運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)思考題課后習(xí)題答案-

1、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)思考題課后習(xí)題 答案完整版-(1)思考題答案1.1直流電動(dòng)機(jī)有哪幾種調(diào)速方式？各有那些特點(diǎn)?答：a改變電樞回路電阻調(diào)速法外加電阻Radd的阻值越大，機(jī)械特性性的斜率就越大，相、亠 同轉(zhuǎn)矩下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低 b減弱磁通調(diào)速法 減弱磁通只能在額定轉(zhuǎn)速以上的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn) 速c調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速法 調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速所 得的人為機(jī)械特性與電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性平 行，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性好，能在基速以下實(shí)現(xiàn)平滑調(diào) 速。1.2為什么直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比 相控整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài)性 能？答：a PWM變換器簡單來講調(diào)節(jié)的是脈沖串 的寬度，直流成分沒有受到破壞，也就是說其最 大值二峰

2、值是不變的，變的是平均值；b相控整 流，是由交流整流得到的直流，雖然也是平均值 在變，但是其最大值、峰值也是隨著導(dǎo)通角的大 小時(shí)刻在變，且導(dǎo)通角越小波形的畸變越嚴(yán)重。 從而影響了電機(jī)的輸出特性。答：直流PWM變換器和晶閘管整流裝置均可看作是一階慣性環(huán)節(jié)。其中直流PWM變換器 的時(shí)間常數(shù) Ts等于其IGBT控制脈沖周期（1/fc），晶閘管整流裝置的時(shí)間常數(shù) Ts通常取 其最大失控時(shí)間的一半（1/（ 2mf）。因fc通常為kHz級，而f通常為工頻（50或60Hz）為一 周內(nèi)），m整流電壓的脈波數(shù)，通常也不會(huì)超過20直流PWM變換器間常數(shù)通常比晶閘管整流裝置時(shí)間常數(shù)更小，從而響應(yīng)更快，動(dòng)態(tài)性能更 好

3、。1.4簡述直流PWM變換器電路的基本結(jié)構(gòu)。 答：直流PWM變換器基本結(jié)構(gòu)如圖，包 括IGBT和續(xù)流二極管。三相交流電經(jīng)過整流 濾波后送往直流PWM變換器，通過改變直流 PWM變換器中IGBT的控制脈沖占空比，來調(diào) 節(jié)直流PWM變換器輸出電壓大小，二極管起 續(xù)流作用。1.5答：不會(huì)1.7靜差率s與調(diào)速范圍D有什么關(guān)系？靜 差率與機(jī)械特性硬度是一回事嗎？度是不同的概念，硬度是指機(jī)械特性的斜率，- 性，隨著起理想空載轉(zhuǎn)速的降低，其靜差率會(huì)隨答：關(guān)系見書上公式。靜差率與機(jī)械特性硬 I是指機(jī)械特性的斜率- 般說硬度大靜差率也大；但同樣硬度的機(jī)械特 之增大。1.8直流PWI變換器的開關(guān)頻率是否越高越 好

4、？為什么？答：不是。因?yàn)槿糸_關(guān)頻率非常咼，當(dāng)給直 流電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，有可能導(dǎo)致電樞電流還未上升 至負(fù)載電流時(shí)，就已經(jīng)開始下降了，從而導(dǎo)致平 均電流總小于負(fù)載電流，電機(jī)無法運(yùn)轉(zhuǎn)。1.9泵升電壓是怎樣產(chǎn)生的？對系統(tǒng)有何影 響？如何抑制？答：泵升電壓是當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作于回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由于二極管整流器的單向?qū)щ娦裕?使得電 動(dòng)機(jī)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榈碾娔懿荒芡ㄟ^整流裝置反饋回交流電網(wǎng)，而只能向?yàn)V波電容充電，造成電 容兩端電壓升高。泵升電壓過大將導(dǎo)致電力電子 開關(guān)器件被擊穿。應(yīng)合理選擇濾波電容的容量， 或采用泵升電壓限制電路。1.10在晶閘管整流器電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 中，為什么轉(zhuǎn)速隨負(fù)載增加而降低？答：負(fù)載增加意味

5、著負(fù)載轉(zhuǎn)矩變大，電機(jī)減 速，并且在減速過程中，反電動(dòng)勢減小，于是電 樞電流增大，從而使電磁轉(zhuǎn)矩增加，達(dá)到與負(fù)載 轉(zhuǎn)矩平衡，電機(jī)不再減速，保持穩(wěn)定。故負(fù) 載增加，穩(wěn)態(tài)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)較增加之前降低。1.11調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？為 神馬說“脫離了調(diào)速范圍。要滿足給定的靜差率 也就容易的多了”？答：（1）生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載的 情況下所需的最高轉(zhuǎn)速一Nmax與最低轉(zhuǎn)速Nmin 之比稱為調(diào)速范圍當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行 時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)轉(zhuǎn)速的變化 率，稱為靜差率。（2） s與D是一對矛盾的指標(biāo)， 要求D越大，則所能達(dá)到的調(diào)速精度越大，s越 大。2.1帶有比例放大器的轉(zhuǎn)速反

