伺服系统总结.docx
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伺服系统总结
伺服系统-总结
1、电力电子器件:
可直接用于处理电能的主电路中实现电能的变换或控制的电子器件。
2、晶闸管-门极G、阳极A、阴极K
晶闸管导通的条件是:
1)要有适当的正向阳极电压;
2)还要有适当的正向门极电压,且晶闸管一旦导通,门极将失去作用
晶闸管的关断条件:
使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值(称为维持电流)以下。
3、IGBT-栅极G、集电极C、发射极E
IGBT的驱动原理是一种场控器件。
其开通和关断是由栅极和发射极间的电压UGE决定的。
当UGE为正且大于开启电压UGE(th)时,IGBT导通。
当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时,IGBT关断。
4、电压驱动型器件
√单极型器件和复合型器件。
(电力MOSFET、IGBT)
√共同特点是:
输入阻抗高,所需驱动功率小,驱动电路简单,工作频率高。
5、电流驱动型器件
√双极型器件-晶闸管、GTO、GTR。
√共同特点是:
通态压降低,导通损耗小,但工作频率较低,所需驱动功率大,驱动电路也比较复杂。
6、比较
输入阻抗
导通损耗
驱动电路
驱动功率
工作频率
通态压降
电压驱动型
高
较大
简单
小
高
较高
电流驱动型
低
小
比较复杂
大
较低
低
1、相控整流的基本概念
触发延迟角α:
从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度,也称触发角或控制角。
导通角θ:
晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度。
相控方式:
通过控制触发脉冲的相位来控制直流输出电压大小的方式。
移相范围:
α的变化范围(180︒)。
2、单相半波可控整流电路
3、单相桥式全控整流电路如图所示,画出在
电阻负载下的电压Ud、电流id和VT1电压的波形。
[答]
4、单相桥式全控整流电路如图所示,画出在阻感负载下,副边电压u2,负载电压Ud、和负载电流id的波形。
5、什么是逆变、有源逆变、无源逆变?
逆变:
把直流电转变成交流电的过程。
当交流侧和电网连结时,为有源逆变电路。
当交流侧不与电网联接,而直接接到负载,称为无源逆变。
6、产生有源逆变的条件
(1)要有直流电动势,其极性须和晶闸管的导通方向一致,其值应大于变流器直流侧的平均电压。
(2)要求晶闸管的控制角α>π/2,
电压V
注意转动惯量J和飞轮转矩的关系
角速度和转速的关系
375具有加速度量纲m.r/min=m/(min.s)
4、转速负反馈闭环直流调速系统的稳态结构图如图,推导出该闭环调速系统的机械静特性表达式。
5、有一V-M调速系统,电动机参数为:
PN=2.5kW,额定电压UN=220V,额定电流IN=10A,额定转速nN=000r/min,电枢内阻Ra=2Ω,整流装置的放大倍数Ks=40,内阻Rc=1Ω,
1.计算电机的电动势系数Ce;
2.在额定负载下的转速降落Δn;
3.当电机在负载IdL=10A下以n=200r/min的转速稳定运行时,整流装置输出电压Ud;
4.如果该系统的转速调节器限幅值为5V,计算当电机堵转时的电枢电流Id。
5.如果要求D=10,计算开环系统所能达到的静差率S;
(1)电机的电动势系数Ce
Ce=(UN-IN*Ra)/nN=(220-10*2)/1000=0.2V.min/r
(2)当电流连续时,在额定负载下的转速降落Δn=IN*R/Ce=10*(2+1)/0.2=150r/min。
(3)当电机在负载IdL=10A下以n=200r/min的转速稳定运行时,整流装置输出电压Ud
Ud=Id*(Ra+Rc)+Ce*n=10*3+.2*200=70V。
(4)堵转电流Id=200/(2+1)=66.7A
(5)如果系统的稳态性能指标为调速范围D=10。
S=150/(100+150)=0.60=60%
6、在转速负反馈系统闭环系统中,当下列参数发生变化时系统是否有调节作用,为什么?
