運控課后答案

1、運控 課后 答案 第一章閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)11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。12試分析有制動通路

2、的不可逆 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 > U d ，很 快使電流 id 反向，VD2 截止，在 ton t 時，U g 2 變正，于是VT2 導(dǎo)通，反向電流沿回路3 流通，產(chǎn)生能耗制動作用。在T t + ton 時，VT2 關(guān)斷，?id 沿回路 4 經(jīng)VD1 續(xù)流，向電源回饋制動，與此同時，VD1 兩端壓降

3、鉗住VT1 使它不能導(dǎo)通。在制動狀態(tài)中，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 = nmaxnmin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)

4、速，對于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，可以用實際負(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 或用百分比表示s = nNn0s = nN ×100%n0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 = nNn0=nNnmin + nN nmin= nNs? nN= (1 ? s)nNsD = nmaxnmin=nN SnN (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

5、越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。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 nO max = 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 = nmaxnmin= 1500150 ? 15= 11系統(tǒng)允許的靜差率s =DnNnN + DnN×100% =11×151500 + 11×1

6、5×100% = 10%某閉環(huán)調(diào)速系統(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？解因為s = nNn0=nNnmin + nNn = nmin s = 150 × 0.02 = 3.06r / min所以N1 ? s1 ? 0.02因為ncl= nop1 + Kn 100K =op ? 1 =? 1 = 31.7所以ncl3.0616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

7、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（1）因為n =RIdcl C（1+K）所以RId = n（e1+K）=8×（1+15）=128RI128則n= d = 4.13r / minC（e 1+K）1 + 30（2） 由D =nN SnN (1 ? S )，可知在 s 和 nN不變的情況下，D 只與 nN 有關(guān)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

8、； 當(dāng) s=10%時， n =nN s= 1500× 0.1= 8.33r / minN D（1-s）nop20 ×（1-0.1）240此時K =? 1 =? 1 = 27.8當(dāng) s=5%時，ncln =8.33nN s=1500× 0.05= 3.95r / minNnopD（1-s）24020 ×（1-0.05）此時K =? 1 =? 1 = 59.8ncl3.95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。18轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點？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

9、是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？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。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，因為反饋控制系統(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。19在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系

10、統(tǒng)中，當(dāng)電網(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。因為電網(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。因為他們的變化最 終會影響到轉(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。110有一 VM 調(diào)速系統(tǒng)。電動機(jī)參數(shù)為：

11、PN = 2.2kW，U N = 220V，I N = 12.5 A，nN = 1500r / min ， 電樞電阻 Ra = 1.2 ，整流裝置內(nèi)阻 Rrec = 1.5 ，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) K s = 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(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 ? = 15V 時，I = I ，n=n ，則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù) 應(yīng)該是多少？（4）計算放大器所需的放大倍數(shù)。 解：（1）先計算電動機(jī)的電動勢系數(shù)C =

12、 U N ? I N RanN= 220 ? 12.5 ×1.2 = 0.1367V ? min/ r1500則開環(huán)系數(shù)額定速降為（1.2+1.5）nop= I N R = 12.5 ×= 246.9r / minCe0.1367額定負(fù)載時的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為n =nN s 1500× 0.1= 8.33r / mincl D（1-s）20 ×（1-0.1）（2）系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下所示U*n +? UnUcKpKsUd0+- IdREn1/Ce-Un轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的原理圖+*+ n n? U-A UcGT+dUPEUdM- Un +-+U-tgn+TTG-

13、（ 3 ）當(dāng) U ? = 15V時， Id = I N，n=nN ，則轉(zhuǎn)速負(fù) 反饋系數(shù) 應(yīng)該是 ? ? = U n= U n = 15= 0.01nnN（4）閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為1500n 246.9K =op ? 1 =? 1 = 28.64ncl8.33運算放大器所需的放大倍數(shù)K P =K KS / Ce=28.640.01× 35 / 0.1367= 11.19111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 Idbl 2I N ，臨界截止電流 Idcr 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

14、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？U ? +I =nU com 2 I解：因為dbl NSI = U com 1.2 Idcr NS且 U? =15V，計算可得 R= 1.5，U= 22.5VnscomU ? +I =nU com 2 Idbl NSI = U com 1.2 Idcr KR N112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 = 94 A，nN = 1000r / min ， Ra = 0.15 ，

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 = 40 。最大給定電壓U ? = 15V ，當(dāng)主電路電流達(dá)到最大值時，整定電流反饋電壓Uim = 10V設(shè)計指標(biāo)：要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍 D=20，靜差率 s 10% ，Idbl = 1.5I N，。Idcr = 1.1I N 。試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并計算：（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? ? = U n= U n = 15= 0.015nnN

