湘潭大學(xué)運動控制系統(tǒng)試題庫

1、一、復(fù)習(xí)：直流調(diào)速系統(tǒng)問題1-2：衡量調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)是哪些？ 調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin 靜差率S=nnom/n0*100%對轉(zhuǎn)差率要求高，同時要求調(diào)速范圍大（D大S?。r，只能用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 和負載匹配情況：一般要求：恒功率負載用恒功率調(diào)速，恒轉(zhuǎn)矩負載用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。問題1-3：請比較直流調(diào)速系統(tǒng)、交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點，并說明今后電力傳動系統(tǒng)的發(fā)展的趨勢.* 直流電機調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點：調(diào)速范圍廣，易于實現(xiàn)平滑調(diào)速，起動、制動性能好，過載轉(zhuǎn)矩大，可靠性高，動態(tài)性能良好。缺點：有機械整流器和電刷，噪聲大，維護困難；換向產(chǎn)生火花，使用環(huán)境受限；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容量、轉(zhuǎn)速、電壓受限

2、。* 交流電機調(diào)速系統(tǒng)（正好與直流電機調(diào)速系統(tǒng)相反）優(yōu)點：異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、維護方便、造價低廉，使用環(huán)境廣，運行可靠，便于制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓電機。大量被用來拖動轉(zhuǎn)速基本不變的生產(chǎn)機械。缺點：調(diào)速性能比直流電機差。* 發(fā)展趨勢：用直流調(diào)速方式控制交流調(diào)速系統(tǒng)，達到與直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的調(diào)速性能；或采用同步電機調(diào)速系統(tǒng).問題1-4：直流電機有哪幾種？直流電機調(diào)速方法有哪些?請從調(diào)速性能、應(yīng)用場合和優(yōu)缺點等方面進行比較. 哪些是有級調(diào)速？哪些是無級調(diào)速？直流電動機中常見的是有換向器直流電動機，可分為串勵、并勵、復(fù)勵、他勵四種，無換向器直流電動機屬于一種特殊的同步電動機。根據(jù)直流電

3、機的轉(zhuǎn)速公式，調(diào)速方法有變壓調(diào)速、變電阻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速：調(diào)節(jié)電壓供電電壓進行調(diào)速，適應(yīng)于：UUnom，基頻以下，在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速。弱磁調(diào)速：無級，適用于nom，一般只能配合調(diào)壓調(diào)速方案，在基頻以上(即電動機額定轉(zhuǎn)速以上)作小范圍的升速。變電阻調(diào)速：有級調(diào)速。變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：無級調(diào)速。問題1-5：帶有比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，如果轉(zhuǎn)速的反饋值與給定值相等，則調(diào)節(jié)器的輸出為（ A ）A、零； B、大于零的定值C、小于零的定值； D、保持原先的值不變問題1-6：什么是調(diào)速范圍D？什么是靜差率S，兩者的關(guān)系如何？用什么方法可以使調(diào)速系統(tǒng)滿足D大S小的控制要求？ 調(diào)速范圍D=n

4、max/nmin=nnom/nmin 靜差率S=nnom/n0*100%對轉(zhuǎn)差率要求高，同時要求調(diào)速范圍大（D大S?。r，只能用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。問題1-7：直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源有：旋轉(zhuǎn)變流機組（G-M系統(tǒng)）、靜止可控整流器（V-M系統(tǒng)）、 直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器（PWM）。名詞解釋1-8： G-M系統(tǒng) V-M系統(tǒng) PWM PFM G-M系統(tǒng)：交流電動機拖動直流發(fā)電機G實現(xiàn)變流，由直流發(fā)電機給需要調(diào)速的直流電動機M供電，調(diào)節(jié)G的勵磁電流及改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)M的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點：在允許轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)四象限運行。缺點：設(shè)備多，體積大，費用高，效率低，有噪音，維護不方便。 V-M系統(tǒng)：晶閘管，工

5、作在相位控制狀態(tài)，由晶閘管可控整流器V給需要調(diào)速直流電動機M供電，調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流器V的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)直流電動機M的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點：經(jīng)濟性和可靠性提高，無需另加功率放大裝置?？焖傩院?，動態(tài)性能提高。缺點：只允許單向運行；元件對過電壓、過電流、過高的du/dt和di/dt十分敏感；低速時易產(chǎn)生電力公害：系統(tǒng)功率因數(shù)低，諧波電流大。 PWM：脈沖寬度調(diào)制(PWM)，晶閘管工作在開關(guān)狀態(tài)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機上；晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機斷開；這樣通過改變晶閘管的導(dǎo)通時間（即調(diào)占空比ton）就可以調(diào)節(jié)電機電壓，從而進行調(diào)速。PWM調(diào)速

6、系統(tǒng)優(yōu)點：系統(tǒng)低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬；電動機損耗和發(fā)熱較小；系統(tǒng)快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強；器件工作早開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置效率較高。PWM調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用：中、小功率系統(tǒng) PFM脈沖頻率調(diào)制(PFM)，晶閘管工作在開關(guān)狀態(tài)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機上；晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機斷開；晶閘管的導(dǎo)通時間不變，只改變開關(guān)頻率f或開關(guān)周期T（即調(diào)節(jié)晶閘管的關(guān)斷時間t0ff）就可以調(diào)節(jié)電機電壓，從而進行調(diào)速。問題1-9：哪些是控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)、穩(wěn)定性指標(biāo)和動態(tài)性能指標(biāo)？ 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)是：調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin和靜差率S=nnom/n0*10

7、0% 穩(wěn)定性指標(biāo)：柏德圖（對數(shù)幅頻特性和對數(shù)幅頻特性）典型型系：對數(shù)幅頻特性以20dB/dec的斜率穿越零分貝線，只有保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量。=90° -tg-1 cT > 45°典型型系統(tǒng)：對數(shù)幅頻特性以20dB/dec的斜率穿越零分貝線。=180°-180°+tg-1ct-tg-1cT=tg-1ct-tg-1cT 動態(tài)性能指標(biāo)分跟隨性能指標(biāo)和抗擾性能指標(biāo)：跟隨性能指標(biāo) 上升時間：在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所經(jīng)過的時間（有些教材定義為10%-90%） 超調(diào)量：在典型的階躍響應(yīng)跟

