2020年整合自動控制系統(tǒng)習題題目和答案名師精品資料

1、習題解答（供參考） 習題二 2.2 系統(tǒng)的調(diào)速范圍是 1000100r min ，要求靜差率 s=2%，那么系統(tǒng) 允許的靜差轉(zhuǎn)速降是多少？ 解： nns D(1 s) 1000 0.02 (10 0.98) 2.04rpm 系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為 2.04rpm 2.3 某一調(diào)速系統(tǒng)， 在額定負載下， 最高轉(zhuǎn)速特性為 n0max 1500r min ， 最 低 轉(zhuǎn) 速 特 性 為 n0min 150r min ， 帶 額 定 負 載 時 的 速 度 降 落 nN 15r min ，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降 不變，試問系統(tǒng)能夠達到的 調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少？ 解： 1）調(diào)速范圍 D

2、nmax nmin （均指額定負載情況下） nmax n0 maxnN 1500 15 1485 nminn0minnN 150 15 135 D nmax nmin1485 135 11 2) 靜差率 s nN n0 15 150 10% 2.4 直流電動機為 PN=74kW,UN=220V ，I N=378A，nN=1430r/min， Ra=0.023。相控整流器內(nèi)阻 Rrec=0.022。采用降壓調(diào)速。當生 產(chǎn)機械要求 s=20%時，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果 s=30%時，則系統(tǒng) 的調(diào)速范圍又為多少？ 解： Ce (UN IN Ra) nN (220 378 0.023) 1430 0.

3、1478V rpm n IN R Ce 378 (0.023 0.022) 0.1478 115rpm DnNS(n1s) 1 4 3 00 . 2 1 1 5 ( 10 . 2 ) 3 . 1 DnNS(n1s) 1 4 3 00 . 3 1 1 5 ( 10 . 3 ) 5 . 3 3 2.5 某龍門刨床工作 臺采用 V-M 調(diào)速系統(tǒng)。已知直流 電動機 PN 60kW,UN 220V , I N 305A,nN 1000r min ，主電路總電阻 R=0.18 ,Ce=0.2V?min/r,求： (1) 當電流連續(xù)時，在額定負載下的轉(zhuǎn)速降落nN 為多少？ (2) 開環(huán)系統(tǒng)機械特性連續(xù)段在額

4、定轉(zhuǎn)速時的靜差率SN 多少？ (3) 若要滿足 D=20,s5%的要求，額定負載下的轉(zhuǎn)速降落 nN 又為 多少? 解：(1) nN IN R Ce 305 0.18 0.2 274.5r / min (2) SN nN n0 274.5 (1000 274.5) 21.5% (3) n nNS D(1 s) 1000 0.05 20 0.95 2.63r / min 2.6 有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，已知給定電壓 Uu* 8.8V 、比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù) KP 2 、晶閘管裝置放大系數(shù) KS 15、 反饋系數(shù) =0.7。求：(1)輸出電壓 U d ；( 2)若把反饋線斷開， Ud

5、 為 何值？開環(huán)時的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍？( 3)若把反饋系數(shù)減 至 =0.35，當保持同樣的輸出電壓時，給定電壓 U u* 應為多少？ 解：(1)Ud KpKsUu* (1 KpKs ) 2 15 8.8 (1 2 15 0.7) 12V (2) Ud 8.8 2 15 264V ,開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的 22 倍 (3) Uu* Ud(1 K pKs ) KpKs 12 (1 2 15 0.35) (2 15) 4.6V 2.7 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是 1500r/min150r/min ，要求系統(tǒng) 的靜差率 s 5% ，那么系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開環(huán)系統(tǒng)的 靜態(tài)速降是 10

6、0r/min ，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應有多大？ 解： 1) D nmax nmin 1500 150 10 n nNS D(1 s) 1500 0.05 10 (1 0.05) 7.89r /min 2) Knop / ncl 1 100 /7.89 1 11.7 2.8 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為 15 時，額定負載下電動機的 速降為 8 r/min ，如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到 30，它的速降為多少？ 在同樣靜差率要求下，調(diào)速范圍可以擴大多少倍？ 解：nop 1 K ncl 1 15 8 128 如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到 30, 則速降為： ncl nop / 1 K 128/ 1