16、1000（2）先計算電動機(jī)的電動勢系數(shù)C = U N ? I N RanN= 220 ? 94 × 0.15 = 0.2059V ? min/ r1000則開環(huán)系數(shù)額定速降為（0.15+0.3）nop= I N R = 94 ×Ce0.2059= 205.4r / minn=nN s 1000× 0.1= 5.56r / minclD（1-s）20 ×（1-0.1）閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為n 205.4K =op ? 1 =? 1 = 35.9ncl運算放大器所需的放大倍數(shù)5.56K P =K KS / Ce=35.90.015 × 40 /

17、 0.2059= 12.3113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，因為他們的變化最終會影響到轉(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，因為電樞電阻處于反 饋環(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。因為電網(wǎng)電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng)完全服從給定

18、。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，U N = 220V，I N = 15.6 A，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)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(dāng) D=30，s=10%，計算系統(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 ?

19、= 10V 時，Id = I N，n=nN ，計算轉(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 ? = 10V 時，Id = I N，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 時靜差率。解：（1）系統(tǒng)開環(huán)工作時，C = U N ? I N RanN= 220 ? 15.6 ×1.5 = 0.1311V ? min/ r1500則開環(huán)系數(shù)額定速降為（1.5+1）nop= I N R = 15.6 ×= 297.5r / minCe0.1311Dn30 × 297.5則s = N

20、×100% =×100% = 85.6%nN + DnN1500 + 30 × 297.5（2）當(dāng) D=30，s=10%，系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降n =nN s=1500 × 0.1= 5.56r / minND（1-s）30 ×（1-0.1）（ 3 ）當(dāng) U ? = 10V時， Id = I N，n=nN，則 轉(zhuǎn)速負(fù)反 饋系數(shù) 應(yīng)該 是? ? = U n= U n = 10= 0.007nnN1500閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為n 297.5K =op ? 1 =? 1 = 52.51ncl5.56運算放大器所需的放大倍數(shù)K P =K KS / Ce

21、=52.510.007 × 35 / 0.1311= 30.6（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 =DnNnN + DnN×100% =30 × 297.51500 + 30 × 297.5×100% = 85.6%1-15在題 1-10 的系統(tǒng)中，若主電路電感 L=50mH ，系統(tǒng) 運動部分的飛輪慣量 GD2 = 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)計的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行？如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，允許的最大開環(huán)放大

22、系數(shù) K 是多少？ 解：計算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)：L0.05電磁時間常數(shù)T = 0.0185slR1.2 + 1.5機(jī)電時間常數(shù)GD2 RTm = 375C C =1.6 × (1.2 + 1.5)375 × 0.1367 × 30 × 0.1367= 0.065s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：T (T + T ) + T 20.065 × (0.0185 + 0.00167) + 0.001672K < m l s s =TlTs0.0185

23、 × 0.00167= 42.5因為 23.1>28.75,所以該系統(tǒng)不可以穩(wěn)定運行,如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，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；只有達(dá)到U ? = U , U = 0 時，U 才停止上升；不到 U 變負(fù)，U 不會下降。當(dāng) U = 0時，U c 并不是零，而是一個終值；如果 U n 不再變化，這個終值便

24、保持恒定而不再變化，這是積分控制的特點。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行，實現(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 U n = 0 ，但歷史上有過 U n ，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運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)運行時的速度是否有靜差？為

25、 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)運行時的速度是無靜差的。 電壓負(fù)反饋實際是一個自動調(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) 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) 行不行？若要改變電動機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

26、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 * = U = n = n因此 轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓U ? 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) Kn 和電力電子變換器的放大倍數(shù) Ks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 ? 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出電壓U dm 。2-3如果轉(zhuǎn)速、電

27、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)工作點上，轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓U ? 決定的。ASR 的輸出

28、量 U*i 是由負(fù)載電流 IdL 決定的?？刂齐妷?Uc 的大小則同時取決于 n 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)計算是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計 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：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 Kp 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：飽和非線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)、準(zhǔn) 時間最優(yōu)控制。（4）由動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)

29、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 ASR 時，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)電壓擾動的作用點離被調(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)器的輸入偏差電壓 Ui 是否為零？為什么？2-6在轉(zhuǎn)速、電流雙閉

30、環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速給定信號U ? 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 ,U N = 220V , I N = 20 A, nN = 1000r / min ，電樞回路總電阻R = 1.5 ，設(shè)U ? = U ? = U= 8V ，電樞回路最大電流 I= 40 A ，電力電子變換器的放大系數(shù) Ks = 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)在最高速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的U、U ? 、U 、U 值。解：（