8、隨過程中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏移量與穩(wěn)態(tài)值之比。 調(diào)節(jié)時間：又稱過度過程時間原則上是系統(tǒng)從給定量階躍變化到輸出量完全穩(wěn)定下來的時間。一般在階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取±5%（或±2%）的范圍作為允許誤差?？箶_性能指標(biāo)：動態(tài)降落：在系統(tǒng)穩(wěn)定時，突加一個約定的標(biāo)準的擾動量，在過度過程中引起的輸出量最大降落值?；謴?fù)時間：從階躍擾動作用開始，到輸出量基本恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值之差進入某基準量的±5% （或±2%）范圍之內(nèi)所需的時間。問題1-10：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程特點是 、 和 。 飽和非線性控制ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)

9、；ASR不飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，無靜差調(diào)速系統(tǒng). 準時間最優(yōu)控制：恒流升速可使起動過程盡可能最快. 轉(zhuǎn)速超調(diào)：只有轉(zhuǎn)速超調(diào)才能使ASR退飽和.問題1-11：轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型 型系統(tǒng)設(shè)計，抗擾能力 強 ，穩(wěn)態(tài) 無靜差 。電流環(huán)按典型 型系統(tǒng)設(shè)計，抗擾能力 稍差 ，超調(diào) 小 。問題1-12：無靜差調(diào)速系統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器中P部份的作用是（D）A、消除穩(wěn)態(tài)誤差； B、不能消除穩(wěn)態(tài)誤差也不能加快動態(tài)響應(yīng)C、既消除穩(wěn)態(tài)誤差又加快動態(tài)響應(yīng)；D、加快動態(tài)響應(yīng)問題1-15：位置隨動系統(tǒng)解決的主要問題是什么？試比較位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的異同。 位置隨動系統(tǒng)解決的主要問題是實現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)對位置指令

10、（給定量）的準確跟蹤。隨動系統(tǒng)一般稱伺服系統(tǒng) 位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的相同點：兩者的控制原理相同，它們都是反饋控制系統(tǒng)，即通過對系統(tǒng)的輸出量與給定量進行比較，組成閉環(huán)控制。 位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的相異點：調(diào)速系統(tǒng)的給定量是恒值，不管外界擾動情況如何，希望輸出能夠穩(wěn)定，因此系統(tǒng)的抗擾性能顯得十分重要。位置隨動系統(tǒng)中的位置指令是經(jīng)常變化的，是一個隨機變量，要求輸出量準確跟蹤給定量的變化，輸出響應(yīng)的快速性、靈活性、準確性成了位置隨動系統(tǒng)的主要特征。位置隨動系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上往往比調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜一些。位置隨動系統(tǒng)可以在調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加一個位置環(huán)，位置環(huán)是位置隨動系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)特征。問題1-16：什么是串

11、聯(lián)校正、并聯(lián)校正和復(fù)合控制？試舉例說明它們的使用場合。 串聯(lián)校正（調(diào)節(jié)器校正），采用PID校正的單位置環(huán)隨動系統(tǒng)，可以得到較高的截止頻率和對給定信號的快速響應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡單。由于不使用測速機，從而排除了測速機帶來的干擾，但反過來又使摩察、間隙等非線性因素不能很好地受到抑制。負載擾動也必須通過位置環(huán)進行調(diào)節(jié)，沒有快速的電流環(huán)及時補償而使動態(tài)誤差增大。同時PID調(diào)節(jié)器是采用比例微分超前作用來對消調(diào)節(jié)對象中的大慣性，屬于串聯(lián)校正，常會因放大器的飽和而削弱微分信號的補償強度，還會因控對象參數(shù)變化而喪失零極點對消的效果。因此單位置環(huán)的隨動系統(tǒng)僅適用于負載較輕，擾動不大，非線性因素不太突出的場合。 并聯(lián)校正在

12、調(diào)速系統(tǒng)中引入被調(diào)量的微分負反饋是一種很有效的并聯(lián)校正，在隨動系統(tǒng)中經(jīng)常采用這種并聯(lián)校正，有助于抑制振蕩、減小超調(diào)，提高系統(tǒng)的快速性。在位置隨動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速微分負反饋的并聯(lián)校正比轉(zhuǎn)速反饋的并聯(lián)校正好，因為它不需增大K1就可以保證原有的穩(wěn)態(tài)精度，而快速性同樣可以得到一定程度的提高，只受到小時間常數(shù)及測速發(fā)電機信號中噪聲干擾的限制。 復(fù)合控制當(dāng)隨動系統(tǒng)輸入信號的各階導(dǎo)數(shù)可以測量或者可以實時計算時，利用輸入信號的各階導(dǎo)數(shù)進行前饋控制構(gòu)成前饋控制（開環(huán)控制）和反饋控制（閉環(huán)控制）相結(jié)合的復(fù)合控制，也是一種提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)品質(zhì)指標(biāo)的有效途徑。二、回顧：交流調(diào)速系統(tǒng)問題2-5：常用的異步電動機調(diào)速有哪些？

13、哪些屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型？哪些屬于轉(zhuǎn)差功率不變型？哪些屬于轉(zhuǎn)差功率回饋型？ 異步電動機調(diào)速方法有：降電壓調(diào)速、繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級調(diào)速、變極調(diào)速、變頻調(diào)速等。 降電壓調(diào)速、繞線式異步電機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型 串級調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率回饋型 變極調(diào)速、變頻調(diào)速屬于轉(zhuǎn)差功率不變型。問題2-6：變極調(diào)速方法對籠型與繞線式電動機是否都適用，為什么?變極調(diào)速只適合于本身具備改變極對數(shù)的籠型電動機（雙速電動機、三速和四速電動機），它們可以通過改變極對數(shù)是用改變定子繞組的接線方式來完成調(diào)速，繞線式電動機一般采用轉(zhuǎn)子傳電阻或串級調(diào)速。問題2-8：請簡述交流異步電動機變極調(diào)速的工作原理，并說

14、明其特點和應(yīng)用場合。變極調(diào)速是通過改變定子繞組的極對數(shù)來改變旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速進行調(diào)速的，是無附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式。改變極對數(shù)是用改變定子繞組的接線方式來完成的（雙速電動機、三速和四速電動機）這種改變極對數(shù)來調(diào)速的籠型電動機，通常稱為多速感應(yīng)電動機或變極感應(yīng)電動機。 缺點：有級調(diào)速，而且調(diào)速級差大，從而限制了它的使用范圍。特點：具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好；無轉(zhuǎn)差損耗，效率高；接線簡單、控制方便、價格低；有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速；可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較高效率的平 滑調(diào)速特性。變極調(diào)速適合于：按24檔固定調(diào)速變化的場合，（不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機械），如金

