(完整版)《電力拖動自動控制系統(tǒng)》陳伯時課后答案.doc

1、第一章閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1 1為什么 PWM 電動機(jī)系統(tǒng)比晶閘管電動機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？答： PWM 電動機(jī)系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：（ 1） 主電路線路簡單，需用的功率器件少。（ 2） 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1： 10000 左右。（ 4） 若與快速響應(yīng)的電動機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)。（ 5） 功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高。（ 6） 直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。1 2 試分析有制動通路的

2、不可逆PWM 變換器進(jìn)行制動時，兩個VT 是如何工作的。答：在制動狀態(tài)中，id 為負(fù)值， VT2 就發(fā)揮作用了。這種情況發(fā)生在電動運(yùn)行過程中需要降速的時候。這時，先減小控制電壓，使U g1 的正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使平均電樞電壓 U d 降低。但是，由于機(jī)電慣性，轉(zhuǎn)速和反電動勢還來不及變化，因而造成E > Ud ，很快使電流i反向，VD截止，在t 時，變正，于是VT導(dǎo)通，反向電流沿回路d2ontU g 223 流通，產(chǎn)生能耗制動作用。在T +ton時，VT關(guān)斷，- id沿回路 4經(jīng)VD續(xù)流，向t21電源回饋制動， 與此同時， VD1兩端壓降鉗住 VT1 使它不能導(dǎo)通。在制動狀態(tài)中，

3、 VT2 和 VT1輪流導(dǎo)通，而 VT1 始終是關(guān)斷的。在輕載電動狀態(tài)，這時平均電流較小，以致在VT1 關(guān)斷后 id 經(jīng) VD2 續(xù)流時，還沒有達(dá)到周期， 電流已經(jīng)衰減到零， 這時 VD2 兩端電壓也降為零， VT2 便提前導(dǎo)通了， 使電流反向，產(chǎn)生局部時間的制動作用。調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間有什么關(guān)系？為什么說“脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了”？答：生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母表示，即D = nmax其中， nmax 和 nmin 一般都指電動機(jī)額定負(fù)載時的最高和最低轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負(fù)nmin載很輕

4、的機(jī)械，可以用實(shí)際負(fù)載時的最高和最低轉(zhuǎn)速。當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時，負(fù)載由理想空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率s，即s =nNn0或用百分比表示s=nN ×100%n01/25在直流電動機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，一般以電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nN 作為最高轉(zhuǎn)速則s = nN =nNn0nmin + nNnN- nN(1- s) nN nmin =ssD =nmaxnN Snmin=nN (1- S)由上式可看出調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間的關(guān)系。對于同一個調(diào)速系統(tǒng)，nN 值一定，如果對靜差率要求越嚴(yán)，即要求s 值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。

5、 一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍， 是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。某一調(diào)速系統(tǒng)，測得的最高轉(zhuǎn)速特性為nOmax = 1500r / min ，最低轉(zhuǎn)速特性為nO min = 150r / min ，帶額定負(fù)載時的速度降落nN = 15r / min ，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降nN 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？解系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍為D = nmax=1500= 11nmin150 - 15系統(tǒng)允許的靜差率s =DnN×100% =11×15nN + D×100% = 10%nN1500 +11×15某閉環(huán)調(diào)速

6、系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500150r/min ，要求系統(tǒng)的靜差率s 2% ，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)應(yīng)有多大？解因?yàn)閚N=nNs =n0nmin + nN所以nN =nmin s =150×0.02= 3.06r / min1 - s1- 0.02nop因?yàn)閚cl =1 + K2/25K =nop- 1= 100 - 1=31.7所以ncl3.061 6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(fù)載下電動機(jī)的速降為8r/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

