電力拖動自動控制系統(tǒng)--運(yùn)動控制系統(tǒng)第4版習(xí)題答案

1、習(xí)題解答（供參考）習(xí)題二s=2%那么系統(tǒng)允許的靜差轉(zhuǎn)速降是多系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1000100r/min，要求靜差率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)解：ns) 1000 0.02(10 0.98)2.04rpm系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為2.04rpm。某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為nomax 1500“ min，最低轉(zhuǎn)速特性為nomin150r/min，帶額定負(fù)載時的速度降落nN 15r/min，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降解：1）調(diào)速范圍不變，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D n max/ nmin （均指額定負(fù)載情況下）n maxn 0maxnN

2、1500 151485n min n 0minnN 150 15135D nmax / nmin1485/135 112） 靜差率snN /n0 15/150 10%直流電動機(jī)為Q。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求的調(diào)速范圍又為多少DnNS/ n(1s)1430 0.2/115 (1 0.2)3.1DnNS/ n(1s)1430 0.3/115 (1 0.3)5.33PN=74kW,UN=220V I n=378A, nN=1430r/min , Ra=Q。相控整流器內(nèi)阻 Rrec=s=20%寸，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果s=30%寸，則系統(tǒng)解：Ce (UnInRJ/nN (220 378 0.023

3、)/1430 0.1478V/rpmn I N R/Ce378 (0.023 0.022)/0.1478 115rpmPn求:(1)當(dāng)電流連續(xù)時，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落nN為多少開環(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60kW, U N 220V , I N 305 A, nN 1000 r/min，主電路總電阻 R=Q ,Ce=?min/r.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8 r/min，如果將開若要滿足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：nNIN R/Ce 305 0.18/0.2274.5r/minSnnN /n

4、0274.5/(1000 274.5)21.5%nNS/D(1 s)1000 0.05/20 0.952.63r/min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)Kp 2、晶閘管裝置放大系數(shù) Ks 15、反饋系數(shù)丫 =。求：（1）輸出電壓Ud ; （ 2）若把反饋線斷開，U d為何值開環(huán)時的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍（3）若把反饋系數(shù)減至丫=，當(dāng)保持同樣的輸出電壓時，給定電壓Uu應(yīng)為多少解：（1）UdKpKsUU/(1 KpKs )2 15 8.8(1 2 150.7) 12V22倍U d 8.8 2 15 264V ,開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的Uu Ud

5、(1 KpKs )/KpKs 12 (1 2 15 0.35)/(2 15) 4.6V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)應(yīng)有多大解：1 ） DnnS/ nN 1 s101500 2%/ riN 98%nN2)K1500 2% / 98% 103.06r / minnop/ nd 1100/3.06 131.7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 Knci1 158 128如果將開環(huán)放大倍數(shù)

6、提高到30,則速降為:nclnop/1 K128/ 1304.13rpm在同樣靜差率要求下,D可以擴(kuò)大ncl1' ncl 21.937 倍有一 V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動機(jī)參數(shù)電樞回路電抗器電阻 RL=Q,整流裝置內(nèi)阻 Rec=Q ,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) 統(tǒng)滿足調(diào)速范圍 D=20,靜差率S<=10%(1)(2)(3)(4)R= U=220V, In=12.5A, nn=1500 r/min ,電樞電阻 R,= Q,Ks=35。要求系 ncl 。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，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。調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)

7、U*=15V時，Id=|N,n=nn,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a應(yīng)該是多少計算放大器所需的放大倍數(shù)。解: (1)UnCe220Unnop12.5 1.5 /1500201.25/15000.134Vmin/rR /CeR /Ce 12.5 3.3/0.134307.836r / minnNAnS/D 1 s 1500 10% (20*90% )8.33r / min所以,ncl8.33r/minKp KsUa IdR / Ce1 K KUa/ 1K I d R/ Ce 1 Knop /ncl1307.836/8.33 135.955150035.955 15/1 35.95512.53.3/ 0.13