6、饋閉環(huán)調(diào)速系 統(tǒng)（轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)）特點(diǎn)c系統(tǒng)的精度依賴于給定和反壓比或測速發(fā)電機(jī)的!磁發(fā)生了速反饋電它的分能得a只有比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被調(diào) 量仍是有靜差的；b反饋控制系統(tǒng)的作用是抵抗 擾動(dòng)，服從給定； 饋檢測的精度。到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)增大被調(diào)量的誤如果給定電壓差Q因?yàn)榉答伩刂乒δ芤种频闹皇潜环答伃h(huán)包圍 的前向通道上的擾動(dòng)。2.2為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的？答：在積分調(diào)速系統(tǒng)中呂當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差電壓等 于零時(shí)Uc并不是零，而是一個(gè)終止Uf,如果轉(zhuǎn) 速偏差電壓不變i話、這是積分調(diào)節(jié)控制不同于比 統(tǒng)在無靜差的條件下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差 調(diào)速。2.3在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)

7、速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速 的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測速發(fā)電機(jī)精 度的影響？是說明理由。答：閉環(huán)系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測 的精度，因此轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定精度還受給定電源和測 速發(fā)電機(jī)精度的影響。(1) 在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中， 突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)晶閘管整 流裝置的輸出電壓Ud較之負(fù)載變化前減少了(2) 在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后進(jìn)入穩(wěn) 態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速衛(wèi)不變，整流裝置的輸出電壓Ud增減(3) 在采用PI調(diào)節(jié)器的單環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng) 中，調(diào)節(jié)對象包含有積分環(huán)節(jié)，突加給定電壓后 PI調(diào)節(jié)器沒有飽和，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)速前被調(diào)量不 會(huì)出現(xiàn)超調(diào)2.42.5(3)在采用PI調(diào)節(jié)器的單環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng) 中

8、，調(diào)節(jié)對象包含有積分環(huán)節(jié)，突加給定電壓后 PI調(diào)節(jié)器沒有飽和，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)速前被調(diào)量不 會(huì)出現(xiàn)超調(diào)。2.6采用PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)， 為什么能夠較好地解決系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn) 定性之間的矛盾？答：采用比例積分控制的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系 統(tǒng)，其輸出有比例和積分兩部分組成， 比例部分 快速響應(yīng)輸入信號的變化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速控 制，發(fā)揮了比例控制的長處，同時(shí)，可以滿足穩(wěn) 態(tài)精度的要求。此后，隨著電容電壓的電壓不斷 變化，輸出電壓逐步增長，直到穩(wěn)態(tài)，可以實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)態(tài)無靜差，又可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，采 用PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)能夠較好地 解決系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性之間的矛盾。2.7雙閉環(huán)

9、直流調(diào)速系統(tǒng)中，浄定電壓 Un* 不變，增加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a、系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速 反饋電壓Un和實(shí)際轉(zhuǎn)速n疋增加、減小還是不 變？答：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a增加，則轉(zhuǎn)速反饋電壓 Un增加，給定電壓Un*，則轉(zhuǎn)速偏差電壓減小， 則ASR給定電壓Ui*減小，則控制電壓Uc減小， 則轉(zhuǎn)速n減?。晦D(zhuǎn)速n減小，則轉(zhuǎn)速反饋電壓Un減小，直到轉(zhuǎn)速偏差電壓為零；故穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn) 速反饋電壓Un不變，且實(shí)際轉(zhuǎn)速n減小。2)轉(zhuǎn)速極性接反2.8雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，遇到下列情況會(huì) 出現(xiàn)什么現(xiàn)象？(1) 電流反饋極性接反(3) 啟動(dòng)時(shí)ASR未達(dá)到飽和，轉(zhuǎn)速還處于 閉合狀態(tài)(4) 啟動(dòng)時(shí)ACR達(dá)到飽和，速度環(huán)開環(huán)2.13 是從下述5個(gè)方

10、面來比較轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)調(diào)速 系統(tǒng)和帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。(1) 調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性：a單閉環(huán) 在系統(tǒng) 穩(wěn)時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差b雙閉環(huán)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜 差和電流無靜差。啟動(dòng)平快速性a單閉環(huán)快，不平穩(wěn)b抗負(fù)載擾動(dòng)的性能a單閉環(huán)差b雙閉(2) 動(dòng)態(tài)限流性能、a單閉環(huán) 只能在超過臨 屆電流Ider后 限制電流沖擊b雙閉環(huán) 電流調(diào) 節(jié)器通過電流反饋系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)節(jié)控制電流、(3)雙閉環(huán)抗電源電壓波動(dòng)的性能某雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，ASR ACR均采用Idm=20A 欲使 Un*=10V時(shí)，n=1000rpm,應(yīng)調(diào)什*:(1)調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)卩=0.3; (2)調(diào)節(jié) 二/tEk以來/r 一一 c C(4)

11、環(huán)強(qiáng)(5)2.9PI調(diào)節(jié)器，調(diào)試中怎樣才能做到 Uim*=6V時(shí)， I么參數(shù)？答：，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a =0.012.10 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)週節(jié)什么參數(shù)？改變 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù) Kn行不行？改變電力電 子變換器的放大倍數(shù) Ks行不行？改變轉(zhuǎn)速反饋、 系數(shù)a行不行？若要改變電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)ZDS調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？答：通?？梢哉{(diào)節(jié)給定電壓。改變 Kn和Ks 都不行，因?yàn)檗D(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)對前 向通道內(nèi)的階躍擾動(dòng)均有能力克服。 也可以改變 a,但目的通常是為了獲得更理想的機(jī)械特性。若要改變堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)卩2.12在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，