7、30 4.13rpm 在同樣靜差率要求下， D 可以擴大 ncl1 / ncl2 1.937倍 2.9 有一 V-M 調(diào)速系統(tǒng)：電動機參數(shù) PN=2.2kW, UN=220V, IN=12.5A, nN=1500 r/min，電樞電阻 Ra=1.5，電樞回路電抗器電阻 RL=0.8 ， 整流裝置內(nèi)阻 Rrec=1.0,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) Ks=35。要求系統(tǒng) 滿足調(diào)速范圍 D=20，靜差率 S=10% 。 （1）計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降 nop 和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速 降 ncl 。 （2）采用轉(zhuǎn)速負反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié) 構(gòu)圖。 （3）調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當 Un

8、*=15V 時， I d=I N，n=nN ，則轉(zhuǎn)速負 反饋系數(shù) 應該是多少？ （4）計算放大器所需的放大倍數(shù)。 解：（1） Ce UN IN Ra /nN 220 12.5 1.5 /1500 201.25 /1500 0.134V min/r nop IN R /Ce 12.5 （1.5 0.8 1） / 0.134 307.836r /min 滿足調(diào)速范圍 D=20，靜差率 S35.955 相矛盾，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定 運行，K 最大為 30.52。 2.12 有一個晶閘 -電動機調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動機：PN 2.8kW ， UN 220V ， I N 15.6A，nN 150

9、0 r/min ， Ra =1.5 ，整流裝置內(nèi)阻 Rrec=1, 電樞回路電抗器電阻 RL =0.8 ， 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍 數(shù) Ks 35 。 (1) 系統(tǒng)開環(huán)工作時，試計算調(diào)速范圍 D 30時的靜差率 s 值。 (2) 當 D 30， s 10%時，計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。 (3) 如組成轉(zhuǎn)速負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)， 要求 D 30，s 10% ，在Un* 10V 時Id IN ，n nN ，計算轉(zhuǎn)速負反饋系數(shù) 和放大器放大系數(shù) Kp。 解：(1) Ce UN IN Ra /nN 220 15.6 1.5 /1500 0.1311V min/r nop I N R / Ce 15.6 3

10、.3/ 0.1311 392.68r / min nmin 1500/30 50 s nop / n0min 392.68 / 392.68 50 88.7% (2) ncl nNs/ D 1 s 1500 10% /(30*90% ) 5.56r /min * (3) U n 10 0.0067 n 1500 Knop / ncl 1 392.68/ 5.56 1 69.6 K p KC e / Ks 69.6 0.1311/ (35 0.0067) 38.9 2.13 旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù) 1024，倍頻系數(shù) 4，高頻時鐘脈沖頻率 f 0 1MHz ，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個數(shù)和高頻時鐘脈沖個數(shù)

11、均采用 16 位 計 數(shù) 器 ， M 法 測 速 時 間 為 0.01s， 求 轉(zhuǎn) 速 n 1500r / min 和 n 150r / min 時的測速分辨率和誤差率最大值。 解： （ 1）M 法： 分辨率 Q 60 601.465r / min ZTc 1024 4 0.01 最大誤差率： 60M1 n ZTc 1500 4 1024 0.01 n 1500r / min 時， M 1 nZTc 60 60 1024 n 150r / min 時， M1 nZTc 60 150 4 1024 0.01 60 102.4 11 1500r / min時， max% M1 100% 1024

12、100% 0.098% 11 150r / min時， max % 100% 100% 0.98% M 1 102.4 可見 M 法適合高速 2）T 法： 分辨率： n 1500r /min 時， Zn2 60 f0 Zn 1024 4 15002 60 1 106 1025 4 1500 171r / min n 150r / min 時， Zn2 60 f0 Zn 1024 4 1502 60 1 106 1024 4 150 1.55r / min 最大誤差率： n 6Z0Mf0 ，M2 60Znf0 ， ZM 2 2 Zn M2 60 106 當 n 1500r / min 時， 9.

