運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)習(xí)題集解(直流部分)

1、 .習(xí)題二 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(jì)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(dòng)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(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流,應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的哪些參數(shù)?答： 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,應(yīng)調(diào)節(jié)的參數(shù)有：轉(zhuǎn)速給定電壓U*n，因?yàn)檗D(zhuǎn)速反饋系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速輸出服從給定。 改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)Kn，只是加快過渡過程，但轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)Kn的影響在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)內(nèi)的前向通道上，它引起的轉(zhuǎn)速變化，系統(tǒng)有調(diào)節(jié)和抑制能力。因此，不能通過改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

2、器的放大倍數(shù)Kn，來改變轉(zhuǎn)速 改變改變電力電子變換器的放大倍數(shù)Ks，只是加快過渡過程，但轉(zhuǎn)電力電子變換器的放大倍數(shù)Ks的影響在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)內(nèi)的前向通道上，它引起的轉(zhuǎn)速變化，系統(tǒng)有調(diào)節(jié)和抑制能力。因此，不能通過改變電力電子變換器的放大倍數(shù)Ks，來改變轉(zhuǎn)速 改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，能改變轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的影響不在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)內(nèi)的前向通道上，它引起的轉(zhuǎn)速變化，系統(tǒng)沒有調(diào)節(jié)和抑制能力。因此，可以通過改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)來改變轉(zhuǎn)速，但在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中穩(wěn)定運(yùn)行最終的轉(zhuǎn)速還是服從給定。 若要改變電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流,應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的參數(shù)有：轉(zhuǎn)速的給定U*n、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)Kn、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值、轉(zhuǎn)速反

3、饋系數(shù)等，因?yàn)樗鼈兌荚陔娏鳝h(huán)之外。2-2 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)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：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和，PI的作用使得轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓為0，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出電壓由于維持在U*im（n*）。在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器不飽和，PI的作用使得電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓為0，形成一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)，力圖使Id盡快跟隨其給定U*i. 電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓UC又后面的環(huán)節(jié)決定。2-3 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不是PI調(diào)節(jié)器，而是P調(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能將會(huì)產(chǎn)生什么影響

4、?答：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用P調(diào)節(jié)器，整個(gè)系統(tǒng)成為一個(gè)有靜差的系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和，一直處于主導(dǎo)地位；電流調(diào)節(jié)器不飽和，形成一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)，無法形成在最大電流下在最短時(shí)間內(nèi)使速度上升/下降最快，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。2-4 試從下述五個(gè)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)： 調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)性能； 動(dòng)態(tài)限流性能； 啟動(dòng)的快速性 抗負(fù)載擾動(dòng)的性能； 抗電源波動(dòng)的性能答： 調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)性能:在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，整個(gè)系統(tǒng)成為一個(gè)無靜差的系統(tǒng)。帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，整個(gè)系

5、統(tǒng)成為一個(gè)無靜差的系統(tǒng)。 動(dòng)態(tài)限流性能:在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，將電流限制在Idm內(nèi)。帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，將電流限制在Idcr-Idbl內(nèi)。 啟動(dòng)的快速性:在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在啟動(dòng)/制動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器在最大電流Idm附近進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，時(shí)間最短，提高了啟動(dòng)/制動(dòng)的快速性。帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，在啟動(dòng)/制動(dòng)過程中，當(dāng)電流大于截止電流Idcr時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起作用，并不是在最大電流附近進(jìn)行調(diào)節(jié)，啟動(dòng)/制動(dòng)的快速性較差。 抗負(fù)載擾動(dòng)的性能：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，負(fù)載擾動(dòng)在轉(zhuǎn)速外環(huán)中，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)

6、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(dòng)的作用。在設(shè)計(jì)ASR時(shí)，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。 帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，負(fù)載擾動(dòng)立即引起電流變化，當(dāng)電流大于截止電流Idcr時(shí)，電流調(diào)節(jié)器起作用，可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。 抗電源波動(dòng)的性能在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗電源波動(dòng)的性能大有改善。在電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電源電壓擾動(dòng)的性能要差一些。2-5 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