12、若速度調(diào)節(jié)器改為比* 亠、bh.t t , I> >卜、*、h. t t , I> >>、卜k ，亠、h.t t , I> >kIZ JI HH 5I1/ IU VI 卜統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響如何？ ？由0變?yōu)?quot;T/（+Kn），或 t r. z、t、'.'差變得更大。2.11例調(diào)節(jié)器，或電流調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器， 對系 丄答、:百靜差。速度調(diào)節(jié)器對階躍擾動(dòng)的靜差丄 亠c 斗，一 一、4電流調(diào)節(jié)器對階躍擾動(dòng) 的靜差由0變?yōu)?/（ 1+Kc），而對斜坡擾動(dòng)的靜 差變得更大。（3）起動(dòng)的快速性。工2.13從下述五個(gè)方面來比較轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)

13、 直流調(diào)速系統(tǒng)和帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)：（1）調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性。（2）動(dòng)態(tài)限流性能（4）抗負(fù)載擾動(dòng)的性能。（5）抗電源電壓波動(dòng) 的性能。答：（1）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工 作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速 n是由給定電壓* nU決定的。ASR的輸出量*iU是由負(fù)載電流IdL 決定的?？刂齐妷篣C的大小則同時(shí)取 決于n和Id，或者說，同時(shí)取決于*nU和IdL 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算是和無靜差系 統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似。 帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性特點(diǎn)：電流負(fù)反饋的作用 相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻Kp Ks Rs ，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急 劇下垂；比較電壓 U

14、com與給定電壓*nU的作 用一致，好象把理想空載轉(zhuǎn)速提高了。 這樣的兩 段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機(jī)特性。（2）二方面均具有動(dòng)態(tài)限流性能，性能相似 的。（3）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程有以下三 個(gè)特點(diǎn)：飽和非線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)、準(zhǔn)時(shí)間最 優(yōu)控制。（4）由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR來產(chǎn) 生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)計(jì)ASR時(shí)，應(yīng)要求有 較好的抗擾性能指標(biāo)。（5）在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作 用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延 滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要 差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)， 電壓波動(dòng)可以通

15、過電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來， 抗 擾性能大有改善2.142.15 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速給 定信號Un未改變，若增大轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a, 系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓 Un是增加還是減少還 是不變？為什么？答：Un不變，因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時(shí)無靜 差，即：Un =Un, Un未改變，貝I，Un也不變。4.1異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，為何要電壓協(xié) 調(diào)控制？在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定是否 可行？為何在基頻以下時(shí)，采用恒壓頻比控制， 而在基頻以上保持電壓恒定？答：因?yàn)槎ㄗ与妷侯l率變化時(shí)，將導(dǎo)致氣隙 磁通變化，影響電動(dòng)機(jī)工作。在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)， 若保持電壓恒定，則在

16、基頻以上時(shí)，氣隙磁通將 減少，電動(dòng)機(jī)將出力不足；而在基頻以下時(shí)，氣 隙磁通將增加，由于磁路飽和，勵(lì)磁電流將過大， 電動(dòng)機(jī)將遭到破壞。因此保持電壓恒定不可行。 在基頻以下時(shí)，若保持電壓不變，則氣隙磁通增 加，由于磁路飽和，將使勵(lì)磁電流過大，破壞電 動(dòng)機(jī)，故應(yīng)保持氣隙磁通不變，即保持壓頻比不 變，即采用恒壓頻比控制；而在基頻以上時(shí)，受 繞組絕緣耐壓和磁路飽和的限制， 電壓不能隨之 升高，故保持電壓恒定。4.2異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，基頻以下和基 頻以上分別屬于恒功率還是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式？ 為什么？所謂恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式， 是否指 輸出功率或轉(zhuǎn)矩恒定？若不是，那么恒功率和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速究竟是指什么？答：

17、在基頻以下調(diào)速，米用恒壓頻比控制， 則磁通保持恒定，又額定電流不變，故允許輸出 轉(zhuǎn)矩恒定，因此屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。在基頻以 下調(diào)速，米用恒電壓控制，則在基頻以上隨轉(zhuǎn)速 的升高，磁通將減少，又額定電流不變，故允許 輸出轉(zhuǎn)矩減小，因此允許輸出功率基本保持不 變，屬于恒功率調(diào)速方式。恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 方式并不是指輸出功率或輸出轉(zhuǎn)矩恒定， 而是額 定電流下允許輸出的功率或允許輸出的轉(zhuǎn)矩恒4.3基頻以下調(diào)速可以是恒壓頻比控制，恒 定子磁通0 ms恒氣隙磁通© m和恒轉(zhuǎn)子磁通© mr的控制方式，從機(jī)械特性和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方 面分析與比較四種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)。答：恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，