13、77 1024 4 1500 當 n 150r / min 時， M 2 60 106 97.7 1024 4 150 n 1500r / min 時， max% 100% 1 9.77 1 100% 11.4% n 150r / min 時， max % 100% 97.7 1 100% 1% 可見 T 法適合低速 習題三 3.1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的 ASR和 ACR均為 PI 調(diào)節(jié)器，設系統(tǒng)最大給定 電壓U n*m =15V，U n*m Ui*m Ucm ， nN =1500r/min ， IN =20A，電流過載倍 數(shù)為 2，電樞回路總電阻 R=2，Ks =20， Ce =0.127Vmi

14、n/r ，求：（1） 當系統(tǒng)穩(wěn)定運行在 U n*=5V，I dL =10A時，系統(tǒng)的 n、Un、Ui*、Ui 和Uc各 為多少？（ 2）當電動機負載過大而堵轉(zhuǎn)時， Ui*和Uc 各為多少？ 解：（1） U *nm / nN 15V / 1500rpm 0.01V / rpm 當Un* 5V, 轉(zhuǎn)速 n Un5V 500rpm 0.01V / rpm Idm I N 2 20 40A U im 15V 0.375V / A I dm 40A Ui*I d 0.375*10 3.75V Ui UC 即 Ud0 Ks E IdLR Cen IdLR 0.127*500 10*2 4.175V K s

15、K s20 n 500rpm ,U n Un* 5V ,Ui* Ui 3.75V ,U c 4.175v 2）堵轉(zhuǎn)時， Ui*Idm 15V ， Uc Ud0 Ks Cen Id R IdmR 40*2 KsKs 20 4V 3.2 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器 ASR， ACR 均采 用 PI 調(diào)節(jié)器。已知參數(shù)：電動機： PN =3.7kW， U N =220V， I N =20A， nN =1000 r/min , 電樞回路總電阻 R =1.5 , 設U *nm Ui*m Ucm =8V，電 樞回路最大電流 Idm =40A,電力電子變換器的放大系數(shù) Ks =40。試求： 1）

16、電流反饋系數(shù) 和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 2）當電動機在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的 Ud0, Ui*,Ui,Uc 值。 解:1） Ui*m I dm 8V 40A 0.2V / A nm nN 8V 1000rpm 0.008V / rpm 2) Ud0 E Idl R Cen Idl R 40A *1.5 60V 這時： U*n 8V,Un 0 ，ASR 處于飽和，輸出最大電流給定值 Ui* 8V,Ui 8V, UC U d0 KS 60 40 1.5V 3.3 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器 ASR，ACR 均采用 PI 調(diào)節(jié)器。當 ASR 輸出達到 Ui*m =8V時，主電路電流達到最大電流 80A

17、。 當負載電流由 40A增加到 70A時，試問：（1）U i* 應如何變化？（ 2） Uc Ud0 Cen I dR Ks Ks 3.5 某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型 I 型系統(tǒng)。已知時間常數(shù) T=0.1s, Uc 應如何變化？（ 3）Uc 值由哪些條件決定？ 解: 1) Uim 8V 0.1V / A Idm 80A 因此當電流從 40A 70A 時， U i* 應從 4V 7V 變化。 2) UC 要有所增加。 3) UC 取 決 于 電 機 速 度 和 負 載 大 小 。 因 為 Ud0 E Idl RCen IdlR 要求階躍響應超調(diào)量 10 （1）系統(tǒng)的開環(huán)增益。 2）計算過渡過程時間

18、 ts 和上升時間 tr ； 3) 繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時間 tr 0.25s, 則K=?， =? 解：取 KT 0.69, 0.6, % 9.5% (1)系統(tǒng)開環(huán)增益： K 0.69 / T 0.69 / 0.1 6.9(1/ s) (2) 上升時間 tr 3.3T 0.33S 過度過程時間： ts 3 3) 6T 6 0.1 0.6 s 如要求 tr 2.4T 2.4*0.1 0.24s 這時 K 1 /T 1,0超調(diào)量 =16.3% 。 3.6 有一個系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為 Wobj(s) sK11 0.0110s 1，要求 設計一個無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量

19、 5(按線性 系統(tǒng)考慮)。試對系統(tǒng)進行動態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參 數(shù)。 解 ： 按 典 型 I 型 系 統(tǒng) 設 計 ， 選 KT 0.5, 0.707, 查表3-1，得 % 4.3% 。 W (s) 1 s 校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 W(s) 1 10 , 這樣， T0.01， K=10/ ，已選 KT 0.5, 則 K0.5/T=50, s (0.01s 1) 11 所以 10/ K 10 /50 0.2S ，積分調(diào)節(jié)器： W(s) 。 s 0.2s 3.7 有 一 個 閉 環(huán) 系 統(tǒng) ， 其 控 制 對 象 的 傳 遞 函 數(shù) 為 Wobj (s) K110 ，要求校正為典型型