7、均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)系統(tǒng)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速反饋線突然斷線，當(dāng)系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)DUi是否為零?答：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)系統(tǒng)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速反饋線突然斷線，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器反饋電壓突變?yōu)闉?，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸入偏差突變?yōu)樽畲?，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（PI調(diào)節(jié)器）飽和，轉(zhuǎn)速開環(huán)，系統(tǒng)變?yōu)殡娏鲉伍]環(huán)調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出突變?yōu)檎龢O限值U*im,電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差變大，電流調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器作用，直至進(jìn)入新的穩(wěn)定狀態(tài)，電流無靜差。當(dāng)重新進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器（PI調(diào)節(jié)器）的輸入偏差信號(hào)DUi為零。2-6 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，給定信

8、號(hào)U*n未變，增加轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓Un是增加、減小還是不變？答：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，給定信號(hào)U*n未變，增加轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器反饋電壓增加，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸入偏差變大，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出變大即電流調(diào)節(jié)器給定變大，電流調(diào)節(jié)器輸入偏差變大，電流調(diào)節(jié)器輸出變大即電機(jī)電流變大，進(jìn)入重新調(diào)節(jié)階段。系統(tǒng)穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)速、電流無靜差。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸入偏差為0，轉(zhuǎn)速反饋電壓Un等于轉(zhuǎn)速給定信號(hào)U*n，不變。2-7 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器。已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：PN3.7KW，UN220V，IN=20A，nN=1000rmin，電樞繞組總電阻Ra1. 5W

9、，U*nm =U*imU*cm=8V，電樞回路最大電流Idm=40A, 電力電子變換器的放大倍數(shù)Ks=40,試求: 電流反饋系數(shù)b和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a 當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的Ud0、U*I、Ui、Uc值.解： 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和，輸入偏差為0，=8/1500=0.0056穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器不飽和，輸入偏差為0，=8/40=0.2 當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí), 電樞回路最大電流Idm=40A, 電流調(diào)節(jié)器反饋電壓最大U*im=8V,電流調(diào)節(jié)器輸入偏差最大大，電流調(diào)節(jié)器飽和, 輸出最大U*cm=8V, 電流開環(huán).經(jīng)過電力電子變換器后的Ud0= Ks*Uc =40*8=320V.

10、, 電機(jī)轉(zhuǎn)速很小;幾乎為0, 轉(zhuǎn)速反饋電壓很小, 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸入偏差很大, 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，轉(zhuǎn)速開環(huán),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出U*im8V. 2-8 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR、ACR兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR的輸出達(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，試問： U*I如何變化？ Uc如何變化？ Uc值.由哪些條件決定？答: 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR、ACR兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR的輸出達(dá)到U*im=8V時(shí)，ASR飽和不起作用; 主電路電流達(dá)到最大電流80A，電流調(diào)節(jié)器的給定電壓U*i=U*im=8V最大保持不變,

11、當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A，電流調(diào)節(jié)器反饋電壓Ui增加, 電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓減小, 電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uc減小. Uc值.由: 電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓(電流調(diào)節(jié)器的給定電壓U*i-電流調(diào)節(jié)器反饋電壓)、條電流調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)、電流調(diào)節(jié)器積分時(shí)間常數(shù)以及電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等條件決定。2-9 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在額定工作點(diǎn)正常運(yùn)行，現(xiàn)因某種原因使電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電源突然下降一半，系統(tǒng)工作情況會(huì)如何變化？寫出Ud0、U*i、Uc、Id、n在系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)定后的表達(dá)式。答: 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在額定工作點(diǎn)正常運(yùn)行，現(xiàn)因某種原因使電

12、動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電源突然下降一半，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩減小為原來的一半，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器反饋電壓Un減小, 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓增大, 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出電壓即電流調(diào)節(jié)器的給定電壓U*i增大. 電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uc增大，轉(zhuǎn)速上升，達(dá)到新的穩(wěn)定。在系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)定后Ud0=U*i=Uc=Id=n=2-10 某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型型系統(tǒng)。已知時(shí)間常數(shù)T=0.1S，要求階躍響應(yīng)超調(diào)量10% 求系統(tǒng)的開環(huán)增益； 計(jì)算過渡過程時(shí)間ts和上升時(shí)間tr 畫出開環(huán)對數(shù)特性。如要求上升時(shí)間tr<0.25s, 則K=？,=？解： 典型型系統(tǒng)W（S）= T=0.1S 階躍響應(yīng)超調(diào)量10%當(dāng)wc < 1/