7、多少倍？解（ 1）因?yàn)閚cl =RIdC（e 1+K）所以RId= n（cl 1+K） =8×（ 1+15） =128Cencl=RId128則= 4.13r / minC（e 1+K） 1+ 30nN S，可知在 s 和 nN 不變的情況下， D 只與nN 有關(guān)（2）由 D=nN (1- S)調(diào)速范圍擴(kuò)大1.94 倍。1 7某 調(diào) 速 系 統(tǒng) 的 調(diào) 速 范 圍 D=20 ， 額 定 轉(zhuǎn) 速 nN = 1500r/ min ， 開 環(huán) 轉(zhuǎn) 速 降 落nNop = 240r / min ，若要求系統(tǒng)的靜差率由10%減少到 5%，則系統(tǒng)的開環(huán)增益將如何變化？解； 當(dāng) s=10%時，nN

8、 =nN s1500×0.1= 8.33r / min=（ 1-0.1 ）D（ 1-s ） 20 ×此時K =nop- 1 =240ncl- 1= 27.88.33nN s15000.05當(dāng) s=5%時，nN =×= 3.95r / minD（ 1-s ）20×（ 1-0.05 ）此時K =nop- 1 =240ncl- 1= 59.83.95則若要求系統(tǒng)的靜差率由10%減少到 5%，則系統(tǒng)的開環(huán)增益將變大。1 8 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點(diǎn)？改變給定電壓能否改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？

9、如果測速發(fā)電機(jī)的勵磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？答：（ 1）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有以下三個基本特征只用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被被調(diào)量仍是有靜差的。反饋控制系統(tǒng)的作用是： 抵抗擾動， 服從給定。 擾動性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征之一。3/25系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度。（ 2）改變給定電壓會改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，因?yàn)榉答伩刂葡到y(tǒng)完全服從給定作用。（ 3）如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比或測速發(fā)電機(jī)的勵磁發(fā)生了變化，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制， 反而會增大被調(diào)量的誤差。 反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。1 9在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電

10、網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動機(jī)勵磁電流、電樞電阻、測速發(fā)電機(jī)勵磁各量發(fā)生變化時，都會引起轉(zhuǎn)速的變化，問系統(tǒng)對上述各量有無調(diào)節(jié)能力？為什么？答：當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時，系統(tǒng)對其有調(diào)節(jié)能力。因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng)完全服從給定。負(fù)載轉(zhuǎn)矩、 電動機(jī)勵磁電流、電樞電阻變化時系統(tǒng)對其有調(diào)節(jié)能力。因?yàn)樗麄兊淖兓罱K會影響到轉(zhuǎn)速， 都會被測速裝置檢測出來。 再通過反饋控制作用， 減小它們對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。測速發(fā)電機(jī)勵磁各量發(fā)生變化時， 它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制， 反而會增大被調(diào)量的誤差。反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。1 10N = 2.2kW UN = 220V IN =

11、 12.5A有一 V M 調(diào)速系統(tǒng)。電動機(jī)參數(shù)為：P，nN= 1500r / min， 電樞電阻R =1.2R =1.5a，整流裝置內(nèi)阻rec，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(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)框圖。（ 3）調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)， 使當(dāng) U n? = 15V 時， I d = I N ，n=n N ，則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù) 應(yīng)該是多少？（ 4）計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。解：（ 1）先計(jì)算電動機(jī)的電動勢系數(shù)Ce = UN- IN R

12、a×= 220 - 12.5 1.2 = 0.1367V ?min/ rnN1500則開環(huán)系數(shù)額定速降為nop = IN R = 12.×5（ 1.2+1.5 ）= 246.9r / minCe0.1367額定負(fù)載時的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為n cl =nN s1500 ×0.1= 8.33r / min（ 1-s ）（ 1-0.1 ）D20×（ 2）系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下所示4/25- IdRU* n +? UnnUcUd0+EnKpKs1/Ces-Un轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的原理圖+U* n+Idd+n?UUn A UcGTUPEU dM-Ud-U n+-Unn+TTG

