2014浙大远程机电运动控制系统离线作业(必)答案..

1、浙江大学远程教育学院机电运动控制系统课程作业答案（必做）j 答：E U _RI根据直流电机速度公式n二-二,一a生旦 有C/Ce*（1 1）电枢电压 U Ua控制一调压调速 （向下调速）采用电力电子手段时， 有晶闸管可控整流器供电和自关断器件H H 型桥脉宽调制（PWMPWM）供电等方式，其损耗小，控制性能好。（2 2）磁场$控制一弱磁（向上调速），采用电力电子手段时，有晶闸管可控整流器供电励磁控制。（3 3）由于运行损耗大、效率低, ,一般不再釆用串 RaRa 调速。2.答：双闭环晶闸管一直流电动机不可逆调速系统电原理图如下：两闭环连接上的关系是速度调节器的输出作为电流调节器的输入，这就使得

2、该系统具有 由速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进而确定了系统的最大电流的特点。3.答：（1 1） 改变转速时只能改变速度调节器的输入Ug，因为它是速度环的指令信号。改变速度调节器的参数对稳态速度无调节作用，仅会影响动态响应速度快慢。（2 2） 要控制系统的起动电流、确保系统运行安全，应调节速度调节器的输出限幅值。因为速度调节器的输出限幅值确定了电流环的给定值，进而确定了系统的最大电流。4.答：双闭环晶闸管一直流电动机调速系统中，内环为 电流 环，外环为 速度环，其连接关系是：速度调节器的输岀作为电流调节器的输入，因此外环调节器的输出限幅值应按调速系统允许最大电流来整定;内环调节器的

3、输出限幅值应按可控整流器晶闸管最大、最小移相触发角来整定。两调节器均为 PIPI 型调节器，调速系统能够做到静态无差是由于调节器具有 积分（记忆）功能；能实现快速动态调节是由于调节器具有饱和限幅功能。-“， （速度鉅应馈）5.答：速度调节器用于对电机转速进行控制，以保障：特性硬，满足负载要求。速度调节器输出限幅值应按调速系统允许最大电流来调整，以确保系统运行安全( (过电流保护) )电流调节器实现对电流的控制，以保障： 精确满足负载转矩大小要求( (通过电流控制) )；调速的快速动态特性( (转矩的快速响应) )。电流调节器的输出限幅作为可控整流器晶闸管的移相触发电压，其限幅值决定了触发角 的

4、移相范围，故应按aminamax来调整。6.答：(1)(1) 双闭环调速系统正常工作时，只有调节速度给定信号U Ug才可以改变电动机转速。而改变速度调节器的参数( (如比例系数、积分时间常数) )均无作用，改变负载大小也不能影响转速，因为是速度闭环系统，不论负载大小均速度无差。(2)(2) 转速反馈线突然断掉时，U Ufn=0，使un=U Ug U Ufn= u ug很大，速度调节器饱和限 幅输出，调速系统以最大电流、最大转矩加速，直至电磁转矩与负载转矩、阻尼转矩相平衡，达到最高转速而恒定，故电动机不可调速。7.答：(1)(1) 起动特征：1idid 由0_T_T(限幅值)dmax2STST、

5、LTLT 全部饱和限幅，蜕化为限幅器，系统实为速度、电流双开环过程 电机静止，Ufn=0给定Ug突加，：UUUUg很大，STST 饱和，Un输出限幅，无 PIPI 调节作用2电流给定Un为限幅值T对应电流指令ldmax；但电流未建立，UfUf =0=0 , LTLT 输入Ui=Un， LTLT 饱和，输出Uk限幅，推-min,至使 UdmaxIdmaxTmax加速 n。3因转子惯性，n：ng(2)(2) 加速特征1ld= ldmax恒定(电流调节结果，非限幅)2STST 饱和限幅，LTLT 作 PIPI 调节，实为电流单闭环系统。过程1n : ng g Ufn：Ug-；二Un二Ug-口卬很大

6、STST 仍饱和限幅，无调节作用。2STST 输出Un为限幅值T使 LTLT 以ldmax为指令值T电流闭环不断调节整流触发：角T动态地保持Id=ldmax，维持与给定无差 一一动态平衡”3动态平衡过程：随nE = CenId二UjRE-原定(Ud)下Id将“一反馈Ufi“一二Ui=Un二Ufi：经经LTLT P P 碉节后,u,u I II.并维持不变k kd d dmaxdmax调速精度，做到静态无差；机械4电机以恒定dmax、Tmax加速，n(3)(3) PIPI 调节至稳定特征1转速稳定至n = ng，电流稳定至 打=lL（对应TL）；2STST、LTLT 均作 PIPI 调节，真正速

7、度、电流双闭环工作。过程1首先分析进入本阶段开始点的初值情况A A速度：上阶段末加速至n=ngUfn二ug ST输入：u0;但 PIPI 型 STST的积分（记忆）作用使 STST 输出un=0T仍暂作饱和输出T电流指令为ldrldmax。B电流：上阶段末Id=ldmax,与指令相同一Ufi=Un二 g = =0 0. .PIPI 型 LTLT 的积分（记忆）作用使 LTLT 输出Uk= 0 T迫使移至能产生d =Jmax的位置。2故以丨d=丨dmax进入（3 3），会用T =Tmax驱动而加速过头，出现n ng转速超调3超调时n ng二unug_ufn：0rPI调节器反向积分 宀 STST