8、4 135.9550.0096V min/K * C 可以求得，KpKs*r35.955* 0.13435* 0.009614.34也可以用粗略算法:Un UnUn150.01Kp KCe/KKp150035.9550.134/35 0.0113.76N，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解：(1)I dbl2IN 25A， Idcr 1.2IN15AI dcrU com /

9、Rs15 U com /RsI dblUn Ucom /Rs25 15Ucom /RsRs 1.5U com15 1.5 22.5V601.0 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 Idcr Rs 15 1.1 16.5V3 ) 當(dāng) I d I dcr 時，有nKpKsUn* /Ce 1 K KpKsKiRsId Ucom /Ce 1 K RI

10、d /Ce1 KKpKsUn當(dāng) n=0 時，KiUcom / Ce 1 KR KpKsKiRs Id/ Ce1 KI dblK pKs UnKiUcom / RK pK sKiRsUn KiUcom / KiRs2515 16.5Ki/1.1 KiKi15/ 22.513.5 1.36在題的系統(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：50mH ， GD 2 1.6Nm2，R 3.3 ，Ce 0.134V /rpm

11、TlTm5.28/ 64.33 0.082sTs 0.00333sL/RGD2R0.05 / 3.3 0.015s/ 375CeCm 1.6 3.3/ 375 0.134 0.134 30 /3.14KTm Ti0.0015TsTs2 /TJs0.082 0.015 0.00333 0.0033320.003332 / 0.00004983 30.52/(0.0151* 0.00333K相矛盾，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行, 有一個晶閘-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動機(jī)：可見與前面的K最大為。Pn 2.8kW，Un220V ， IN15.6A ,nN 1500r/min , Ra = Q,整

12、流裝置內(nèi)阻 Rrec =1 Q ,電樞回路電抗器電阻 Rl = Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks35。(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%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 I N，Cenopn nN，計算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù) Kp。解:220 15.6 1.5 /15000.1311V min/ r(1)IN R /Ce 15.6 3.3/0.1311 392.68r / minnmin1500/3050nop /n0 min392.68/ 392.6

13、8 5088.7%0.1n/ n505/0.95.56r/minKp KsUn /Ce 1 K R Id /Ce 1K Kp Ks/Ce1500 Kp KsUn/Ce 1 K R 15.6nop/ nci1297.48/5.56/Ce 1 K152.5旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù) 1024,倍頻系數(shù)4，高頻時鐘脈沖頻率f0 1MHz，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個數(shù)和高頻時鐘脈沖個數(shù)均采用16位計數(shù)器，M法測速時間為，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:60(1)M法：分辨率Q 1.465r /minZTc 1024 4 0.01最大誤差率：n磐n 1500r /

14、min 時，M1nZTc601500 4 1024 O.01102460n 150r / min 時，M1nZTc150 4 1024 0.016060102.41500r / min 時，max%M1100%100%10240.098%150r / min 時，max %100%M1100%102.40.98%可見M法適合高速。（2）T 法：分辨率：n 1500r / min 時,Zn215002n 150r / min 時,最大誤差率：n 空0ZM2n 15O0r/min 時,n 150r/ min 時,1500r / min 時,150r / min 時,可見T法適合低速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的

15、60f0 ZnZn260f0，M2M2M2max %max %ASR 和Zn60 foZn1024 4 171r/min60 1 106 1025 4 15001024 4 15026061.55r / min106 1024 4 15060 1069.771024 4 150060 1061024 497.7150M21100%9.771 100%11.4%M2 1100%9777 100%習(xí)題二ACR均為PI調(diào)節(jié) 器，設(shè) 系統(tǒng)最大1%給定電壓 Unm=15V，nN=1500r/mi n , I n =20A,電流過載倍數(shù)為 2,電樞回路總電阻 R=2Q, Ks=20,Ce= mi n/r