反馈系统对包含在反馈环内的前向通道上的扰动有抑制作用,而对反馈通道上及反馈环外的扰动没有抑制作用。
因而,对电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻有调节能力,对测速发电机励磁、给定电源精度的变化无调节能力。
7、V-M系统的主要缺点
由于晶闸管的单向导电性,它不允许电流反向,给系统的可逆运行造成困难。
晶闸管对过电压、过电流和过高的dV/dt与di/dt都十分敏感,若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。
由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变,殃及附近的用电设备,造成“电力公害”。
8、说明电路的组成
给定电路、校正装置、触发电路、相控功率放大器、电动机、速度检测(测速电机)、转速变换馈送环节(可变电阻)、电流检测(互感器),电流变换馈送环节。
9.对于VM电动机系统,如果电枢电流断续会出现什么问题?
可以使用哪些措施避免电枢电流断续。
对于VM系统,由于晶闸管整流电路输出的是脉动的直流,当负载轻时,会出现电枢电流断续现象。
当电枢电流断续时,电机的机械特性变软,稳速能力下降。
避免电枢电流断续的方法有:
a、设置平波电抗器;
b、增加整流电路相数;
c、采用多重化技术。
10、PWM变换器-电动机系统电路如下图所示,说明其工作原理,并画出电机正转时栅极电压Ug1、电枢电压Ud、反电动势E和电枢电流id的波形。
一般电动状态:
电枢电压平均值大于反电动势,即Ud>E,id>0。
在0≤t 在ton≤t VT1和VD2交替导通,VT2和VD1始终关断。 制动状态: 电枢电压平均值小于反电动势,即Ud 在0≤t≤ton期间,Ug1为正,Ug2为负,VT2关断,-id沿回路4经VD1续流,向电源回馈制动。 在ton≤t≤T期间,Ug1为负,Ug2为正,VT2导通,反向电流-id沿回路3流通,产生能耗制动作用。 11、转速负反馈系统中电流截止环节的作用 答: 限流保护,解决系统在启动和堵转时电流过大的问题。 12、如果把调速系统反馈电压的极性接成给定电压极性相同,将产生什么后果? 答: 将使系统变成正反馈系统,系统不稳定。 可能对系统造成破坏。 1、说明该系统都包含哪些组成部分,并说明各个部分的功能。 给定电路、校正装置、触发电路、相控整流装置(功率放大器)、电动机、 速度检测装置(测速电机)、变换馈送环节(可变电阻)、 电流检测装置(互感器),变换馈送环节。 电流调节器,转速调节器,限幅电路 2、推导上图中ASR调节器的传递函数。 3、已知R0=50KΩ,Rn=80KΩ,Cn=2μF,计算图中ASR的传递函数。 4、简述该系统中转速调节器的作用 1)转速调节器是调速系统的主导调节器,它使转速n很快地跟随给定电压变化,稳态时可减小转速误差,如果采用PI调节器,则可实现无静差。 2)对负载变化起抗扰作用。 3)其输出限幅值决定电机允许的最大电流。 5、简述该系统中电流调节器的作用 1)作为内环的调节器,在外环转速的调节过程中,它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压(即外环调节器的输出量)变化。 2)对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 3)在转速动态过程中,保证获得电机允许的最大电流,从而加快动态过程。 6、转速、电流双闭环调速系统如下图所示,两个调节器ASR、ACR均采用PI调节器,UPE为电力电子变换器。 假设反馈系数α、β,额定转速n0,负载电流IdL,电枢回路电阻R,UPE放大系数KS均为已知数。 在系统稳态运行时,两个调节器ASR、ACR的输入偏差电压ΔUn、ΔUi和输出电压U*i、Uc分别是多少? 