電力拖動自動控制系統(tǒng)—運動控制系統(tǒng)答案

1、電力拖動自動控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)第一章閉環(huán)控制的直流調速系統(tǒng)11為什么PWM電動機系統(tǒng)比晶閘管電動機系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？答：PWM電動機系統(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）開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小。（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調速范圍寬，可達1：10000左右。（4）若與快速響應的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗擾能力強。（5）功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高。（6）直流電源采用不控整流時，電網功率因數(shù)比相控整流器高。12試分析有制動通路的不可逆

2、PWM變換器進行制動時，兩個VT 是如何工作的。答：在制動狀態(tài)中，id為負值，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Ug1 的正脈沖變窄，負脈沖變寬，從而使平均電樞電壓Ud降低。但是，由于機電慣性，轉速和反電動勢還來不及變化，因而造成E>Ud，很快使電流id反向，VD2截止，在ton t時，Ug2變正，于是VT2導通，反向電流沿回路3流通，產生能耗制動作用。在Tt+ton時，VT2關斷，id沿回路4經VD1續(xù)流，向電源回饋制動，與此同時，VD1兩端壓降鉗住VT1使它不能導通。在制動狀態(tài)中，VT2和VT1輪流導通，而VT1始終是關斷的。在輕

3、載電動狀態(tài)，這時平均電流較小，以致在VT1關斷后id經VD2續(xù)流時，還沒有達到周期，電流已經衰減到零，這時VD2兩端電壓也降為零，VT2便提前導通了，使電流反向，產生局部時間的制動作用。調速范圍和靜差率的定義是什么？調速范圍、靜差速降和最小靜差率之間有什么關系？為什么說“脫離了調速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了”？答：生產機械要求電動機提供的最高轉速和最低轉速之比叫做調速范圍，用字母表示，即D=nmaxnmin其中，nmax和nmin一般都指電動機額定負載時的最高和最低轉速，對于少數(shù)負載很輕的機械，可以用實際負載時的最高和最低轉速。當系統(tǒng)在某一轉速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時

4、所對應的轉速降落，與理想空載轉速之比，稱作靜差率s，即或用百分比表示s=nNn0s =nN ×100%n0在直流電動機變壓調速系統(tǒng)中，一般以電動機的額定轉速nN作為最高轉速則s =nNn0=nNnmin +nNnmin= nNsnN=(1s)nNsD= nmaxnmin=nNSnN(1S)由上式可看出調速系統(tǒng)的調速范圍、靜差速降和最小靜差率之間的關系。對于同一個調速系統(tǒng)，nN值一定，如果對靜差率要求越嚴，即要求s值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調速范圍也越小。一個調速系統(tǒng)的調速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉速可調范圍。某一調速系統(tǒng)，測得的最高轉速特性為nOmax =1500r/m

5、in，最低轉速特性為nOmin =150r/min，帶額定負載時的速度降落nN =15r/min，且在不同轉速下額定速降nN不變，試問系統(tǒng)能夠達到的調速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少？解系統(tǒng)能夠達到的調速范圍為D= nmaxnmin= 150015015=11系統(tǒng)允許的靜差率s=DnNnN +DnN×100%=11×151500+11×15×100%=10%某閉環(huán)調速系統(tǒng)的調速范圍是1500150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率s2%，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)應有多大？解因為s= n

6、Nn0=nNnmin +nNn =nmins=150×0.02=3.06r/min所以N1s10.02因為ncl= nop1+Kn100K=op 1=1=31.7所以ncl3.0616某閉環(huán)調速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時，額定負載下電動機的速降為8r/min，如果將開環(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，調速范圍可以擴大多少倍？解（1）因為n =RIdeclC（1+K）Ccl所以RId=n（e1+K）=8×（1+15）=128RI128cl則n=d=4.13r/minC（e 1+K）1+30（2）由D=nNSnN(1S)，可知在s 和nN不變的情況下，D

