閉環(huán)控制的直流調速系統(tǒng)

1、第一章 閉環(huán)控制的直流調速系統(tǒng)1 - 1為什么PW電動機系統(tǒng)比晶閘管一電動機系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？答：PW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(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。1 - 2試分析有制動通路的不可逆

2、 PWh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，為負值，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di2VT1gU 的正脈沖變窄，負脈沖變寬，從而使平均電樞電 壓降低。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，很 快使電流反向，截止，在dUdEU>di2VDont <<T時，2gU變正，于是導通，反向電流沿回路3流通，產生能耗制動作用。在<T+時，關斷，2VTTt< ont2VTdi.沿回路4經續(xù)流，向電源回饋制動，與此同時，兩端壓降鉗住使它不能導通。在制動狀態(tài)中，和 輪流導通，而始終是

3、關斷的。1VD1VD1VT2VT1VT1VT在輕載電動狀態(tài)，這時平均電流較小，以致在關斷后經續(xù)流時，還沒有達到 周期T,電流已經衰減到零，這時兩端電壓也降為零，便提前導通了，使電流反向， 產生局部時間的制動作用。1VTdi2VD2VD2VT1-3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D表示，即 maxminnDn= 其中，和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。

4、maxnminn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所對應的轉速降落，與理 想空載轉速之比，稱作靜差率 s ，即ONnsnA =或用百分比表示O1OO%N nsnA =xNn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作為最高轉速 則0minNNNnnsnnM =+ min(1)NNNnsnnss . =. =maxmin(1) NNnnSDnn=.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)，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

5、率的轉速可調范 圍。NnA1-4某一調速系統(tǒng)，測得的最高轉速特性為max1500/m inOnr=，最低轉速特性為，帶額定負載時的速度降落 min150/minOnr=15/minNnr =，且在不同轉速下額定速降 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？Nn 解 系統(tǒng)能夠達到的調速范圍為系統(tǒng)允許的靜差率 1115100%100%10%15001115NNNDnsnD X =x =x =+ +X15某閉環(huán)調速系統(tǒng)的調速范圍是1500150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率，那么系100r/min ，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍統(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 數(shù)應有

6、多大？2%s<解 因為0minNNNnnsnnM =+ x =所以因為lopclnnK =+所以1001131.73.06opcl nKn =.=.=A1 6 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 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有關調速范圍擴大 1.94 倍。1 7某調速系統(tǒng)的調速范圍D=20,額定轉速1500/minNnr=，開環(huán)轉速降落，若要求系統(tǒng)的靜差率由 10%減少到 5%，則系統(tǒng)的開環(huán)增益將如何變 化？240/minNopnr A =解； 當 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 s=5%寸，3.95/min20NNnsnrDx 15000.05 (1-s)(1-0.05 )此時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)的開環(huán)增益將變大。1 8 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，

9、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， 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 9 在轉速負反饋調速系統(tǒng)中，當電網(wǎng)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(wǎng)電壓發(fā)生變化時，系統(tǒng)對其有調節(jié)能力。因為電網(wǎng)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

10、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 10有一 V M調速系統(tǒng)。電動機參數(shù)為：2.2220NNPkWUV12.5NIA=, 電樞電阻1500/minNnr=1.2aR= Q，整流裝置內阻1.5recR= Q，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放 大倍數(shù)。要求系統(tǒng)滿足調速范圍D=20,靜差率35sK=10%sC。(1)計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降和調速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降。opn cln ( 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。(3)調整該系統(tǒng)參數(shù)，使當時，15nUV.=d

11、NII=N , n=n,則轉速負反饋系數(shù) a應該是多少？( 4)計算放大器所需的放大倍數(shù)。解：( 1)先計算電動機的電動勢系數(shù).x =op則開環(huán)系數(shù)額定速降為（ 1.2+1.5 ）n0.1367x =.額定負載時的穩(wěn)態(tài)速降應為8.33/min20NnsrD x =< =x cl15000.1n （1-s ）（ 1-0.1 ）2) 系統(tǒng)的靜態(tài)結構框圖如下所示轉速負反饋系統(tǒng)的原理圖(3)當時，15nU.=dNII=N , n=n,則轉速負反饋系數(shù) a應該是 150.011500nnNUUnna .( 4)閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應為246.91128.648.33opcl nKn =.=.=A

12、運算放大器所需的放大倍數(shù)a =X1 11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2dblNII w,臨界截止電流1.2dcrNII，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,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？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：因為21.2ncomdblNScomdcrNSUUIIRUIIR.+ =<=>且=15V,計算可得.nU1.522.5sRV= Q =com, U21.2ncomdblNScomdcrNSUUIIRUIIKR.+=<=>112 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； 18NPkW，= 220NUV=， ， 941000/minNIAr=N ， n0.15aR=Q ，整流裝置內阻 0.3recR= Q ，觸發(fā)整流環(huán)節(jié) 的放大倍數(shù)。最大給定電壓，當主電路電流達到最大值時，整定電流反饋電壓40sK=15nmU.=10imUV=設計指標：要求系統(tǒng)滿足調

