運(yùn)動控制系統(tǒng)課后答案

1、習(xí)題解答（供參考）習(xí)題二2.2 系統(tǒng)的調(diào)速圍是1000100 r 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： nnn sD (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(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速 特 性 為 n0 max 1500r min ， 最 低 轉(zhuǎn) 速 特 性 為 n0min 150r min ， 帶 額 定 負(fù) 載 時(shí) 的 速 度 降 落 nN 15r min ，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降 不變，統(tǒng)允許的靜差率是多少？解： 1）調(diào)速圍D nmax nmin (均指額定負(fù)載情況下）nma

2、x n0 maxnN 1500151485nminn0minnN 15015135Dnmax nmin 1485 135112)靜差率snNn015 15010%2.4直流電動機(jī)為P =74kW,UN=220V ，NIN=378A ，nN=1430r/min ，Ra=0.023。相控整流器阻 Rrec=0.022。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)速圍。如果 s=30% 時(shí)，則系統(tǒng)的調(diào)速圍又為多少？解： Ce(U NI N Ra ) nN(220 3780.023)1430 0.1478V rpmnI N R Ce378(0.0230.022)0.1478115rpmDnN

3、 S n(1s)14300.2115(10.2)3.1DnN S n(1s)14300.3115(10.3)5.332.5 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(jī)，主電路總電阻R=0.18 ,Ce=0.2V?min/r, 求：（ 1）當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(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,s 5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落nN 又為多少 ?解： (1)nNI N R Ce305 0.180.2 274.5r / min(2)SNnN n0274.5 (1000274.5)21.5%(3)n nN

4、 S D (1s) 10000.05 200.95 2.63r / min2.6 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 U u* 8.8V 、比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù) K P 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， U d 為何值？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 =0.35，當(dāng)保持同樣的輸出電壓時(shí)，給定電壓 Uu* 應(yīng)為多少？解：（1） U d K p K sU u*(1K p K s) 2 15 8.8 (1 2 15 0.7) 12V(2)U d8.82 15264V,開環(huán)

5、輸出電壓是閉環(huán)的 22 倍(3)U u*U d (1K p K s ) K p Ks12(12 150.35) (215)4.6V2.7 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速圍是 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)應(yīng)有多大？解：1） D nN s / nN 1 s1015002% / nN 98%nN15002% / 98%103.06r / min2）Knop /ncl1 100 / 3.06 131.72.8 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)載下電動機(jī)

6、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)速圍可以擴(kuò)大多少倍？解：nop 1Kncl 1 158 128如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30, 則速降為：nclnop / 1 K128 / 1 30 4.13rpm在同樣靜差率要求下，D 可以擴(kuò)大ncl 1 /ncl 21.937 倍2.9 有一 V-M 調(diào)速系統(tǒng)：電動機(jī)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)

7、速圍 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)圖。（3）調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)Un*=15V 時(shí)，Id=I N， n=nN ，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）nU NI NRa/ CeCe22012.51.5 /1500 201.25 /1500 0.134V min/ rnU NI NR/ CenopI NR / Ce12.5 3.3 / 0.134 307.836r / minnNnN s /D 1s1500 10

8、% （/ 20*90% ） 8.33r / min所以，ncl8.33r / min（ 2）（3）（4）n K p K sU nI d R / Ce 1 KKU n / 1 KI d R / Ce 1 KKnop / ncl1307.836 / 8.33135.955150035.95515 /1 35.95512.53.3 / 0.134 1 35.9550.0096V min/ r可以求得，K * Ce 35.955* 0.13414.34K p*35* 0.0096K s也可以用粗略算法：U n U nn ，U n*150.01n1500K pKC e / K s， K p 35.955

9、 0.134 / 35 0.01 13.762.10 在題 2.9 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 dbl2I N ，臨界截止電流 I dcr 1.2I N ，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？解：（1）I dbl2I N25 A ， I dcr 1.2I N 15AI dcr U com / Rs15U com / RsI dblU n*U com / Rs25 15U com/ R