7、 只與nN有關調速范圍擴大1.94倍。17某調速系統(tǒng)的調速范圍D=20，額定轉速nN=1500r/min，開環(huán)轉速降落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；當s=10%時，n =nNs= 1500×0.1=8.33r/minND（1-s）nop20×（1-0.1）240此時K=1=1=27.8當s=5%時，ncln =8.33nNs=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%

8、，則系統(tǒng)的開環(huán)增益將變大。18轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)有那些特點？改變給定電壓能否改變電動機的轉速？為什么？如果給定電壓不變，調節(jié)測速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉速？為什么？如果測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？答：（1）轉速單閉環(huán)調速系統(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的轉速，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，調節(jié)測速反饋電壓的分壓比或測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，

9、它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調量的誤差。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在轉速負反饋調速系統(tǒng)中，當電網電壓、負載轉矩、電動機勵磁電流、電樞電阻、測速發(fā)電機勵磁各量發(fā)生變化時，都會引起轉速的變化，問系統(tǒng)對上述各量有無調節(jié)能力？為什么？答：當電網電壓發(fā)生變化時，系統(tǒng)對其有調節(jié)能力。因為電網電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng)完全服從給定。負載轉矩、電動機勵磁電流、電樞電阻變化時系統(tǒng)對其有調節(jié)能力。因為他們的變化最終會影響到轉速，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)轉速的影響。測速發(fā)電機勵磁各量發(fā)生變化時，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會

10、增大被調量的誤差。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 調速系統(tǒng)。電動機參數(shù)為：PN =2.2kW，UN =220V，IN =12.5A，nN =1500r/min，電樞電阻Ra =1.2，整流裝置內阻Rrec =1.5，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks =35。要求系統(tǒng)滿足調速范圍D=20，靜差率s10%。（1）計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降nop和調速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降ncl。（2）采用轉速負反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結構框圖。n dNN（3）調整該系統(tǒng)參數(shù)，使當U=15V時，I =I，n=n，則轉速負反饋系數(shù)應該是多少？（4）計算放大器所需的放

11、大倍數(shù)。解：（1）先計算電動機的電動勢系數(shù)eC =UN INRanN=22012.5×1.2 =0.1367Vmin/r1500則開環(huán)系數(shù)額定速降為（1.2+1.5）nop= INR=12.5×=246.9r/minCe0.1367額定負載時的穩(wěn)態(tài)速降應為n=nNs 1500×0.1=8.33r/minclD（1-s）20×（1-0.1）（2）系統(tǒng)的靜態(tài)結構框圖如下所示U*n +UnUnKsUcKpKsUd0+- IdREn1/Ce-Un轉速負反饋系統(tǒng)的原理圖U+*+nnUnU-UcA UcGTI+IdUddUPEUdM+-Un- Un +-+tgU-t

12、gn+TTG-n（3）當U=15V時，Id=IN，n=nN，則轉速負反饋系數(shù)應該是=Un=Un = 15=0.01nnN（4）閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應為1500n246.9K=op 1=1=28.64ncl8.33運算放大器所需的放大倍數(shù)KP =KKS /Ce=28.640.01×35/0.1367=11.19111在題1-10的轉速負反饋系統(tǒng)中增設電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉電流Idbl 2IN，臨界截止電流Idcr 1.2IN，應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)結構框圖，

13、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？RU+I=nUcom2I解：因為dblNSI=Ucom1.2IRdcrNS且U=15V，計算可得R=1.5，U=22.5VnscomU+I=nUcom2IRdblNSI=Ucom1.2ISdcrKRN112某調速系統(tǒng)原理圖如圖1-58所示，已知數(shù)據(jù)如下：電動機；PN =18kW，UN =220V，IN =94A，nN=1000r/min，Ra =0.15，整流裝置內阻Rrec =0.3，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)snm的放大倍數(shù)K =40。最大給定電壓U=15V，當主電路電流達到最大值時，整定電流反饋電壓Uim =10V設計指標：要求系統(tǒng)滿足調