18、其機(jī)械特性 基本上是平行下移，硬度也較好，能滿足一般調(diào) 速要求，低速時(shí)需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補(bǔ) 償定子阻抗壓降。恒定子磁通© ms恒氣隙磁通 © m和恒轉(zhuǎn)子磁通© mr的控制方式均需要定子 電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。恒定子磁通©ms和恒氣隙磁通© m的控制方式雖然改善了低速性 能，機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的 限制。恒轉(zhuǎn)子磁通© mr控制方式可以獲得和直 流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能最佳。恒壓頻比控制：恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)， 它的變頻機(jī)械特性基本上是平行下移， 硬度也較 好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時(shí)需適當(dāng)

19、提 高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。在對于 相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，速降落越大，機(jī) 械特性越軟，與直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速相似。在基 頻以下運(yùn)行時(shí)，采用恒壓頻比的控制方法具有控 制簡便的優(yōu)點(diǎn)，但負(fù)載變化時(shí)定子壓降不同，將 導(dǎo)致磁通改變，因此需采用定子電壓補(bǔ)償控制。 根據(jù)定子電流的大小改變定子電壓， 以保持磁通 恒定。恒定子磁通：雖然改善了低速性能，但機(jī)械 特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。頻 率變化時(shí)，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定不 變。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)差率大于恒壓頻 比控制方式。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩也大于 恒壓頻比控制方式?？刂品绞骄枰ㄗ与妷貉a(bǔ) 償，控制要復(fù)雜一些。恒氣

20、隙磁通：雖然改善了低速性能，但機(jī)械 特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。保 持氣隙磁通恒定，除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還 應(yīng)補(bǔ)償定子漏抗壓降。與恒定子磁通控制方式相 比較，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界 轉(zhuǎn)矩更大，機(jī)械特性更硬?？刂品绞骄枰ㄗ?電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。恒轉(zhuǎn)子磁通：機(jī)械特性完全是一條直線，可 以獲得和直流電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，這正 是高性能交流變頻調(diào)速所要求的穩(wěn)態(tài)性能。4.4常用的交流PWM有三種控制方式，分別 為SPWMCFPW和SVPW，論述它們的基本特征、 各自的優(yōu)缺點(diǎn)。答：SPWM特征：以頻率與期望的輸出電壓波相 同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高得

21、多 的等腰三角波作為載波。由它們的交點(diǎn)確定逆變 器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得幅值相等、寬 度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列。優(yōu)缺點(diǎn)：普通的 SPWh變頻器輸出電壓帶有一定的諧波分量，為 降低諧波分量，減少電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，可以采用 直接計(jì)算各脈沖起始與終了相位的方法， 以消除 指定次數(shù)的諧波。CFPW：特征：在原來主回路的基礎(chǔ)上，采 用電流閉環(huán)控制，使實(shí)際電流快速跟隨給定值。優(yōu)缺點(diǎn)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，盡可能使實(shí)際電流接近正弦 波形，這就能比電壓控制的 SPWM獲得更好的性 能。精度高、響應(yīng)快，且易于實(shí)現(xiàn)。但功率開關(guān) 器件的開關(guān)頻率不定。SVPWM:特征：把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為 一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場為目標(biāo)來

22、控制逆變器的工 作，磁鏈軌跡的控制是通過交替使用不同的電壓 空間矢量實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)缺點(diǎn)：8個(gè)基本輸出矢量， 6個(gè)有效工作矢量和2個(gè)零矢量，在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周 期內(nèi)，每個(gè)有效工作矢量只作用1次的方式，生 成正6邊形的旋轉(zhuǎn)磁鏈，諧波分量大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩 脈動(dòng)。用相鄰的2個(gè)有效工作矢量，合成任意的 期望輸出電壓矢量，使磁鏈軌跡接近于圓。開關(guān) 周期越小，旋轉(zhuǎn)磁場越接近于圓，但功率器件的 開關(guān)頻率將提高。用電壓空間矢量直接生成三相 PWM波，計(jì)算簡便。與一般的SPW相比較，SVPWM 控制方式的輸出電壓最多可提高 15%4.5分析電流滯環(huán)跟蹤PWM控制中，環(huán)寬h對電流波動(dòng)于開關(guān)頻率的影響答：當(dāng)環(huán)寬h選得較大時(shí)，開關(guān)頻

23、率低，但 電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬小， 電流跟蹤性能好，但開關(guān)頻率卻增大了。4.6三相異步電動(dòng)機(jī)Y聯(lián)結(jié)，能否將中性點(diǎn) 與直流側(cè)參考點(diǎn)短接？為什么？答：能。雖然直流電源中點(diǎn)和交流電動(dòng)機(jī)中 點(diǎn)的電位不等，但合成電壓矢量的表達(dá)式相等。 因此，三相合成電壓空間矢量與參考點(diǎn)無關(guān)。可 以將中性點(diǎn)與直流側(cè)參考點(diǎn)短接。4.7當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)由正弦對稱電壓供 電，并達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，可以定義電壓向量 U電流 向量I等，用于分析三相異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作 狀態(tài)，4.2.4節(jié)定義的空間矢量與向量有何區(qū) 別？在正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)，兩者有何聯(lián)系？答:相量是從時(shí)間域的三角函數(shù)到復(fù)指數(shù)函 數(shù)的映射，空間矢量是從空間域的三角函