13、T時(shí)，的幅頻特性以20dB/dec斜率穿越零分貝線，系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。系統(tǒng)的開環(huán)增益K=wc截止頻率 KT=0.5 K=5過渡過程時(shí)間ts=6T=0.6S上升時(shí)間tr= 取=0.707 上升時(shí)間tr<0.25s = = wn=則K=wc=wn=2-11 有一個(gè)系統(tǒng),其控制對象的傳遞函數(shù)為Wobj(S)=，要求設(shè)計(jì)一個(gè)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),試決定調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu),并選擇其參數(shù)。解: 要求設(shè)計(jì)一個(gè)無靜差系統(tǒng), 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選用I調(diào)節(jié)器,WI(S)=,WI(S) Wobj(S)= 為典型型系統(tǒng).查典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)表可知超調(diào)量 5%, KT =0.5

14、 K=50 KI=52-12 有一個(gè)系統(tǒng),其控制對象的傳遞函數(shù)為Wobj(S)=，要求校正為典型型系統(tǒng), 在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量25%(按線性系統(tǒng)考慮),試決定調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu),并選擇其參數(shù)。解: 要求校正為典型型系統(tǒng),調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選用PI調(diào)節(jié)器,WPI(S)=, 1=hT=7*0.02=0.14S WPI(S) Wobj(S)= 為典型型系統(tǒng).查典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)表可知超調(diào)量30%, h=72-13 調(diào)節(jié)對象的傳遞函數(shù)為Wobj(S)=，要求分別校正成典型型系統(tǒng)和典型型系統(tǒng), 求調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。解: 要求校正為典型型系統(tǒng),調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選用PI調(diào)節(jié)器,WPI(S)=, 1=T1=0.2

15、5S 要求校正為典型型系統(tǒng),調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選用PI調(diào)節(jié)器,認(rèn)為 T1>>T2WPI(S)=, 1=hT2 一般取h=5 1=hT2=5*0.02=0.1S 2-14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(dòng)機(jī)額定參數(shù): PN360KW，UN220V，IN=308A，nN=1000rmin，電動(dòng)勢系數(shù)Ce=0.196V. minr, 主回路總電阻R0.18W，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=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)Toi=0.0025S 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.015S. 額定轉(zhuǎn)速時(shí)給定

16、電壓U(*n)N=10V, 調(diào)節(jié)器ASR、ACR飽和輸出電壓U*im=8V，Ucm=6.5V,系統(tǒng)的靜、動(dòng)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i5%,空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n5%, 試求: 電流反饋系數(shù)b(假定啟動(dòng)電流限制在339A以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a 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=40KW 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR， 計(jì)算其參數(shù)Rn、Cn、Con， R0=40KW 計(jì)算電動(dòng)機(jī)帶40%額定負(fù)載啟動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n 計(jì)算空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間解： 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器不飽和，輸入偏差為0，=8/3

17、39=0.024穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和，輸入偏差為0，=10/1000=0.001 * 電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.012S, 三相零式晶閘管整流裝置的平均失控時(shí)間TS=0.0033S, 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.0025S 電流環(huán)的小時(shí)間常數(shù)Ti= TS+Toi=0.0033+ 0.0025=0.0058S, * 根據(jù)設(shè)計(jì)要求: 穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i5%, 因此可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì), 電流調(diào)節(jié)器選用PI型。檢查對單源電壓的抗擾性： =0.012/0.0058=6.13, 參考典型型系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾性能,各項(xiàng)指標(biāo)是可以接受的.* ACR超前時(shí)間常數(shù)：i=Tl=0.012S 電流環(huán)開環(huán)增益

18、：要求i5%時(shí)，應(yīng)取KITi=0.5,因此KI=0.5/TI=0.5/0.0058=86.2 S-1 于是，ACR的比例系數(shù)為: Ki= =(86.2*0.012*0.18)/(0.024*38)=0.222* 根據(jù)電流調(diào)節(jié)器原理圖，取R0=40K,則 Ri=KiR0=0.222*40=8.88K (取9K) Ci=i/Ri=0.012/9=1.3F (取1.3F) Coi=4i/R0=4*0.012/40=0.2F (取0.2F) * 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為2TI=0.0116S, 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.015S轉(zhuǎn)速環(huán)最小時(shí)間常數(shù)Tn=2TI+Ton=0.0266S, 機(jī)電時(shí)間常數(shù)T

