閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

1、第一章 閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1 - 1為什么PW電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比晶閘管一電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài)性能？答：PW電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：（1 ） 主電路線(xiàn)路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少。（2）開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小。（3） 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1： 10000 左右。（4）若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。 （ 5） 功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)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(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。1 - 2試分析有制動(dòng)通路的不可逆

2、 PWh變換器進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，兩個(gè) VT是如何工作的。答：在制動(dòng)狀態(tài)中，為負(fù)值，就發(fā)揮作用了。這種情況發(fā)生在電動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中需要降 速的時(shí)候。這時(shí)，先減小控制電壓，使di2VT1gU 的正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使平均電樞電 壓降低。但是，由于機(jī)電慣性，轉(zhuǎn)速和反電動(dòng)勢(shì)還來(lái)不及變化，因而造成，很 快使電流反向，截止，在dUdEU>di2VDont <<T時(shí)，2gU變正，于是導(dǎo)通，反向電流沿回路3流通，產(chǎn)生能耗制動(dòng)作用。在<T+時(shí)，關(guān)斷，2VTTt< ont2VTdi.沿回路4經(jīng)續(xù)流，向電源回饋制動(dòng)，與此同時(shí)，兩端壓降鉗住使它不能導(dǎo)通。在制動(dòng)狀態(tài)中，和 輪流導(dǎo)通，而始終是

3、關(guān)斷的。1VD1VD1VT2VT1VT1VT在輕載電動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)平均電流較小，以致在關(guān)斷后經(jīng)續(xù)流時(shí)，還沒(méi)有達(dá)到 周期T,電流已經(jīng)衰減到零，這時(shí)兩端電壓也降為零，便提前導(dǎo)通了，使電流反向， 產(chǎn)生局部時(shí)間的制動(dòng)作用。1VTdi2VD2VD2VT1-3調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間有什么關(guān) 系？為什么說(shuō)“脫離了調(diào)速范圍，要滿(mǎn)足給定的靜差率也就容易得多了”？答：生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示，即 maxminnDn= 其中，和一般都指電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)負(fù) 載很輕的機(jī)械，可以用實(shí)際負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速。

4、maxnminn當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理 想空載轉(zhuǎn)速之比，稱(chēng)作靜差率 s ，即ONnsnA =或用百分比表示O1OO%N nsnA =xNn在直流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)中，一般以電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速作為最高轉(zhuǎn)速 則0minNNNnnsnnM =+ min(1)NNNnsnnss . =. =maxmin(1) NNnnSDnn=.由上式可看出調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間的關(guān)系。對(duì)于同一個(gè)調(diào) 速系統(tǒng)，值一定，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求 s 值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速 范圍也越小。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿(mǎn)足所需靜差

5、率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范 圍。NnA1-4某一調(diào)速系統(tǒng)，測(cè)得的最高轉(zhuǎn)速特性為max1500/m inOnr=，最低轉(zhuǎn)速特性為，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落 min150/minOnr=15/minNnr =，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降 不變，試問(wèn)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？Nn 解 系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍為系統(tǒng)允許的靜差率 1115100%100%10%15001115NNNDnsnD X =x =x =+ +X15某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率，那么系100r/min ，則閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是 數(shù)應(yīng)有

6、多大？2%s<解 因?yàn)?minNNNnnsnnM =+ x =所以因?yàn)閘opclnnK =+所以1001131.73.06opcl nKn =.=.=A1 6 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為 15 時(shí)，額定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)的速降為 8r/min ，如果 將開(kāi)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 （1） 因?yàn)?clenC A =dRI（ 1 +K）所以 clenC= A x dRI (1+K =8 (1+15) =128則1284.13/min130clenrCA =+dRI(1+K)( 2) 由(1) NNnSDnS=A.，可知在s和不變的情況

7、下，D只與NnNnA有關(guān)調(diào)速范圍擴(kuò)大 1.94 倍。1 7某調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=20,額定轉(zhuǎn)速1500/minNnr=，開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)速降落，若要求系統(tǒng)的靜差率由 10%減少到 5%，則系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益將如何變 化？240/minNopnr A =解； 當(dāng) s=10%寸，8.33/min20NNnsnrD x A = x 15000.1 (1-s)(1-0.1 )此寸2401127.88.33opclnKn A =.=.=x A =A當(dāng) s=5%寸，3.95/min20NNnsnrDx 15000.05 (1-s)(1-0.05 )此時(shí)2401159.83.95opcl nKn =.=.=A則若要求系

8、統(tǒng)的靜差率由 10%減少到 5%，則系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益將變大。1 8 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點(diǎn)？改變給定電壓能否改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？ 如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測(cè)速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果 測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無(wú)克服這種干擾的能力？答：（ 1）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有以下三個(gè)基本特征 只用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被被調(diào)量仍是有靜差的。 反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動(dòng)，服從給定。擾動(dòng)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(lài)于給定和反饋檢測(cè)的精度。(2) 改變給定電壓會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因?yàn)榉答伩刂葡到y(tǒng)完全服從給定作用。(3) 如果給定電壓不變，

