向，将定子电流分解为励磁分量和转矩分量，使转子磁链仅由定子电流励磁分量产生，而电磁转矩正比于转子磁链和定子电流转矩分量的乘积，实现了定子电流两个分量的解耦。按定子磁链定向异步电动机动态数学模型为：电磁转矩为而按定子磁链定向将定子电压分解为两个分量和，控制定子磁链幅值的变化率，控制定子磁量矢量旋转角速度，再通过转差频率控制定子电流的转矩分量，最后控制转矩。但两者均受到定子电流两个分量和的影响，使受电流扰动的电压控制型。5.15 分析与比较矢量控制系统和直接转矩控制系统的特点和性能。答：矢量控制系统和直接转矩控制系统的特点和性能的比较见下表。性能与特点直接转矩控制系统矢量控制系统磁链控制定子磁链闭环控制转子磁链闭环控制，间接定向时是开环控制转矩控制双位式控制，有转矩脉动连续控制，比较平滑坐标变换静止坐标变换，较简单旋转坐标变换，较复杂磁链定向需知道定子磁链矢量的位置，但无须定向按转子磁链定向调速范围不够宽比较宽转矩动态响应较快不够快电流控制无闭环控制闭环控制习题5.3解：动态结构图如图边输入为和，右边输出为和。转子磁链环节为稳定的惯性环节，所以对转子磁链采用开环或闭环控制方式都可以；而转速通道存在积分环节，为不稳定结构，需要加转速环使之稳定。第六章思考题6.2分析比较按转子磁链定向和按定子磁链定向异步电动机动态数学模型的特征，指出它们的相同和不同之处。气隙磁链定向矢量控制系统的工作原理：定义mt坐标系，使m轴与气隙磁场合成矢量重合，t轴与m轴正交，再将定子三相电流合成矢量is沿m, t轴分解为励磁分量ism和转矩分量ist,同样将励磁电流矢量分解成和，按气隙磁链定向后，得到同步电动机电磁转矩： ,则只有保证气隙磁链恒定控制定子电流的转矩分量，可以方便地控制电磁转矩，将同步电动机等效成直流电动机进行控制。按转子磁链定向矢量控制系统的工作原理：定义d, q坐标系，使d轴与转子磁链矢量重合，d轴与q轴正交，在基频以下恒转矩工作区中，令定子电流矢量落在q轴上，即；。按转子磁链定向后得到电磁转矩方程：由于恒定，电磁转矩与定子电流的幅值成正比，控制定子电流幅值就能很好的控制电磁转矩和直流电动机完全一样。相同：基本原理与异步电动机相似，都是通过坐标变换转换成直流电动机，再按直流电动机的控制方法进行控制。不同：同步电动机的主磁链由转子的励磁电流和定子的励磁电流分量共同产生，异步电动机的主磁链由定子的励磁分量产生，同步电机需由转子位置检测器检测出角，才能准确地按气隙磁链定向，而异步电动机直接由转速定向。习题62从电压频率协调控制而言，同步电动机与异步电动机的调速有何差异？答：同步电动机的转速n等于同步转速,即同步电动机的转子具有固定的极对数,所以同步电动机的调速只能是改变电源的变频调速.同步电动机的定子结构与异步电动机相同,若忽略定子漏阻抗压降,则定子电压因此,同步电动机变频调速的电压频率特性与异步电动机频率调速相同