運動控制講評習(xí)題要點

1、講評習(xí)題2-5某龍門刨床工作臺采用晶閘管整流器 -電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動機(jī) Pn =60kW , Un =220V ， I n =305A， n” =1000r. min ，主電路 總電阻 R = 0.18門， Ce = 0.2V *min r，求：（1）當(dāng)電流連續(xù)時，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落cnN為多少？（2）開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率SN多少?D = 20, s _ 5% 的要求。274.5(r min)（3）額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落 =nN為多少，才能滿足 解：（1）當(dāng)電流連續(xù)時，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落A InR 3055.18 :-n” 二Ce0.2（2）開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特

2、性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率0.215 =21.5%1000 274.5（3）額定負(fù)載下滿足 D = 20, s豈5%要求的轉(zhuǎn)速降落nSD(1-s)1000 0.0520 (1 -0.05):2.63(r min)2-6有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖所示，已知給定電壓 系數(shù)(1)(2)Uu =8.8V,比例調(diào)節(jié)放大Kp =2,晶閘管裝置放大系數(shù) Ks=15,反饋系數(shù)=0.7。求：輸出電壓Ud ； 若把反饋線斷開， 若把反饋系數(shù)減至（3）解：（1 ）輸出電壓Ud為何值？開環(huán)時的輸出電壓是閉環(huán)時的多少倍？= 0.35，當(dāng)保持同樣的輸出電壓時，給定電壓U：應(yīng)為多少?UdKpKs8.8=12(V)

3、；12 15 0.7（2）若把反饋線斷開，時的264 12 =22倍。（3）若把反饋系數(shù)減至_1 KpKs UUd = KpKsUu =2匯15漢8.8 =264（V）；開環(huán)時的輸出電壓是閉環(huán)Uu裡=0.35，當(dāng)保持同樣的輸出電壓時，給定電壓1 KpKs 12 15 0.35p Ud12=4.6（V）。KpKs2 1529 有一M調(diào)速系統(tǒng)。電動機(jī)夢數(shù)為：匕=2.2AFf l =22OK.人=12.5.4- 你=1500r min電樞電- 皿,整流裝匿內(nèi)疵=1.0 Q觸發(fā)整詵環(huán)節(jié)的放 大倍數(shù)&=35 °要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍0=2,靜差率<10%c(1) 訃算開環(huán)系統(tǒng)的酔態(tài)

4、述降“紳和調(diào)趣耍求所允許的閉環(huán)靜念速降 汕.(2) 來用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)慈統(tǒng)，試畫出丟統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圏。(列調(diào)整該參統(tǒng)參數(shù)，便當(dāng)U： = 15r時.I嚴(yán)' n=nv則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)G應(yīng)該是 多少？(4)訃算放大器所斶的敘大倍數(shù)。解：(1) Ce1500UdRa22°-12.5 "二 0.1341V min/ rnNnopRInCe空皿4 307®/min0.1341nNs1500 0.1D(1-s)20 (1-0.1嚴(yán)如聞(2 )系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下所示(3)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)15CL =Un Un0.01 n nN 1500（4）閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大

5、系數(shù)為-1運算放大器所需的放大倍數(shù)Kpnd叱亠35.938.3335.93Ks： /Ce 35 0.01/ 0.1341 - 13.772-10 在題49的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋實統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié).耍求墟轉(zhuǎn)電流山“人臨界 截止電流Idcr > L2/v,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，需要増加電流反饋放大器，試畫出系統(tǒng)的原 理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)框臥并計算電流反饋枚大丟數(shù)這時電流反淺采樣電陽和比較電壓各為多 些？解:Rs且Un =15V，計算得:1 dblN， Idc 產(chǎn) U；om_1.2lRsUn Ucom . 2I2IRs =1.

6、5J Uco 22.5VR 二 RaRlRrec尺=4.8，R/R= 0.3125 1/32-12有一晶閘管-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 =1500r；min，Ra =1.5】，整流裝置內(nèi)阻Rrec二T，電樞回路電抗器電阻 RL =08， 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) Ks =35。求：（1） 系統(tǒng)開環(huán)時，試計算調(diào)速范圍D =30時的靜差率s。（2）當(dāng) 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(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D =30, s=10%，在U； =10V時Id =IN，n = nN，計算轉(zhuǎn)