31、1）穩(wěn)態(tài)時因為IdmU ?=im?所以 = Uim =Idm8 = 0.2V / A40U ? =nmnmax=81000= 0.008V ? min/ r（2）電動機(jī)在最高速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時 n=0U d 0 = Ce n + Id R = 40 ×1.5 = 60Vi = ?Ui = Id = 8VUi = 8VU = U d 0 = 60 = 1.5VK s402-8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 ? = 8V 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 ? 應(yīng)如何變

32、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)載在額定工作點正常運行，現(xiàn) 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U ? 、U c 、U d 0 、 Id 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）計算過度過程時間 ts 和上升時間 t ；（3）繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時間 t < 0.25s ，則 K=？， = ?2-11有一個系統(tǒng)，其

33、控制對象的傳遞函數(shù)為W(s) =K1=10，要求設(shè)計一個obj s + 10.01s + 1無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量 5% （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Wobj(s) =K1=s(Ts + 1)10s(0.02s + 1)，要求校正為典型 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)。2-13調(diào)節(jié)對象的傳遞函數(shù)為Wobj(s) =18(0.25s + 1)(0.005s + 1)，要求用調(diào)節(jié)器分別將其校正為典型 I 型和 II 型系統(tǒng)，求調(diào)節(jié)

34、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 = 308 A, 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) Ks = 35 。 電磁時間常數(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 = 0.0025s ，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 ? )= 10V ，調(diào)節(jié)器 ASR、ACR

35、 飽和輸出電壓U ? = 8V ,U= 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 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(shè)起動電流限制在 339A 以內(nèi)）和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) ；（2）試設(shè)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(shè)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(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）計算空栽起動到額定轉(zhuǎn)速的時間。解：

36、1.電流反饋系數(shù) 和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 分別為U ? =imIdm= 8339= 0.0236V / AU ? =nmnmax= 101000= 0.01V ? min/ r2.（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)Toi.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 (12)Toi=3.33ms,因此取Toi=2.5ms=0.0025s. 電流環(huán)小時間常數(shù)之和Ti.按小時間常數(shù)近似處理,取T= TS + Toi = 0.0058s（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求 i 5,并保證穩(wěn)態(tài)電

37、流無差,可按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計電流調(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).T0.012s檢查對電源電壓的抗擾性能:l = 2.07 ,參照表 2-3 的典型 I 型系統(tǒng)動態(tài)Ti抗擾性能,各項指標(biāo)都是可以接受的.（3）計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)0.0058s電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù): i =Tl =0.012s .電 流 環(huán)開環(huán)增 益:要 求 i5 時,按表 2-2,應(yīng)取 K T = 0.5i, 因 此K I =0.5 =Ti0.50.0058s= 86s?1K R86 × 0.012 × 0.18于是,ACR 的比例系數(shù)為:K

38、= I i = 0.225（4）校驗近似條件Ks 35 × 0.0236電流環(huán)截止頻率: = K = 86s?1ciI 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿足近似條件.13Ts=13× 0.0033s= 101s?1 > 忽略反電動勢變化對對電流環(huán)動態(tài)影響的條件滿足近似條件.31TmTl= 3×10.12s × 0.012s= 79.06s?1 < 電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件11= 1 ×1= 116.1s?1 > 滿足近似條件.3TsToi30.0033s × 0.0025sci（5）計算調(diào)

39、節(jié)器電阻電容由圖2-25, 按所用 運算放大 器取 R0Ri = Ki R0 = 0.225 × 40k = 9k=40k ,各電 阻和 電容 值為 C = iRi= 0.012 F = 1.33×10?6 F = 1.33 F , 取1.33 F9 ×103Coi= 4ToiR0= 4 × 0.0025 F = 0.25 ×10?6 F = 0.25 F , 取0.2 F40 ×103按照上述參數(shù),電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為 i =4.3<5(見表 2-2),滿足設(shè)計要求.3. （1）確定時間常數(shù)1電流環(huán)等效時

40、間常數(shù) 1/ K I .已取 K I T i = 0.5 ,I= 2T= 2 × 0.0058s = 0.0116si轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton .根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況,取Ton =0.01s.轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)T n.按小時間常數(shù)近似處理,取T= 1K I+ Ton=0.0116s+0.015s=0.0266sK（n ns+1）（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求,選用 PI 調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)WAS（Rs）= ns（3）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則,取 h=3,則 ASR 的超前時間常數(shù)為 =hT=3 × 0.0266s=0.0798sn由式(2-75

41、)可得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益:K N =h + 12h2T2 n=42 × 32 × 0.02662s?2 = 314.1s?2于是,由式(2-76)可得 ASP 的比例系數(shù)為:K = (h + 1) CeTm =n2h RT n4 × 0.0236 × 0.196 × 0.122 × 3× 0.01× 0.18 × 0.0266= 7.73（4）檢驗近似條件由式(2-33)得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為:電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為:cn= K N1= K N n= 314.1× 0.0798s?1 = 25.1s?