24、數(shù)到復(fù) 指數(shù)函數(shù)的映射。相量的正弦性表現(xiàn)為時(shí)間域的正弦性，空間 矢量的正弦性表現(xiàn)為空間域的正弦性。從本質(zhì)看 它們都是正弦性，但從形式上看，相量的正弦性 還表現(xiàn)為復(fù)數(shù)在旋轉(zhuǎn)，而空間矢量的正弦性則僅 表示原象在空間按正弦規(guī)律變化。當(dāng)然，也有旋 轉(zhuǎn)的空間矢量，但此時(shí)空間矢量的旋轉(zhuǎn)性也是由 于電流在時(shí)間上按正弦規(guī)律變化而引起的，并不 起因于空間矢量本身的正弦性。4.8采用SVPW控制，用有效工作電壓矢量 合成期望的輸出電壓矢量，由于期望輸出電壓矢 量是連續(xù)可調(diào)的，因此，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E可以 是圓，這種說法是否正確？為什么？答：實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E在期望的磁鏈 圓周圍波動(dòng)。N越大，磁鏈軌跡越接近于圓，

25、但 開關(guān)頻率隨之增大。由于N是有限的，所以磁鏈 軌跡只能接近于圓，而不可能等于圓。4.9總結(jié)轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的控制 規(guī)律，若Us f( I，。設(shè)置不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生什么影響？ 一般說來,、正反饋系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，而轉(zhuǎn)速閉環(huán) 轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)具有正反饋的內(nèi)環(huán)， 系統(tǒng)卻能 穩(wěn)定，為什么？答：轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律為：(1)在s sm范 圍內(nèi)，如果氣隙磁通保持不變，轉(zhuǎn)矩 Te基本上 與3 s成正比。(2)定子電流不同時(shí)，按照一定 的Us f( J,)函數(shù)關(guān)系控制定子的電壓和頻率， 可以保持氣隙磁通恒定。若Us f ( “I,)設(shè)置不當(dāng)， 則氣隙磁通無法保持恒定，控制將出現(xiàn)紊亂。因 為轉(zhuǎn)差頻率控制的被控量

26、是頻率差3 S，在外環(huán) 通過負(fù)反饋控制已經(jīng)實(shí)現(xiàn)控制要求，在內(nèi)環(huán)控制中，因?yàn)檩敵隽恳刂贫ㄗ拥膶?shí)際頻率，而 s 才能得到實(shí)際的頻率值31,因此需采用正反饋相加，由于內(nèi)環(huán)調(diào)解器不是普通的 PI調(diào)解器,輸出不受正反饋的影響，引起的擾動(dòng)可通過外環(huán) 進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定要求。習(xí)題習(xí)題一1.1試分析有制動(dòng)電流通路的不可逆 PWM變換 器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，兩個(gè) VT是如 何工作的？【解答】先減小控制電壓，使1gU得正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使平均電樞電壓 d U降低。但是由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速和反電勢還來 不及變化，因而造成dEU>的局面，很快電流di 反向，VD2截止，在onttT

27、< <期間2gU為正，于是VT2 導(dǎo)通反向電流產(chǎn)生能耗制動(dòng)作用。在onTtTt <<+期間，VT2關(guān)斷，di-經(jīng)VD1續(xù)流，向電源回 饋能量。同時(shí)VD1兩端壓降鉗住VT1，使他不 能導(dǎo)通。在制動(dòng)狀態(tài)，VT2和VD1輪流導(dǎo)通， VT1始終關(guān)斷。1.31.4系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1000100min，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2.04rpm1.5某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特 性為 n°max 1500r min，最低轉(zhuǎn)速特性為n°

28、;min 150r；min，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落nN 15 min，且在不同轉(zhuǎn) 速下額定速降不變，試問系統(tǒng)能夠達(dá)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 nmax；nmin（均指額定負(fù)載情況下）nmin n0minnN 150 15 135D n max n min 1485 135112) 靜差率 snN no 15 150 10%1.6 直流電動(dòng)機(jī)為 PN=74kW,UN=220V , In=378A , nN=1430r/min , Ra=0.023Q。相控整 流器內(nèi)阻Rrec=0.022Q。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn) 機(jī)械要求s=20%時(shí)，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果

29、s=30%時(shí)，則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？解:Ce (Un InRAe (220 378 0.023) 14300.1478V, rpmn lNR/Ce 378 (0.0230.022)/0.1478 115rpmD nNS/ n(1 s) 1430 0.2/115 (1 0.2) 3.1D nNS/ n(1 s) 1430 0.3/115 (1 0.3) 5.331.7某龍門刨床工作臺采用 V-M調(diào)速系統(tǒng)。已知 直流電動(dòng)機(jī)FN 60kW,UN 220V, In 305a,nN 1000r/min，主電路總電阻 R=0.18Q ,Ce=0.2V?min/r,求：(1) 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下

30、的轉(zhuǎn)速降落 nN為多少？(2) 開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的 靜差率Sn多少？(3) 若要滿足D=20,sW 5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落nN又為多少？解：(1) nNIn R/Ce 305 0.18/0.2274.5r/min(2) SNnN/ n0274.5/(1000 274.5)21.5%(3) nnNS/D(1 s)1000 0.05/20 0.952.63r/min1.8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) 心2、晶閘管裝置放大系數(shù)心15、反饋系數(shù)丫=0.7。求：(1)輸出電壓Ud ； (2)若把反饋線斷 開，Ud為