20、系統(tǒng)， 在階躍輸入下系 s(Ts 1) s(0.02s 1) 統(tǒng)超調(diào)量 30(按線性系統(tǒng)考慮) 。試決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選 擇其參數(shù)。 解 ： 應 選 擇 PI 調(diào) 節(jié) 器 ， WPI (s) KPI( s 1) ,校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) W(s) KPI( s 1) K1 ，對照典型型系 s s s(Ts 1) 統(tǒng)， K KPIK1 / ,hT ,選h8， 查表3-4， %=27.2%，滿足設計要求。 這 樣 hT 8*0.02 0.16s ， h 1 8 1 K 2 22 2 175.78, KPI K / K1 175.78*0.16 /10 2.81 2h2T2 2*8 2 *0.02

21、 2 PI 1 3.8 在一個由三相零式晶閘管整流裝置供電的轉(zhuǎn)速、 電流雙閉環(huán)調(diào)速 系統(tǒng)中，已知電動機的額定數(shù)據(jù)為： PN 60kW , U N 220V , IN 308A , nN 1000 r/min , 電動勢系數(shù) Ce =0.196 Vmin/r , 主回路總電阻 R =0.18 , 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) K s =35。電磁時間常數(shù) Tl =0.012s, 機電時間常數(shù) Tm =0.12s, 電流反饋濾波時間常數(shù) T0i =0.0025s, 轉(zhuǎn)速反 饋濾波時間常數(shù) T0n =0.015s 。額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓 (Un*) N =10V,調(diào)節(jié) 器 ASR，ACR 飽和輸出電壓 U

22、im*=8V,Ucm =6.5V。 系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標為 : 穩(wěn)態(tài)無靜差 ,調(diào)速范圍 D=10,電流超調(diào)量 i 5% ,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n 10% 。試求： 1）確定電流反饋系數(shù) （假設起動電流限制在 1.1IN 以內(nèi)）和轉(zhuǎn)速反 饋系數(shù) 。 （2）試設計電流調(diào)節(jié)器 ACR, 計算其參數(shù) Ri, 、Ci 、COi。畫出其電 路圖, 調(diào)節(jié)器輸入回路電阻 R0=40k 。 （3）設計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR,計算其參數(shù) Rn 、 Cn 、COn。（R0=40k） （ 4）計算電動機帶 40%額定負載起動到最低轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n。 （5）計算空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間。 解：（1） Ui

23、m* /Idm 8V / （1.1* I N ） 8V /339A 0.0236V /A 10 /1000 0.01V min/ r （2）電流調(diào)節(jié)器設計 確定時間常數(shù)： a）Ts 0.00333s b）Toi 0.0025s c）T i T0i Ts 0.0025 0.00333 0.00583s 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定： 因 為 i 5% ， 可 按 典 型 I 型 系 統(tǒng) 設 計 ， 選 用 PI 調(diào) 節(jié) 器 ， WACR(S)Ki( iSS 1), ACRiS 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定 : i Tl 0.012s,選KIT i 0.5, K I 0.5/T i 85.76s 1， KI i R

24、85.76 0.012 0.18 35 0.0173 K i0.224 。 iK s 校驗等效條件： ci K I 85.76s 1 a) 電力電子裝置傳遞函數(shù)的近似條件： 1 101.01 ci 3TS 3 0.00333 ci b)忽略反電勢的影響的近似條件： c)電流環(huán)小時間常數(shù)的近似條件： 1 0.12 0.012 79.06S 1 3 1 115.52 s 1 可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)：選 R0 40K ,則： Ri KiR0 0.224 40K 8.96K , 取 9K. 由此 Ci i / Ri 0.012/ (9 103 ) 1.33 F C0i 4T0i / R

25、0 4 0.0025/ 40 103 0.25 F 3) 速度調(diào)節(jié)器設計 確定時間常數(shù)： a) 電流環(huán)等效時間常數(shù) 1/ KI:因為 KIT i 0.5 則 1 /KI T2 i 2 0 .0 0 5 8 3 0s. 0 b) Ton 0.015s c) T n 1/ K I Ton 0.01166 0.015 0.02666s 速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定： 按照無靜差的要求，應選用 PI 調(diào)節(jié)器， WASR(s) Kn( nnss 1), 速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定： n hT n , 取 h 5, n hT n 0.1333 s KN h 1 6 2h2T2n 2 52 0.026662 168.82s