9、調(diào)節(jié)測(cè)速反饋電壓的分壓比或測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化， 它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)增大被調(diào)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(dòng)。1 9 在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流、電樞電阻、測(cè) 速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁各量發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起轉(zhuǎn)速的變化，問(wèn)系統(tǒng)對(duì)上述各量有無(wú)調(diào)節(jié)能力？為 什么？答：當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)對(duì)其有調(diào)節(jié)能力。因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系 統(tǒng)完全服從給定。負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流、電樞電阻變化時(shí)系統(tǒng)對(duì)其有調(diào)節(jié)能力。因?yàn)樗麄兊淖兓?終會(huì)影響到轉(zhuǎn)速，都會(huì)被測(cè)速裝置檢測(cè)出來(lái)。再通過(guò)反饋控制作用，減小它們對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的

10、影響。測(cè)速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁各量發(fā)生變化時(shí)，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)增大被調(diào)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(dòng)。1 10有一 V M調(diào)速系統(tǒng)。電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：2.2220NNPkWUV12.5NIA=, 電樞電阻1500/minNnr=1.2aR= Q，整流裝置內(nèi)阻1.5recR= Q，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放 大倍數(shù)。要求系統(tǒng)滿(mǎn)足調(diào)速范圍D=20,靜差率35sK=10%sC。(1)計(jì)算開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降。opn cln ( 2)采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫(huà)出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。(3)調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)時(shí)，15nUV.=d

11、NII=N , n=n,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù) a應(yīng)該是多少？( 4)計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。解：( 1)先計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù).x =op則開(kāi)環(huán)系數(shù)額定速降為（ 1.2+1.5 ）n0.1367x =.額定負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為8.33/min20NnsrD x =< =x cl15000.1n （1-s ）（ 1-0.1 ）2) 系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下所示轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的原理圖(3)當(dāng)時(shí)，15nU.=dNII=N , n=n,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù) a應(yīng)該是 150.011500nnNUUnna .( 4)閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為246.91128.648.33opcl nKn =.=.=A

12、運(yùn)算放大器所需的放大倍數(shù)a =X1 11在題1-10的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉(zhuǎn)電流2dblNII w,臨界截止電流1.2dcrNII，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(guò)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(huà)出系統(tǒng)的原 理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖,并計(jì)算電流反饋放大系數(shù)。這時(shí)電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多 少？文本框 : UBnKp Ksa1/CeU*nUc AUn E n Ud0Un+- IdR-UnKs文本框 : IBdA GT MTG+Utg UdId n+ Un UnU*nUcUPE+MTIdUnUdUcUntg

13、解：因?yàn)?1.2ncomdblNScomdcrNSUUIIRUIIR.+ =<=>且=15V,計(jì)算可得.nU1.522.5sRV= Q =com, U21.2ncomdblNScomdcrNSUUIIRUIIKR.+=<=>112 某調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖 1-58 所示，已知數(shù)據(jù)如下：電動(dòng)機(jī)； 18NPkW，= 220NUV=， ， 941000/minNIAr=N ， n0.15aR=Q ，整流裝置內(nèi)阻 0.3recR= Q ，觸發(fā)整流環(huán)節(jié) 的放大倍數(shù)。最大給定電壓，當(dāng)主電路電流達(dá)到最大值時(shí)，整定電流反饋電壓40sK=15nmU.=10imUV=設(shè)計(jì)指標(biāo)：要求系統(tǒng)滿(mǎn)足調(diào)

14、速范圍D=20,靜差率10%齊，1.5dblNII= ,。1.1dcrNII=試畫(huà)出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并計(jì)算：1)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) a 。2)調(diào)節(jié)器放大系數(shù)。pK3)電阻1R的數(shù)值。（放大器輸入電阻020Rk=Q )4)電阻2R的數(shù)值和穩(wěn)壓管 VS的擊穿電壓值。解：（1）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù) a應(yīng)該是150.0151000nnNUUnna .2）先計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)100094205.4/minNNaeNNeUIRCVnIRrC.x =op則開(kāi)環(huán)系數(shù)額定速降為（ 0.15+0.3 ）n0.2059x =.5.56/min20NnsrD x =< =x cl10000.1n （1-s ）（ 1

15、-0.1 ）閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為205.41135.95.56opcl nKn =.=.=A運(yùn)算放大器所需的放大倍數(shù)a =X1 13 在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列參數(shù)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作 用，為什么？（ 1 ） 放大器的放大系數(shù)； pK（2） 供電電網(wǎng)電壓；（3） 電樞電阻 aR；（ 4） 電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流；（5）電壓反饋系數(shù)丫。答：在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)放大器的放大系數(shù)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào) 節(jié)作用再通過(guò)反饋控制作用，因?yàn)樗麄兊淖兓罱K會(huì)影響到轉(zhuǎn)速，減小它們對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影 響。pK電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流、電樞電阻 aR發(fā)生變化時(shí)仍然和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)一樣，因?yàn)殡姌须娮杼幱?/p>