31、何值？開環(huán)時(shí)的輸出電壓是閉環(huán)是的多 少倍？(3)若把反饋系數(shù)減至丫 =0.35,當(dāng)保持 同樣的輸出電壓時(shí)，給定電壓u；應(yīng)為多少？ 解：(1) Ud KpKsU：.(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U： Ud(1 KpKs ). KpKs 12 (1 2 15 0.35)； (2 15) 4.6V2.1 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100r/min，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放 大倍數(shù)

32、應(yīng)有多大？解： 1) D nNs/ nN 1 s10 1500 2%/ nN 98%nN 1500 2%/98% 103.06r / min2) Kn°p/ nci 1 100/3.06 1 31.72.2某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時(shí)，額定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)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(kuò)大多少倍？ 解:nop 1 K nd 1 15 8 128如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30,則速降為：nci nop / 1 K 128/ 1304.13rpm在同樣靜差率要求下，D可以擴(kuò)大nci, %|21.937 倍2.5

33、 有一 V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)參數(shù)PN=2.2kW, Un=220V, In=12.5A, nn=1500 r/min，電樞電阻Ra=1.5Q,電樞回路電抗器電阻RL=0.8 Q,整流 裝置內(nèi)阻Rrec=1.0Q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(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降 Anop和調(diào)速要求 所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降A(chǔ)ncl。(2) 米用轉(zhuǎn)速負(fù)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(dāng)Un*=15V時(shí)，ld=lN ,n=nN，則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a應(yīng)該是多少？(4) 計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。解: (1

34、)n U N 1 N Ra / CeCe 220 12.5 1.5 /1500201.25/15000.134Vmin/rn Un In R /Cenop IN R /Ce 12.5 3.3/0.134 307.836r / minncl nns/ D 1 s 1500 10%/(20*90% )8.33r / min所以，ncl8.33r /minn KpKsUn IdR/Ce1 K KUn/1 K IdR/ Ce 1nop / n307.836/8.33 135.955150035.955 15/135.95512.53.3/ 0.134 135.9550.0096V min/r2I N

35、25A， I dcr 1.2I nU com / Rs15 U com / Rs1 dbl1 dcrIdblU comU： Ucom / Rs251515 1.522.5VU com /Rs艮 1.5，可以求得，Kp 比滅55* °.134 14.34p Ks*35* 0.0096也可以用粗略算法:*Un Un n，半總 0.。1K KC /KKp 35.955 0.134/ 35 0.0113.76peS ，r2.6在題2.5的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中增設(shè)電流截止 環(huán)節(jié)，要求堵轉(zhuǎn)電流 2In，臨界截止電流 Idcr 1.2In，應(yīng)該選用多大的比較電壓和電流反饋采 樣電阻？要求電流反饋采樣電

36、阻不超過主電路 總電阻的1/3，如果做不到，需要增加電流反饋放 大器，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并計(jì) 算電流反饋放大系數(shù)。這時(shí)電流反饋采樣電阻和 比較電壓各為多少？15A解: （ 1）2515 16.5Ki /1.1Ki Ki 15/ 22.5 13.51.361.0 1.5 0.8 /3 1.1 ,Rs (R /3)/2）（R/3）（） 不符合要求，取Rs 1.1 , 需加電流反饋放大器由于需要的檢測電阻值大，說明要求的電流 信號值也大。要同時(shí)滿足檢測電阻小和電流信號 大的要求，則必須采用放大器，對電流信號進(jìn)行放大。為此，取 Rs 1.1，則 Ucom IdcrRs15 1.1 16.

37、5VL沁KL& 4上r4(3)當(dāng)Id I dcr時(shí)，有nKpKsU：/Ce1 KKpKsKjKpKsU；KiUcom /Ce 1 KRs1 dU com / Ce 1 KRICR KpKsKiRs Id/ Ce 1 K/Ce 1 K當(dāng)n=0時(shí)，U： KiUcom / Ki RsIdbi KpKs U； KiUcom / R KpKsKiRs2.7在題2.5的系統(tǒng)中，若主電路電感L=50mH , 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量GD2=1.6Nm 2，整流裝置米用三相零式電路，試判斷按題2-9要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn) 速負(fù)反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行？如要保證系統(tǒng)穩(wěn) 定運(yùn)行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)是多少？解 :L 5

38、0mH ， GD21.6Nm2 ， R 3.3，Ce 0.134V / rpmT L / R 0.05/3.30.015s2Tm GD R / 375CeCm1.6 3.3/ 375 0.134 0.134 30 /3.145.28 / 64.330.082sTs 0.00333sKTm Tl Ts Ts2 /TTs0.0820.015 0.003330.00333" /(0.0151* 0.00333)0.0015 0.003332 / 0.00004983 30.52可見與前面的K>35.955相矛盾，故系統(tǒng) 不穩(wěn)定。要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，K最大為30.52。2.9 有一個(gè)