14、速范圍D=20，靜差率s10%，Idbl =1.5IN，。Idcr =1.1IN。試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結構框圖，并計算：（1）轉速反饋系數(shù)。（2）調節(jié)器放大系數(shù)Kp。（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）轉速負反饋系數(shù)應該是=Un=Un = 15=0.015nnN1000（2）先計算電動機的電動勢系數(shù)eC =UN IN RanN=22094×0.15=0.2059Vmin/r1000則開環(huán)系數(shù)額定速降為（0.15+0.3）nop= IN R=94×Ce0.2059=205.4r/minn=nNs 1000

15、×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)應為n205.4K=op 1=1=35.9ncl運算放大器所需的放大倍數(shù)5.56KP =KKS /Ce=35.90.015×40/0.2059=12.3113在電壓負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)中，當下列參數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)是否有調節(jié)作用，為什么？（1）放大器的放大系數(shù)Kp；（2）供電電網電壓；（3）電樞電阻Ra；（4）電動機勵磁電流；（5）電壓反饋系數(shù)。答：在電壓負反饋單閉環(huán)有靜差調速系統(tǒng)中，當放大器的放大系數(shù)Kp發(fā)生變化時系統(tǒng)有調節(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

16、轉速，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉速的影響。電動機勵磁電流、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。當供電電網電壓發(fā)生變化時系統(tǒng)有調節(jié)作用。因為電網電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng)完全服從給定。當電壓反饋系數(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VM 系統(tǒng)，已知：電動機：PN =2.8kW，UN =220V，IN =15.6A，nN=1500r/min，Ra =1.5，整流裝置內阻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，試計算調速范圍D=30時的靜差

17、率s 值。（2）當D=30，s=10%，計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。n（3）如組成轉速負反饋有靜差調速系統(tǒng)，要求D=30，s=10%，在U=10V時，Id =IN，n=nN，計算轉速負反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù)Kp。n（4）如將上述調速系統(tǒng)改為電壓負反饋有靜差調速系統(tǒng)，仍要求U=10V時，Id =IN，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，eC =UN IN RanN=22015.6×1.5 =0.1311Vmin/r1500則開環(huán)系數(shù)額定速降為（1.5+1）nop= IN R=15.6×=297.5r/minCe0.131

18、1Dn30×297.5則s= N ×100%=×100%=85.6%nN +DnN1500+30×297.5（2）當D=30，s=10%，系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降n =nNs=1500×0.1=5.56r/minND（1-s）30×（1-0.1）n（3）當U=10V時，Id =IN，n=nN，則轉速負反饋系數(shù) 應該是=Un=Un = 10=0.007nnN1500閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應為n297.5K=op 1=1=52.51ncl5.56運算放大器所需的放大倍數(shù)KP =KKS /Ce=52.510.007×35/0.1311=

19、30.6（4）在電壓負反饋有靜差調速系統(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 =1.6Nm2，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題1-10要求設計的轉速負反饋系統(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機電時間常數(shù)GD

20、2Re mTm=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)應滿足的穩(wěn)定條件：T(T+T)+T20.065×(0.0185+0.00167)+0.001672K< m l s s =TlTs0.0185×0.00167=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速系統(tǒng)是無

21、靜差的？在轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，當積分調節(jié)器的輸入偏差電壓U=0時，調節(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Un變化時，只要其極性不變，積分調節(jié)器的輸出Uc便一直增長；nnncncn只有達到U=U,U =0時，U 才停止上升；不到U 變負，U 不會下降。當U =0時，Uc并不是零，而是一個終值；如果Un不再變化，這個終值便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)無靜差調速。比例調節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。雖然現(xiàn)在Un =0，但歷史上有過Un，其積分就有一定數(shù)

