運控習(xí)題答案

1、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=15V，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器限幅值為=15V， nN1500r/min，=20A，電流過載倍數(shù)為2，電樞回路總電阻=2，=20，=0.127Vmin/r，求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行在=5V，=10A時，系統(tǒng)的、和各為多少？（2）當(dāng)電動機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時，和各為多少？解：（1）（2）堵轉(zhuǎn)時， 3.2 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)：=3.7kW， =220V， =20A， =1000 r/min ,電樞回路總電阻=1.5,設(shè) =8V，電樞回路最大電流=40A,電力電子變換器

2、的放大系數(shù)=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)時的值。解:1） 2) 這時： ，ASR處于飽和，輸出最大電流給定。 3.3 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 =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） 應(yīng)如何變化？（2）應(yīng)如何變化？（3）值由哪些條件決定？解: 1) 就是電流的給定，因此當(dāng)電流從40A到70A時， 應(yīng)從4V到7V變化。 2) 要有所增加。 3) 取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因為 3.5 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.

3、1s, 要求階躍響應(yīng)超調(diào)量10。（1） 系統(tǒng)的開環(huán)增益。（2） 計算過渡過程時間 和上升時間 ；（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=?，=?（3）繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時間，求K, .解：取(1) 系統(tǒng)開環(huán)增益：(2) 上升時間過度過程時間：（3）如要求，則應(yīng)取這樣,超調(diào)量=16.3%。3.8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：kW , V , A , r/min , 電動勢系數(shù)=0.196 Vmin/r , 主回路總電阻=0.18,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)=35。電磁時間常數(shù)=0.012s,機(jī)電時間

4、常數(shù)=0.12s,電流反饋濾波時間常數(shù)=0.0025s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)=0.015s。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)速范圍D=10,電流超調(diào)量5% ,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%。試求：（1）確定電流反饋系數(shù)(假設(shè)起動電流限制在以內(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=40。（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

5、負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n。（5）計算空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間。解：（1）（2）電流調(diào)節(jié)器設(shè)計 確定時間常數(shù)：電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因為，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計，選用PI調(diào)節(jié)器，,電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定: 。校驗等效條件：滿足近似條件滿足近似條件滿足近似條件可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)：選,則：,取9K.（3）電流環(huán)等效時間常數(shù)則速度調(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，速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益ASR的比例系數(shù)校驗等效條件：轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率滿足簡化條件滿足簡化條件轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗 (空載Z=0）轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗結(jié)果表明，上述設(shè)計不符合要求。因此需重新設(shè)計。查表，

6、應(yīng)取小一些的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：校驗等效條件：滿足簡化條件滿足簡化條件轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗：轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗結(jié)果表明，上述設(shè)計符合要求。速度調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)：選,則,取310K。4) 40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時(最低轉(zhuǎn)速為1000/10=100r/min)5) 空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間是：(書上無此公式）3.10 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，IN =760A，nN=375 r/min，電動勢系數(shù)Ce =1.82Vmin/r, 電樞回路總電阻R=0.14,允許電流過載倍數(shù)=1.5

7、,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=75,電磁時間常數(shù)=0.031s,機(jī)電時間常數(shù)=0.112s,電流反饋濾波時間常數(shù)=0.002s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)=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)計指標(biāo):穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量5%，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量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)的截止頻率和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率，并考慮它們是否合理?解：（1）電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計如下：確定時間常數(shù)： 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因為%5%，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)

8、計，選用PI調(diào)節(jié)器， 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：， 校驗等效條件：可見滿足近似等效條件。電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)：選R0=40K，則 取36K速度調(diào)節(jié)器設(shè)計速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：則電流環(huán)時間常數(shù)按照無靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益ASR的比例系數(shù)校驗等效條件：轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率滿足簡化條件滿足簡化條件速度調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)：選R0=40K，則 2) 電流環(huán)的截止頻率是： 速度環(huán)的截止頻率是： 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。3.11 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AS

9、R，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,n=nN=1500 r/min;電流給定信號最大值Uim*=10V時,允許最大電流Idm=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IN =20A ,電動勢系數(shù)Ce =0.128Vmin/r?，F(xiàn)系統(tǒng)在Un*=5V ,Idl=20A時穩(wěn)定運行。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=? Un=? Ui*=? Ui=? Id=?

10、 Uc =? （3）該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型型系統(tǒng)設(shè)計, 且按Mrmin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)Tn =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),并計算出放大系數(shù)及各時間常數(shù)。（4）該系統(tǒng)由空載(=0)突加額定負(fù)載時,電流和轉(zhuǎn)速的動態(tài)過程波形是怎樣的?已知機(jī)電時間常數(shù)=0.05s,計算其最大動態(tài)速降和恢復(fù)時間。1) 2) 在上述穩(wěn)定運行情況下，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)穩(wěn)定后， 3) 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：4) 空載突

11、加額定負(fù)載時，轉(zhuǎn)速有動態(tài)降落。習(xí)題五5.8兩電平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：，以直流電源中點為參考點00001001100100110011011110空間電壓矢量圖：5.9當(dāng)三相電壓分別為、，如何定義三相定子電壓空間矢量、和合成矢量，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：合成矢量：

12、5.10忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量與定子磁鏈的關(guān)系，當(dāng)三相電壓、為正弦對稱時，寫出電壓空間矢量與定子磁鏈的表達(dá)式，畫出各自的運動軌跡。解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式：忽略定子電阻的影響，：，即電壓空間矢量的積分為定子磁鏈的增量。（圖示）當(dāng)三相電壓為正弦對稱時，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量電壓空間矢量：5.11采用電壓空間矢量PWM調(diào)制方法，若直流電壓恒定，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。，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。5.12 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的

13、幅值小于直流電壓，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)題六61 按磁動勢等效、功率相等的原則，三相坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為現(xiàn)有三相正弦對稱電流，求變換后兩相靜止坐標(biāo)系中的電流和，分析兩相電流的基本特征與三相電流的關(guān)系。解：兩相靜止坐標(biāo)系中的電流其中，兩相電流與三相電流的的頻率相同，兩相電流的幅值是三相電流的的倍，兩相電流的相位差。62 兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換陣為將上題中的兩相靜止坐標(biāo)系中的電流和變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流和，坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)速度。分析當(dāng)時，和的基本特征，電流矢量幅值與三相電流幅值的關(guān)系，其中是三相電源角頻率。解：兩相靜止坐標(biāo)系中的電流兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流當(dāng)時，兩