39、V-M系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)：Pn 2.8kw , Un 220V , In 15.6A , nN 1500口泊,&=1.5 Q,整流裝 置內(nèi)阻Rrec = 1 Q ,電樞回路電抗器電阻Rl=0.8 Q, 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(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍D 30時(shí)的靜 差率s值。(2) 當(dāng)D 30 , s 10%時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。(3) 如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D 30 , s 10% , 在U； 10V時(shí)Id In , n nN,計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反 饋系數(shù)和放大器放大系數(shù)Kp。解：nop IN R /Ce 15.6 3.3/0.1311392.68

40、r / minnmin1500/30 50s nop/ n0min 392.68/ 392.68 5088.7%D nNors NnN D nN0.1 n/ n 50n 5/0.95.56r/min(3)n KpKsU：/Ce1 K R ld/Ce1 KK Kp Ks/Ce1500 KpKsU：/Ce1 K R 15.6 /Ce 1 Kop / nci1297.48/5.56 1 52.52.10雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的ASR和ACF均為PI調(diào)節(jié)(2)堵轉(zhuǎn)時(shí)，U* Idm 15V ,器，設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓u：m=15V nN=1500r/min ,|n=20A,電流過載倍數(shù)為2，電樞回路總電阻r=2Q

41、, Ks=20, Ce=0.127V min/r，求:(1)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在Un=5V? IdL=10A時(shí)，系統(tǒng)的n、Un、u*、Ui和Uc各為多少？ （ 2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，U*和Uc各為多少?解：U nm / nN當(dāng) u；5V,15V /1500rpm0.01V / rpm轉(zhuǎn)速 n蟲 5V -500rpm0.01V / rpmt 40A eaUiUcld 0.375*10U d0 E I dLRKsKs3.75VCenNKsUiIdLR0.127*50010*2204.175Vn 500rpm,U ；5V,Ui Ui3.75V ,Uc 4.175vUcUd0Cen JRIdmRK

42、sKsKs40*2""20-4V2.11在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR , ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù):電動(dòng)機(jī)：PN=3.7kW, Un =220V In =20A，nN =1000r/mi n ,電樞回路總電阻R =1.5 Q ,設(shè) U；m U；m Ucm系統(tǒng)開環(huán)增益：K 0.69/T 0.69/0.1 6.9(1/s)=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=40o試求：(1 )電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的Ud0, U：,Ui,UcUimI dm8V40A0.2V /AU nmnN

43、8V1000rpm0.008V / rpm2) Ud0 E IdlR CenN IdlR 40A*1.560V這時(shí)：u： 8v,Un 0, ASR處于飽和，輸出最大電流給定 值。u* 8V,Ui 8V,U c Udo /Ks 60/401.5V2.12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(dāng)ASR輸出達(dá) 到um =8V時(shí)，主電路電流達(dá)到最大電流 80A。當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時(shí)，試問：（1） u*應(yīng)如何變化？ （ 2） Uc應(yīng)如何變化？ （ 3）叭值由哪些條件決定?解: 1)Udm 80a 0.-a因此當(dāng)電流從 40A 70A時(shí)，u*應(yīng)從 4V 7V變化

44、。2）Uc要有所增加。3）Uc取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因?yàn)閁 d 0 E Idi R CenN 1 dl RUcUd0CenId RKsKs10%(1)(2)升時(shí)間tr ；(3)tr<0.25s,% =?2.14某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型I型系統(tǒng)。 已知時(shí)間常數(shù) T=0.1s,要求階躍響應(yīng)超調(diào)量<系統(tǒng)的開環(huán)增益。計(jì)算過渡過程時(shí)間ts和上繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。解：取 KT 0.69,0.6, % 9.5%(2)上升時(shí)間tr 3.3T 0.33S 過度過程時(shí)間：ts6T 6 0.10.6sn(3)*L7 _(Z>6.9'"如要求tr 0.25s ,查表 3-1

45、則應(yīng)取 KT 1,0.5tr 2.4T 2.4*0.10.24s 這時(shí) K 1/T 10,超調(diào)量=16.3%。2.仃 有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為 Wobj(s)化右，要求設(shè)計(jì)一個(gè)無靜差系統(tǒng)，在階s 10.01 s 1 躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量w 5 % (按線性系統(tǒng)考慮)。試對系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)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(shè)計(jì)，選 KT °.5,0.707,查表 2-1，得 %4.3%。選I調(diào)節(jié)器，1W(s)-s，校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 W(s) -10一s(0.01s 1)=0.5/T=50,i iW(s)s 0.2s這樣,T=o.oi, k=io/ ,

46、已選 KT = 0.5,則 K所以 10/K 10/50 0.2S ， 積分調(diào)節(jié)器:2.18有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為Wobj(s)和石并，要求校正為典型U型系統(tǒng)，在s(Ts 1)s(0.02s 1) 77階躍輸入下系統(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(yīng)選擇 PI 調(diào)節(jié)器Wpi (s)Kpi（ s D，校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)sW(s)Kp ( s 1)心s s(Ts 1) ?型系統(tǒng)，K K*/,hT,選h=8,查表3-4,%=27.2%, 滿足設(shè)計(jì)要求。這樣 hT 8*0.02 0.16s ,h 12h2T22*82 *0.02175