13、Utg-tg-（ 3 ）當(dāng) U n? = 15V時 ， I d= I N，n=nN ， 則 轉(zhuǎn) 速 負(fù) 反 饋 系 數(shù) 應(yīng) 該 是 = Un?= Un ? =15= 0.01nnN1500（ 4）閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為nop- 1=246.9K =- 1= 28.64ncl8.33運(yùn)算放大器所需的放大倍數(shù)K P = KK=28.64= 11.19S / Ce×0.0135 / 0.13671 11 在題1-10 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I dbl 2IN ，臨界截止電流I，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dcr1.2IN電阻不超過

14、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)框圖，并計(jì)算電流反饋放大系數(shù)。 這時電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多少？5/25?I dbl = U n +U com 2 I N解：因?yàn)镽 SI dcr = U com 1.2 I NR S且 U?n =15V ，計(jì)算可得 Rs = 1.5，Ucom = 22.5V?I dbl = U n + U com 2 I NR SU comI dcr =1.2 I N1 12某調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖1-58 所示，已知數(shù)據(jù)如下： 電動機(jī)； PN = 18kW，U N = 220V，I N = 94A， nN = 100

15、0r / min ， Ra = 0.15，整流裝置內(nèi)阻Rrec = 0.3，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)K s = 40 。最大給定電壓U nm? = 15V ，當(dāng)主電路電流達(dá)到最大值時，整定電流反饋電壓 U im = 10V設(shè)計(jì)指標(biāo)：要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20 ，靜差率 s 10% ，I dbl = 1.5I N，。I dcr = 1.1I N 。試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并計(jì)算：（ 1） 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 。（ 2） 調(diào)節(jié)器放大系數(shù) K p 。（ 3）電阻 R1 的數(shù)值。（放大器輸入電阻 R0 = 20k）（ 4）電阻 R2 的數(shù)值和穩(wěn)壓管 VS 的擊穿電壓值。解：（ 1）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)應(yīng)該是=

16、Un?= Un? =15= 0.015nnN1000（ 2）先計(jì)算電動機(jī)的電動勢系數(shù)U N - I N Ra220 - 94×0.15Ce =nN= 0.2059V ?min/ r1000則開環(huán)系數(shù)額定速降為nop = I N R =（0.15+0.3 ）94×= 205.4r / minCe0.2059ncl =nN s 1000×0.1= 5.56r / minD（1-s ） 20 ×（1-0.1）6/25閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為K =nop- 1=205.4ncl- 1= 35.95.56運(yùn)算放大器所需的放大倍數(shù)K P =K=35.9= 12.3

17、K S/ Ce0.015×40/ 0.20591 13 在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列參數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用，為什么？（ 1） 放大器的放大系數(shù) K p ；（ 2） 供電電網(wǎng)電壓；（ 3） 電樞電阻 Ra ；（ 4） 電動機(jī)勵磁電流；（ 5） 電壓反饋系數(shù) 。答：在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)放大器的放大系數(shù)K p 發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用再通過反饋控制作用， 因?yàn)樗麄兊淖兓罱K會影響到轉(zhuǎn)速， 減小它們對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。電動機(jī)勵磁電流、電樞電阻 Ra 發(fā)生變化時仍然和開環(huán)系統(tǒng)一樣，因?yàn)殡姌须娮杼幱诜答伃h(huán)外。當(dāng)供電電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用。因?yàn)殡娋W(wǎng)

18、電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng)完全服從給定。當(dāng)電壓反饋系數(shù)發(fā)生變化時， 它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤差。反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。1-13 有一個V M 系統(tǒng)，已知：電動機(jī)： PN= 2.8kW，UN = 220V，IN = 15.6A，nN = 1500r / min ， Ra = 1.5，整流裝置內(nèi)阻Rrec=1，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)K s = 35 。（ 1）系統(tǒng)開環(huán)工作時，試計(jì)算調(diào)速范圍D=30 時的靜差率 s 值。（ 2）當(dāng) D=30 ， s=10%，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