10、sRs 1.5，U com151.522.5V（2） (R /3)1.01.50.8 /31.1,Rs (R / 3)不符合要求，取 Rs1.1 ,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 Rs1.1，則 U com I dcr Rs 15 1.1 16.5V（3）當(dāng) I dI dcr 時(shí)，有n KpKU*/ Ce1 KKpKsKiRIdUcom/C1 KRId/ Ce1 KsnseKpKsU*KiUcom/ Ce1KR KpKsK R Id/ Ce1 Kni s當(dāng) n=0 時(shí)

11、，I dblK p K s U n*K iU com/RK p K sK i RsU n*K iU com/ K i Rs251516.5Ki/1.1 KiK i15 / 22.513.51.362.11 在題2.9 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 =1.6Nm 2 ，整流裝置采用三相零式電路，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：L50mH， GD21.6Nm 2 ， R3.3 ，Ce 0.134V / rpmTlL / R0.05 / 3.30.015 sTGD 2R/375

12、C Cm1.63.3 / 3750.1340.13430 / 3.14me5.28 / 64.330.082sTs0.00333sKTm Tl2/ TTs0.0820.0150.003332（）Ts Ts0.00333/ 0.0151* 0.00333l0.00150.003332/ 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。2.12有一個(gè)晶閘 - 電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動機(jī)：PN 2.8kW ，U N 220V ， I N 15.6A ， nN 1500 r/min ，Ra =1.5 ，整流裝置阻

13、 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) K s 35。(1) 系統(tǒng)開環(huán)工作時(shí)，試計(jì)算調(diào)速圍 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 D30， s10% ，在 U *n10V 時(shí) I dI N ， nn N ，計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù)K p 。解：C e22015.61.5 / 15000.1311V min/ r（ 1）nopINR / Ce 15.63.3 / 0.1311392.68r / minnmin1500 / 3050snop /

14、n0 min392.68 /392.68 5088.7%（ 2）0.1n /n50n 5 / 0.9 5.56r / min（ 3）n K p K sU n* / C e 1 K R I d / Ce 1KKK p K s / Ce1500K p K sU n*/ Ce 1KR 15.6 / Ce 1 KKnop / ncl1297.48 / 5.561 52.52.13 旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù) 1024，倍頻系數(shù) 4，高頻時(shí)鐘脈沖頻率 f 0 1MHz ，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)均采用 16 位計(jì)數(shù)器， M 法測速時(shí)間為 0.01s，求轉(zhuǎn)速n1500r / min 和 n150r

15、 / min 時(shí)的測速分辨率和誤差率最大值。解：（1）M 法：分辨率 Q60601.465r / minZTc102440.01最大誤差率： n60M1ZTcn 1500r / min 時(shí)， M 1nZTc1500410240.0160601024n 150r / min 時(shí)， M 1nZTc15041024 0.01102.460601500r / min 時(shí)， max %11100%0.098%100%M 11024150r / min 時(shí)， max %11100%0.98%100%M 1102.4可見 M 法適合高速。（ 2）T 法：分辨率：n1500r / min 時(shí)， QZn2102

16、44 15002171r / min60 f0Zn601610254101500n150r / min 時(shí)， QZn210244 15021.55r / min6011061024460 f 0 Zn150最大誤差率： n60 f 0， M 260 f0，ZM 2Zn當(dāng) n1500r / min 時(shí)， M 2601069.77415001024當(dāng) n150r / min 時(shí)， M 26010697.741501024n1500r / min 時(shí)，1100%1100%11.4%max %9.77M 211n150r / min 時(shí)，1100%1100%1%max %97.7M 211可見 T 法