15、屬切削機床、升降機、起重設(shè)備、風(fēng)機、水泵等。問題2-9：晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，對觸發(fā)脈沖有何要求，為什么？晶閘管交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，要求用寬脈沖、雙窄脈沖或脈沖列觸發(fā)，以保證可靠換流，防止直通。晶閘管是半控器件，只需要用脈沖觸發(fā)其導(dǎo)通，不需要控制其關(guān)斷。問題2-10：請簡述交流異步電動機定子調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并對三種常用的調(diào)壓方法進行說明。當(dāng)改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源。目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點：調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)

16、自動控制。調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。調(diào)壓調(diào)速一般適用于100KW以下的生產(chǎn)機械。 通過改變自耦變壓器變比，來改變電機電壓，從而進行調(diào)速。 通過改變直流勵磁電流來控制鐵心的飽和程度，改變交流電抗值，改變電機電壓，實現(xiàn)降壓調(diào)速。飽和，交流電抗小，電機定子電壓高。 通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，來調(diào)節(jié)電動機的端電壓，從而進行調(diào)速。問題2-15：請簡述晶閘管調(diào)壓調(diào)速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點。畫出幾種晶閘管主電路的連接方法，指出他們各自的特點。在交流異步電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)中，由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，來調(diào)節(jié)電動機的端電壓，從而進行調(diào)速。優(yōu)點：維護

17、方便，噪聲小，可以四象限運行。缺點：電網(wǎng)輸入電壓為正弦波，但輸出電壓不為正弦波，諧波大，功率因素低，機械特性軟。解決辦法：采用閉環(huán)系統(tǒng)。 三相分支雙向控制繞組Y連接：特點：用雙脈沖或者寬60°脈沖觸發(fā)晶閘管SCR，輸出含有奇次諧波，繞組Y連接。如電機繞組帶中線，可消取三次諧波電流，但仍然存在其他次諧波，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩和附加損耗。與其它接法相比，此接法諧波分量最小。 三相分支雙向控制繞組連接：特點：用雙脈沖或者寬60°脈沖觸發(fā)SCR，輸出含有奇次諧波，繞組連接。有其它的高次諧波，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩和附加損耗。 三相分支單向控制繞組Y連接：特點：每一相制用一個用晶閘管和一個二極管反并聯(lián)

18、，可以降低成本，但各相波形不對稱，輸出含有偶次諧波，降低了運行性能，所以只用于小容量裝置。 三相形雙向控制繞組連接特點：晶閘管串接在相繞組回路中，在同等容量下，晶閘管承受的電壓高而電流小，適合于電機繞組連接的情況。 三相零點連接，單向控制特點：電路簡單，晶閘管放在負載后面，可以減小電網(wǎng)浪涌電壓對它的沖擊，但因為是單向控制奇次、偶次諧波都存在，運行效率稍低。只適合于小容量電機。問題2-17：請簡述繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的工作原理，并說明其優(yōu)缺點。繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串入附加電阻，使電動機的轉(zhuǎn)差率加大，電動機在較低的轉(zhuǎn)速下運行，串入的電阻越大，電動機的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但

19、轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機械特性較軟。三、 交流異步電動機變頻調(diào)速的理論基礎(chǔ)mU1fnUn0nT問題3-3：交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)在基速以上和基速以下分別采用什么控制方法，磁通、轉(zhuǎn)矩、功率呈現(xiàn)怎樣的變化規(guī)率？并請用圖形表示。恒磁通調(diào)速（基頻以下）U1/f1=常數(shù)，并補償定子電阻損耗。恒功率調(diào)速（基頻以上）升高電源電壓時不允許的，在頻率上調(diào)時，只能保持電壓不變。 頻率越大，磁通就越小，類似于直流電動機的弱磁增速。問題3-5：交流異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制方式有恒磁通控制、恒功率控制和恒電流控制三種，其中恒磁通控制又稱恒轉(zhuǎn)矩控制。問題3-6：如果在交流異步電動機變頻調(diào)速

20、系統(tǒng)采用恒轉(zhuǎn)矩控制時，出現(xiàn)勵磁電流急劇增加的現(xiàn)象（實際上時由于電壓補償過多），導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，應(yīng)采取的解決辦法有：適當(dāng)增加定子電壓U1和在開環(huán)系統(tǒng)上加電流負反饋，以便限制定子勵磁電流，（實際上，變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩負載加恒電流控制）。問題3-11：什么是變轉(zhuǎn)差率調(diào)速? 在轉(zhuǎn)差率s很小的范圍內(nèi)，只要能夠維持氣隙磁通m不變異步電機的轉(zhuǎn)矩就近似與轉(zhuǎn)差角頻率s成正比，即在異步電機中，控制轉(zhuǎn)差率就代表了控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。問題3-19：交流異步電動機變頻調(diào)速控制策略的研究（電氣傳動自動化）2003，25（5）P2225 常規(guī)控制策略：恒壓頻比控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制 現(xiàn)

21、有控制策略：轉(zhuǎn)子參數(shù)推算法、自適應(yīng)控制、魯棒控制非線性控制（非線性反饋控制、逆控制）智能控制（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)于內(nèi)模復(fù)合控制、模糊于模型參考自適應(yīng)復(fù)合控制、模糊于變結(jié)構(gòu)復(fù)合控制、滑模/模糊/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合控制） 熱門課題及關(guān)鍵技術(shù)非線性自適應(yīng)控制智能控制器算法的實用化、雙優(yōu)控制、在線診斷和容錯控制）四、交流異步電動機矢量變換控制問題4-1： 在實際系統(tǒng)中，怎樣保證E2/f1=K ？E2轉(zhuǎn)子磁鏈在每相定子中的感應(yīng)電動勢，（忽略轉(zhuǎn)子電阻損耗）轉(zhuǎn)子磁鏈恒值，機械特性線性，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能好，最難實現(xiàn)。是矢量控制追求的目標(biāo).問題4-2： 什么是矢量控制系統(tǒng)VCS或TCS矢量變換控制系統(tǒng)？請畫出矢量控制系統(tǒng)的