47、.78,KPI K / K1175.78*0.16 /102.812.20在一個(gè)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(dòng)機(jī)的額 定數(shù)據(jù)為：Pn 60 kW , Un 220 V , In 308 A ,nN 1000r/min ,電動(dòng)勢系數(shù) c°=0.196 V -min/r ,主 回路總電阻r=0.18 Q ,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35。電磁時(shí)間常數(shù)t=0.012s,機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm=0.12s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0i =0.0025s,轉(zhuǎn) 速反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0n=0.015s。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的*給定電壓（Un）N=10V,調(diào)節(jié)器ASR , A

48、CR飽和輸出電壓 Uim*=8V,UCm =6.5V。系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)為:穩(wěn)態(tài)無靜差,調(diào)速范圍D=10,電流超調(diào)量i W 5%，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n < 10%。試求:(1) 確定電流反饋系數(shù)卩(假設(shè)起動(dòng)電流限制在1."n以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a(2) 試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器 ACR,計(jì)算其參數(shù)R,、Ci、Coi。畫出其電路圖,調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R)=40k。(3) 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,計(jì)算其參數(shù)Rn、Cn、 Con。(Ro=4Ok Q)(4) 計(jì)算電動(dòng)機(jī)帶40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn) 速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量b n。(5) 計(jì)算空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。解：(1) U*m/l

49、dm 8V/(1.1*In) 8V / 339 A 0.0236V / A10/1000 0.01V min/r(2)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：a)Ts 0.00333sb) Toi 0.0025s00583sc) T i T)i Ts 0.0025 0.003330.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)閕 5%，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào) 節(jié)器，Wacr(S)i S電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定i T 0.012s,選KIT i 0.5, Kl 0.5/T i 85.76sKI iR 85.76 0.012 0.1835 0.01730.224。校驗(yàn)等效條件:1ci Ki 85.76sa）電力電子裝置傳遞函

50、數(shù)的近似條件:b）忽略反電勢的影響的近似條件：31101.01 ci3Ts 3 0.00333Li30.12 0.012 79.06 S cinhT n,取h 5,hT n 0.1333sc）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)的近似條件：* 13可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選Rd 40K ,則:RKiRo 0.224 40K 8.96K,取 9K.由此 CiR 0.012/(9 103) 1.33 FC0i 4T0i / Ro 4 0.0025/40 103 0.25 F（3）速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù):a)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/Ki：因?yàn)镵iT i 0.5 貝U 1/ KI 2T i 2 0.00

51、583 0.01166sb)Ton0.015SC)Tn 1/ KI Ton 0.01166 0.0150.02666s速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無靜差的要求，應(yīng)選用 PI調(diào)節(jié)器，WASR ( S)心(nS 1)nS速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:KnKnh 12 22h T62 22 50.02666168.82s(h 1) CeTm6 0.0236 0.196 0.122h RT n 2 5 0.01 0.18 0.02666校驗(yàn)等效條件:6.941cn Kn/ 1 Kn n 168.82 0.133322.5sa)電流環(huán)近似條件：1 085.7640.43s 13HTi 3 0.00583cnb）轉(zhuǎn)速環(huán)

52、小時(shí)間常數(shù)近似：125.2sKi 185.763 0.0151cn可見滿足近似等效條件。nN T n轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)（空載Z=0）n%2*(Cr)(詩* 2 81.2% 1.1 。駕需0 晉聲11.23%10%轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明,上述設(shè)計(jì)不符合 要求。因此需重新設(shè)計(jì)。查表，應(yīng)取小一些的h，選h=3進(jìn)行設(shè)計(jì)。按h=3，速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定如下:n hTn 0.07998sKn (h 1)/2h2T2n 4/(2Kn (h 1) CeTm/2h RT2 29 0.02666 ) 312.656s4 0.0236 0.196 0.12/(2 3 0.01 0.180.02666) 7.6校驗(yàn)等效

53、條件:cn Kn / 1 Kn n 312.656 0.0799825s 1a) 1/3(KI /T i)1/21/ 3(85.76/0.00583)1/240.43s 1b) 1/3(KI /Ton)1/21/3(85.76 /0.015)1/225.2s 1cncn可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn):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(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)符合要求。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R040K，則Rn Kn R。7.6 40 304K ,取 310K。Cn /尺 0.07998/310 10

54、30.258 FCon 4Ton /R04 0.015/40 103 1.5 F4） 40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí):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(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間是：（書上無此公式）僅考慮起動(dòng)過程的第二階段。2根據(jù)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程： 包蟲 T； Tl, 蟲 5（1怖2IdL）375 dtdt GD；375R(I dm IdL)2(Idm IdL) Rc gd2rCe-375CmCeCeTm0.196*0.12*1000*丄CeT"mnj - - - j - .yc CCLt 一0.385s所以：(Idm ldL)R (1.1*3080)*0.182.22有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，主電路米用三相橋式整流電路。已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為:Pn=500kW U =750V, I n =760A, m=375 r/min，電動(dòng)勢系數(shù) Ce =1.82V min/r,電樞回路總電阻R=0.14 Q ,允許電流過載倍數(shù)入=1.5,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)=75,電磁時(shí)間常數(shù)ti=0.031s, 機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.112s,電流反饋濾波時(shí)間常