22、值，足以產生穩(wěn)態(tài)運行時需要的控制電壓Uc。1-17在無靜差轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，轉速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測速發(fā)電機精度的影響？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。因此轉速的穩(wěn)態(tài)精度還受給定電源和測速發(fā)電機精度的影響。1-18采用比例積分調節(jié)器控制的電壓負反饋調速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運行時的速度是否有靜差？為什么？試說明理由。答：采用比例積分調節(jié)器控制的電壓負反饋調速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運行時的速度是無靜差的。電壓負反饋實際是一個自動調壓系統(tǒng)，只有被包圍的電力電子裝置內阻引起的穩(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速負反饋系統(tǒng)要差。但基本控制原理與轉速負反饋類似。它

23、與轉速負反饋一樣可以實現(xiàn)無靜差調節(jié)。第二章轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)和調節(jié)器的工程設計方法2-1在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，若要改變電動機的轉速，應調節(jié)什么參數(shù)？改變轉速調節(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？改變轉速反饋系數(shù)行不行？若要改變電動機的堵轉電流，應調節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？答：雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當兩個調節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關系nn0U* =U =n=nn因此轉速n 是由給定電壓U決定的；改變轉速反饋系數(shù)也可以改變電動機轉速。改變轉速調節(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轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，

24、兩個調節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么？答：當兩個調節(jié)器都不飽和時，它們的輸入偏差電壓都是零im轉速調節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U決定了電流給定電壓的最大值；電流調節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。2-3如果轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中的轉速調節(jié)器不是PI 調節(jié)器，而改為P 調節(jié)器，對系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能將會產生什么影響？答：改為P調節(jié)器時其輸出量總是正比于輸入量，PI調節(jié)器的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸入量的積分，到達穩(wěn)態(tài)時，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。2-4試從下述五個方面來比較轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)和帶電流截止

25、環(huán)節(jié)的轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)：（1）調速系統(tǒng)的靜態(tài)特性；（2）動態(tài)限流性能；（3）起動的快速性；（4）抗負載擾動的性能；n（5）抗電源電壓波動的性能。答：（1）轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉速n 是由給定電壓U決定的。ASR的輸出量U*i是由負載電流IdL決定的?？刂齐妷篣c的大小則同時取決于n和Id，或者說，同時取決于Un和IdL。雙閉環(huán)調速系統(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)的轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)靜態(tài)特性特點：電流負反饋的作用相當于在主電路中串入一個大電阻KpKsRs，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

26、載轉速提高了。這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機特性。（2）（3）雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：飽和非線性控制、轉速超調、準時間最優(yōu)控制。（4）由動態(tài)結構圖中可以看出，負載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉速調節(jié)器ASR來產生抗負載擾動的作用。在設計ASR時，應要求有較好的抗擾性能指標。（5）在單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電網電壓擾動的作用點離被調量較遠，調節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調速系統(tǒng)抵抗電壓擾動的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設了電流內環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調節(jié)，不必等它影響到轉速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。2-5在轉速、電流雙閉環(huán)調

27、速系統(tǒng)中，兩個調節(jié)器均采用PI 調節(jié)器。當系統(tǒng)帶額定負載運行時，轉速反饋線突然斷線，系統(tǒng)重新進入穩(wěn)態(tài)后，電流調節(jié)器的輸入偏差電壓Ui是否為零？為什么？n2-6在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，轉速給定信號U未改變，若增大轉速反饋系數(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉速反饋電壓Un是增加還是減少？為什么？2-7在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，兩個調節(jié)器ASR、ACR均采用PI調節(jié)器。已知參數(shù)：電動機：PN =3.7kW,UN =220V,IN =20A,nN =1000r/min，電樞回路總電阻nmimomdmR =1.5，設U=U=U=8V，電樞回路最大電流I=40A，電力電子變換器的放大系數(shù)Ks =40。試求：（1）