22、構(gòu)思框圖，并簡述其工作原理。將異步電動機經(jīng)過坐標(biāo)變換可以等效成直流電動機，那么，模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過坐標(biāo)反變換，就能夠控制異步電動機。由于進行坐標(biāo)變換的是電流（代表磁動勢）的空間矢量，所以這樣通過坐標(biāo)變換的控制系統(tǒng)就叫做矢量控制系統(tǒng)VCS（Vector Control System）矢量變換控制系統(tǒng)TCS(Trans-vector Control System)。控制器VR-12/3電流控制變頻器3/2VR等效直流電機模型+i*m1i*t1j w1i*a1i*b1i*Ai*Bi*CiAiBiCia1i1im1it1反饋信號異步電動機給定信號j 問題4-3：三相

23、異步電動機的數(shù)學(xué)模型包括： 電壓方程、 磁鏈方程、 轉(zhuǎn)矩方程和 運動方程。問題4-4：將三相交流電機變換成兩極直流電機的物理模型要經(jīng)過的坐標(biāo)變換有哪些？先將靜止的三相坐標(biāo)A-B-C轉(zhuǎn)換成靜止的兩相坐標(biāo)-，再將靜止的兩相坐標(biāo)-換成旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)d-q或極坐標(biāo)(M-T)。問題4-5：三相異步電動機動態(tài)數(shù)學(xué)模型是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統(tǒng)，問題4-7： 坐標(biāo)變換有哪些？坐標(biāo)變換原則有哪兩種？它們各用于什么場合？坐標(biāo)變換有： 靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C）旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q-0）， P246 cos sin C3S/2R= cos(-120) sin(-120) Cos(+120) sin

24、(+120) 旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q）靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C），C2R /3S= C3S/2R-1 靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C）靜止的兩相坐標(biāo)（-0），零軸電流 1 - -C3S/2s= 0 - K K K 靜止的兩相坐標(biāo)（-0）靜止的三相坐標(biāo)（A-B-C），C2s /3S= C3S/2s-1 靜止的兩相坐標(biāo)（-）旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q）， C2s /2R= cos sin -sin cos 旋轉(zhuǎn)的兩相坐標(biāo)（d-q）靜止的兩相坐標(biāo)（-）C2s /2R= C2R/2s-1 直角坐標(biāo)與極坐標(biāo) I= =artg() 或 I= =artg() 因為在090變化時， tg的變化范圍是0，這個變化范圍

25、太大，常改用下式求值：=2artg()坐標(biāo)變換原則有功率不變原則和空間矢量不變原則兩種。功率不變原則是保持坐標(biāo)變換前后的電動機功率不變，在電力拖動系統(tǒng)中應(yīng)用較多。空間矢量不變原則是保持坐標(biāo)變換前后的電流、電壓、電動勢等空間矢量的相位、幅值不變。問題4-8：磁鏈直接檢測的方法有哪些？各有何缺點？磁鏈直接檢測的方法有檢測線圈法和磁通傳感器法 檢測線圈法是在定子中安放寬度等于全極距的檢測線圈，可產(chǎn)生正比于磁通變化的信號，通過積分求得主磁通的測量值。這種方法由于積分有漂移，硬件上不易實現(xiàn)，故應(yīng)用不多。 磁通傳感器法是異步電動機的氣隙中設(shè)置兩個磁鏈傳感器，它們分別裝在與相繞組磁軸重合和垂直的位置，用來分

26、別檢測氣隙磁鏈在靜止坐標(biāo)系中的兩個分量m和m。由于這種檢測方法必須在電機內(nèi)置檢測器，使用不方便，且檢測的氣隙磁鏈含有大量諧波，容易造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。問題4-9：請寫出在二相靜止坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型。在二相靜止坐標(biāo)系上的轉(zhuǎn)子磁鏈觀測模型有電流模型觀測器和電壓模型觀測器： 電流模型觀測器：當(dāng)電機轉(zhuǎn)速小于額定轉(zhuǎn)速的10，定子繞組壓降不可忽略，異步電動機在靜止坐標(biāo)系（ab）中的電壓方程為：uas (Rs+Lsp 0 Lmp 0 iasubs = 0 Rs+Lsp 0 Lmp ibs 0 Lmp wLm Rr+Lrp wLr iar0 -wLm Lmp -wLr Rr+Lrp ibr可得： 0p（L

27、m iasLr iar）w（Lm ibsLr ibr）Rr iar 0p（Lm ibsLr ibr）w（Lm iasLr iar）Rr ibr 轉(zhuǎn)子磁鏈可表示為：yarLm iasLr iar ybr= Lm ibsLr ibr由上述3式解出iar、ibr并化簡得： yar（Lm iaswTr ybr ），ybr= （Lm ibswTr yar）式中：Tr轉(zhuǎn)子繞組的電磁時間常數(shù)，uas定子a繞阻電壓，ubs定子b繞阻電壓，ias定子a繞阻電流，ibs定子b繞阻電流，yar與轉(zhuǎn)子a繞阻匝鏈的磁鏈，ybr與轉(zhuǎn)子b繞阻匝鏈的磁鏈。 電壓模型觀測器：當(dāng)電機轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的10以上，忽略定子繞組壓降，定

28、子回路的電壓平衡方程式為：us=pys=Ls pis+Lm pir轉(zhuǎn)子磁鏈可以用電感和電流表示，yr=Lm is+Lr ir其中：p微分算子us定子電壓，is定子電流，ys定子磁鏈，yr轉(zhuǎn)子磁鏈，Rs定子繞阻電阻，Rr轉(zhuǎn)子繞阻電阻，Ls定子繞阻全電感，Lr轉(zhuǎn)子繞阻全電感，Lm定、轉(zhuǎn)子繞阻之間的互感。從上述兩式中消去ir，得：yr=us-· dt，令：Ks，Kr=，yr在靜止坐標(biāo)系中的分量為： yar=Ksuas-Krdt ，ybr=Ksubs-Krdt。問題4-12：磁鏈定向方法有哪些？采用M-T坐標(biāo)系是按什么磁鏈定向？磁鏈定向方法有三種： 按轉(zhuǎn)子磁鏈r（2）定向：控制性能最好，但轉(zhuǎn)