19、m=0.12S, 電動(dòng)勢系數(shù)Ce=0.196V. minr,* 由于設(shè)計(jì)要求無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須有積分環(huán)節(jié)；又跟據(jù)動(dòng)態(tài)要求，空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n5%, 應(yīng)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器.* 按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為n=hTn=5*0.0266=0.133SKN=169.6Kn=70.74* 由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的原理圖可知，取R0=40K,則 Rn=Kn*R0=70.7*40=2828K (取Rn=2830K) Cn=n/Rn=0.133/2830=0.047F (取Cn=0.05F) Con=4Ton/R0=4*0.015/40

20、=1.5F (取Con=1.5F) 計(jì)算電動(dòng)機(jī)帶40%額定負(fù)載啟動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量nn%=（cmax/Cb）%·2（-Z）(nnom/n*)·(Tn/Tm)當(dāng)h=5時(shí)，（cmax/Cb）%=81.2%，而 nnom=IdnomR/Ce=1.2*9.5/0.113=100.9r/min n%=81.2%*2*1.5*100.9*0.0274/(1600*0.1)=4.24%<10% 計(jì)算空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間 2-15有一個(gè)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(dòng)機(jī)額定參數(shù): PN555KW，UN750V，IN=760A，nN=375r

21、min，電動(dòng)勢系數(shù)Ce=1.82V. minr, 主回路總電阻R0.14W，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=0.03S, 機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.112S, 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.002S 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.02S. 設(shè)調(diào)節(jié)器輸入電壓U*nm=U*im=Ucm=10V, 調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R0=40KW設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i5%,空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%, 可電流調(diào)節(jié)器已按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并取參數(shù)KT=0.5, 試求: 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR結(jié)構(gòu)， 計(jì)算其參數(shù)Rn、Cn、Con， R0=40KW

22、計(jì)算電流環(huán)的截止頻率wc和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率wn，并考慮他們是否合理. 解: * 電流調(diào)節(jié)器已按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并取參數(shù)KT=0.5, 由于設(shè)計(jì)要求無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須有積分環(huán)節(jié)；又跟據(jù)動(dòng)態(tài)要求，空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%, 應(yīng)按典型形系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器.* 三相橋式晶閘管整流裝置的平均失控時(shí)間TS=0.00167S, 電流環(huán)最小時(shí)間常數(shù)Ti= TS+Toi=0.00167+0.002=0.0037S轉(zhuǎn)速環(huán)最小時(shí)間常數(shù)Tn=2TI+Ton=2*0.0037+0.02=0.0274S按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為n=hTn=5*

23、0.0274=0.137SKN=87.6=10/375=0.027 =10/*1.5*760)=0.009Kn=1.9* 由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的原理圖可知，取R0=40K,則 Rn=Kn*R0=1.9*40=76K (取Rn=76K) Cn=n/Rn=0.137/76=1.8F (取Cn=1.8F) Con=4Ton/R0=4*0.02/40=2F (取Con=2F) 計(jì)算電流環(huán)的截止頻率wc的計(jì)算和驗(yàn)證如下： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求: 穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i5%, 因此可按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì), 電流調(diào)節(jié)器選用PI型。檢查對單源電壓的抗擾性： =0.03/0.0037=8.1110 參考典型型系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾性能,

24、各項(xiàng)指標(biāo)是可以接受的.* ACR超前時(shí)間常數(shù)：i=Tl=0.03S, 要求i5%時(shí)，應(yīng)取KITi=0.5,因此KI=0.5/TI=0.5/0.0037=135.1 S-1電流環(huán)截止頻率ci=KI=135.1 1/s晶閘管裝置傳遞函數(shù)近似條件： 1/3Ts=1/(3×0.0017)=196.11/s>c,滿足近似條件。忽略反電動(dòng)勢對電流環(huán)的影響的條件:ci3 3=3*17.25=53<c滿足近似條件。小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：=180.8 S-1>c 滿足近似條件。和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率wnwc的計(jì)算和驗(yàn)證如下：轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：n=KN/i=KNn=87.6*0.137=