17、適合低速習(xí)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(shè) 系 統(tǒng) 最 大 給 定 電 壓 U nm* =15V，nN =1500r/min ， I N =20A，電流過載倍數(shù)為 2，電 樞 回 路 總 電 阻 R =2 ， K s =20 ，Ce =0.127V ·min/r ，求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在 U n* =5V， I dL =10A 時(shí)，系統(tǒng)的 n 、 U n 、U i* 、 U i 和U c各為多少？ （2）當(dāng)電動機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時(shí)， U i* 和 U c 各為多少？解： (1)U nm* / nN15V / 1500rpm0.01V / rp

18、m當(dāng) U n*5V ,轉(zhuǎn)速nU n*5V500rpm0.01V / rpmU im*15V0.375V / AI dm40 AU i*I d0.375*103.75VU iU CU d 0EI dL R CenNI dL R 0.127 *50010* 2K sK sK s204.175V即n500rpm ,U n 5V ,U i*U i 3.75V ,U c4.175v（2）堵轉(zhuǎn)時(shí)， U i*I dm15V ，U cU d 0Cen I d RI dm R40*2K sKsKs4V203.2 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)：電動機(jī)：

19、PN =3.7kW，U N =220V，I N =20A， n N =1000 r/min , 電樞回路總電阻 R =1.5 ,設(shè) U nm* U im* U cm =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)電動機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的 U d 0 , U i* ,U i ,U c 值。解:1）Uim*8VU nm*8VI dm0.2V / A0.008V / rpm40 AnN 1000rpm2) U d 0EI dl R CenN Idl R40A*1.560V這時(shí)：U n* 8V ,U

20、 n 0 ，ASR 處于飽和， 輸出最大電流給定值。U i*8V ,U i8V ,U CU d0 K S60 401.5V3.3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(dāng) ASR輸出達(dá)到U im*=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 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？解: 1)U im*8VI dm0.1V / A80A因此當(dāng)電流從 40A 70A 時(shí)，U i*應(yīng)從4V 7V 變化。2)U C 要有所增加。3)U C 取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因

21、為 U d 0E I dl R CenN Idl RU cU d 0CenI d RK sK s3.5 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 10。（ 1）系統(tǒng)的開環(huán)增益。（ 2）計(jì)算過渡過程時(shí)間t s 和上升時(shí)間 tr ；（ 3）繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間 tr <0.25s, 則K=?， =?解：取KT0.69,0.6,%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(shí)間 tr 3.3T 0.33 S過度過程時(shí)間：ts36T 6 0.1 0.6sn（ 3）如要求 tr0.

22、25s ，查表3-1 則應(yīng)取KT 1,0.5 ,tr 2.4T 2.4*0.10.24s這 時(shí) K 1/ T 10,超調(diào)量=16.3%。3.6 有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為Wobj ( s)K110 ，要求設(shè)計(jì)一個(gè)無靜差系統(tǒng)，在s 10.01 s 1階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量 5（按線性系統(tǒng)考慮）。試對系統(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)。解：按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選KT 0.5,0.707,查表 3-1，得% 4.3% 。選 I 調(diào)節(jié)器， W (s)1s , 校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為s (0.01s1)這樣， ， K=10/，已選 KT 0.5,W (s)110,T0.01則 K

23、0.5/T=50,所以10 / K 10 / 50 0.2S ，積分調(diào)節(jié)器： W ( s)11。s 0.2s3.7 有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為 Wobj ( s)10，要求校正為典型型系K 1s(Ts 1)s(0.02s 1)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)。解：應(yīng)選擇PI調(diào)節(jié) 器 ，WPI (s)K PI ( s1),校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)W (s)K PI ( s1) K1，對照典型sss(Ts1)型系統(tǒng)，KKPIK1/ ,hT , 選 h8， 查表 3-4，%=27.2%，滿足設(shè)計(jì)要求。這樣hT8*0.020.16s ，K