16、反 饋環(huán)外。當(dāng)供電電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用。因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng) 完全服從給定。當(dāng)電壓反饋系數(shù)丫發(fā)生變化時(shí)，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)增大被調(diào)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(dòng)。1- 13 有一個(gè) V M系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)：2.822015.6NNNPkWUVI=,整流裝置內(nèi)阻1500/minr=Nn 1.5aR= Q 1recR= Q ,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) 。 35sK=1) 系統(tǒng)開(kāi)環(huán)工作時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍 D=30 時(shí)的靜差率 s 值。(2) 當(dāng)D=30, s=10%,計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。10nUV.=(3) 如組

17、成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D=30, 10%s=在時(shí),dNII=N， n=n,計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù) a和放大器放大系數(shù)。pK(4) 如將上述調(diào)速系統(tǒng)改為電壓負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，仍要求時(shí)， 并保持系統(tǒng)原來(lái)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K不變，試求在D=30時(shí)靜10nUV.=dNII=N , n=n差率。解：（ 1）系統(tǒng)開(kāi)環(huán)工作時(shí)，1500NNaeNUIRC Vn .x =.15.6297.5/minNeIRrCx A =op則開(kāi)環(huán)系數(shù)額定速降為 (1.5+1 ) n0.1311則30297.5100%100%85.6%150030297.5NNNDnsnDnA x =x =x =+A +x(2) 當(dāng)D=3

18、0, s=10%,系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降x A =a應(yīng)該是x( 1-s )( 1-0.1 )(3) 當(dāng)時(shí)，10nU.=dNII=N , n=n,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)100.0071500nnNUUnna .閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為297.51152.515.56opclnKn A =.=.=A運(yùn)算放大器所需的放大倍數(shù)a =X（ 4）在電壓負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，開(kāi)環(huán)與閉環(huán)的速降是一樣的，所以 297.5/minclopnnr = 30297.5100%100%85.6% 150030297.5NNNDnsnDnA X =X =X =+ A +X1-15在題1-10的系統(tǒng)中，若主電路電感L=50mH系

19、統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量K 是多，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題 1-10 要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù) 反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行？如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開(kāi)環(huán)放大系數(shù) 少？21.6GDNm=. 解：計(jì)算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)：電磁時(shí)間常數(shù)0.050.01851.21.5lLTsR=機(jī)電時(shí)間常數(shù)21.6(1.21.5)0.065303753750.13670.1367memGDRTsCC n X +XXX三相橋式整流電路，晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為 0.00167sTs=為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開(kāi)環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足的穩(wěn)定條件：22()0.065(0.01850.00167)0.0016742.50.01850

20、.00167mlsslsTTTTKTT+X +<=X因?yàn)?23.1>28.75, 所以該系統(tǒng)不可以穩(wěn)定運(yùn)行 ,如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開(kāi)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(diào)速系統(tǒng)是無(wú)靜差的？在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它取決于那些因素？0U = 答；在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，當(dāng)變化時(shí)，只要其極性不變，積分調(diào)節(jié)器的輸出便一直增長(zhǎng)； 只有達(dá)到時(shí)，才停止上升；不到nUA cU,0nnnUUU.= A =cUnU變負(fù)，不會(huì)下降。當(dāng)時(shí)，并不是零，而是一個(gè)終值；如果cU0nUA =cUnU不再變化，這個(gè)終值便保持恒定而不再變化

21、， 這是積分控制的特點(diǎn)。因此，積分控制可以使系統(tǒng)在無(wú)靜差的情況下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú) 靜差調(diào)速。比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)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，但歷史上有過(guò)0nUA =nUA ，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)需要的控制電壓。 cU1-17 在無(wú)靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測(cè)速發(fā)電機(jī)精 度的影響？并說(shuō)明理由。答：系統(tǒng)的精度依賴(lài)于給定和反饋檢測(cè)的精度。因此轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度還受給定電源和測(cè)速發(fā)電機(jī)精度的影響。1-18 采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的速度是否有靜差？為 什么？試說(shuō)明理由。答

22、：采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的速度是無(wú)靜差的。 電壓負(fù)反饋實(shí)際是一個(gè)自動(dòng)調(diào)壓系統(tǒng)，只有被包圍的電力電子裝置內(nèi)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(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)要差。但基本控制原理與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋類(lèi)似。它與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋一樣可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)節(jié)。第二章 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)行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)nKsK行不行？改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a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)中的什么參數(shù)?答：雙閉環(huán)調(diào)速系