19、， s = 10%，在 U n? = 10V 時，I d = 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) K p 。（ 4）如將上述調(diào)速系統(tǒng)改為電壓負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，仍要求U n? = 10V 時，I d = IN，n=nN 并保持系統(tǒng)原來的開環(huán)放大系數(shù)K 不變，試求在 D=30 時靜7/25差率。解：（ 1）系統(tǒng)開環(huán)工作時，Ce = UN - IN Ra=220 - 15.6 ×1.5= 0.1311V ?min/ rnN1500則開環(huán)系數(shù)額定速降為nop = IN R =15.×6（1.5+1 ）= 297.5r / minCe0.1311s =DnN&#

20、215;30 ×297.5則×100% =100% = 85.6%nN + D nN1500 + 30×297.5（2）當(dāng) D=30 ， s=10% ，系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降nNnN s=1500×0.1=30×（ 1-0.1= 5.56r / minD（1-s ）（ 3 ） 當(dāng) U n? = 10V時 ， I d = IN ，n=nN ， 則 轉(zhuǎn) 速 負(fù) 反 饋 系 數(shù) 應(yīng) 該 是= Un ?= Un ? =10= 0.007nnN1500閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為K =nop- 1=297.5ncl- 1= 52.515.56運(yùn)算放大器所需的放

21、大倍數(shù)K P=K=52.51= 30.6/ Ce0.007 ×35 / 0.1311K S（4）在電壓負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，開環(huán)與閉環(huán)的速降是一樣的，所以ncl=nop= 297.5r / mins =DnN30×297.5×100% =×100% = 85.6%nN + D nN1500 + 30×297.51-15 在 題 1-10 的 系 統(tǒng) 中 ， 若 主 電 路 電 感 L=50mH ， 系 統(tǒng) 運(yùn) 動 部 分 的 飛 輪 慣 量GD 2 = 1.6N ?m2 ，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題 1-10 要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系

22、統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行？如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)K 是多少？ 解：計(jì)算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)：電磁時間常數(shù)Tl =L =0.05 = 0.0185sR1.2 +1.58/25機(jī)電時間常數(shù)Tm =GD2 R=1.6 ×(1.2 +1.5)375CeCm= 0.065s37530×0.1367× ×0.1367三相橋式整流電路，晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為Ts = 0.00167s為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：K< T m(T l +Ts ) + Ts2 = 0.065×(0.0185 + 0.00167) + 0.

23、001672 = 42.5TlTs0.0185×0.00167因?yàn)?3.1>28.75,所以該系統(tǒng)不可以穩(wěn)定運(yùn)行 ,如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)K 最大為 23.1.1-16 為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的？在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓U = 0 時，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它取決于那些因素？答；在動態(tài)過程中，當(dāng)U n 變化時，只要其極性不變，積分調(diào)節(jié)器的輸出U c 便一直增長；?= 0 時，U 才停止上升； 不到 U 變負(fù)，U不會下降。當(dāng) U = 0只有達(dá)到U =U , Unnncncn時， U c 并不是零，而是一個終值；如果U

24、n 不再變化，這個終值便保持恒定而不再變化，這是積分控制的特點(diǎn)。 因此，積分控制可以使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。 比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。雖然現(xiàn)在Un = 0U n，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)，但歷史上有過生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時需要的控制電壓U c 。1-17在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)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？并說明理由。答：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)態(tài)精度還受給定電源和測速發(fā)電機(jī)精度的影響。1-18采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)， 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的速

25、度是否有靜差？為什么？試說明理由。答：采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時的速度是無靜差的。 電 壓負(fù)反饋實(shí)際是一個自動調(diào)壓系統(tǒng)， 只有被包圍的電力電子裝置內(nèi)阻引起的穩(wěn)態(tài)速降被減小到 1/（ 1+K ），它的穩(wěn)態(tài)性能比帶同樣放大器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)要差。但基本控制原理與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋類似。它與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋一樣可以實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)。第二章轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法2-1在轉(zhuǎn)速、 電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)？改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)K n 行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)K s 行不行？改變9/25轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 行不行？若要改變電