28、電流反饋系數(shù)和轉速反饋系數(shù)；d 0iic（2）當電動機在最高速發(fā)生堵轉時的U、U、U、U 值。解：（1）穩(wěn)態(tài)時因為IdmU=im所以=Uim =Idm8 =0.2V/A40U=nmnmax=81000=0.008Vmin/r（2）電動機在最高速發(fā)生堵轉時n=0Ud0 =Cen+IdR =40×1.5=60VUi =Ui = Id =8VUi =8VcU =Ud0 =60=1.5VKs402-8在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，調節(jié)器ASR、ACR均采用PI 調節(jié)器。當ASR輸出im達到U=8V時，主電路電流達到最大電流80A。當負載電流由40A 增加到70A 時，試問：i（1）U應如何變

29、化？（2）Uc應如何變化？（3）Uc值由哪些條件決定？i2-9在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電動機拖動恒轉矩負載在額定工作點正常運行，現(xiàn)因某種原因使電動機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、Uc、Ud0、Id及n在系統(tǒng)重新進入穩(wěn)定后的表達式。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，要求階躍響應超調量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)，其控制對象的傳遞函數(shù)為W(s)=K1=10，要求設計一個objs+1

30、0.01s+1無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調量5%（按線性系統(tǒng)考慮）。試對該系統(tǒng)進行動態(tài)校正，決定調節(jié)器結構，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)超調量30%（按線性系統(tǒng)考慮）。試決定調節(jié)器結構，并選擇其參數(shù)。2-13調節(jié)對象的傳遞函數(shù)為Wobj(s)=18(0.25s+1)(0.005s+1)，要求用調節(jié)器分別將其校正為典型I 型和II 型系統(tǒng)，求調節(jié)器的結構與參數(shù)。2-14在一個由三相零式晶閘管整流裝置供電的轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，已知電動機的額定數(shù)據(jù)為：

31、PN=60kW,UN=220V,IN=308A,nN=1000r/min ，電動勢系數(shù)Ce =0.196Vmin/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，機電時間常數(shù)Tm =0.12s，電流反饋濾波時間常數(shù)Toi =0.0025s，n N轉速反饋濾波時間常數(shù)Ton =0.015s。額定轉速時的給定電壓(U)=10V，調節(jié)器ASR、imomACR飽和輸出電壓U=8V,U=6.5V。系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標為：穩(wěn)態(tài)無靜差，調速范圍D=10，電流超調量i 5%，空載起動到額定轉速時的轉速超調量n 10%。試求：（1）確定電流反饋系數(shù)（假設起動電

32、流限制在339A 以內）和轉速反饋系數(shù)；（2）試設計電流調節(jié)器ACR，計算其參數(shù)Ri、Ci、Coi。畫出其電路圖，調節(jié)器輸入回路電阻R0 =40k；（3）設計轉速調節(jié)器ASR，計算其參數(shù)Rn、Cn、Con。（R0 =40k）；（4）計算電動機帶40%額定負載起動到最低轉速時的轉速超調量n。（5）計算空栽起動到額定轉速的時間。解：1.電流反饋系數(shù)和轉速反饋系數(shù)分別為U=imIdm= 8339=0.0236V/AU=nmnmax= 101000=0.01Vmin/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

33、相橋式電路每個波頭的時間是3.3ms,為了基本濾平波頭,應有(12)Toi=3.33ms,因此取Toi=2.5ms=0.0025s.i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）選擇電流調節(jié)器結構根據(jù)設計要求i5,并保證穩(wěn)態(tài)電流無差,可按典型I型系統(tǒng)設計電流調節(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,各項指標都是可以接受的.（3）計算電流調節(jié)器參數(shù)0.0058s電流調節(jié)器超前時間常數(shù):i =Tl=0.0