7、速反饋系數(shù):和放大器放大系數(shù) K p。 解：先計算電動機(jī)的反電動勢系數(shù)UN I NRa220 15.6x1.5Ce := 0.131(V min r)nN1500系統(tǒng)開環(huán)時的額定轉(zhuǎn)速降落IN（RRreRL 空乂竺匕空 393（仙巾）n Nop（1）系統(tǒng)開環(huán)時,DAr）Ns 二 n（2）Ce0.131調(diào)速范圍 D = 30時的靜差率30 3930.887 = 88.7% ；1500 30 393D，nD =30,s =10%時，系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降1500 0.1nNS二二 5.56（r min）D（1s） 30 （1一0.1）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%，則系統(tǒng)開

8、環(huán)放大系數(shù)K匹一 1(3)393 -1 69.68 ；5.56轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)放大器放大系數(shù):型:0.0067(V min r) nN1500KCe69.68漢 0.131K pp Ks：35 0.006738.93。2-13旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)為 1024,倍數(shù)系數(shù)為 碼器輸出的脈沖個數(shù)和高頻時鐘脈沖個數(shù)均采用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法測速4,高頻時時鐘脈沖頻率16位計算器，M法和f。=1MHz，旋轉(zhuǎn)編T法測速時間均為轉(zhuǎn)速n=1500r/min60轉(zhuǎn)速n=1500r/min和n=150r/min時的測速分辨率 Q =-

9、60ZTc 1024 沃 40.01點nZTc1500 漢 4096 漢 0.01 “一，+時，M1二 c1024，誤差率最大值60 60:1.4651 二 1M110240.00097 =0.097% ；轉(zhuǎn)速n=150r/min 時,旦 150 4096 0.。16060=102.4，誤差率最大值1 _ 1 M1 _ 102.4:0.0097 二 0.97%。(2)T法測速轉(zhuǎn)速n=1500r/min 時，M260foZnZn260 1 1064096 15004096 150029.8，測速分辨率誤差率最大值60 f0 _ Zn60 1 106 -4096 1500 : max轉(zhuǎn)速 n=15

10、0r/min 時,誤差率最大值M2 -10.103 =10.3% 。9.8-160 f060 燈如06"M 2二 0二-98，測速分辨率Zn 4096 150Zn24096 燈502Q61.556Of0 -Zn 60 1 104096 1501M2 -110.0103 =1.03%。98 -13-1雙閉環(huán)直流調(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；m二U： =15V， nN =1500rmin，In =20A，電流過載倍數(shù)為 2,電樞回路總電阻R=2，©=20，Ce= 0.127V mi nr，求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行在 U；=5V，ldL &quo

11、t;0A時，系統(tǒng)的n、Un、U；、Uj和Uc各為多少？解：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù).Unm15ot =15000.01(V min. r)電流反饋系數(shù)：=5ml(1)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行在 U n =5V，ldL =10A時，Un =U； =5(V)U；5n500(r. min)0.01= 0.375 10 = 3.75(V)=Ui =3.75(V)0.127 500 10 24.175(V)。dm15_2 20nCtUi = ：ldLUi.U d0 _ Cen l dL RU c _KsK(2 )當(dāng)電動機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時，n=0;-0.375(V A)20U：二-ldm =0.375 2 20 =15(V)I

12、dmRKs2 20 2 -2F-(V)。3-2在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(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， IN = 20A， nN =1000r min, 電樞回路 總電阻R = 1-5 J ；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倍數(shù) Ks =40。試求：（1）電流反饋系數(shù)一: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)時的Ud0, U*，Ui和Uc的值。解：（1）電流反饋系數(shù)*Uim = 8 = 0.2(V A)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)*:-=Unm8

13、0.008(V mi nr)。nN1000（2）當(dāng)電動機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時，n=0;Ud0=Cen IdmR=0 40 1.5=60(V)Ui® 二 Jdm =0.2 40 =8(V)d0Ks60 =1.5(V)。403-10有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(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,U N = 750V, I N = 760A,nN = 375r/m i n 電動 勢系數(shù)Ce = 1.82V min r，電樞回路總電阻 R =0.14門，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)T = 0.031s，機(jī)

14、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) T°n = 0.02s。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電 壓U nm =U im = U nm =10V，調(diào)節(jié)器輸入電阻 Ro = 40k1。設(shè)計指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量J空5%，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量610%。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：三相橋式整流電路的平均失控時間Ts = 0.0017s，電流環(huán)小時間常數(shù)之和 Tz =Ts

15、Toi = 0.0037s，要求電流超調(diào)量二5%，應(yīng)取KITZ 0.5，因此 Ki 135.1s4。（1）電流環(huán)等效時間常數(shù) 1. K 0.0074s ；轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù) T幣=1 KI Ton =0.0074 0.02 =0.0274s；電流反饋系數(shù)*1； -Ujm100.0088（V A）In 1.5 760轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)-怡=需"02672吶）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，其傳遞函數(shù)為WasR(S)= Kn(|S 1)按跟隨和抗擾動性能都較好的原則，取nSh =5,則ASR的超前時間常數(shù)為-n - hT7i=5 0.0274 = 0.137s轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益Kn/ -159.84s，2 50