29、子磁鏈不易測量和控制； 按氣隙磁鏈m定向：氣隙磁鏈較易測量和控制，但控制性能不好； 按定子磁鏈s（1）定向：定子磁鏈最容易測量和控制，但控制性能不好；五、 交流異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制名詞解釋： DTC DSC SPWM 原型電動機DTC(Direct Torque Control)或DSC（Direct Self Control）：直接轉(zhuǎn)矩控制，通過改變電機磁場對轉(zhuǎn)子的瞬時轉(zhuǎn)差速率，以直接控制異步機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩增加率，獲得電機的快速響應(yīng)。SPWM：正弦波脈寬調(diào)制，將正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積用一個與此面積相等的等高矩形脈沖來替代。三角波載波信號Ut與一組三相對稱的正

30、弦參考電壓信號Ura、Urb、Urc比較后，產(chǎn)生的SPWM脈沖序列波Uda 、Udb、Udc作為逆變器功率開關(guān)器件的驅(qū)動控制信號。逆變器輸出電壓的基波正是調(diào)制時所要求的正弦波，調(diào)節(jié)正弦波參考信號的幅值和頻率就可以調(diào)節(jié)SPWM逆變器輸出電壓的幅值和頻率。原型電動機：（兩相電動機），它具有兩個集中繞組，即d軸繞組（直軸繞組）和q軸繞組（交軸繞組），兩個繞組互相垂直，可以對轉(zhuǎn)矩和磁通進行獨立控制其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與直流電動機一樣，有樞和換向器等。問題5-1：簡述直接轉(zhuǎn)矩控制的工作原理，并比較它與矢量控制的異同點。+ 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)利用空間矢量的分析方法，直接在定子坐標(biāo)下計算和控制交流電動機的轉(zhuǎn)矩，它采用定

31、子磁場定向，借助于離散的兩點式調(diào)節(jié)（Band- Band控制）產(chǎn)生PWM信號，直接對逆變器的開關(guān)狀態(tài)進行最佳控制，以獲得轉(zhuǎn)矩的高動態(tài)性能。它省掉了復(fù)雜的矢量變換與電動機的數(shù)學(xué)模型的簡化處理，沒有通常的PWM信號發(fā)生器，它的控制思想新穎，控制結(jié)構(gòu)簡單，控制手段直接，信號處理的物理結(jié)構(gòu)明確。該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速，限制在一拍以內(nèi)。且無超調(diào)，是一種具有高性能的交流調(diào)速方法。 直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的相同點是：兩者都要對轉(zhuǎn)矩和磁鏈進行控制。 直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制的相同異點如下：直接轉(zhuǎn)矩控制只利用定子側(cè)參數(shù)，而矢量變換控制是利用轉(zhuǎn)子側(cè)參數(shù)，這些參數(shù)容易受轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化的影響；直接轉(zhuǎn)矩控制在靜止的坐標(biāo)系

32、中進行，控制運算比矢量變換控制簡單；直接轉(zhuǎn)矩控制對轉(zhuǎn)矩進行閉環(huán)控制，準確性高，動態(tài)性好，而矢量控制則過分要求圓磁磁鏈和正弦波電流；直接轉(zhuǎn)矩控制和直接磁鏈控制采用滯環(huán)，參數(shù)選擇適當(dāng)可彌補由直接轉(zhuǎn)矩控制引起的速度下降。直接轉(zhuǎn)矩控制利用相電壓矢量的概念，對逆變器的功率開關(guān)進行綜合控制，開關(guān)次數(shù)少，開關(guān)損耗少。問題5-2：請畫出異步電動機的空間矢量等效電路圖，并推出穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩的計算公式。在正交定子坐標(biāo)系（-坐標(biāo)系）上描述異步電機的等效電路圖，us 定子電壓空間矢量，is 定子電流空間矢量ir 轉(zhuǎn)子電流空間矢量，電角速度（機械角速度對極對數(shù)的積）iuisRrLmusuLRsirjwrs 定子磁鏈空間矢量，

33、r 轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量異步電動機在定子坐標(biāo)系下的電壓方程：us = Rs is+0= Rr ir -+ jr 定子磁鏈s=L iu，轉(zhuǎn)子磁鏈r =s- Liu定子旋轉(zhuǎn)磁場提供的功率P=sTd=( isa+ isB) 圖5-1 異步電動機的空間矢量等效電路圖其中：s定子頻率（定子旋轉(zhuǎn)磁場頻率）=-ssB =ssa 得轉(zhuǎn)矩 Td=(sa isB sB isa) 由is =iu+ir可得 轉(zhuǎn)矩Td= (sBra s arB)= srsin 轉(zhuǎn)矩為定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈的交叉乘積， 磁通角（定子磁鏈與轉(zhuǎn)子磁鏈之間夾角）在實際運行中，保持定子磁鏈的幅值為額定值，以便充分利用電動機；而轉(zhuǎn)子磁鏈幅值由負載決定。通

34、過改變磁通角可實現(xiàn)異步電動機轉(zhuǎn)矩的改變，通過改變轉(zhuǎn)子電流可改變轉(zhuǎn)子磁鏈，定子磁鏈可以以定子電壓的積分來改變。問題5-3：請畫出電壓型逆變器8個電壓狀態(tài)形成的電壓空間矢量圖，并說明定子磁鏈的運動軌跡。-Ud0EE+-SaSaSbSbScSa電壓型逆變器，為三組六個開關(guān)同一橋臂的兩個開關(guān)互為反向：一個接通“1”，另一個斷開“0”。 逆變器8個電壓狀態(tài)：V1（100）， V2（110），V3（010），V4（011），V5（001），V6（101）構(gòu)成正六邊形的頂點，V7（111），V0（000）位于正六邊形的中心。 圖5-2 電壓型逆變器由相電壓波形圖可直接得到逆變器的各開關(guān)狀態(tài)，兩者的開關(guān)狀態(tài)順

35、序一致6個狀態(tài)一個周期（狀態(tài)1狀態(tài)6），CBA aV6V5V4V3V2V1相電壓波形幅值兩個：±2Ud/3和±4Ud/3 忽略定子電阻和漏感的影響，定子回路的電壓平衡方程式為：uS=eS=ds/dts= us*t+s0， s0-定子磁鏈的初始值。 從電壓型逆變器8個電壓狀態(tài)形成的電壓空間矢量圖可見：定子磁鏈矢量s的增長方向，即s矢頭的運動方向決定于電壓矢量uS的方向；定子磁鏈空間矢量頂點的運動方向和軌跡對應(yīng)于相應(yīng)的電壓空間矢量的作用方向。只要定子電阻壓降比起定子電壓足夠小， 圖5-3 8個電壓狀態(tài)的空間矢量圖這種平衡就能得到很好地近似），在適當(dāng)?shù)貢r候依次給出定子電壓空間矢量