34、12s.1電流環(huán)開環(huán)增益:要求i5時,按表2-2,應取KT=0.5i,因此KI =0.5=Ti0.50.0058s=86s1KR86×0.012×0.18i于是,ACR的比例系數(shù)為:K = I i =0.225（4）校驗近似條件Ks35×0.0236電流環(huán)截止頻率:=K =86s1ciI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=101s1>ci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=3×1ci0.12s×0.012s=79.06s1<電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條

35、件11=1×1=116.1s1>滿足近似條件.3TsToi30.0033s×0.0025sci（5）計算調節(jié)器電阻電容由圖2-25,按所用運算放大器取R0Ri =KiR0 =0.225×40k=9k=40k,各電阻和電容值為iC =iRi= 0.012F=1.33×106F=1.33F,取1.33F9×103Coi=4ToiR0=4×0.0025F=0.25×106F=0.25F,取0.2F40×103按照上述參數(shù),電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為i=4.3<5(見表2-2),滿足設計要求.3. （1

36、）確定時間常數(shù)1電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI.已取KIT i =0.5,KI=2T=2×0.0058s =0.0116si轉速濾波時間常數(shù)Ton.根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況,取Ton=0.01s.轉速環(huán)小時間常數(shù)Tn.按小時間常數(shù)近似處理,取nT= 1KI+Ton=0.0116s+0.015s=0.0266sK（nns+1）（2）選擇轉速調節(jié)器結構按照設計要求,選用PI調節(jié)器,其傳遞函數(shù)WAS（Rs）=ns（3）計算轉速調節(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)n為 =hT=3×0.0266s=0.0798sn由式(2-75)可得轉速環(huán)開環(huán)增益

37、:KN =h+12h2T2n=42×32×0.02662s2=314.1s2于是,由式(2-76)可得ASP的比例系數(shù)為:K =(h+1)CeTm =n2hRTn4×0.0236×0.196×0.122×3×0.01×0.18×0.0266=7.73（4）檢驗近似條件由式(2-33)得轉速環(huán)截止頻率為:電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為:cn= KN1=KNn=314.1×0.0798s1=25.1s11KI=1×86s1=40.6s1>,滿足簡化條件.3T30.0058cni轉速環(huán)小時間

38、常數(shù)近似處理條件為:1KI=1×86s1=25.2s1>,滿足近似條件.3Ton30.01cn（5）計算調節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖2-27,取R0=40k,則Rn =KnR0 =7.73×40k=309.2k,取310knC =nRn= 0.0798310×103F=0.257×106F=0.257F,取0.257FCon=4TonR0=4×0.015F=1.5×106F=1.5F,取1.5F40×103（6）校核轉速超調量當h=3時,由表2-6查得,n=52.6,不能滿足設計要求.實際上,由于表2-6是按線性系統(tǒng)計算的,

39、而突加階躍給定時,ASR飽和,不符合線性系統(tǒng)的前提,應該按ASR退飽和的情況重新計算超調量。（7）由表2-7查得,由h=3得，CmaxCb=72.2%= ImIN=339=1.1308T308×0.18N =2×（Cmax）（n-z）n =2×72.2%×1.1×0.196×0.0266=9.96%<10%nCn*T10000.12bm4.如果只起動5.空載起動到額定轉速的時間t =2h n nT=6×7.73×10×0.0266=0.386sK U 2h+1UIn480.0236×308

40、imdL2-15有一轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，主電路采用三相橋式整流電路。已知電動機參數(shù)為：PN =555kW,UN =750V,IN =760A,nN =375r/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，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks =75。電磁時間常數(shù)Tl =0.031s，機電時間常數(shù)Tm =0.112s，電流反饋濾波時間常數(shù)Toi =0.002s，轉速反饋濾波時間常數(shù)Ton =0.02s。設調節(jié)器輸入輸出電壓nmimom0U=U=U=10V，調節(jié)器輸入電阻R =40k。設計指標：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調量i 5%，空載起動到額定轉