42、11K I= 1 ×86s?1 = 40.6s?1 > ,滿足簡化條件.3T30.0058cni轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為:1K I= 1 ×86 s?1 = 25.2s?1 > ,滿足近似條件.3Ton30.01cn（5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖 2-27,取 R0 =40k ,則Rn = Kn R0 = 7.73 × 40k = 309.2k, 取310kC = nRn= 0.0798310 ×103F = 0.257 ×10?6 F = 0.257 F , 取0.257 FCon= 4TonR0= 4 &

43、#215; 0.015 F = 1.5 ×10?6 F = 1.5 F , 取1.5 F40 ×103（6）校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng) h=3 時,由表 2-6 查得, n =52.6,不能滿足設(shè)計要求.實際上,由于表 2-6 是按線性系統(tǒng)計算的,而突加階躍給定時,ASR 飽和,不符合線性系統(tǒng)的前提,應(yīng)該按 ASR 退飽和的情況重新 計算超調(diào)量。（7） 由表 2-7 查得,由h = 3得，CmaxCb= 72.2% = ImI N= 339 = 1.1308T308× 0.18 = 2×（Cmax ）（n-z）n = 2× 72.2%×1.1&

44、#215; 0.196 × 0.0266 = 9.96% < 10%nCn*T10000.12bm4.如果只起動5.空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間t ? =2h ?n nT= ? =6 ? ×7.73 ×10× 0.0266 = 0.386s2? h + 1 ? U ? I n? 4 ?8 ? 0.0236 × 308?imdL?2-15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 = 555kW ,U N = 750V , I N = 760 A, nN = 375r / min ，電動勢系數(shù) Ce

45、 = 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)K s = 75 。電磁時間常數(shù)Tl = 0.031s ，機(jī)電時間常數(shù)Tm = 0.112s ，電流反饋濾波時間常數(shù)Toi = 0.002s，轉(zhuǎn)速 反 饋濾波 時 間常數(shù) Ton = 0.02s。設(shè) 調(diào) 節(jié)器輸 入 輸出電 壓U ? = U ? = U= 10V ，調(diào)節(jié)器輸入電阻 R = 40k 。設(shè)計指標(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，并取參數(shù) KT=0.5。（1）選擇轉(zhuǎn)速

46、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。2-16在一個轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán) VM 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U ? = 15V 時， n = n = 1500r / min ；電流給定信號最大值U ? = 10V 時，允許最大電流 I= 30 A ，電樞回路總電阻 R = 2 ，晶閘管裝置的放大倍數(shù) K s = 30，電動機(jī)額定電流 I N = 20 A，電動勢系 數(shù)C = 0.128V ? min/ r ，現(xiàn)系統(tǒng)在U ? = 5V ，I= 20 A 時穩(wěn)

47、定運行。求此時的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 n=？ACR 的輸出電壓U c = ?（2）當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運行時，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。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來，則穩(wěn)定后 n=？U = ? U ?= ? Id = ? U c = ?（3）該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型 II 型系統(tǒng)設(shè)計，且按 M min 準(zhǔn)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)T= 0.05s ，求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開環(huán)傳遞函數(shù)，并計算 n出放大系數(shù)及各時間常數(shù)。（4）該系統(tǒng)由空載（ IdL = 0 ）突加額定負(fù)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(jī)電時間常數(shù)Tm = 0.05s

48、 ，計算其最大動態(tài)速降 nmax 和恢復(fù)時間 tV 。2-17有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的 H 性形雙極式 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)，已知電動機(jī)參數(shù)為：PN = 200kW ,U N = 48V , I N = 3.7 A, nN = 200r / min ，電樞電阻 Ra = 6.5 ，電樞回路總 電阻 R = 8 ，允許電流過載倍數(shù) = 2 ，電勢系數(shù) Ce = 0.12V ? min/ r ，電磁時間常數(shù)Tl = 0.015s ，機(jī)電時間常數(shù)Tm = 0.2s ，電流反饋濾波時間常數(shù)Toi = 0.001s ，轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)T= 0.005s 。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓U ? = U ? = U= 10V ，調(diào)節(jié)器輸入電阻 R0 = 40k 。已計算出晶體管 D202 的開關(guān)頻率 f=1kHz ，PWM 環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)K s = 4.8 。試對該系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)參數(shù)設(shè)計，設(shè)計指標(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)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n 20% ；過載過程時間 ts 0.1s 。第 3 章直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制3-1