25、12 S-1電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件：=63.7 S-1>n滿足簡化條件。轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：=27.4>n, 滿足近似條件。2-16 在一轉(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。 在此系統(tǒng)中, 當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)最大值U*nm=15V, n=nN=1500rmin; 電流給定信號(hào)最大值U*im =10V, 允許最大電流Idm =30A, 電樞回路總電阻R2W, 晶閘管裝置的放大倍數(shù)Ks=30,電動(dòng)機(jī)的額定電流IN=20A, 電動(dòng)勢系數(shù)Ce=0.128V. minr, 現(xiàn)系統(tǒng)在U*n=5V, IdL=20A時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行.求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n

26、=?, ACR的輸出電壓UC=? 當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運(yùn)行時(shí),電動(dòng)機(jī)突然失磁(=0), 系統(tǒng)將會(huì)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=?, Un=?, U*I=?, Ui=?, Id =?, UC=?, 該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì),且按Mmin準(zhǔn)則選擇參數(shù), 取中頻寬h=5, 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)Tn=0.05, 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(jì)算出放大系數(shù)及各時(shí)間常數(shù). 該系統(tǒng)由空載(IdL=0)突加額定負(fù)載時(shí),電流Id和轉(zhuǎn)速n的動(dòng)態(tài)過程波形是怎樣的?已知機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.05S, 計(jì)算其最大動(dòng)態(tài)降落nmax和恢復(fù)時(shí)間tv.2-17 有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控

27、制的H型雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng), 已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為: PN200KW，UN48V，IN=3.7A，nN=200rmin，電樞電阻Ra6.5W, 電樞回路總電阻R8W，允許電流過載倍數(shù)=2, 電動(dòng)勢系數(shù)Ce=0.12V. minr, 電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.015S, 機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.2S, 電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)Toi=0.001S 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)Ton=0.005S. 設(shè)調(diào)節(jié)器輸入電壓U*nm=U*im=Ucm=10V, 調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R0=40KW, 已計(jì)算出電力晶體管D202的開關(guān)頻率f=1kHz,PWM環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=4.8 試對該系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì), 設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)

28、態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i5%,空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n20%, 過渡過程時(shí)間ts0.1S問題2-18：哪些是控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)、穩(wěn)定性指標(biāo)和動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)？ 穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)是：調(diào)速范圍D=nmax/nmin=nnom/nmin和靜差率S=nnom/n0*100% 穩(wěn)定性指標(biāo)：柏德圖（對數(shù)幅頻特性和對數(shù)幅頻特性）典型型系：對數(shù)幅頻特性以20dB/dec的斜率穿越零分貝線，只有保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量。=90° -tg-1 cT > 45°典型型系統(tǒng)：對數(shù)幅頻特性以20dB/dec的斜率穿越零分貝線。=180°-180

29、°+tg-1ct-tg-1cT=tg-1ct-tg-1cT 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)分跟隨性能指標(biāo)和抗擾性能指標(biāo)：跟隨性能指標(biāo) 上升時(shí)間：在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所經(jīng)過的時(shí)間（有些教材定義為10%-90%） 超調(diào)量：在典型的階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏移量與穩(wěn)態(tài)值之比。 調(diào)節(jié)時(shí)間：又稱過度過程時(shí)間原則上是系統(tǒng)從給定量階躍變化到輸出量完全穩(wěn)定下來的時(shí)間。一般在階躍響應(yīng)曲線的穩(wěn)態(tài)值附近，取±5%（或±2%）的范圍作為允許誤差?？箶_性能指標(biāo)： 動(dòng)態(tài)降落：在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，突加一個(gè)約定的標(biāo)準(zhǔn)的擾動(dòng)量，在過度過程中引起的輸出量最大降落值?；?/p>

30、復(fù)時(shí)間：從階躍擾動(dòng)作用開始，到輸出量基本恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，距新穩(wěn)態(tài)值之差進(jìn)入某基準(zhǔn)量的±5% （或±2%）范圍之內(nèi)所需的時(shí)間。2-19 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過程的特點(diǎn)是 飽和非線性控制 、 轉(zhuǎn)速超調(diào) 和 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu) 。2-20、調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)順序是 先內(nèi)環(huán)后外環(huán):從內(nèi)環(huán)開始,逐步向外擴(kuò)展 。常用的調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)方法有工程設(shè)計(jì)方法 、 調(diào)節(jié)器最佳整定方法 、模型系統(tǒng)法和 振蕩指標(biāo)法。2-21、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抗擾能力 強(qiáng) ，穩(wěn)態(tài)無靜差 。2-22、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)按典型 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，抗擾能力 較差 ，超調(diào) 小 。2-23、在電