26、動機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？答：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關(guān)系U n* = U n = n = n0因此轉(zhuǎn)速n 是由給定電壓U n? 決定的；改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)也可以改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速。改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)K n 和電力電子變換器的放大倍數(shù)K s 不可以。2-2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，兩個調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么？ 答：當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，它們的輸入偏差電壓都是零轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 的輸出限幅電壓 U im? 決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓U cm 限制了電力電子變換器的最大輸

27、出電壓U dm 。2-3如果轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不是PI 調(diào)節(jié)器，而改為P 調(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能將會產(chǎn)生什么影響？答：改為 P 調(diào)節(jié)器時其輸出量總是正比于輸入量， PI 調(diào)節(jié)器的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分， 到達(dá)穩(wěn)態(tài)時， 輸入為零， 輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。2-4 試從下述五個方面來比較轉(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；（ 2）動態(tài)限流性能；（ 3）起動的快速性；（ 4）抗負(fù)載擾動的性能；（ 5）抗電源電壓波動的性能。 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

28、 n 是由給定電壓 U ? 決定的。ASR 的輸出量U* i 是由負(fù)載電流I dL 決定的?？刂齐妷篣 c 的大小則同時取決于 nn 和 Id，或者說，同時取決于U ?n 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大電阻K p Ks Rs ，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂；比較電壓Ucom 與給定電壓 Un* 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）（ 3）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點(diǎn)：飽和非線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)、準(zhǔn)

29、時間最優(yōu)控制。（ 4）由動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動的作用。在設(shè)計(jì)ASR 時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。10/25（ 5）在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個環(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)， 電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(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。2-5在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器均采用PI 調(diào)節(jié)器。當(dāng)系統(tǒng)帶額定負(fù)載運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速反饋線突然斷線，系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏

30、差電壓U i 是否為零？為什么？2-6在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速給定信號U n? 未改變，若增大轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓U n 是增加還是減少？為什么？2-7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(jī)：PN = 3.7kW,UN = 220V, I N = 20A,nN = 1000r / min ，電樞回路總電阻R = 1.5，設(shè) U nm? = U?im = U om = 8V ，電樞回路最大電流I dm = 40A ，電力電子變換器的放大系數(shù) K s = 40 。試求：（ 1）電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；（ 2）當(dāng)

31、電動機(jī)在最高速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的U d 0 、 U ?i 、 U i 、 U c 值。解：（ 1）穩(wěn)態(tài)時因?yàn)?I dm= U im?8所以 =U im=?=0.2V/AI dm40= U nm?=8= 0.008V ?min/ rnmax1000（2）電動機(jī)在最高速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時n=0U d 0 = Cen + I d R = 40×1.5 = 60VU i? = - Ui = I d = 8VU i = 8VU c = Ud 0 = 60 =1.5VK s4011/252-8 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 U im? = 8V

32、 時，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，試問：（ 1） U i? 應(yīng)如何變化？（ 2） U c 應(yīng)如何變化？（ 3） U c 值由哪些條件決定？2-9 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在額定工作點(diǎn)正常運(yùn)行，現(xiàn)U ? 、因某種原因使電動機(jī)勵磁電源電壓突然下降一半，系統(tǒng)工作情況將會如何變化？寫出iU c 、 U d 0 、 I d 及 n 在系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)定后的表達(dá)式。2-10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，要求階躍響應(yīng)超調(diào)量10% 。（ 1）求系統(tǒng)的開環(huán)增益；（ 2）計(jì)算過度過程時間 ts 和上升時間 t；t&

