運(yùn)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土勻?yàn)镻I調(diào)節(jié)器，設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓Unm=15V,轉(zhuǎn)速調(diào)下命限幅值為Uim=15V,nN1500r/min,In=20A,電流過載倍數(shù)為2,電樞回路總電阻R=2Q,Ks=20,Ce=0.127Vmin/r,求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在Un=5V,IdL=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，U；和Uc各為多少?解:(DUnm15V30.01Vmin/rnN1500r/minUn5V500r/min0.01Vmin/r*UiUiUc*UmIdmIdId(2)15V.1V0.375V/A40A0.375103.

2、75V0.375103.75VCenKsIdR0.127500102204.175V堵轉(zhuǎn)時，U*Idm15V,UcCen1dRKs0.1270402204VPI調(diào)節(jié)1.2 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器ASRACR土勻采用器。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=1.5Q,設(shè)U；mUi*mUcm=8V,電樞回路最大電流Idm=40A,電力電子變換器的放大系數(shù)Ks=400試求:(D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Ud0,U*,Ui,Uc值。解：1）*Uim8V叫0.32V/AIdm40

3、AUnm8VnN1000r/min0.008Vmin/r2)Ud0EIdRIdmR401.560V這時：Un8V,Un0,ASR處于飽和，輸出最大電流給定*Ui8V,Ui8V,UcUd0Ks60401.5V1.3 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器ASRACR均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR輸出達(dá)到U；=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)U*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)Um里0.1V/AIdm80AU*就是電流的給定，因此當(dāng)電流從40A到70A時，U*應(yīng)從4V到7V變化。2) Uc要有所增加。3) Uc取

4、決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因?yàn)閁d0EIdRCenIdmRUcKs3.5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=0.1s,要求階躍響應(yīng)超調(diào)量10%0(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；(3) 繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時間tr0.25s,則K=?,%=?(3)繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時間tr0.25s,求K,.解：取KT0.69,0.6,%9.5%(1)系統(tǒng)開環(huán)增益：K0.69/T0.69/0.16.9(1/s)(2)上升時間tr3.3T0.33S過度過程時間：3ts6T60.10.6sn(3)ILLCD6.9如要求tr0.25s,則

5、應(yīng)取KT1,0.5這樣K1/T10,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：Pn60kW,Un220V,In308A,nN1000r/min,電動勢系數(shù)Ce=0.196Vmin/r,主回路總電阻r=0.18Q，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(jī)電時間常數(shù)Tm=0.12s電流反饋濾波時間常數(shù)T0i=0.0025s轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)Tn=0.015s。額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓(Un*)N二10V調(diào)節(jié)器ASRACR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

6、圍D=10，電流超調(diào)量i05%空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n010%。試求:(1)確定電流反饋系數(shù)B(假設(shè)起動電流限制在1.1In以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。(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。(3)設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,計算其參數(shù)Rn、Cn、COn。(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6no(5)計算空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間。解：(1)*UimIdm8V1.1In0.0236V/Anm10VnN1000r/min0.01Vmin/r(2)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計確定時間常數(shù)：a)Ts0.00333

7、sb)Toi0.0025sc)Ti0.00583sKi(iS1)iS電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)閕5%,可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計，選用PI調(diào)節(jié)器，Wacr(S)電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：iTl0.012s,KiTi0.5,Ki0.5/Ti85.76sKiK1TlR/Ks85.760.0120.18/350.02360.2243。校驗(yàn)等效條件：ciK|85.76s1179.06S0.120.012a,3Ts30.00333ci滿足近似條件ci滿足近似條件0.00330.0025115.35sci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(shí)現(xiàn)：選R40K,則:RKiR00.2243408.97K,取9K.C

8、i_L0.012R91031.33FC0i4TR040.0025401030.25F(3)電流環(huán)等效時間常數(shù)KiK|Ti0.5則K|2Ti20.005830.01166sTon0.015s1TnTon0.011660.0150.02666sKi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(nS1)/nS速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：nhTn，h5,nhTn0.1333s轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益KNh21262168.32s81.2%1.1(3080.18/0.1961000)(0.02666/0.12)11.23%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