16、,求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在 U n =5V, I dL =10A時，系統(tǒng)的n、Un、Ui、Ui和Uc各為多少（2）當(dāng)電動機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時，Ui和Uc各為多少解：Unm/nN 15V /1500rpm0.01V / rpm當(dāng)U；5V, 轉(zhuǎn)速 n 土5V500rpm0.01V / rpmUiUcUimI dmIdUd0空 0.375V / A40 A0.375*103.75VE IdLRKsCenN_KZUiIdLR0.127*50010*2204.175Vn 500rpm,Un5V,Ui Ui3.75V ,Uc 4.175v堵轉(zhuǎn)時，UiIdm 15/ ,UcUd0Cen云KSIdRI dmR

17、"kT40*220 4V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 = , Un =220V, I n =20A, nN =1000 r/min ,電樞回路總電阻 R = Q ,設(shè)U nmUimU 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)Ks=40。試求:電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)解：12)Ud0當(dāng)電動機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的UimI dm竺 0.2V/A40AI dl RCeHN I dl RUd0, Ui*,Ui,Uc值。Unm；n一8V一 0.008V / rpm1000r pm40A*1.5

18、60V這時:Un8V,Un0，ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。Ui8V,Ui8V,UcUdo/Ks 60/401.5V在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中， 調(diào)節(jié)器ASR ACF均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR輸出達(dá)到Um=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) Ui應(yīng)如何變化(2) Uc應(yīng)如何變化(3) Uc值由哪些條件決定解：1)U：卷 0.1V/A因此當(dāng)電流從 40A70A時,Ui*應(yīng)從4V 7V變化。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)?UdO E I dlRCehNI dl RUcUd0 Cen IdR(3)繪出開環(huán)對數(shù)幅頻

19、特性。如果要求上升時間tr <,則 K=,解：取 KT 0.69,(1)系統(tǒng)開環(huán)增益：K0.6, %9.5%0.69/T 0.69/0.16.9(1/ s)(2)上升時間tr3.3T0.33SKs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=,要求階躍響應(yīng)超調(diào)量< 10%。(1)系統(tǒng)的開環(huán)增益。(2)計算過渡過程時間ts和上升時間tr ；過度過程時間:ts6T 6 0.1n0.6s如要求tr 0.25s，查表3-1則應(yīng)取KT 1,0.5 ,tr2.4T2.4*0.10.24s 這1/T10,超調(diào)量=%有一個系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量 器結(jié)構(gòu)，并選擇其參

20、數(shù)。%< 5%解：按典型I型系統(tǒng)設(shè)計,選KT10K1s 10.01s 1，要求設(shè)計一個無靜差系統(tǒng),(按線性系統(tǒng)考慮)。試對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正，Wobj (s)決定調(diào)節(jié)0.5,0.707, 查表 3-1，得 %4.3%。選I 調(diào)節(jié)器，1W(s),校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞s函數(shù)為W(s)-s(0.01s10 石，這樣，T = 0.01, K=10/KT =則K = T=50,所以10/K 10/500.2S，積分調(diào)節(jié)器：W(s)有一個閉環(huán)系統(tǒng),其控制對象的傳遞函數(shù)為Wobj(s)K1一1°一，要求校正為典s(0.02s 1)s(Ts 1)型n型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量w 30% (按

21、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) Kp|(s D,校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)sW(s)卡越對照典型n型系統(tǒng),KKpK/ ,hT,選 h = 8,查表 3-4,%=27.2%,滿足設(shè)計要求。這樣 hT8*0.020.16s ,2*8 2* 0.022175.78, KPIK / K1175.78*0.16/10 2.81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 60 kW , Un 220V , In308 A , nN 1000r/min ,電動勢系數(shù) Ce =V- min/r ,主回路總電

22、阻R=Q ,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35o電磁時間常數(shù)Tl =,機(jī)電時間常數(shù)Tm=,電流反饋濾波時間常數(shù)T0i =,轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)Ton =。額定轉(zhuǎn)速時的給定 電壓(Un*) N =10V,調(diào)節(jié)器 ASR ACR飽和輸出電壓 Um*=8V,Ucm =。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)B (假設(shè)起動電流限制在1.1| N以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)ao(2)試設(shè)計電流調(diào)節(jié)器 ACR計算其參數(shù) R,、C、COio畫出其電路圖，調(diào)節(jié)器輸入回路電 阻 R=40k o(3)