23、統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系因此 轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓決定的；改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)也可以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)和電力電子變換器的放大倍數(shù)nU.nKsK 不可以。2-2 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：當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓imU.決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓。cmUdmU2-3如果轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不是PI調(diào)節(jié)器，而改為 P調(diào)節(jié)器，對(duì)系統(tǒng)的靜、

24、動(dòng)態(tài)性能將會(huì)產(chǎn)生什么影響？答：改為 P 調(diào)節(jié)器時(shí)其輸出量總是正比于輸入量， PI 調(diào)節(jié)器的輸出量在動(dòng)態(tài)過(guò)程中決定于 輸入量的積分，到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無(wú)關(guān)而是由它后面環(huán)節(jié)的需要 決定的。2-4 試從下述五個(gè)方面來(lái)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)：（1）調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性；（ 2）動(dòng)態(tài)限流性能；（3）起動(dòng)的快速性；4）抗負(fù)載擾動(dòng)的性能；5）抗電源電壓波動(dòng)的性能。答：（ 1）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n 是由給定電壓決定的。ASR的輸出量U*i是由負(fù)載電流IdL決定的?？刂齐妷?Uc的大小則同時(shí)取決于 n和Id , 或者說(shuō)，同

25、時(shí)取決于和 IdL 。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算是和無(wú)靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì) 算相似。nU.nU.帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性特點(diǎn)：電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電 路中串入一個(gè)大電阻 Kp Ks Rs ，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，好象把理想空載轉(zhuǎn)速提高了。這樣的兩段式靜特性常稱(chēng)作下垂 特性或挖土機(jī)特性。（2）（3）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：飽和非線(xiàn)性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)、準(zhǔn) 時(shí)間最優(yōu)控制。（4）由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來(lái)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

26、有較好的抗擾性能指標(biāo)。0n*nnnUU% a =(5) 在單閉環(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)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。雙閉環(huán)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(guò)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(lái)，抗擾性能大有改善。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(xiàn)突然斷線(xiàn)，系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓是否 為零？為什么？iU nU.未改變，若增大轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a ,nU2-6 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速給定信號(hào)

27、 系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓是增加還是減少？為什么？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ASR ACF均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù)：電動(dòng)機(jī)： 3.7,220,20,1000/minNNNNPkWUVIAnr= ，電樞回路總電阻，設(shè)，電樞回路最大電流1.5R= Q 8nmimomUUU.=40dmlA=電力電子變換器的放大系數(shù)。試求： 40sK=(1) 電流反饋系數(shù)3和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a ；(2) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的、OdUiU.、值。iUcU解：( 1)穩(wěn)態(tài)時(shí)8O.2/4OimdmimdmUlUVA3l 3 .因?yàn)樗詍ax8O.OO8min/1OOOnmUVrna .n=0（2）電

28、動(dòng)機(jī)在最高速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)0401.560dedUC nlR=+= x =8iidUUl 3 .=.=8iUV=0601.540dcsUUVK=2-8在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器 ASR ACR勻采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR輸出 達(dá)到時(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時(shí)，試問(wèn)：8imU.=( 1)應(yīng)如何變化？ iU.( 2)應(yīng)如何變化？ cU(3) 值由哪些條件決定？ cU2-9 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)磁電源電壓突然下降一半，系統(tǒng)工作情況將會(huì)如何變化？寫(xiě)出、iU.cU0dUdI 及 n 在系

29、統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)定后的表達(dá)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(shí)間常數(shù) T=0.1s ，要求階躍響應(yīng)超調(diào)量10%b W。1)求系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益；(2) 計(jì)算過(guò)度過(guò)程時(shí)間st和上升時(shí)間t t ;(3) 繪出開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間0.25t t 貝U K=?, ? d = 2-11 有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為 110()10.011objKWssst=+，要求設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量5%cW(按線(xiàn)性系統(tǒng)考慮)。試對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。2-12 有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為 110()(1) (0.021)

30、objKWssTsss=+，要求校正為典型II型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量30%(rW(按線(xiàn)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)。2-13 調(diào)節(jié)對(duì)象的傳遞函數(shù)為18()(0.251)(0.0051)objWsss=+，要求用調(diào)節(jié)器分別將其校正為典型 I 型和 II 型系統(tǒng)，求調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。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) 的額定數(shù)據(jù)為： ，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，主回路總電阻 60,220,308,1000/minNNNNPkWUVIAnr=0.196mi n/eCV=.0.18R= Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。電35sK=磁時(shí)間常數(shù)，機(jī)

31、電時(shí)間常數(shù) 0.012lT=0.12mT= ，電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)， 轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓 ，調(diào)節(jié)器 ASR、ACR飽和輸出電壓。0.0025oiTs=0.015onT=()10nNU.=8,6.5imomUVU.=系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，調(diào)速范圍D=10,電流超調(diào)量5%icW，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10% nw。試求：(1) 確定電流反饋系數(shù) 3 (假設(shè)起動(dòng)電流限制在339A以?xún)?nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) a ;(2) 試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器 ACR計(jì)算其參數(shù)iR、。畫(huà)出其電路圖，調(diào)節(jié)器輸入回路電阻iCoiC040Rk= Q ;(3 )設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR計(jì)算其參