9、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：nhTn0.07998s2h2T2n2250.026662ASR的比例系數(shù)K(h1)CeTmn2hRTn6.9460.02360.1960.12250.010.180.02666校驗(yàn)等效條件：Km轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率cnNKNn168.830.133322.5s1Ki185.76Ti30.00583140.43s1cn滿足簡化條件a)3cn滿足簡化條件轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)(空載Z=0)10%KNh12_22hTn2920.02666一一一一2312.656sKn(h1)CeTm2hRTn4.02360.1960.127.71230.010.

10、180.02666校驗(yàn)等效條件:cnK9NKNn312.6560.0799825s21滿足簡化條件、1K|185.76ia)40.43s3Ti310.00583滿足簡化條件轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：n272.2%1.1(3080.18/0.1961000)(0.02666/0.12)9.98%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Ro40K,則RnKnR07.7140308K,取310K。Cn=TnRn0.079983101030.258Fon4%40.0153-40101.5F4)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)n%272.

11、2%(1.10.4)(3080.18/0.196100)(0.02666/0.12)63.5%5)空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間是:(書上無此公式)0.3854UnmnN10V375r/min0.0267Vmin/r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):a)TS0.00176sb)Toi0.002sc)Tj0.00367s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)?。%5%可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計，選用PI調(diào)節(jié)器，Wacr(S)Ki(iS1)is0.0310.003678.2510電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:T|0.031s,KIT0.5KiP3624s1，/KIIR136.240.0310.14八Ki10.899K

12、s750.00877校驗(yàn)等效條件：ciKi136.24s、11a)-199.6s3Ts30.001670.1120.0310.001670.002150.9sci182.39s1ci可見滿足近似等效條件。電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選K=40K,則RKiR0.8994035.96取36Ki0.031Ci_Ton0.02sTnTon0.007340.020.02734sKi30.86FR3610C0i4T0i40.0020230.2R04010速度調(diào)節(jié)器設(shè)計速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：K1Ti0.51則電流環(huán)時間常數(shù)一2Ti20.003670.00734sKi按照無靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器,Wasr(S)Kn

13、(nS1)/nS速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：nhTn,h5,nhTn0.1367s轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益Kn6-22250.02734，一一2160.54sasr的比例系數(shù)K(h1)CeTmn2hRTn60.008771.820.11210.5250.02670.140.02734校驗(yàn)等效條件：Km轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率cnNKNn160.540.136721.946s11136.2430.0036764.22scn滿足簡化條件1136.2430.02127.51s1cn滿足簡化條件速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選Ro=40K,則RnKnR010.540420K上0.1367Cn=3Rn420100.325FCon4TonR04

14、0.02340102)電流環(huán)的截止頻率是：ciKi136.24s速度環(huán)的截止頻率是：cn21.964s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)。LMB03.11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Unm*=15V時,n=nN=1500r/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=2Q，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=0.1

15、28Vmin/r?，F(xiàn)系統(tǒng)在Un*=5V出=20A時穩(wěn)定運(yùn)行。求此時的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=?ACRB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=?Un=?Ui*=?Ui=?Id=?Uc=?(3)該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II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(吐=0)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=0.05s,計算其最大動態(tài)速

16、降nmax和恢復(fù)時間tv1)*Uim15V0.01Vmin/rn1500r/m*UimIdm10V30A0.33V/A5V,n500r/minUcUd0aEIdlRKs0.01CenIdlRKs0.128500202303.467V2)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)穩(wěn)定后，n0,Un0IdIdm30AR02022V303）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:KnnS1s2Tns1KnhT0.05h+12Z22hTn0.050.25s6248s2250