41、速時的轉速超調量n 10%。電流調節(jié)器已按典型I 型系統(tǒng)設計，并取參數(shù)KT=0.5。（1）選擇轉速調節(jié)器結構，并計算其參數(shù)；（2）計算電流環(huán)的截止頻率ci和轉速環(huán)的截止頻率cn，并考慮它們是否合理。2-16在一個轉速、電流雙閉環(huán)VM系統(tǒng)中，轉速調節(jié)器ASR，電流調節(jié)器ACR均采用PI 調節(jié)器。nmN（1）在此系統(tǒng)中，當轉速給定信號最大值U=15V時，n=n =1500r/min；電imdm流給定信號最大值U=10V時，允許最大電流I=30A，電樞回路總電阻R =2，晶閘管裝置的放大倍數(shù)Ks =30，電動機額定電流IN =20A，電動勢系數(shù)endlC =0.128Vmin/r，現(xiàn)系統(tǒng)在U=5V，

42、I=20A時穩(wěn)定運行。求此時的穩(wěn)態(tài)轉速n=？ACR的輸出電壓Uc =?（2）當系統(tǒng)在上述情況下運行時，電動機突然失磁（=0），系統(tǒng)將會發(fā)生什么現(xiàn)象？ni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 =?Uc =?（3）該系統(tǒng)轉速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設計，且按Mmin準則選擇參數(shù)，取中頻寬h=5，已知轉速環(huán)小時間常數(shù)T=0.05s，求轉速環(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）突加額定負載時，電流Id和轉速n的動態(tài)過程波形是怎樣的？已知機電時間常數(shù)Tm =0.05s，計算其最大動態(tài)速降nmax和恢復時間tV。2-17

43、有一轉速、電流雙閉環(huán)控制的H 性形雙極式PWM直流調速系統(tǒng)，已知電動機參數(shù)為：PN =200kW,UN =48V,IN =3.7A,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 =0.12Vmin/r，電磁時間常數(shù)Tl =0.015s，機電時間常數(shù)Tm =0.2s，電流反饋濾波時間常數(shù)Toi =0.001s，轉速反饋onnmimom濾波時間常數(shù)T=0.005s。設調節(jié)器輸入輸出電壓U=U=U=10V，調節(jié)器輸入電阻R0 =40k。已計算出晶體管D202 的開關頻率f=1kHz，PWM 環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks =4.8。試對該系統(tǒng)進行動

44、態(tài)參數(shù)設計，設計指標：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調量i 5%；空載起動到額定轉速時的轉速超調量n 20%；過載過程時間ts 0.1s。第3 章直流調速系統(tǒng)的數(shù)字控制3-1直流電機額定轉速nN =375r/min，電樞電流額定值為IdN =760A，允許過流倍數(shù)=1.5，計算機內部定點數(shù)占一個字的位置（16位），試確定數(shù)字控制系統(tǒng)的轉速反饋存儲系數(shù)和電流反饋存儲系數(shù)，適當考慮余量。解：定點數(shù)長度為1個字（16位），但最高位須用作符號位，只有15位可表示量值，故最大存儲值Dmax=215-1。電樞電流最大允許值為1.5IN，考慮到調節(jié)過程中瞬時值可能超過此值，故取Imax=1.8IN。因此，電樞電流存儲系

45、數(shù)為215K =1=32768=23.95A11.8IN1.8×760額定轉速nN=375r/min，取nmax=1.3nN，則轉速存儲系數(shù)為215132768K =1.3nN1.3×375min/r=67.21min/r對上述運算結果取整得K=23A1，K=67min/r。3-2旋轉編碼器光柵數(shù)為1024，倍頻系數(shù)為4，高頻時鐘脈沖頻率f0 =1MHz，旋轉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法和T法測速時間均為0.01s，求轉速n=1500r/min和n=150r/min時的測速分辯率和誤差率最大值。解：電動機每轉一圈共產生Z=4×20