32、數(shù) nR、。(n Co nC040Rk£)；(4) 計(jì)算電動(dòng)機(jī)帶40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n。( 5)計(jì)算空栽起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。解： 1.電流反饋系數(shù) 3 和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) a 分別為80.0236/339imdmUVAI3 .max100.01min/1000nmUVrna .2. (1)確定時(shí)間常數(shù) 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) Ts. 按表 1-2, 三相零式電路的平均失控時(shí)間 Ts=0.0033s. 電流濾波時(shí)間常數(shù) Toi. 三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 3.3ms, 為了基本濾平波頭 ,應(yīng)有(1 - 2)Toi=3.33ms,因此取 Toi=2.5ms=0.00

33、25s. 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 . 按小時(shí)間常數(shù)近似處理 , 取iT 工 0.0058SoiiTTT=+=工2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu). 電流根據(jù)設(shè)計(jì)要求i cw 5% ,并保證穩(wěn)態(tài)電流無(wú)差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器 環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的 , 因此可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器 , 其傳遞函數(shù)見(jiàn)式 （2-57）.檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能 :0.0122.070.0058liTsTs=工,參照表2-3的典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能 , 各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的 .（3）計(jì)算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)：l=T=0.012si t .電流環(huán)開(kāi)環(huán)增益：要求i c w 5 %時(shí),按表2-2,應(yīng)取,因此

34、10.5iKT=工1I0.50.5K80.0058isTs.=于是,ACR的比例系數(shù)為：860.0120.180.225350.0236liisKRKK t 3xx =x（4）校驗(yàn)近似條件電流環(huán)截止頻率：186ciIKs 3 .= 晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件111101330.0033cissTs3 .=x滿(mǎn)足近似條件 . 忽略反電動(dòng)勢(shì)變化對(duì)對(duì)電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件1113379.060.120.012cimlsTTss3.=x =<x滿(mǎn)足近似條件 . 電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件11111116.1330.00330.0025cisoisTTss3.=x =>x滿(mǎn)足近似條件

35、.5 ）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻電容由圖2-25,按所用運(yùn)算放大器取0R=40kQ ,各電阻和電容值為00.225409iiRKRkk= x Q =636300.0121.33101.33,1.33910440.00250.25100.25,0.24010iiioioiCFFFRTCFFFRt 卩卩=x =xx =x =x取取按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達(dá)到的動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)為i d =4.3 % <5 % （見(jiàn)表2-2）,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求.3. （ 1）確定時(shí)間常數(shù) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/.已取IK0.5liKT=工,l1220.00580.0116KiTs= x =2 轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)根據(jù)所用測(cè)速發(fā)電

36、機(jī)紋波情況，取=0.01s. onTonT 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) . 按小時(shí)間常數(shù)近似處理 , 取nT2 1=0.0116s+0.015s=0.0266sonnITTK=+2（2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)要求 , 選用 PI 調(diào)節(jié)器 , 其傳遞函數(shù) ASRWt t nnnK（s+1 ）（s）=s（3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)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(shí)間常數(shù)為=h=30.0266s=0.0798s nnT tX2由式 （2-75） 可得轉(zhuǎn)速環(huán)開(kāi)環(huán)增益: 22222214314.12230.0266NnhKshT.+xx 2 于是，由式(2-76)可得ASP的比例系數(shù)為：(1

37、) 40.02360.1960.127.732230.010.180.0266emnnhCTKhRT 3 a +XXX =xxxx 工(4) 檢驗(yàn)近似條件由式(2-33)得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：111314.10.079825.1NcnNnKKs co t co .= X = 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡(jiǎn)化條件為：11118640.6330.0058IcniKssT o .= X =>工,滿(mǎn)足簡(jiǎn)化條件 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：11118625.2330.01IcnonKssT o .= X => , 滿(mǎn)足近似條件 .( 5 )計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容根據(jù)圖 2-27,取，貝U 0=40kR Q

38、 07.7340309.2,310nnRKRkkk= X Q =Q 取636300.07980.257100.257,0.25731010440.0151.5101.5,4010nnnononCFFFRTCFFFRt 卩卩=X =XX =X =X取取 1.5(6) 校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=3時(shí)，由表2-6查得,n d =52.6 % ,不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求.實(shí)際上，由于表2-6是按線(xiàn)性系統(tǒng) 計(jì)算的，而突加階躍給定時(shí),ASR飽和,不符合線(xiàn)性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新 計(jì)算超調(diào)量。(7) 由表 2-7 查得，max372.2%bChCA =由得，3391.1308mNII 入=max*308

39、0.180.02660.1962272.2%1.19.96%10%10000.12nn bmTCC nTc 入 x 工=x =xxxx =<N n () (-z )4. 如果只起動(dòng)5. 空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間2267.73100.02660.3861480.0236308nnnimdLKUhtThUI3 .x . 疋=xx .工 +. x .2- 15 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(dòng)機(jī)參數(shù)為：，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)， 555,750,760,375/minNNNNPkWUVIAnr=1.82min/eCV=.電樞回路總電阻0.14R= Q,允許電流過(guò)載倍數(shù)1.