8、退出饱和，进入 PIPI 调 节一Un丿命令Id :JmaxrLT输出UkUdJldJT儿其中ldIL时，n（超调）最大，以后n/。4由于电磁惯性，ld0可能达ld T :T电机进入制动 n : E : ld二Ud一回升，重新回到n一ng（平衡）5经几次振荡，PI调节达平衡、虽u “ = 0,厶4 -0，但PI调节器积分记忆功 能使Uk=0=0T推至适当位置T产生合适Ud d、Id d、T TT保证系统静态无差运行。8.答：在直流可逆系统中，要求电磁转矩具有两种方向，以实现四象限运行单桥只能提供单一方向电枢电流T产生单一方向电磁转矩亠J学丄5J. 5LV+1J_ _AYYY_a -IB9.答：

9、正半周（0乞t ”：ti）电机电压UA A 0 0 （BTA A）负半周（ti岂t”：T）电机电压UA u正转制动n n 00F-Ji电动反转1正转电动T 0制动转矩为正转矩为负T 0电流为正电流为负la：双桥反并联 才能提供两个方向电枢电流,产生两个方向电磁转矩， 构成可逆系统主电路。正n n . . 0 0T二Ctla正/ /反转控制只需改变t1位置（占空比 丫）,方便: :t1T/2,平均值 UA0、电机正转t1: T/2,平均值 UA电机反转Si*VTIVTVT4基极信号 u ublu ub4及电机端电压 U Ua波形blb4cici10.10.答：工作过程（设Us.Ea）（1）ub1

10、,4 AOTVT；,VT4通 1Ub2,3 VT2,VT3断在（Us-Ea） .0作用下，形成电流路径ITIa,Ea反向T电机作电动运行VT1VT2VT4VD4兀AVD1VD3VT3VD2（2）tt Tub1,40T应 VT2VT2、VT3VT3 通，T但电枢电感自感电势Ldia/dt作用维持电流方向不能突变TVD2VD2、VD3VD3 通T续流TVT2VT2、VTVT3 3反偏，断T形成电流|a路径HTIa与Ea反向T电机仍作电动运行aaT使Ldia/dt很快衰减为零，为Ia换向创造条件（设在1：t2: T T 时刻断流）。1111.答：异步电机调速方法可按其速度公式n = (1-s) ns

11、来分类：60 f1(1)(1) 变同步速调速ns -, ,具体有：P1变频调速。可采用直- -交变换的逆变器戓交- -交变频器改变电机供电频率 f fl。2变极调速。需同时改变定、转子极对数，故只适合鼠笼式异步电机。3串级调速，绕线式异步电机转子中串入与转子同频的电势吸收或补充滑差功率来实 现速度的调节，采用不控整流器一有源逆变器装置。4双馈调速，绕线式异步电机转子中采用功率可双向流动变频装置，实现同步速上、 下的调速和四限象运行。(2 3)t2_t : Tt2时刻路径n断流TVD2VD2、VD3VD3 断TVT2、VT3VT3 反偏消失，通T在(UsEa)作用下产生大值冲击电流U +Ela-

12、形成电流路径 IIIIIITla, Ea同向T电机作反接制动至下周期 (T t1)时刻(4)T ：,1N:采用零矢量控制A 磁链圆大小恒定-恒磁通控制基频1N:不用零矢量，有效矢量作用时间额定基频以上转速变快r1N:不用零矢量，减少有效矢量作用时间磁链圆变小（弱磁控制），正弦脉宽调制（SPWMSPWM）变频器要获得正弦脉宽的输出电压可采用自然采样法的调制技术，即采用正弦调制波与等腰三角形载波相交、交点决定逆变器功率器件开关时刻的方式得到正弦脉宽的输出电压。调节正弦调制波的频率可实现逆变器输出频率的调节，调节正弦调制波的幅值可实现逆变器输出电压大小的调节。23.23.答：U U|随频率 f f1

13、的变化规律是：（1 1） 基频以下（f f1 f f1N）: :釆用 5/5/舟= =C C 控制，确保恒磁通控制，实现恒转矩运行。但在 f f1 f f1N）: :保持 5=5= C,C,则隨 f f1上升, , U U1N/ / f f1下降,电机作弱磁控制，实现恒功率运行。24.24.答：频率开环、电压源（SPWMSPWM）逆变器一异步电机变频调速系统原理如右图所示。由于异步电机是一种需要感性无功功率的交流电机，电机电流落后于电压。 为给落后的感性无功电流提供通路，必须在逆变器主功率开关器件旁反并联续流二极管。25.25.答：（1 1）控制系统分为频率控制通道和电压控制通道，其总信号为速

14、度给定。速度给定的正、负分别表示正、反转，速度给定绝对值代表速度高低。为避免给定突变引起电流、转矩的冲击，采用给定积分器将阶跃给定变为斜坡给定。为简化频率通道及电压通道的运算，可将速度给定的大小和极性分离，采用绝对值电路提取速度给定的大小来进行控制运 算，用转向判别器提取转向标志来干预转向控制。进入频率通道的转速绝对值经V/fV/f 变换器变成运行频率信号，作为正弦调制波的频率给定值，与三角形载波相交生成SPWMSPWM 波调制信号。而正弦调制波的幅值大小则由电压通道产生和给定。但三角载波频率决定于调制控制方式（异步调制、同步调制、混合同步调制），故需从调制方式控制决定载波频率，通过三角波发生器产生三角载波， 与正弦调制波一起送进 PWMPWM 调制生成 PWMPWM 驱动信号，送入脉冲分配器再根据转向信 号决定逆变器各功率开关信号分配，控制电机按给定转向和转速运行。为确保变频运行时电机磁路工作点不变或按要求变化，进入电压控制通道的转速绝对值必须通过一称之为函数发生器的电路，按基频以下恒 U U1/f/fl= = C C （恒磁通）控制、基频以上 U U1=U=UlN（弱磁）控制。这是一个协调两通通控制的单元，其输入f f输出 U U1关系如下图所示。函数发生器的输出电压须经