16、.0274可得ASR的比例系數(shù)為(h+1)0CeTm6x0.0088x1.82x0.112 dnK n10.51 ；2h： RT2 5 0.0267 0.14 0.0274取調(diào)節(jié)器輸入電阻 R0 =40k，貝U-KnR -10.51 40=420.4k，取 420k門e 0 137Cnn3 =3.26 10*(F) =0.326F，取 0.33FRn 420 1034T 4 x 0 026Con = on =42 =2 10“(戸=2嚇，取 2F。R 40 103(2)電流環(huán)的截止頻率-cKI = 135.1s J ,轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率心二KN.n =159.84 0.137、21.9s；檢驗近

17、似條件1）校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件1 13Ts3 0.0017”196.1（s）心，滿足近似條件;校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件3 .二=3.0.11210.031： 50.91（SJ ci，滿足近似條件;校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似條件11 J 13TsToi3'0.0017 0.002校驗電流環(huán)傳遞函數(shù)近似條件：、180.8（s j匕，滿足近似條件;1135.13 0.00371：63.7(s )'cn，滿足近似條件;校驗轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似條件27.4（s4 cn，滿足近似條件。1 KI 1 135.13' Ton - 31 0.02 校核轉(zhuǎn)速

18、超調(diào)量二 n；- C max j 一 nbC maxn N Tf-2 (，一 z)CbnTm760 0.14事 °812 (1"-0HF 器:0.093 :：: 10%滿足設(shè)計要求。5-1 一臺三相鼠籠異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：額定電壓Un=38V，額定轉(zhuǎn)速 960r min，額定頻率f50Hz，極對數(shù)np=3,定子繞組為Y聯(lián)接。由實驗測得定 子電阻Rs =0.35】，定子漏感 Lb =0.006H，定子繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感Lm =0.26H，轉(zhuǎn)子電阻R： -0.51，轉(zhuǎn)子漏感Lk -0.007H，轉(zhuǎn)子參數(shù)已折算到定子側(cè)， 忽略鐵芯損耗。（1）（2）（3）（4）nN畫

19、出異步電動機(jī) T形等效電路和簡化電路。額定運行時的轉(zhuǎn)差率 弘，定子額定電流l1N和額定電磁轉(zhuǎn)矩。 定子電壓和頻率均為額定值時，理想空載時的勵磁電流I0。定子電壓和頻率均為額定值時，臨界轉(zhuǎn)差率sm和臨界轉(zhuǎn)矩Tem，畫出異步電動機(jī)的機(jī)5O異步電動機(jī)簡化電路械特性。解:（ 1）異步電動機(jī)T形等效電路（2）由于額定轉(zhuǎn)速nN =960rmin，同步轉(zhuǎn)速m = 60fNnP60 503= 1000(r min),額定運行時的轉(zhuǎn)差率g = 1°00-960 “04厲1000由異步電動機(jī)T形等效電路，+ Rs*j 特丄 is + LisjRs“ +0.006 jmLmLmj2 叫Lm 0.26可得轉(zhuǎn)

20、子相電流幅值0.35100 二 0.26:1.023 - j 0.004 ： 1.023尺G尺SN額定運行時的勵磁電流幅值,Eg202.7352、I0g2.482(A)心 100 二 0.26由異步電動機(jī)簡化電路，額定運行時的定子額定電流幅值Us&2-'1 L|s L|：I1N0.35+劉2202(100二)2 (0.0060.007)2220165.1225 16.6796=16.3164( A)額定電磁轉(zhuǎn)矩_ 巳 _ 3np 2_ _ 1 :m'1TeBl =3_3 15.97352 -05 ： 91.37(N m)0.04100(依據(jù)T形等效電路)_ Pm _ 3

21、nP I 2一一1 1N'm'13 320.516.3164295.33( N m)0.04(3 )定子電壓和頻率均為額定值時，理想空載時的勵磁電流Us220TeSN100-(依據(jù)簡化等效電路)戌 $LlsLm 2.0.352 (100 二)2 (0.006 0.26)2(4 )定子電壓和頻率均為額定值時，臨界轉(zhuǎn)差率R0.50.352 (100二)2 (0.006 0.007)2=2.633(A)% =,Rs1LisLi :臨界轉(zhuǎn)矩=0.122Us22 * 2 +卩(Lb +GL|：)220廠0.5O2J 0.35 +1.023 江I +(100兀)2 況 0.006 +1.0