36、，則得到的定子磁鏈的運動軌跡依次按V1V6運動，形成正六邊形磁鏈。正六邊形的六條邊代表磁鏈空間矢量一個周期的運動軌跡，稱區(qū)段（扇區(qū)）S1區(qū)段（扇區(qū)）S6s矢頭的運動速率與uS的幅值US成正比；若uS=0，則s停止運動(V0、V7)；若有效電壓矢量依照矢量圖V1V2V3V4V5V6的次序交替作用，且作用時間相等，則s矢頭的運動軌跡為一正六邊形。問題5-4：交流異步電動機采用直接轉(zhuǎn)矩控制，在正六邊形的定子磁鏈圖中怎樣實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制和恒功率控制。逆變器8個電壓狀態(tài)：V1，V2，V3，V4，V5，V6構(gòu)成正六邊形的頂點，V7，V0位于正六邊形的中心。若改變有效電壓矢量的交替作用時間，即改變s的旋轉(zhuǎn)速度

37、，由于有效電壓矢量的幅值不變，所以它們的作用時間改變后，正六邊形的面積將發(fā)生變化。作用時間變短，正六邊形的面積變小，面積= Viti，磁鏈幅值s也將變小。因此可以用這種方法控制異步電動機的弱磁調(diào)速。若在有效電壓矢量的作用期間以一定規(guī)律插入零矢量（V7，V0），s以最大旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，零矢量作用時s停止運動。由于零矢量的插入，s走走停停，所以旋轉(zhuǎn)速度變慢了。顯然，零矢量的作用時間越長，s的旋轉(zhuǎn)速度越慢。如果在插入零矢量后還保持每個有效電壓矢量的作用總時間不變，不難想象，正六邊形的面積將不變，即磁鏈矢量的幅值將不變。用這種方法可以控制異步電動機的恒磁通調(diào)速，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。問題5-6：請畫出異步電動機

38、直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)的組成框圖，并說明各模塊的功能和整個系統(tǒng)的工作原理。由圖可見，直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)由轉(zhuǎn)矩閉環(huán)和磁鏈閉環(huán)組成，既直接進行轉(zhuǎn)矩控制又直接進行磁鏈控制，只需用電流互感器和電壓互感器檢測定子電流和電子電壓，然后對轉(zhuǎn)矩和磁鏈進行觀測，公式如下：aS=（uaS-R1 ias）dt S=（uS-R1 is）dt Te=kTaS is-S ias轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATR和磁鏈調(diào)節(jié)器都使用滯環(huán)兩位調(diào)節(jié)，可以保持轉(zhuǎn)矩在給定誤差允許范圍內(nèi)波動，達到較好的轉(zhuǎn)矩控制性能。磁鏈自控制DMC的最簡單方案：由檢測出的定子磁鏈，經(jīng)坐標(biāo)變換單元UCT（2S/3S坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）得到磁鏈的分量a、b、c，通過三個施密特觸發(fā)器分別

39、把三個磁鏈分量與磁鏈給定值ug相比較，得到三個磁鏈開關(guān)信號Sa、Sb、Sc，三相磁鏈開關(guān)信號通過開關(guān)S換相，得到三相電壓開關(guān)信號：、，經(jīng)反相后變成正確的電壓狀態(tài)信號SUa、SUb、SUc，直接去控制逆變器UI，輸出相應(yīng)的電壓空間矢量，去控制產(chǎn)生期望的六邊形磁鏈。MU*s+T給定 T反饋 轉(zhuǎn)矩觀測器3S/2S坐標(biāo)轉(zhuǎn)換電流互感器磁通觀測器2S/3S坐標(biāo)轉(zhuǎn)換3S/2S坐標(biāo)轉(zhuǎn)換滯環(huán)調(diào)節(jié)器換相邏輯電壓互感器滯環(huán)調(diào)節(jié)器aSSiaSiSuSuaSuabubcuca=-uab-ubciaibABCSASBSCS0SASBSC整流器逆變器ic=-ia-ib圖5-5 異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩的大小通過改

40、變定子磁鏈運動軌跡的平均速度來控制（引入零矢量），采用兩點式調(diào)節(jié)：當(dāng)實際轉(zhuǎn)矩值和轉(zhuǎn)矩給定值的差值小于-m， 轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器ATR的輸出信號“TQ”變“1”，工作電壓空間矢量加到電機上，使定子磁鏈旋轉(zhuǎn)，磁通角加大，轉(zhuǎn)矩加大。當(dāng)實際轉(zhuǎn)矩值和轉(zhuǎn)矩給定值的差值大于+m，ATR的輸出信號“TQ”變“0”，零電壓加到電機上，定子磁鏈停止不動，磁通角減小，轉(zhuǎn)矩減小。通過轉(zhuǎn)矩直接自調(diào)節(jié)作用，使工作電壓空間矢量的工作狀態(tài)和零電壓工作狀態(tài)交替接通，控制定子磁鏈s走走停停，從而使轉(zhuǎn)矩動態(tài)平衡保持在給定值的±m（容差）的范圍內(nèi)，既控制了轉(zhuǎn)矩，又形成了PWM的調(diào)制過程。問題5-7：在異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)

41、中有磁鏈調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，磁鏈調(diào)節(jié)器通常采用怎樣的控制方式？轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器通常采用怎樣的控制方式？轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和磁鏈調(diào)節(jié)器都使用滯環(huán)兩位調(diào)節(jié)，可以保持轉(zhuǎn)矩在給定誤差允許范圍內(nèi)波動，達到較好的轉(zhuǎn)矩控制性能。完整的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器是由轉(zhuǎn)矩兩點式調(diào)節(jié)器和P/N調(diào)節(jié)器組成，在轉(zhuǎn)矩給定值變化較大時，P/N調(diào)節(jié)器參與調(diào)節(jié)，加快調(diào)節(jié)過程。問題5-10：根據(jù)工作特點的不同，可根據(jù)轉(zhuǎn)速分為：低速范圍、高速范圍和弱磁范圍。問題5-12：在弱磁范圍怎樣實現(xiàn)異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制？弱磁范圍內(nèi)進行的是恒功率調(diào)節(jié)，基速以上，全電壓工作，沒有零狀態(tài)電壓工作的時間，工作電壓在整個區(qū)段中作用，其特點是：轉(zhuǎn)速的提高，定子磁鏈空間矢量旋轉(zhuǎn)的