46、48=4096個脈沖。（1）M法測速）測速分辨率Q =6（0M1+1ZTC60M1 =ZTC60ZTC=604096×0.01r/min=1.46r/min電動機的轉速為n=60M1ZTC當n=1500r/min時，M1=ZTCn=604096×0.01×150060=1024max測速誤差率最大值= 1 ×100%=1×100%0.098%當n=150r/min 時，M1=M1ZTCn=6010244096×0.01×15060102max測速誤差率最大值= 1 ×100%= 1 ×100%0.98%（

47、2）T 法測速M1102當n=1500r/min時，n=60f0ZM260f測速分辨率60f60fZn24096×15002Q= 0 0= 0=r/min171r/minZ（M-1）ZMZM（M-1）60fZn60×1064096吸×106M = 0 =（9取整數(shù)）2Zn4096×1500測速誤差率最大值當n=150r/min 時，=1×100%=1 ×100%12.5%2maxM 19122測速分辨率Q=Zn=4096×150r/min1.55r/min60f0Zn60×10

48、6 4096×15060f60×106M = 0 =9（7取整數(shù)）2Zn4096×150測速誤差率最大值=1×100%=1×100%1.04%2maxM 19713-3將習題2-14設計的模擬電流調節(jié)器進行數(shù)字化，采樣周期Tsam =0.5ms，調節(jié)器輸出限幅及積分限幅均為±Um，寫出位置式和增量式數(shù)字PI調節(jié)器的表達式，并用已掌握的匯編語言設計實時控制程序。3-4根據(jù)習題2-15電流調節(jié)器的設計結果（電流調節(jié)器按典型I型系統(tǒng)設計，KT=0.5），按離散系統(tǒng)設計方法設計轉速調節(jié)器，要求轉速無靜差。已知電動機額定功率PN =555kW，

49、額定電壓UN =750V，額定電樞電流IN =760A，額定轉速nN =375r/min，電動勢系數(shù)Ce =1.82Vmin/r，電樞回路總電阻R=0.14，允許過載倍數(shù)=1.5，機電時間常數(shù)1Tm =0.112s，轉速濾波時間常數(shù)Ton =0.02s，電流反饋存儲系數(shù)K =23A，轉速反饋存儲系數(shù)K =67min/r，轉速調節(jié)器采樣時間Tsam =0.01s，電流環(huán)小慣性時間常數(shù)soiT=T+T =0.0017s+0.002s =0.0037si第4章可逆直流調速系統(tǒng)和位置隨動系統(tǒng)4-1晶閘管-電動機系統(tǒng)需要快速回饋制動時，為什么必須采用可逆線路？答：當電動機需要回饋制動時，由于反電動勢的極

50、性未變，要回饋電能必須產生反向電流，而反向電流是不可能通過VF 流通的，這時，可以通過控制電路切換到反組晶閘管裝置VR，并使它工作在逆變狀態(tài)，產生逆變電壓，電機輸出電能實現(xiàn)回饋制動。4-2試畫出采用單組晶閘管裝置供電的V-M系統(tǒng)在整流和逆變狀態(tài)下的機械特性，并分析這種機械特性適合于何種性質的負載。解；機械特性圖如下：n提升TeId放下-n4-3 解釋待逆變、正組逆變和反組逆變，并說明這三種狀態(tài)各出現(xiàn)在何種場合下。答：待逆變正組逆變電樞端電壓為負，電樞電流為正，電動機逆向運轉，回饋發(fā)電，機械特性在第四象限。反組逆變電樞端電壓為正，電樞電流為負，電動機正向運轉，回饋發(fā)電，機械特性在第二象限。4-4 分析配合控制的有環(huán)流可逆系統(tǒng)反向起動和制動的過程。畫出各參變量的動態(tài)波形，并說明在每個階段中ASR和ACR各起什么作用，VF 和VR各處于什么狀態(tài)。解：控制電路采用典型的轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中：轉速調節(jié)器ASR控制轉速，設置雙向輸出限幅電路，以限制最大起