23、 設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR,計算其參數(shù) R、G、COno (R0=40kQ )(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bno(5)計算空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間。Uim / Idm 8V /(1.1* In)8V/339A0.0236V / A10/10000.01V min/r(2)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計確定時間常數(shù)：a)Ts 0.00333sb)Toi0.0025sc)T i Toi Ts 0.0025 0.003330.00583s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定:K （ s 1）因?yàn)閕 5%，可按典型1型系統(tǒng)設(shè)計，選用PI調(diào)節(jié)器，gS） 七電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：i Tl0.012s,選KIT

24、 i 0.5,KI 0.5/T i85.76s 1/ Ki iR 85.76 0.012 0.18Ki Ks35 0.01730.224。校驗(yàn)等效條件：ci Ki 85.76s 1a）電力電子裝置傳遞函數(shù)的近似條件:3Ts11101.01 ci 3 0.003333c）電流環(huán)小時間常數(shù)的近似條件：1 巨 丄丿1 115.52s 1 ci3VTsT0i3 V 0.00333 0.0025b）忽略反電勢的影響的近似條件:TmTiV0.12 0.01279.06S1ci可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R)40K ,則:RKiR0 0.224 40K 8.96K,取 9K.Cij/R 0.0

25、12/(9 103) 1.33由此Coi 4T0i / R040.0025/ 40 1030.25 F（3 ）速度調(diào)節(jié)器設(shè)計 確定時間常數(shù)：a)電流環(huán)等效時間常數(shù)1/ Ki :因?yàn)?KiT i0.5b)Tonc)1/ KI2t i0.015s1/KiTon2 0.00583 0.01166s0.01166 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)Kn（ ns 0,速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:nshT n,取 h 5, n hT n 0.1333sKnKnL62 168.82s22h T n 2 50.02666(h 1) CeTm2h RT n校

26、驗(yàn)等效條件cnKn/ 1 Kn6 0.0236 0.196 0.122 5 0.01 0.18 0.026666.94n 168.82 0.133322.5s 11 (k? 1 I 85.76 竹 1一 40.43s 1T i 30.00583b)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似：1 誓 gja）電流環(huán)近似條件:85.760.01525.2scn1cn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)(Cbn Tm11.23%10%2 81.2% 1.1308 0.180.196 10000.026660.12轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計不符合要求。因此需重新設(shè)計。 查表，應(yīng)取小

27、一些的 h，選h=3進(jìn)行設(shè)計。按h=3,速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定如下:n hT n 0.07998sKn (h 1)/2h2T2n 4/(2 9 0.026662) 312.656s2Kn (h 1) CeTm /2h RT n 4 0.0236 0.196 0.12/(2 3 0.010.18 0.02666) 7.6校驗(yàn)等效條件:cn Kn / 1 Kn n 312.656 0.0799825s 1a) 1/3(Ki /T i)1/21/ 3(85.76/0.00583)1/240.43s1/2 1/2 1b) 1/3(KI /Ton)1/3(85.76/0.015)25.2s可見滿足近似等效條

28、件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：1cncnn 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)計符合要求。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選 Rj 40K ,則尺Kn R, 7.6 40 304K ,取310K。Cnn /R, 0.07998/310 103 0.258 FCon 4Ton /R0 4 0.015/40 103 1.5 F4) 40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時：n%2 72.2% (1.1 0.4) (308 0.18/0.196 100) (0.02666/0.12)63.5%5)空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間

29、是：(書上無此公式)僅考慮起動過程的第二階段。2根據(jù)電機(jī)運(yùn)動方程：GD dn375dt ", dCm (I dm 1 dL )2GD375R(I dm 1 dL)(II ) Rf(I dm IdL) _ 十C GD RCeTme 375CmCeCeTmn所以：t (Idm IdL)R0.196*0.12*1000(1.1*3080)*0.180.385s-1Pn(1)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并計算其參數(shù)。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:UimI dm101.5*7600.008777 / AU nm需 0.0267Vmin/r電流調(diào)節(jié)器已按典型型系