40、5入=，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)75sK=。電磁時(shí)間常數(shù)，機(jī)電時(shí)間常數(shù)0.031IT=0.112mT=，電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)，轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) 0.002oiT=0.02onT= 。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓，調(diào)節(jié)器輸入電阻 10nmimomUUU.=040Rk起。設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量5%icW，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%nw。電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(jì)算其參數(shù)；(2) 計(jì)算電流環(huán)的截止頻率ci 3和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率cn 3，并考慮它們是否合理。2-16在一個(gè)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

41、 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(hào)最大值時(shí)， 1 5nmUV.=1 500/minNnnr= ；電流給定信號(hào)最大值時(shí)，允許最大電流10imU.=30dmlA=，電樞回路總電阻 2R=Q ,晶閘管裝置的放大倍數(shù)，電動(dòng)機(jī)額定電流30sK=20NIA=,電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，現(xiàn)系統(tǒng)在， 0.128min/eCV=.5nUV.=20dIIA= 時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=？ACR的輸出電壓？cU=(2) 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(shuō)明。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來(lái)，則穩(wěn)定后n=？?nU=?iU.=?dI=?cU=(3) 該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型

42、II 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且按準(zhǔn)則選擇參數(shù)，取中頻寬 h=5， 已知轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)，求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開(kāi)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)。mi nM 0.05 nT=工( 4)該系統(tǒng)由空載()突加額定負(fù)載時(shí)，電流0dLI=dI 和轉(zhuǎn)速 n 的動(dòng)態(tài)過(guò)程波形是怎樣的？已知機(jī)電時(shí)間常數(shù)，計(jì)算其最大動(dòng)態(tài)速降0.05mT=maxnA和恢復(fù)時(shí)間。 Vt2-17有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的H性形雙極式PWMT流調(diào)速系統(tǒng)，已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為:200,48,3.7,200/minNNNNPkWUVIAnr=，電樞電阻 6.5aR= Q，電樞回路總電阻，允許電流過(guò)載倍數(shù)8R=Q 2入=，電勢(shì)系數(shù)0.12m

43、in/eCV=.，電磁時(shí)間常數(shù)0.015lT= ，機(jī)電時(shí)間常數(shù)， ，電流反饋濾波時(shí)間常數(shù) 0.2mT=0.001oiT= ，轉(zhuǎn)速反饋 濾波時(shí)間常數(shù)。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓，調(diào)節(jié)器輸入電阻0.005onT=10nmimomUUU.=040Rk=。已計(jì)算出晶體管 D202的開(kāi)關(guān)頻率f=1kHz , PWM環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。 4.8sK=試對(duì)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)態(tài)無(wú)靜差，電流超調(diào)量5%icW ;空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量20%nw；過(guò)載過(guò)程時(shí)間 O.lsts第 3 章 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制3- 1 直流電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，電樞電流額定值為 375/minNnr=760dNIA= ，允許

44、過(guò)流倍數(shù)1.5入=，計(jì)算機(jī)內(nèi)部定點(diǎn)數(shù)占一個(gè)字的位置（16位），試確定數(shù)字控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速反饋存儲(chǔ)系數(shù)和電流反饋存儲(chǔ)系數(shù)，適當(dāng)考慮余量。解：定點(diǎn)數(shù)長(zhǎng)度為 1個(gè)字（ 1 6位），但最高位須用作符號(hào)位，只有15位可表示量值，故最大存儲(chǔ)值Dmax=215-1o電樞電流最大允許值為1.5IN，考慮到調(diào)節(jié)過(guò)程中瞬時(shí)值可能超過(guò)此值，故取 Imax=1.8IN 。因此，電樞電流存儲(chǔ)系數(shù)為3 X額定轉(zhuǎn)速nN=375r/min，取nmax=1.3nN,則轉(zhuǎn)速存儲(chǔ)系數(shù)為152132768min/67.21min/1.31.3375NKrn a .X對(duì)上述運(yùn)算結(jié)果取整得。12367min/KAK 3 a .= ，3-

45、2旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)為1024，倍頻系數(shù)為4，高頻時(shí)鐘脈沖頻率01fMHz=,旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)均采用16位計(jì)數(shù)器，M法和T法測(cè)速時(shí)間均為0.01s ,求轉(zhuǎn)速n=1500r/min和n=150r/min時(shí)的測(cè)速分辯率和誤差率最大值。1) M 法測(cè)速 測(cè)速分辨率 X()電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 160CMnZT=當(dāng) n=1500r/min 時(shí)，XX =測(cè)速誤差率最大值 max111100%100%0.098%1024MS = X = X當(dāng) n=150r/min 時(shí)，XX =測(cè)速誤差率最大值 max111100%100%0.98%102MS =X =X2) T 法測(cè)速當(dāng) n=1500r