答: ΔUn=0,ΔUi=0,U*i=beta*Id,Uc=(Ce*n-Idl*R)/Ks 7、双极式可逆PWM变换器的如图所示。 简述其工作原理并画出负载较重电机正转时电枢电压Ud、电枢电流id和反电动势E的波形。 计算平均电压及占空比;说明该电路如何控制电动机的转速和转向? 当电机处在重载状态正向运行时,电流方向为从A到B,在一个开关周期内, 当 时,Ug1和Ug4为正,晶体管VT1和VT4饱和导通;而Ug2和Ug3为负,VT2和VT3截止,电流经VT1和流过VT4电动机,+Us加在电枢AB两端,UAB=Us。 当 时,Ug1和Ug4为负,VT1和VT4截止;Ug2和Ug3变正,但因为电枢电流Id从A流向B,与VT2和VT3所允许的电流方向相反,VT2和VT3不能导通,只能经VD2和VD3续流,这时UAB=-Us。 UAB在一个周期内正负相间,这是双极式PWM变换器的特征。 当电机处在重载状态反向运行时,电流方向为从B到A,在一个开关周期内, 当 时,Ug2和Ug3为正,晶体管VT2和VT3饱和导通,晶体管VT1和VT4截止,电流经VT2和VT3流过电动机。 当 时,Ug2和Ug3为负,电流经VD1和VD4流过电动机。 当占空比等于0时,PWM变换器的输出平均电压最大,当驱动电压的占空比等于0.5时,输出平均电压等于零。 注意占空比 计算平均电压 及占空比 ; 如何控制电动机的转速和转向? 通过调节ton的大小,改变占空比,来改变电动机的转速和转向。 8、什么是泵升电压? 当可逆系统进入制动状态时,直流PWM功率变换器把机械能变为电能回馈到直流侧,由于二极管整流器导电的单向性,电能不可能通过整流器送回交流电网,只能向滤波电容充电,使电容两端电压升高,称作泵升电压。 9、双极式控制的桥式可逆PWM变换器有哪些优点? 1)电流一定连续; 2)可使电动机在四象限运行; 3)电动机停止时有微振电流,能消除静磨擦死区; 4)低速平稳性好,系统的调速范围大; 5)低速时,每个开关器件的驱动脉冲仍较宽,有利于保证器件的可靠导通。 10、直流脉宽可逆调速系统中,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: 有。 当电动机停止不动时,电枢两端平均电压为0,但瞬时电压不为0。 11、双闭环调速系统起动主要分几个阶段? 简要说明每个阶段电流 和转速反馈信号 各有什么特点。 系统起动时主要分三个阶段: 第I阶段: 电流上升阶段,ASR很快饱和,电流接近 。 当 后,转速n开始上升,但由于电机惯性,电流上升速度远远高于转速上升速度。 第II阶段: 恒流升速 ASR饱和,转速环开环, 恒定 ,转速恒加速上升。 第III阶段: 转速调节阶段 转速 已达给定值 ,转速退饱和超调,电枢电流Id开始下降,当 时,转速 达到最大值,随后转速 回落,进入转速调整阶段。 12、已知某调速系统原理图如下图所示: 当移相控制电压 为正时,在原理图上标注 信号的极性和 的极性。 极性标注如图: , , , , , 数字控制系统 1、位置式数字PI调节器 2、采样周期选择的经验公式 1、调速系统和随动系统的区别。 被控量 主要性能指标 输入信号性质 反馈元件 典型应用 调速系统 速度 稳态抗扰 一般为已知 速度反馈 主轴控制 随动系统 位置 动态跟随 一般未知 位置反馈 舵机控制 2.简述位置随动系统的基本组成,并说明每个基本组成的作用。 位置检测: 检测负载运行位置,以便于给定比较,进行的处理。 信号处理: 处理比较后信号,摸拟系统用相敏整流,数字系统用微机。 驱动部分: 对控制输出进行放大,驱动后面执行机构,一般为可逆功放。 执行机构: 驱动负载,即电机。 减速器: 由于电机速度一般较快,减速以适应负载要求,同时增强电机带负载的能力。 3.写出常用位置传感器。 电位器、自整角机、旋转变压器、感应同步器、光电和磁性编码器
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