31、機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，對于（ C ）的擾動(dòng)，系統(tǒng)是無能為力的。A、運(yùn)算放大器的參數(shù)的變化； B、電機(jī)勵(lì)磁電壓的變化；C、轉(zhuǎn)速反饋參數(shù)的變化； D、電網(wǎng)電壓的變化2-24 帶有比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，如果轉(zhuǎn)速的反饋值與給定值相等，則調(diào)節(jié)器的輸出為（ A ）A、零； B、大于零的定值C、小于零的定值； D、保持原先的值不變2-25 帶有比例積分調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，如果轉(zhuǎn)速的反饋值與給定值相等，則調(diào)節(jié)器的輸出為（B ）A、零； B、大于零的定值C、小于零的定值； D、保持原先的值不變2-26、無靜差調(diào)速系統(tǒng)的P調(diào)節(jié)器中P部份的作用是（ A）A、消除穩(wěn)態(tài)誤差； B、不能消除穩(wěn)態(tài)誤差也不能加

32、快動(dòng)態(tài)響應(yīng)C、既消除穩(wěn)態(tài)誤差又加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)；D、加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)2-27、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定時(shí)，控制電壓Uct的大小取決于（C）。P51A、轉(zhuǎn)速n; B、負(fù)載電流IdlC、轉(zhuǎn)速n和負(fù)載電流Idl; D、電流反饋系數(shù)2-28 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在起動(dòng)的恒流升速階段中，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的關(guān)系為（ C ）A、A和AC均飽和限幅輸出; B、A不飽和，AC飽的限幅輸出C、A飽和限幅輸出，AC不飽和; D、A和AC均不飽和2-29、帶電流變化率內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的電流變化率調(diào)節(jié)器一般采用 積分 調(diào)節(jié)器.2-30、帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的電壓調(diào)節(jié)器一般采用 積分 調(diào)節(jié)器.2-31轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的引入，可使

33、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器在起動(dòng)時(shí) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時(shí)間提前dn,使得轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器提前進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)，從而抑制了超調(diào)。2-32、帶比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)_大于_臨界放大系數(shù)時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。P292-33、有一采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)：Unom220V，Inom=100A，nnom=1000rmin，l=1.5, U*n10V, Ks=30, ASR、ACR限幅值為U*im10V， Uctm8V，電樞主回路總電阻R1W，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a10/1000=0.001 , b10/150=0.067，系統(tǒng)原來穩(wěn)定運(yùn)行在額定工作狀態(tài)，突然轉(zhuǎn)速反饋線斷線，系統(tǒng)重新穩(wěn)定后，U*i_

34、10V_，n=_1000rmin_，Uct_8V_，Id=_100A_. 2-34、在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)為什么校正成典型型系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速環(huán)為什么校正成典型II型系統(tǒng)？答：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)的一項(xiàng)重要作用是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，因而在突加控制作用時(shí)不希望有超調(diào)，或者超調(diào)量越小越好。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)該把電流環(huán)校正成典型型系統(tǒng)。電流環(huán)的還有一項(xiàng)作用是對電網(wǎng)電壓波動(dòng)及時(shí)調(diào)節(jié)，為了提高其抗擾性能，又希望把電流環(huán)校正成典型II型系統(tǒng)。在一般情況下，當(dāng)控制對象的兩個(gè)時(shí)間常數(shù)之比=10，典型型系統(tǒng)的抗擾恢復(fù)時(shí)間還是可以接收的，因此一般多按典型型系統(tǒng)來設(shè)計(jì)電流環(huán)。在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，還必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此需要II型系統(tǒng)。再從動(dòng)態(tài)性能來看，調(diào)速系統(tǒng)首先需要有較好的抗擾性能，所以把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型II型系統(tǒng)。2-35、弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)屬于（ B ）。A、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 B、恒功率調(diào)速C、恒磁通調(diào)速； D、不能確定2-36、典