24、h18 1175.78,KPIK /K1175.78*0.16 / 10 2.812T 22*82 *0.0222h3.8 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，已知電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN60 kW ,U N220 V ,I N308 A ,n N 1000 r/min , 電動勢系數(shù) Ce =0.196 V·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。電磁時(shí)間常數(shù) Tl =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

25、=0.015s。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓( Un* ) N=10V, 調(diào)節(jié)器 ASR ， ACR 飽和輸出電壓 Uim* =8V,Ucm =6.5V 。系統(tǒng)的靜、 動態(tài)指標(biāo)為 : 穩(wěn)態(tài)無靜差 , 調(diào)速圍 D=10, 電流超調(diào)量 i 5% ,空載起動到額定轉(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) ( 假設(shè)起動電流限制在 1.1I N 以) 和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。（ 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 、COn。(R0=40k )（ 4）

26、計(jì)算電動機(jī)帶 40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n。（ 5）計(jì)算空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。解：（1）U im* / I dm8V / (1.1* I N )8V / 339A0.0236V / A10 /10000.01V 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)Toi0.0025sc)T iT0iTs0.00250.003330.00583s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)K i ( i S1) ,i S電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:iTl 0.012s, 選 K I T i0.5, K I0

27、.5 / T i85.76s 1，KiK I i R85.760.012 0.180.224 。K s350.0173校驗(yàn)等效條件：ciK I85.76s 1a)電力電子裝置傳遞函數(shù)的近似條件：111101.01 ci3TS30.00333b)忽略反電勢的影響的近似條件：313179.06 S 1ciTmTl0.120.012c)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)的近似條件：1111115.52s 1ci3TsT0i30.00333 0.0025可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選 R0 40K ,則：Ri Ki R00.224 40K8.96 K , 取 9K.由此Cii / Ri0.012/ (9 1

28、03 )1.33FC0 i4T0i / R0 4 0.0025/ 401030.25 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/ K I :因?yàn)?K I T i 0.5則1/ K I2T i20.005830.01166 sb)Ton0.015sc) T n 1/ K I Ton 0.01166 0.015 0.02666 s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)Kn ( n s1) ,速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：n sn hT n ,取 h 5,nhT n 0.1333 sKKNh126168.82s 22h2T 2n52 0.026662校

29、驗(yàn)等效條件：(h1)Ce Tm60.02360.196 0.12n2h RT n2 50.016.940.18 0.02666cnK N / 1 K N n168.820.133322.5s 1a)電流環(huán)近似條件：1K I185.7640.43s1cn3T i30.00583b)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似： 1K I185.7625.2s 1cn3T0 n30.015可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)(空載 Z=0 ）n % 2*(Cmax)(nN T n3080.180.02666Cbz)2 81.2% 1.110000.12n* Tm0.19611.23%10%轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明， 上

30、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 ：nhT n0.07998 sKN(h1) / 2h2T 2n4/(2 90.026662 )312.656s 2Kn(h1) CeTm / 2hRT n4 0.02360.1960.12/ (2 3 0.010.18 0.02666) 7.6校驗(yàn)等效條件：cnK N /1K N n312.6560.07998 25s 1a)1/ 3( K I/ T i )1/21/ 3(85.76 / 0.00583) 1/240.43s 1cnb)1/ 3( KI/ To

31、n )1/21/3(85.76 / 0.015) 1/225.2 s 1cn可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：n272.2%1.1(3080.18 / 0.1961000)(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RnK n R07.6 40 304K ,取310K 。Cnn / Rn0.07998/ 310 1030.258FCon 4Ton / R0 4 0.015/ 40 1031.5F4) 40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時(shí):n %272.2%(1.10.4)(3080.18 / 0.196100