42、加快，靠的是磁鏈給定值的減小，即穩(wěn)態(tài)弱磁；轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)是靠六邊形磁鏈給定值的動態(tài)變化調(diào)節(jié)的方法。轉(zhuǎn)矩的脈動頻率就是六邊形磁鏈軌跡形成的六倍定子頻率。其解決方案如下：用電動機模型檢測、計算電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩；用磁鏈自控制環(huán)節(jié)來確定區(qū)段；六邊形磁鏈軌跡；用功率調(diào)節(jié)器實現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)；通過改變磁鏈給定值實現(xiàn)平均轉(zhuǎn)矩的動態(tài)調(diào)節(jié)；每個區(qū)段用一個工作電壓狀態(tài)。改變有效電壓矢量的交替作用時間，即改變s的旋轉(zhuǎn)速度，由于有效電壓矢量的幅值不變，所以它們的作用時間改變后，正六邊形的面積將發(fā)生變化。作用時間變短，正六邊形的面積變小，面積= Viti，磁鏈幅值s也將變小。因此可以用這種方法控制異步電動機的弱磁調(diào)速。六、

43、PWM和SPWM問題6-1：通過調(diào)節(jié)SPWM逆變器控制電路中晶閘管的觸發(fā)脈沖頻率和相位，就可以調(diào)節(jié)SPWM逆變器輸出交流電壓的幅值和頻率。問題6-2：什么是SPWM，它有何特點？請簡述其工作原理。將正弦半波N等分，把每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積用一個與此面積相等的等高矩形脈沖來替代。這樣，有N個等幅不等寬的矩形脈沖所組成的波形就與正弦的半周等效。正弦的負半周也可用同樣方法來等效。一組三相對稱的正弦參考電壓信號Urc、Urb、Ura，其頻率決定逆變器輸出的基波頻率。三角波載波信號Ut與每相的參考電壓比較后，給出“正”或“零”的飽和輸出。產(chǎn)生的SPWM脈沖序列波Uda 、Udb、Udc作為

44、逆變器功率開關(guān)器件的驅(qū)動控制信號。逆變器輸出電壓的基波正是調(diào)制時所要求的正弦波，這種SPWM逆變器能有效地抑制2N-1次以下的低次諧波，但存在高次諧波電壓。調(diào)節(jié)正弦波參考信號的幅值和頻率就可以調(diào)節(jié)SPWM逆變器輸出電壓的幅值和頻率。問題6-3：什么是SPWM的同步調(diào)制和異步調(diào)制？各有何特點？ 同步調(diào)制：N=常數(shù)，正弦波頻率與三角波頻率同步變化，逆變器輸出電壓，半波內(nèi)得矩形脈沖數(shù)固定不變。如果N=3K，則可保證逆變器輸出波形的正、負半波對稱，三相輸出具有1200對稱關(guān)系。但低頻工作時，相鄰脈沖間距增大，使電機產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動和較強的噪聲。 異步調(diào)制：N常數(shù)，逆變器的整個變頻范圍內(nèi)，載波比N常數(shù)

45、，提高低頻時的載波比。在改變參考信號頻率時保持三角波頻率不變，逆變器輸出電壓半波內(nèi)得矩形脈沖數(shù)可隨輸出頻率降低而增加，相應(yīng)的減少負載電機的轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲，改善低頻工作的特性。但很難保證三相輸出的對稱關(guān)系，引起電動機工作不平穩(wěn)。 分段同步調(diào)制：綜合利用兩者的特長，在一定頻率范圍內(nèi)，采用同步調(diào)制，保持三相輸出的對稱；低頻時，使載波比分段有級的增加。問題6-4：SPWM波形有那幾種常用的方法？試對其中一種進行具體說明。SPWM波形的常用方法有：自然采樣法、規(guī)則采樣法、指定諧波消去法 自然采樣法：按照正弦波與三角波的交點進行脈沖寬度與間隙時間的采樣，從而生成SPWM波。自然采樣法雖然能真實反映脈沖產(chǎn)生

46、與結(jié)束時刻，卻難以用于實時控制中。一般可以將事先計算出自然采樣法的數(shù)據(jù)放入計算機內(nèi)存中，控制時利用查表法進行查詢。當(dāng)調(diào)速系統(tǒng)頻率變化范圍較大、頻率段數(shù)很多時，將占用大量內(nèi)存空間。自然采樣法用于有限調(diào)速范圍的場合。 規(guī)則采樣法：設(shè)法使SPWM波形的每一個脈沖都與三角載波的中心線相對，從而簡化計算。查表法：（開環(huán)系統(tǒng)）一般可以事先離線在通用計算機上算出規(guī)則采樣法相應(yīng)的脈寬后寫入EPROM，然后由調(diào)速系統(tǒng)的微型機通過查表和加減運算求出各相脈沖的時間和間隙時間。實時計算法：（閉環(huán)系統(tǒng)）在內(nèi)存中存貯正弦函數(shù)和TC/2值，控制時先取出正弦值與調(diào)速系統(tǒng)所需的調(diào)制度M作乘法運算，再根據(jù)給定的載波頻率取出對應(yīng)的

47、TC/2值，與Msinw1te作乘法運算，然后運用加、減、移位即可求出脈寬時間t2和間隙時間t1、t3。 指定諧波消去法：從消除某些指定次數(shù)的諧波出發(fā)，通過計算來確定各個脈沖的開關(guān)時刻，從而生成SPWM波。一般用離線迭代計算事先求出不同輸出頻率下各開關(guān)角的數(shù)值解，放入微機內(nèi)存，以備控制時取用。具體工作過程說明見陳伯時主編.電力拖動自動控制系統(tǒng)。問題6-5：SPWM的三種調(diào)制方式為：同步調(diào)制、異步調(diào)制和分段同步調(diào)制。問題6-6：SPWM逆變器是利用正弦波信號與三角波信號相比較后，而獲得一系列（A）的脈沖波形。A、等幅不等寬； B、等寬不等幅；C、等幅等寬； D、不等寬不等幅；在一般的交直交變頻器