33、lt;（ 3）繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時間0.25s，則 K= ？， = ?2-11 有一個系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為W obj (s) =K110，要求設(shè)計(jì)一個=無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量5%s +1 0.01s+1（按線性系統(tǒng)考慮） 。試對該系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。2-12 有一個閉環(huán)系統(tǒng)， 其控制對象的傳遞函數(shù)為K1=10，要求Wobj (s) =s(Ts +1) s(0.02s +1)校正為典型 II 型系統(tǒng)， 在階躍輸入下系統(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)。18，要求用調(diào)節(jié)器分別將其校2-13 調(diào)節(jié)對象的傳

34、遞函數(shù)為 Wobj (s) =(0.25s +1)(0.005s +1)正為典型I 型和 II 型系統(tǒng)，求調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。2-14 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(jī)的 額 定 數(shù) 據(jù) 為 ： PN = 60kW ,U N= 220V , I N = 308A, nN = 1000r / min ， 電 動 勢 系 數(shù)Ce = 0.196V ?min/ 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12/25磁時間常數(shù) Tl = 0.012s ，機(jī)電時間常數(shù) Tm = 0.12s ，電流反饋濾波時間常數(shù)Toi = 0

35、.0025s ，轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)Ton = 0.015s 。額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓 (U n? ) N = 10V，調(diào)節(jié)器 ASR 、ACR 飽和輸出電壓 U im?= 8V,U om = 6.5V 。系統(tǒng)的靜、動態(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 i5% ，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)339A 以內(nèi)）和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；（假設(shè)起動電流限制在（ 2）試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR ，計(jì)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(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR ，計(jì)算其參數(shù) Rn 、 Cn 、

36、 Con 。（ R0 = 40k）；（ 4）計(jì)算電動機(jī)帶 40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n 。（ 5）計(jì)算空栽起動到額定轉(zhuǎn)速的時間。解： 1.電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)分別為= U im?=8= 0.0236V / AI dm339U nm?=10= 0.01V ?min/ r=nmax10002. （ 1）確定時間常數(shù) 整流裝置滯后時間常數(shù)Ts. 按表 1-2, 三相零式電路的平均失控時間Ts=0.0033s. 電流濾波時間常數(shù)T. 三相橋式電路每個波頭的時間是3.3ms, 為了基本濾平波頭, 應(yīng)有oi(1 2)T oi =3.33ms, 因此取 Toi =2.5ms=0.002

37、5s. 電流環(huán)小時間常數(shù)之和T. 按小時間常數(shù)近似處理, 取oiT =TSii+ T = 0.0058s（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求 i 5 , 并保證穩(wěn)態(tài)電流無差 , 可按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器 . 電流環(huán)控制對象是雙慣性型的 , 因此可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器 , 其傳遞函數(shù)見式 (2-57).檢查對電源電壓的抗擾性能Tl0.012s:= 2.07的典型I型系統(tǒng)動態(tài)T0.0058s, 參照表2-3i抗擾性能 , 各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的 .（3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù): =T =0.012s .il電 流 環(huán) 開 環(huán) 增 益 : 要 求 i5時,按 表2-2,

38、 應(yīng) 取 K1T=0.5, 因此i13/25K I =0.5=0.5= 86s- 1Ti0.0058s于是 ,ACR 的比例系數(shù)為 :Ki= K I iR =86 ×0.012×0.18= 0.225（4）校驗(yàn)近似條件K s 35 ×0.0236- 1電流環(huán)截止頻率 : ci = K I = 86s 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件1=1=101s- 1 > ci滿足近似條件 .3Ts3×0.0033s 忽略反電動勢變化對對電流環(huán)動態(tài)影響的條件31= 3×1= 79.06s- 1 < ci滿足近似條件 .TmTl0.12s ×0.012s 電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件11= 1 ×1= 116.1s- 1> ci滿足近似條件 .3TsToi30.0033s ×0.0025s（5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻電容=40k ,由 圖2-25,按所用運(yùn)算放大器取R0各電阻和電容值為Ri = K i R0= 0.225×40k= 9kCi =- 6F = 1.33F ,取1.33Fi =0.0123 F =1.