46、/min 時(shí)， 0260fnZM=測(cè)速分辨率2200062222060606040961500/min171/min60601040961500fffZnQrZMZMZMMfZn . X.X（-1 ）（-1 ）X =x（取整數(shù)）測(cè)速誤差率最大值 max211100%100%12.5%191MS =x =x當(dāng) n=150r/min 時(shí)， 測(cè)速分辨率22604096150/mi n1.55/mi n6060104096150Z nQrfZn X =.X.XX =x（取整數(shù)）測(cè)速誤差率最大值1971MS = X =Xmax211100%100%1.04%3-3將習(xí)題2-14設(shè)計(jì)的模擬電流調(diào)節(jié)器進(jìn)行數(shù)

47、字化，采樣周期0.5samT=,調(diào)節(jié)器輸出限幅及積分限幅均為，寫(xiě)出位置式和增量式數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器的表達(dá)式，并用已掌握的匯 編語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)控制程序。mU±3-4 根據(jù)習(xí)題 2-15 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)結(jié)果（電流調(diào)節(jié)器按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)， KT=0.5）， 按離散系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，要求轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。已知電動(dòng)機(jī)額定功率， 額定電壓，額定電樞電流555NPk=750NU=760NIA=額定轉(zhuǎn)速 375/m inNnr=，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)1.82min/eCV三，電樞回路總電阻 0.14R= Q,允許過(guò)載倍數(shù) 1.5入=，機(jī)電時(shí)間常數(shù) ，轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù) 0.112mT=0.02o nT

48、=，電流反饋存儲(chǔ)系數(shù)，轉(zhuǎn)速反饋 存儲(chǔ)系數(shù)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采樣時(shí)間123K3 .=67min/K a =0.01samT=，電流環(huán)小慣性時(shí)間常數(shù)0.00170.0020.0037soiiTTTss=+=+= 工第 4 章 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)和位置隨動(dòng)系統(tǒng)4- 1 晶閘管 - 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)需要快速回饋制動(dòng)時(shí)，為什么必須采用可逆線(xiàn)路？答：當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要回饋制動(dòng)時(shí)，由于反電動(dòng)勢(shì)的極性未變，要回饋電能必須產(chǎn)生反向電流，而反向電流是不可能通過(guò) VF流通的，這時(shí)，可以通過(guò)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(chǎn)生逆變電壓，電機(jī)輸出電能實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。4- 2試畫(huà)出采用單組晶閘管裝置供電的V-M系統(tǒng)在整流

49、和逆變狀態(tài)下的機(jī)械特性，并分析這種機(jī)械特性適合于何種性質(zhì)的負(fù)載。解；機(jī)械特性圖如下：4答：待逆變正組在第四象限。反組逆變電在第二象限。4說(shuō)明在每個(gè)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(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，其中：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR控制轉(zhuǎn)速，設(shè)置雙向輸出限幅電電流調(diào)節(jié)器ACR控制電流，設(shè)置雙向輸出限幅電路，以限制最小控制角a min與逆變角 3 min。正組晶閘管 VF，反組晶閘管VR由GTR控制觸發(fā)，反轉(zhuǎn)時(shí)， VR整流；正轉(zhuǎn)時(shí)，VR逆變文本框 : n性及能量關(guān)系。 解：圖 4-13 邏輯采用數(shù)字控制時(shí)，電子開(kāi)關(guān)的任務(wù)可以用條件選試答：位置隨動(dòng)系統(tǒng)與

50、調(diào)速系統(tǒng)的主要區(qū)別在于，調(diào)速系統(tǒng)的給系統(tǒng)的主要作用是保證穩(wěn)定和抵抗擾動(dòng)；而位置隨動(dòng)系統(tǒng)的給定量是隨機(jī)變化的，要求輸出 量準(zhǔn)確跟隨給定量的變化，系統(tǒng)在保證穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，更突出需要快速響應(yīng)。位置隨動(dòng)系統(tǒng) 的反饋是位置環(huán)，調(diào)速系統(tǒng)的反饋是速度環(huán)。mPsPsP效率高低的標(biāo)志。從這點(diǎn)出發(fā)，可以把異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成三類(lèi) 。 轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)：這種類(lèi)型的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗壓調(diào)速、轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于這一類(lèi)。在三類(lèi)異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中， 這類(lèi)系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時(shí)效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來(lái)?yè)Q取轉(zhuǎn)速的 降低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)） ?？墒沁@類(lèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本最低