26、2 (h 1) CeTm 2h RT n 6 0.0236 0.196 0.12 2 5 0.01 0.18 0.02666 校驗等效條件 6.94 a)電流環(huán)近似條件： 1 K I 1 85.76 40.43s 1 cn 3 T i 3 0.00583 cn 85.76 25.2s 1 cn 0.015 cn b) 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似： 1 K I 1 3 T0n 3 可見滿足近似等效條件。 轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗 (空載 Z=0 ) n% 2*( Cmax )( z) n*N T n 2 81.2% 1.1 308 0.18 0.02666 n Cb n* Tm 0.196 1000 0.12

27、 11.23% 10% 轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗結(jié)果表明，上述設計不符合要求。因此需重新設 計。 查表，應取小一些的 h，選 h=3 進行設計。 按 h=3，速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定如下： n hT n 0.07998s KN (h 1)/ 2h2T 2n 4/(2 9 0.026662) 312.656s 2 Kn (h 1) CeTm / 2h RT n 4 0.0236 0.196 0.12 / (2 3 0.01 0.18 0.02666) 7.6 校驗等效條件： cn KN / 1 KN n 312.656 0.07998 25s 1 a) 1/ 3( K I /T i)1/2 1/ 3(85.7

28、6 / 0.00583)1/2 40.43s 1 cn 1/2 1/2 1 b) 1/ 3( KI / Ton )1/2 1/ 3(85.76 / 0.015)1/2 25.2s 1 cn 可見滿足近似等效條件。 轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗： n 2 72.2% 1.1 (308 0.18 / 0.196 1000) (0.02666 / 0.12) 9.97% 10% 轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗結(jié)果表明，上述設計符合要求。 速 度調(diào) 節(jié)器 的實現(xiàn) ：選 R0 40K ,則 Rn Kn R0 7.6 40 304K ,取 310K。 Cn n / Rn 0.07998/ 310 103 0.258 F Con 4

29、Ton / R0 4 0.015/ 40 103 1.5 F 4) 40% 額定負載起動到最低轉(zhuǎn)速時 : n% 2 72.2% (1.1 0.4) (308 0.18 / 0.196 100) (0.02666 / 0.12) 63.5% 5） 空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間是： （書上無此公式） 僅考慮起動過程的第二階段 根據(jù)電機運動方程： GD2 dn 375 dt Te TL, dnCm(IdmIdL)R(I dm IdL)(I I ) R dt GD2GD2R(I dm IdL ) CeTm Ce 375e 375CmCe 所以： 0.385s CeTmn*0.196*0.12*1000 (

30、Idm IdL )R (1.1*308 0)*0.18 3.10 有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) ,主電路采用三相橋式整流電 路。已知電動機參數(shù)為： PN =500kW，UN =750V，I N =760A，nN=375 r/min ， 電動勢系數(shù) Ce =1.82Vmin/r, 電樞回路總電阻 R=0.14 , 允許電流 過載倍數(shù) =1.5, 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=75, 電磁時間常數(shù) Tl =0.031s, 機 電 時 間 常數(shù) Tm =0.112s, 電 流 反 饋 濾 波 時間 常 數(shù) T0i =0.002s, 轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù) T0 n =0.02s 。設調(diào)節(jié)器輸入輸出電 壓

31、 Unm*=Uim*= Unm =10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻 R0=40k 。 設計指標 : 穩(wěn)態(tài)無靜差， 電流超調(diào)量 i 5% ，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時 的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n 10%。電流調(diào)節(jié)器已按典型 I 型系統(tǒng)設計 ,并取參 數(shù) KT=0.5 1）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) ,并計算其參數(shù)。 2）計算電流環(huán)的截止頻率 ci 和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率 cn ，并考慮它們 是否合理? 解： U im10 0.00877V / A Idm 1.5*760 ( 1)dm* Unm 10 0.0267V min/ r nN375 電流調(diào)節(jié)器已按典型 I 型系統(tǒng)設計如下： a)TS 0.00176 s 確定時間常數(shù)： b)