30、統(tǒng)設(shè)計如下:a)Ts確定時間常數(shù)：b)Toic)T i0.00176s0.002s0.00367 s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:=500kW Um =7507, I n =760A, nn=375 r/min，電動勢系數(shù) Ce = min/r,電樞回路總電阻 R=Q ,允許電流過載倍數(shù)入=,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 =,機(jī)電時間常數(shù)Tm =,電流反饋濾波時間常數(shù)T0i =,轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)T0n =。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓Um=Um = Um=10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻 R)=40k Q。n W 10%。設(shè)計指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無靜差

31、，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 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=oI型系統(tǒng)設(shè)計，選用PI調(diào)節(jié)器,電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)閐 5%可按典型WcF(s)=Ki( TiS+1)/ T is,T I/T n=<10電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：Ti=Ti = , KiTew , Ki=Te,= sKi KiTiR/ Ks136.24 0.031 0.14/75 0.008770.899校驗(yàn)等效條件：3 ci=K=s-1a) 1/ 3Ts 1/ 3 0.00167 199.6s 1b) (1/ TmTl )1/2 3(1/ 0.112 0.031)1/2c) 1

32、/ 3(1/ TsToi )1/2 1/ 3(1/ 0.00167可見滿足近似等效條件。電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R)=4OK,貝yci50.9s 1 ci0.002)1/2 182.39s 1 ciRiKi R0 0.899 40 35.96 取 36KCiC0iTi /Ri 0.031/ 36 103 0.86 F4T0i / R0 4 0.002/ 40 103 0.2 f速度調(diào)節(jié)器設(shè)計確定時間常數(shù)：a) 電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI :因?yàn)镵Td=貝y 1/KI=2Tn=2*=b) b)Ton=c) c)T &=1/KI+Ton=+=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

33、調(diào)節(jié)器，WAsf(s) = K n( T nS+1)/ T nS速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：T n=hTEn,選 h = 5，貝U T n = hT滬，KN=(h+1)/(2h2T2En) =6/2*25*= s -2Ki=(h+1) 3 CeTm/ (2ha RTEn) = 6*2*5*=-2校驗(yàn)等效條件：3 cn=KN/ 3 1=KnT n=* = S 一1/2 1/2a) 1/3(K I/TEi) 1/2=1/3 1/2=>3 cnb) 1/3(K I/Ton) 1/2=1/3 1/2=>3cn 可見滿足近似等效條件。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R3=4OK,貝y Rn=Kn*Ro=*4O=

34、42OK由此 Cn=T n/Rn=420*103=卩 F 取卩 F C On=4Ton/Ro=4*4O*1O 3=2 卩 F2) 電流環(huán)的截止頻率是：3ci=KI= s-1速度環(huán)的截止頻率是：3 cn= s -2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)計特點(diǎn)。在一個轉(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Lnm=15V時,n=n n=1500 r/min;電流給定信號最大值Um =1OV時，允許最大電流ldm=30A,電樞回路

35、總電阻 R=2Q ,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 = min/r?，F(xiàn)系統(tǒng)在Un =5V ,I di =2OA時穩(wěn)定運(yùn)行。求此時的穩(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 = I d= U c(3)該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型n型系統(tǒng)設(shè)計，且按MU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)Ten =,求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開環(huán)傳遞函數(shù)，并計算出放大系數(shù)及各時 間常數(shù)。(4)該系統(tǒng)由

36、空載(ldL=O)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=,計算其最大動態(tài)速降n max和恢復(fù)時間tv。1) a = U* nm/ nN =15/1500= Vmi n/r3 = U* im/I dm = 10/30= V/AU* n =5 V , n=U*n/ a =5/=500 r/minU c=Ud0/Ks=(E+I dFE )/K s=(Cen+l duFE)/Ks=*500+20*2)/30= V2) 在上述穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電動機(jī)突然失磁(=0)則電動機(jī)無電動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速下降到零，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快達(dá)到飽和，要求整流裝置輸出最大電流Idm。因此，系統(tǒng)