48、供電的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，為了獲得變頻調(diào)速所要求的電壓頻率協(xié)調(diào)控制，整流器必須是可控的，調(diào)速時須同時控制整流器UR和逆變器UI，這樣就帶來了一系列的問題。主要是：（1）、主電路有兩個可控的功率環(huán)節(jié)，相對來說比較復(fù)雜；（2）、由于中間直流環(huán)節(jié)有濾波電容或電抗器等大慣性元件存在，使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)緩慢；（3）、由于整流器是可控的，使供電電源的功率因數(shù)歲變頻裝置輸出頻率的降低而變差，并產(chǎn)生高次諧波電流；（4）、逆變器輸出為六拍階梯波交變電壓（電流），在拖動電動機中形成較多的各次諧波，從而產(chǎn)生較大的脈動轉(zhuǎn)矩，影響電機的穩(wěn)定工作，低速時尤為嚴重。因此，由第一代電力電子器件所組成的變頻裝置已不能令人滿意地適

49、應(yīng)近代交流調(diào)速系統(tǒng)對變頻電源的需要。隨著第二代電力電子器件的出現(xiàn)以及微電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了解決這個問題的良好條件。1964年，德國的A.Schonung等率先提出了脈寬調(diào)制變頻的思想，他們把通訊系統(tǒng)中的調(diào)制技術(shù)推廣引用于交流變頻。用這種技術(shù)構(gòu)成的PWM變頻器基本上解決了常規(guī)六拍階梯波變頻器中存在的問題，為近代交流調(diào)速系統(tǒng)開辟了新的發(fā)展領(lǐng)域。下圖表示了SPWM變頻器的原理圖。 圖6-1 SPWM交直交變壓變頻器的原理框圖 圖6-2 SPWM變壓變頻器主電路的原理圖上圖是SPWM交直交變壓變頻器的原理框圖，它仍是一個交直交變壓變頻裝置，但它的整流器UR是不可控的，它的輸出電壓經(jīng)電容濾波（可附加小

50、電感限流）后形成恒定幅值的直流電壓，加在逆變器UI上，逆變器的功率開關(guān)器件采用全控式器件），按一定規(guī)律控制器導(dǎo)通或斷開，使輸出端獲得一系列寬度不等的矩形脈沖電壓波形。在這里，通過改變脈沖的不同寬度可以控制逆變器輸出交流基波電壓的幅值，通過改變調(diào)制周期可以控制器輸出頻率，從而同時實現(xiàn)變壓和變頻。SPWM變壓變頻器的主要特點如下：（1）主電路只有一組可控的功率環(huán)節(jié)，簡化了結(jié)構(gòu)。（2）采用了不可控整流器，使電網(wǎng)功率因數(shù)接近于1，且與輸出電壓大小無關(guān)。（3）逆變器同時實現(xiàn)調(diào)頻與調(diào)壓，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)不受中間直流環(huán)節(jié)濾波器參數(shù)的影響。（4）可獲得比常規(guī)六拍階梯波更接近正弦波的輸出電壓波形，因而轉(zhuǎn)矩脈動小，

51、大大擴展了傳動系統(tǒng)的調(diào)速范圍，提高了系統(tǒng)的性能。問題6-8：怎樣產(chǎn)生SPWM波？脈寬調(diào)制變壓變頻器的控制方法原始的SPWM是由模擬控制來實現(xiàn)的。圖6-4 是SPWM變壓變頻器的模擬控制電路原理框圖。三相對稱的參考電壓調(diào)制信號ura 、urb 、urc 由參考信號發(fā)生器提供，器頻率和幅值都是可調(diào)的。三角載波信號ut由三角波發(fā)生器提供，各相共用。它分別是每相調(diào)制信號在比較器上進行比較，給出“正”或“零”的飽和輸出，產(chǎn)生SPWM脈沖序列波uda 、udb 、udc ，作為變壓變頻器功率開關(guān)器件的驅(qū)動信號。 圖6-3 SPWM變壓變頻器的模擬控制電路圖 圖6-4 SPWM變壓變頻器的Simulink模

52、塊圖雖然此模擬控制電路很少應(yīng)用，但因為用MATLAB很容易仿真，且可以對輸出的SPWM波形的頻率和幅值都是可調(diào)的。所以才采用Simulink中的模塊做SPWM變壓變頻發(fā)生器和示波器。圖6-4中，將三相正弦波作為基準的調(diào)制波（Modulation Wave），而三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波信號作為載波（Carrier Wave）。當(dāng)調(diào)制波與載波相交時，由它們的交點確定逆變器開關(guān)器件的通斷時刻。具體的做法是，當(dāng)A相的調(diào)制波電壓URA高出載波電壓Ut 時，使相應(yīng)的開關(guān)器件VT1導(dǎo)通，輸出正的脈沖電壓；當(dāng)URA的負半周中，可用類似的方法控制下橋臂的VT4 ，輸出負的脈沖電壓序列，改變調(diào)制波的頻率時，輸出電

53、壓基波的頻率也隨之改變；降低調(diào)制波的幅值時，如URA ，各段脈沖的寬度都將變窄，從而使輸出電壓基波的幅值也相應(yīng)減小。上述的單極式SPWM波形在半周內(nèi)的脈沖電壓只在“正”（或“負”）和“零” 之間變化，主電路每項只有一個開關(guān)器件反復(fù)通斷。如果讓同一橋臂上、下兩個開關(guān)器件交替地導(dǎo)通與關(guān)斷，則輸出脈沖在“正”和“負”之間變化，就得到雙極式的SPWM波形。圖6-5 雙極式SPWM波形問題6-9：什么是SPWM的數(shù)學(xué)控制方法？數(shù)學(xué)控制是SPWM目前常用的控制方法?？梢圆捎梦C存儲預(yù)先計算好的SPWM數(shù)據(jù)表格，控制是根據(jù)指令調(diào)出；或者通過軟件實時生成SPWM波形。而“面積等效算法”則是其中最簡單的一種方法。它的基本原理是按面積相等的原則構(gòu)成與正弦波等效的一系列等幅不等寬的矩形脈沖波形。如圖3-7繪出了單極式的SPWM波形，它是由逆變器上橋臂中一個功率開關(guān)器件反復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷形成的。其等效正弦波為Umsin1t，而SPWM脈沖序列波的幅值為Us2，各脈沖不等寬，但中心間距相同，都等于/n，n為正弦波半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)。令第i個矩形脈沖的寬度為i ，其中心點相位角為 （6-1）這就是說，第i個脈沖的寬度與該處正弦波值近似成正比.因此，與