32、Toi 0.002s c) T i 0.00367 s 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因為 %5%，可按典型 I 型系統(tǒng)設計，選 用 PI 調(diào) 節(jié) 器 WACR(s)=Ki(is+1)/is ， T l/T i=0.031/0.00367=8.25cn b) 1/3(K I/T on)1/2=1/3(136.24/0.02)1/2 =27.51s-1cn 可見滿足近似等效條件。 速度調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)：選 R0=40K，則 Rn=K n*R 0=10.5*40=420K 由 此Cn=n/Rn=0.1367/420*103=0.325F取 0.33F C0n=4T 0n/R 0=4*0.02/40*10 3=2

33、F 2） 電流環(huán)的截止頻率是： ci=K I=136.24 s-1 速度環(huán)的截止頻率是： cn=21.946 s-2 從電流環(huán)和速度環(huán)的截止頻率可以看出，電流環(huán)比速度環(huán)要快， 在保證每個環(huán)都穩(wěn)定的情況下， 再求系統(tǒng)的快速性， 充分體現(xiàn)了多環(huán) 控制系統(tǒng)的設計特點。 3.11 在一個轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán) V-M 系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR，電 流調(diào)節(jié)器 ACR 均采用 PI 調(diào)節(jié)器。 （ 1）在此系統(tǒng)中 ,當轉(zhuǎn)速給定信號最大值 Unm*=15V 時 ,n=nN=1500 r/min; 電流給定信號最大值 Uim =10V時, 允許最大電流 I dm=30A,電樞回 路總電阻 R=2, 晶閘管裝置的放大

34、倍數(shù) Ks=30 , 電動機額定電流 IN =20A , 電動勢系數(shù) Ce =0.128Vmin/r 。現(xiàn)系統(tǒng)在 Un*=5V ,I dl =20A時穩(wěn) 定運行。求此時的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 n=? ACR的輸出電壓 Uc =? （ 2）當系統(tǒng)在上述情況下運行時 ,電動機突然失磁 （ =0） , 系統(tǒng)將會 發(fā)生什么現(xiàn)象 ? 試分析并說明之。 若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來 ,則穩(wěn)定后 n=? Un=? U i*=? U i=? I d=? Uc =? 3）該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型型系統(tǒng)設計 , 且按 M rmin 準則選擇參數(shù) , 取中頻寬 h=5, 已知轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù) Tn =0.05s , 求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨 給定作用下

35、的開環(huán)傳遞函數(shù) , 并計算出放大系數(shù)及各時間常數(shù)。 (4)該系統(tǒng)由空載 ( I dL =0)突加額定負載時 ,電流 Id和轉(zhuǎn)速 n的動態(tài)過 程波形是怎樣的 ?已知機電時間常數(shù) Tm =0.05s,計算其最大動態(tài)速降 nmax 和恢復時間 tv。 1) = U* nm/nN =15/1500=0.01 Vmin/r = U* im/I dm = 10/30=0.33 V/A U*n =5 V ， n=U* n/=5/0.01=500 r/min Uc=Ud0/Ks=(E+I dR)/K s=(C en+I dLR)/Ks=(0.128*500+20*2)/30=3.467 V 2) 在上述穩(wěn)定運

36、行情況下，電動機突然失磁( =0)則電動機無電 動轉(zhuǎn)矩， 轉(zhuǎn)速迅速下降到零， 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快達到飽和， 要求整流裝 置輸出最大電流 Idm 。因此，系統(tǒng)穩(wěn)定后， n=0，Un=0 U* i=U* im =10， Ui=U*i =10 Id=I dm=30A Uc=Ud0/Ks=(E+I dR)/K s=(0+30*2)/30=2 V 3) 在跟隨給定作用下，轉(zhuǎn)速環(huán)處于線性狀態(tài)，此時系統(tǒng)的開環(huán)傳遞 函數(shù)是： Wn s K2N ns 1 s2 T ns 1 n=hT n=5*0.05=0.25s Tn=0.05s KN=(h+1)/2h2T2=6/2*25*0.052=48s-2 4) 空載突加額

37、定負載時，轉(zhuǎn)速有動態(tài)降落。 ( p93,94) nb=2(-z)nNTn/Tm=2*(1-0)*20*2/0.128*(0.05/0.05)=625 r/min Cb=2FK 2T=2I dNRTn/CeTm=2*20*2*0.05/0.128*0.05=625 r/min 最大動態(tài)速降： nmax=(Cmax/Cb)* nb=81.2%*625 =507.5 r/min 習題五 5.8 兩電平 PWM逆變器主回路，采用雙極性調(diào)制時，用“ 1”表示上 橋臂開通，“0”表示上橋臂關(guān)斷，共有幾種開關(guān)狀態(tài)，寫出其開關(guān)函 數(shù)。根據(jù)開關(guān)狀態(tài)寫出其電壓空間矢量表達式， 畫出空間電壓矢量圖。 解：兩電平 P