51、，所以還有一定的應(yīng)用價(jià) 值。轉(zhuǎn)差流裝置饋出或饋入，轉(zhuǎn)速越低，能饋送的功率越多，繞線(xiàn)電機(jī)串級(jí)調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速 屬于這一類(lèi)。無(wú)論是饋出還是饋入的轉(zhuǎn)差功率，扣除變流裝置本身的損耗后，最終都轉(zhuǎn)化成有用的功率，因此這類(lèi)系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設(shè)備。圖中：SAF, SAR分別是正、反組電子模擬開(kāi)關(guān)。轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)：在這類(lèi)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子 功率基本不變，因此效率更高，變極對(duì)數(shù)調(diào)速、變壓變頻調(diào)速屬于此類(lèi)。其中變極對(duì)數(shù) 調(diào)速是有級(jí)的，應(yīng)用場(chǎng)合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào) 速系統(tǒng)， 取代直流調(diào)速； 但在定子電路中須配備與電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器， 相比之下，

52、設(shè)備成本最高。自定子方面輸入的功率為6.32kW,定子銅損耗為 341W轉(zhuǎn)子銅損耗為237.5W，鐵心損耗為167.5W,機(jī)械損耗為45W附加損耗為29W試?yán)L出該電動(dòng)機(jī)的功率流程圖，注明各項(xiàng)功率 或損耗的值，并計(jì)算在這一運(yùn)行情況下該電動(dòng)機(jī)的效率、轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速。5-答：5- 4 何答；帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動(dòng)器可以限制起動(dòng)電流并保持恒值，動(dòng)衰減下來(lái)，起動(dòng)時(shí)間也短于一級(jí)降壓起動(dòng)。主電路采用晶閘管交流調(diào)壓器，用連續(xù)地改變 其輸出電壓來(lái)保證恒流起動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)可用接觸器給晶閘管旁路，以免晶閘管不必要地長(zhǎng) 期工作。視起動(dòng)時(shí)所帶負(fù)載的大小，起動(dòng)電流可在 (0.54)ISN 之間調(diào)整，以獲得最佳的起 動(dòng)效

53、果，但無(wú)論如何調(diào)整都不宜于滿(mǎn)載起動(dòng)。負(fù)載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，可在起動(dòng)時(shí)突加 短時(shí)的脈沖電流，以縮短起動(dòng)時(shí)間。軟起動(dòng)的功能同樣也可以用于制簡(jiǎn)述恒壓頻比控制方式。答：繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是難以直接控制的，阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓Us - Eg，則得U1S比較顯著， 不再能忽略。 這時(shí)， 需要人為地把電壓 Us 抬高一些， 以便近似地補(bǔ)償定子壓降。6- 1） 恒壓恒頻正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；（ 2） 基頻以下電壓頻率協(xié)調(diào)控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械（ 3） 基頻以上恒壓變頻控制時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；（ 4） 恒流正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性； 恒壓恒頻正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：

54、當(dāng) s 很小時(shí)，Te = f （s ）是對(duì)稱(chēng)于原點(diǎn)特性就折回來(lái)了。械特性是一段直線(xiàn)， s 接近于 1 時(shí)轉(zhuǎn)矩近似與 s 成反比，這時(shí)， 的一段雙曲線(xiàn)?；l以下電壓上是平行下移，硬度也較好，當(dāng)轉(zhuǎn)矩增大到最大值以后，轉(zhuǎn)速再降低，而且頻率越低時(shí)最大轉(zhuǎn)矩值越小， 能夠滿(mǎn)足一般的調(diào)速要求， 但低速帶載能力有些差強(qiáng)人意， 須對(duì)定子壓降實(shí)行補(bǔ)償。恒Eg / 3 1控制是通常對(duì)恒壓頻比控制實(shí)行電壓補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，可以在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到rm = Constant ，從而改善了低速性能，但機(jī)械特性還是非線(xiàn)性的，產(chǎn)生轉(zhuǎn) 矩的能力仍受到限制。恒 Er /31 控制可以得到和直流他勵(lì)電機(jī)一樣的線(xiàn)性機(jī)械特性，按照轉(zhuǎn)子全磁通 rm 恒定進(jìn)行控制，而且，在動(dòng)態(tài)中也盡可能保持 rm 恒定是矢量控制系 統(tǒng)的目標(biāo)， 基頻以上轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)械特性上移，而形狀基本不變?；l以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。 恒流正弦波供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性：恒流機(jī)械特性的線(xiàn)性段比較平，而最大轉(zhuǎn)矩狀很尖。恒流機(jī)械特性的最大轉(zhuǎn)矩值與頻率無(wú)關(guān)，恒流變頻時(shí)最大轉(zhuǎn)矩不變，但改變定 子電流時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩與電流的平方成正比。6-什么差異？ 答：根據(jù)中間直流環(huán)節(jié)采用大電容濾波是電壓源型逆變器個(gè)內(nèi)阻為零的恒壓源，輸出交流電壓是矩形波或梯形波。直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波是電流源型逆變器。它的直流電流源，輸出交流電流是矩形波或