37、穩(wěn)定后，n=0, Un=0U*i =U*im =10 , Ui=U*i =10Id=I dm=30AU c=Ldo/Ks=(E+l dRE)/K s=(0+30*2)/30=2 V3) 在跟隨給定作用下，轉(zhuǎn)速環(huán)處于線性狀態(tài)，此時系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：WnST n = he=5*=Te產(chǎn)KN=（h+1）/2h 2T2=6/2*25*=48s-24）空載突加額定負(fù)載時，轉(zhuǎn)速有動態(tài)降落。（p93,94） nb=2（入-z） A nNTEn/T m=2*（1-0）*20*2/*= 625 r/minC b=2FK2T=2I dNRTEn/CeTn=2*20*2*=625 r/min 最大動態(tài)速降：A

38、nmax=（ A Cma/Cb）* A nb=%*625 = r/min 恢復(fù)時間：t v=*=（ p81表）習(xí)題五兩電平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)寫出其電壓空間矢量表達(dá)式，畫 出空間電壓矢量圖。解：兩電平PWM逆變器主回路:采用雙極性調(diào)制時，忽略死區(qū)時間影響，用“1 ”表示上橋臂開通，“ 0”表示下橋臂開通,逆變器輸出端電壓:Ux2Ud2SxSxUxUd2 (2Sx1)以直流電源中點(diǎn)O為參考點(diǎn)Us(UaUBejucej2 )SASBSCUaUbUcUsUo000Ud2Ud2Ud20Ui10

39、0Ud2Ud2Ud2JIUdU2110Ud2Ud2Ud2爲(wèi)JU3010Ud2Ud2Ud2U4011Ud2Ud2Ud2U5001Ud2Ud2Ud2U6101U±U±U±U7111U±U£Uj_0空間電壓矢量圖:當(dāng)三相電壓分別為 Ua。、Ubo、Uco，如何定義三相定子電壓空間矢量Uao、Ubo、Uco和合成矢量Us，寫出他們的表達(dá)式。解：A,B,C為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量:UAOUAOUBOUboJUCOUcoej2合成矢量:UsUAO UBOUCOjj2UaoUBoeUcoeA(ej0)忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量

40、Us與定子磁鏈 嘰的關(guān)系，當(dāng)三相電壓 uaoUbo、Uco為正弦對稱時，寫出電壓空間矢量Us與定子磁鏈Ws的表達(dá)式，畫出各自的運(yùn)動軌跡。解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式:Us Rsis 古忽略定子電阻的影響,UsdWsdtUsdt，即電壓空間矢量的積分為定子磁鏈的增量。 當(dāng)三相電壓為正弦對稱時，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量sej( lt電壓空間矢量:j(itUs1se采用電壓空間矢量PW碉制方法，若直流電壓 Ud恒定，如何協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。解：直流電壓恒定則六個基本電壓空間矢量的幅值一定,輸出頻率w1開關(guān)周期To,3Nw,o ,ti .上2 . h 上2 t1t2Us ,Q Us Ui

41、U2 Ud Ude ，ToToTq Tqs Q Us R 拿 U2 TUd ¥TqTqToTot1 , t2 ,Ttl t2 ，零矢量作用時間增加，所以插入零矢量可以協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。T0t2兩電平PWM逆變器主回路的輸出電壓矢量是有限的,若期望輸出電壓矢量 u s的幅值小于直流電壓Ud，空間角度任意，如何用有限的 PWM逆變器輸出電壓矢量來逼近期望的輸出電壓矢量。解：兩電平PWM逆變器有六個基本空間電壓矢量，這六個基本空間電壓矢量將電壓空間矢量分成六個扇區(qū)，根據(jù)空間角度確定所在的扇區(qū)，然后用扇區(qū)所在的兩個基本空間電壓矢量分別作用一段時間等效合成期望的輸出電壓矢量。習(xí)題六6. 1按磁動勢等效、功率相等的原則