38、WM逆變器主回路： Ud A O U2d 采用雙極性調(diào)制時，忽略死區(qū)時間影響，用“1”表示上橋臂開通， 0”表示下橋臂開通，逆變器輸出端電壓： ux Ud U2Udd Sx 1 Sx 0 uxUd 2 (2Sx 1)， 以直流電源中點 us O 為參考點 (uA uBejuC ej2 ) SA SB SC uA uB uC us u0 0 0 0 Ud Ud Ud 0 2 2 2 u1 1 0 0 Ud 2 Ud 2 Ud 2 23Ud u2 1 1 0 Ud 2 Ud 2 Ud 2 23Ude 3 u3 0 1 0 Ud 2 Ud 2 Ud 2 23Udej3 u4 0 1 1 Ud 2 U

39、d 2 Ud 2 23Udej u5 0 0 1 Ud 2 Ud 2 Ud 2 23U de 3 u6 1 0 1 Ud 2 Ud 2 Ud 2 2j 53 23Ude3 u7 1 1 1 Ud 2 Ud 2 Ud 2 0 空間電壓矢量圖： u5u6 5.9 當三相電壓分別為 uAO、uBO、uCO ，如何定義三相定子電壓空間矢 量uAO 、uBO、uCO和合成矢量 us，寫出他們的表達式。 解： A,B,C 為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量： uAOu AO j uBOu BOe j2 uCOuCOe 合成矢量： usuAOuBO uAO uBOej uCO ej 2 A(ej0)

40、 5.10 忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量 us 與定子磁鏈 s 的關(guān)系，當三相電壓 uAO、uBO、uCO 為正弦對稱時，寫出電壓空間矢 量 us與定子磁鏈 s的表達式，畫出各自的運動軌跡。 解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式： us 忽略定子電阻的影響， ds uss s dt s usdt ， 即電壓空間矢量的積分為定子磁鏈的增量。 當三相電壓為正弦對稱時，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量 ssej( 1t ) 電壓空間矢量： se j( 1t 2 ) 1 5.11 采用電壓空間矢量 PWM調(diào)制方法，若直流電壓 ud 恒定，如何協(xié) 調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。 解：直流電壓恒定則六個基本電

41、壓空間矢量的幅值一定， 開關(guān)周期 T0, 3Nw1 輸出頻率 w1 , us , usTt1 u1Tt2 u2Tt1UdTt2 Udej3,Tt1,Tt2 T0T0T0T0 T0T0 t1 ,t2 ,T t1 t2 ，零矢量作用時間增加，所以插入零矢量可以協(xié)調(diào) 輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系 T 0 u1 0 5.12 兩電平 PWM逆變器主回路的輸出電壓矢量是有限的，若期望輸 出電壓矢量 us的幅值小于直流電壓 ud ，空間角度 任意，如何用有限 的 PWM逆變器輸出電壓矢量來逼近期望的輸出電壓矢量。 解：兩電平 PWM逆變器有六個基本空間電壓矢量， 這六個基本空間電 壓矢量將電壓空間矢量分成六個

42、扇區(qū)， 根據(jù)空間角度 確定所在的扇 區(qū)，然后用扇區(qū)所在的兩個基本空間電壓矢量分別作用一段時間等效 合成期望的輸出電壓矢量。 61 習題六 按磁動勢等效、 功率相等的原則， 三相坐標系變換到兩相靜止 坐標系的變換矩陣為 現(xiàn) 有 三 相 正 弦 對 稱 電 流 iA Imcos( t) ， iB I mco s( t ) ， 1 2 3 2 3 iC Im cos( t 23 ) ，求變換后兩相靜止坐標系中的電流 is 和is ，分析 3 兩相電流的基本特征與三相電流的關(guān)系。 解：兩相靜止坐標系中的電流 iiss 3 23 iA 2A iA iB iC 0 iA 1 2iB 3i i 2 1 2iC 3 2 iC 3i iB 2B 3i iC 2C 其中， iA i B iC 0 3iA iA 2A 0 3i iB 2B 3Im co s( t) cos( t ) 33 3 2 cos( t) 23i