17、.0524）空載突加額定負(fù)載時，轉(zhuǎn)速有動態(tài)降落。2(方z)/NgTm2(10)202625r/min0.128(0.050.05)Cb2FK2T2IdNRTnnmax22020.050.1280.05625r/min最大動態(tài)速降:恢復(fù)時間：tvC-max?nb81.2%625Cb507.5r/min8.80.050.44(P76表)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“

18、1”表示上橋臂開通，“0”表示下橋臂開通，逆變器輸出端電壓:uxUd2Ud2SxSx1,UxU(2Sx1)以(直流電源中點(diǎn)O為參考點(diǎn)/jj2Us(UauBeUce)S,SEScUaUbUcUsU(1000Ud2Ud2Ud20Ui100Ud2Ud2Ud2加U；!110Ud2Ud2Ud2U3010Ud2Ud2Ud2國3U011Ud2Ud_2Ud.2U5001Ud2Ud2Ud2U()101Ud2Ud2Ud2jU-111Ud2Ud2Ud20空間電壓矢量圖:5.9 當(dāng)三相電壓分別為Uao、Ubo、Uco,如何定義三相定子電壓空間矢量uAOuBO、uc。和合成矢量us,寫出他們的表達(dá)式。解：A,B,C為定

19、子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量:UAOUAOUboUBoejj2UCOUCOe合成矢量：Usjj2UAOUBOeuCOeucoA(ej0)UAOUBO5.10 忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量Us與定子磁鏈L的關(guān)系,當(dāng)三相電壓Uao、Ubo、Uco為正弦對稱時，寫出電壓空間矢量網(wǎng)與定子磁鏈打的表達(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：usRsisdt忽略定子電阻的影響，：usdTsUsdt，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：ej(式sej(itUsse15.11 采用電壓空間矢量PWM調(diào)

20、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。開關(guān)周期To,3Nw1輸出頻率w1,Us,QUsuiU2kUdUde,3,h,立ToToToToToTot1,t2,Tt1t2,零矢量作用時間增加，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t25.12兩電平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Us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

21、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)題六5.12 1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12,321C3/22.?32現(xiàn)有三相正弓J對稱電流iAImCOS(t),iBImCOS(t和is,分析兩相電流2iCImcos(t),求變換后兩相靜止坐標(biāo)系中的電流is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,3.21AiA12招212在23.2,CiA1.i23.i21:2C且2iC31m2Im33；iA2230j(ee2色2C3.cos(22j(t-)t)3-cos(t)2222jjje3e3

22、jte3e23/+、cos(t)23j(e323.cos(2j2jte-)t)3sin()sin(t)31m2?。?-cos(t)2:cos(t2-)cos(t2-)2332j3ejt3Icos(2msin(t)t)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卷倍,兩相電流的相位差一。2sincos6.2兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換陣為cosC2s/2r.sin將上題中的兩相靜止坐標(biāo)系中的電流is和is變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流sd和isq,坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)速度qdt1。分析當(dāng)1時，isd和isq的基本特征，電流矢量幅值is京2i2q與三相電流幅值解：兩相靜止坐標(biāo)系中的電流

23、Im的關(guān)系，其中是三相電源角頻率。3cos(t)2msin(t)兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流sdsqcossinsincos31cos2msinsincoscoscoscos(t)sin(t)sinsin(t)3,1msincos(t)2cos(sin(cos(t)sin(t)it,兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流當(dāng)J1時，dtisd3cos(tisq.21msin(t電流矢量幅值ii3isisdi_cnnNsNn1m，26.4籠型異步電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)為：額定功率Pn3kW，額定電壓Un380V,額定電流In6.9A,額定轉(zhuǎn)速nN1400r/min,額定頻率fN50Hz,定子繞組Y聯(lián)接。由實(shí)驗(yàn)測得定子電阻Rs1.85,轉(zhuǎn)子電阻Rr2.658,定子自感Ls0.294H,轉(zhuǎn)子自感Lr0.2898H,定、轉(zhuǎn)子互感Lm0.2838H,轉(zhuǎn)子參數(shù)已折合到定子側(cè)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量J0.1284kgm2,電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在額定工作狀態(tài)，試求