22、23X0.007 ) 認(rèn)0.04丿 '丿、'220-,172.5939 17.0953=15.9735(A)氣隙磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動勢= 15.9735 ,156.25 4.8361 ： 202.7352 (V)3npU；3 3 2202iR；f Ls L 2200 二 0.35 仁0.352 (100 ：)2 (0.006 0.007)2= 155.83(N m)125-2異步電動機(jī)參數(shù)如習(xí)題5-1所示，畫出調(diào)壓調(diào)速在 一Un和 Un時的機(jī)械特性，計算臨2 3界轉(zhuǎn)差率sm和臨界轉(zhuǎn)矩Tem，分析氣隙磁通的變化， 在額定電流下的電磁轉(zhuǎn)矩，分析在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和風(fēng)機(jī)類負(fù)載兩種

23、情況下，調(diào)壓調(diào)速的穩(wěn)定運行范圍。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性定子相電壓改變，臨界轉(zhuǎn)差率不變，即Sm 底+糾1 2仏+L；.0.352(100二)2 (0.0060.007)2= 0.122T =-Tmemax911.TemTemax155.83 = 38.96( N min)，44=-155.83 =69.26( N min)。 9氣隙磁通："mS隨定子電壓的降低而減小。4.44f1Nskzs5-6異步電動機(jī)參數(shù)如習(xí)題5-1所示，輸出頻率f等于額定頻率fN時，輸出電壓U等于額定電壓Un,考慮低頻補(bǔ)償，若頻率仁0,輸出電壓U=10%Un。（1） 求出基頻以下電壓頻率特性曲線U=f（f）

24、的表達(dá)式，并畫出特性曲線。（2） 當(dāng)f=5Hz和f=2Hz時，比較補(bǔ)償與不補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械特性曲線，兩種情況下的臨界轉(zhuǎn)矩 Temax。 解：（1）Un=220（A）斜率_ n 22022k3.96 ,fN -050 -0考慮低頻補(bǔ)償時，電壓頻率特性曲線Un - 01Un不補(bǔ)償時，電壓頻率特性曲線UU =3.96f22 ;二竺 f =4.4f50(2)當(dāng) f=5Hz 時A、不補(bǔ)償時，輸出電壓 U =4.4f =22(V),臨界轉(zhuǎn)矩2Q3npUs3 3 222Tem2斜企 +樸；+co：(Lis +L； j20 二 0.35 . 0.352 (10二)2 (0.006 0.007)2 】=78.084(

25、N m)B、補(bǔ)償時，輸出電壓 U =3.96f 22 =41.8(V)23n pUsTem =f2 I2 1 艮R12 Li： Lir23 3 41.820 二 0.35. 0.352(10二)2 (0.006 0.007)2 】=281.883( N m) 當(dāng)f=2Hz時A、不補(bǔ)償時，Tem =2輸出電壓 U =4.4f =8.8(V)，臨界轉(zhuǎn)矩23n卩氏3 3 8.82卜 +Jr： + 斜2(Lis +L； 28 漢兀 X 0.35 + J0.352 + (4兀)2 x (0.006 + 0.007)=37.666( N m)B、補(bǔ)償時，輸出電壓 U =3.96f229.92(V)3n p

26、U：Tem -2 '1RsR；f Lis Lir 23 3 29.9228 二 0.350.352 (4二)2 (0.006 0.007)2 】二435419(N m)丄直' 25-8兩電平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)寫出其電壓矢量表達(dá)式， 畫出空間電壓矢量圖。解：' 2|ii/口BC序號開關(guān)狀態(tài)開關(guān)代碼1VT6 VT1VT21002VTi VT2 VT31102vt2 vt3 vt40104vt3 vt4 vt5Oil5vt4vt5vt60016VT5VT6VT

27、!1017VTi VT, VTs1118vt2 vt4 vt6000SSbScUBuc叫“0000_Ud2s2s20100生2522«21I0乞2s2s2“30102s2A2W4011竺2生2百2“5001一生2Ud2當(dāng)2%101生22百2“7111Ud2生2乞206-1按磁動勢等效、功率相等原則，三相坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為C3 2,321 122 兀2 jf現(xiàn)有三相正弦對稱電流iA=lmsin(t)、iB=lmsin(，t )、iC=lmsin(t )，求3 3變換后兩相靜止坐標(biāo)系中的電流is_.和is，分析兩相電流的基本特征與三相電流的關(guān)系。解：is0|_11_23"2"-1 12_V3一亍1Im si n