32、)(0.02666 / 0.12)63.5%5) 空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)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(jī)運(yùn)動方程： GD 2dnTeTL ,dnCm ( IdmI dL ) R(I dm IdL )(I dmIdL ) R375 dtdtGD 2GD2RCeTm375Ce 375CmCe所以： tCeTmn*0.196*0.12*10000.385s( I dmI dL )R(1.1*3080)*0.183.10 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(jī)參數(shù)為： PN =500kW，UN =750V，I N =760A，nN=375r/

33、min ，電動勢系數(shù) Ce =1.82V ·min/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(shí)間常數(shù) Tl =0.031s, 機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm =0.112s, 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) T0 i =0.002s, 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) T0n =0.02s 。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出*電 壓 Unm =Uim = Unm =10V, 調(diào) 節(jié) 器 輸 入 電 阻R0=40k。設(shè)計(jì)指標(biāo) : 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(shí)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(shè)計(jì) ,并取參數(shù) KT=0.

34、5 。（ 1）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu) ,并計(jì)算其參數(shù)。（ 2）計(jì)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?U im*10I dm0.00877V / A解：（ 1）1.5*760U nm*10nN0.0267V min/ r375電流調(diào)節(jié)器已按典型I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：a)TS0.00176 s確定時(shí)間常數(shù)：b)Toi0.002 sc)T i0.00367 s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)?5%，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI 調(diào)節(jié)器，W ACR (s)=K i (is+1)/is，Tl /Ti=0.031/0.00367=8.25<10電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定： i=T l

35、 =0.031s， K ITi= 0.5， K I = 0.5/T i=136.24 s-1KiK I TI R / K s136.240.0310.14 / 750.008770.899校驗(yàn)等效條件：ci=K I =136.24 s-1a)1/ 3Ts 1/ 30.00167199.6s 1cib)(1/ TmTl )1/23(1/ 0.1120.031)1/250.9s 1cic)1/ 3(1/ TsToi )1/21/ 3(1/ 0.001670.002)1/2182.39s 1ci可見滿足近似等效條件。電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K ，則RiKiR00.899 40 35.96取 3

36、6KCiTi / Ri0.031/ 36 1030.86FC0i4T0 i/ R0 4 0.002/ 401030.2 f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/K I ：因?yàn)?KI Ti= 0.5則 1/K I=2T i=2*0.00367=0.00734sb) b)Ton=0.02sc)c)T n=1/K I +T on=0.00734+0.02=0.02734s 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， W ASR(s)=K n(ns+1)/ns速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：n=hTn，選 h=5，則n=hTn=0.1367s,K N=(h+1)/ （ 2h2T2

37、n ） =6/2*25*0.02734 2=160.54 s-2K n=(h+1) CeTm/ （ 2hRTn ）校驗(yàn)等效條件：cn=K N /1=K Nn-2 a)1/21/2-11/3(K I/T i) =1/3(136.24/0.00367)=64.22s>cnb)1/3(K I/T on)1/2=1/3(136.24/0.02) 1/2=27.51s-1>cn可見滿足近似等效條件。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K，則Rn=K n*R 0=10.5*40=420K由此Cn=n/Rn=0.1367/420*10 3=0.325F取 0.33F C0n=4T0n/R0=4*0.0

38、2/40*10 3=2F2) 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： -2cn=21.946 s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(gè)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(shè)計(jì)特點(diǎn)。3.11 在一個(gè)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(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號最大值 Unm* =15V 時(shí),n=nN =1500 r/min; 電流給定信號最大值 Uim* =10V時(shí) , 允許最大電流 I dm=30A, 電樞回路總電阻 R=2 , 晶閘管裝置的放大倍數(shù) Ks=30 , 電動機(jī)額定電流 I N =20A , 電動勢系 數(shù)Ce=0.128V ·min/r。 現(xiàn) 系 統(tǒng) 在Un* =5V ,I dl =20A 時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 n=? ACR的輸出電壓 Uc =?（ 2）當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運(yùn)行時(shí) ,電動機(jī)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=? U n=? U i * =? U i =? Id=?U c =?（3）該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型型