14、速范圍D=20,靜差率10%齊，1.5dblNII= ,。1.1dcrNII=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) a 。2)調節(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）轉速負反饋系數(shù) a應該是150.0151000nnNUUnna .2）先計算電動機的電動勢系數(shù)100094205.4/minNNaeNNeUIRCVnIRrC.x =op則開環(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)的開環(huán)放大系數(shù)應為205.41135.95.56opcl nKn =.=.=A運算放大器所需的放大倍數(shù)a =X1 13 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)； pK（2） 供電電網(wǎng)電壓；（3） 電樞電阻 aR；（ 4） 電動機勵磁電流；（5）電壓反饋系數(shù)丫。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)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轉速，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉速的影 響。pK電動機勵磁電流、電樞電阻 aR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

16、反 饋環(huán)外。當供電電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時系統(tǒng)有調節(jié)作用。因為電網(wǎng)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)丫發(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 V M系統(tǒng)，已知：電動機：2.822015.6NNNPkWUVI=,整流裝置內阻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)開環(huán)工作時，試計算調速范圍 D=30 時的靜差率 s 值。(2) 當D=30, s=10%,計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。10nUV.=(3) 如組

17、成轉速負反饋有靜差調速系統(tǒng)，要求D=30, 10%s=在時,dNII=N， n=n,計算轉速負反饋系數(shù) a和放大器放大系數(shù)。pK(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)，仍要求時， 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10nUV.=dNII=N , n=n差率。解：（ 1）系統(tǒng)開環(huán)工作時，1500NNaeNUIRC Vn .x =.15.6297.5/minNeIRrCx A =op則開環(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D=3

18、0, s=10%,系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降x A =a應該是x( 1-s )( 1-0.1 )(3) 當時，10nU.=dNII=N , n=n,則轉速負反饋系數(shù)100.0071500nnNUUnna .閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應為297.51152.515.56opclnKn A =.=.=A運算放大器所需的放大倍數(shù)a =X（ 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 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)運動部分的飛輪慣量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) 少？21.6GDNm=. 解：計算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)：電磁時間常數(shù)0.050.01851.21.5lLTsR=機電時間常數(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間常數(shù)為 0.00167sTs=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：22()0.065(0.01850.00167)0.0016742.50.01850

20、.00167mlsslsTTTTKTT+X +<=X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)器的輸入偏差電壓時，調節(jié)器的輸出電壓是多少？它取決于那些因素？0U = 答；在動態(tài)過程中，當變化時，只要其極性不變，積分調節(jié)器的輸出便一直增長； 只有達到時，才停止上升；不到nUA cU,0nnnUUU.= A =cUnU變負，不會下降。當時，并不是零，而是一個終值；如果cU0nUA =cUnU不再變化，這個終值便保持恒定而不再變化

21、， 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，但歷史上有過0nUA =nUA ，其積分就有一定數(shù)值，足以產生穩(wěn)態(tài)運行時需要的控制電壓。 cU1-17 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

22、：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)行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)nKsK行不行？改變轉速反饋系數(shù)a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

23、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因此 轉速 n 是由給定電壓決定的；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)和電力電子變換器的放大倍數(shù)nU.nKsK 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，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轉速調節(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、

24、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；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 是由給定電壓決定的。ASR的輸出量U*i是由負載電流IdL決定的?？刂齐妷?Uc的大小則同時取決于 n和Id , 或者說，同

25、時取決于和 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。nU.nU.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 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

26、有較好的抗擾性能指標。0n*nnnUU% a =(5) 在單閉環(huán)調速系統(tǒng)中，電網(wǎng)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)器的輸入偏差電壓是否 為零？為什么？iU nU.未改變，若增大轉速反饋系數(shù)a ,nU2-6 在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，轉速給定信號

27、 系統(tǒng)穩(wěn)定后轉速反饋電壓是增加還是減少？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 ACF均采用PI調節(jié)器。已知參數(shù)：電動機： 3.7,220,20,1000/minNNNNPkWUVIAnr= ，電樞回路總電阻，設，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和轉速反饋系數(shù)a ；(2) 當電動機在最高速發(fā)生堵轉時的、OdUiU.、值。iUcU解：( 1)穩(wěn)態(tài)時8O.2/4OimdmimdmUlUVA3l 3 .因為所以max8O.OO8min/1OOOnmUVrna .n=0（2）電

28、動機在最高速發(fā)生堵轉時0401.560dedUC nlR=+= x =8iidUUl 3 .=.=8iUV=0601.540dcsUUVK=2-8在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，調節(jié)器 ASR ACR勻采用PI調節(jié)器。當ASR輸出 達到時，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：8imU.=( 1)應如何變化？ iU.( 2)應如何變化？ cU(3) 值由哪些條件決定？ cU2-9 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、iU.cU0dUdI 及 n 在系

29、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%b W。1)求系統(tǒng)的開環(huán)增益；(2) 計算過度過程時間st和上升時間t t ;(3) 繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時間0.25t t 貝U K=?, ? d = 2-11 有一個系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為 110()10.011objKWssst=+，要求設計一個無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調量5%cW(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 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)超調量30%(rW(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18()(0.251)(0.0051)objWsss=+，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： ，電動勢系數(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=磁時間常數(shù)，機

31、電時間常數(shù) 0.012lT=0.12mT= ，電流反饋濾波時間常數(shù)， 轉速反饋濾波時間常數(shù)。額定轉速時的給定電壓 ，調節(jié)器 ASR、ACR飽和輸出電壓。0.0025oiTs=0.015onT=()10nNU.=8,6.5imomUVU.=系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標為：穩(wěn)態(tài)無靜差，調速范圍D=10,電流超調量5%icW，空載起動到額定轉速時的轉速超調量10% nw。試求：(1) 確定電流反饋系數(shù) 3 (假設起動電流限制在339A以內)和轉速反饋系數(shù) a ;(2) 試設計電流調節(jié)器 ACR計算其參數(shù)iR、。畫出其電路圖，調節(jié)器輸入回路電阻iCoiC040Rk= Q ;(3 )設計轉速調節(jié)器 ASR計算其參

32、數(shù) nR、。(n Co nC040Rk£)；(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) 3 和轉速反饋系數(shù) a 分別為80.0236/339imdmUVAI3 .max100.01min/1000nmUVrna .2. (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(1 - 2)Toi=3.33ms,因此取 Toi=2.5ms=0.00

33、25s. 電流環(huán)小時間常數(shù)之和 . 按小時間常數(shù)近似處理 , 取iT 工 0.0058SoiiTTT=+=工2）選擇電流調節(jié)器結構. 電流根據(jù)設計要求i cw 5% ,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 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）.檢查對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)動態(tài)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)電流調節(jié)器超前時間常數(shù)：l=T=0.012si t .電流環(huán)開環(huán)增益：要求i c w 5 %時,按表2-2,應取,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滿足近似條件 . 忽略反電動勢變化對對電流環(huán)動態(tài)影響的條件1113379.060.120.012cimlsTTss3.=x =<x滿足近似條件 . 電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件11111116.1330.00330.0025cisoisTTss3.=x =>x滿足近似條件

35、.5 ）計算調節(jié)器電阻電容由圖2-25,按所用運算放大器取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)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標為i d =4.3 % <5 % （見表2-2）,滿足設計要求.3. （ 1）確定時間常數(shù) 電流環(huán)等效時間常數(shù)1/.已取IK0.5liKT=工,l1220.00580.0116KiTs= x =2 轉速濾波時間常數(shù)根據(jù)所用測速發(fā)電

36、機紋波情況，取=0.01s. onTonT 轉速環(huán)小時間常數(shù) . 按小時間常數(shù)近似處理 , 取nT2 1=0.0116s+0.015s=0.0266sonnITTK=+2（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) ASRWt t nnnK（s+1 ）（s）=s（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)為=h=30.0266s=0.0798s nnT tX2由式 （2-75） 可得轉速環(huán)開環(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) 檢驗近似條件由式(2-33)得轉速環(huán)截止頻率為：111314.10.079825.1NcnNnKKs co t co .= X = 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為：11118640.6330.0058IcniKssT o .= X =>工,滿足簡化條件 轉速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為：11118625.2330.01IcnonKssT o .= X => , 滿足近似條件 .( 5 )計算調節(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) 校核轉速超調量當h=3時，由表2-6查得,n d =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，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，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5. 空載起動到額定轉速的時間2267.73100.02660.3861480.0236308nnnimdLKUhtThUI3 .x . 疋=xx .工 +. x .2- 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：，電動勢系數(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=。電磁時間常數(shù)，機電時間常數(shù)0.031IT=0.112mT=，電流反饋濾波時間常數(shù)，轉速反饋濾波時間常數(shù) 0.002oiT=0.02onT= 。設調節(jié)器輸入輸出電壓，調節(jié)器輸入電阻 10nmimomUUU.=040Rk起。設計指標：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調量5%icW，空載起動到額定轉速時的轉速超調量10%nw。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 3和轉速環(huán)的截止頻率cn 3，并考慮它們是否合理。2-16在一個轉速、電流雙閉環(huán)V M系統(tǒng)中，轉速調節(jié)器 ASR電流調節(jié)器

41、 ACR均采用PI 調節(jié)器。(1)在此系統(tǒng)中，當轉速給定信號最大值時， 1 5nmUV.=1 500/minNnnr= ；電流給定信號最大值時，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)，電動機額定電流30sK=20NIA=,電動勢系數(shù)，現(xiàn)系統(tǒng)在， 0.128min/eCV=.5nUV.=20dIIA= 時穩(wěn)定運行。求此時的穩(wěn)態(tài)轉速n=？ACR的輸出電壓？cU=(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？試分析并說明。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來，則穩(wěn)定后n=？?nU=?iU.=?dI=?cU=(3) 該系統(tǒng)轉速環(huán)按典型

42、II 型系統(tǒng)設計，且按準則選擇參數(shù)，取中頻寬 h=5， 已知轉速環(huán)小時間常數(shù)，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 出放大系數(shù)及各時間常數(shù)。mi nM 0.05 nT=工( 4)該系統(tǒng)由空載()突加額定負載時，電流0dLI=dI 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)，計算其最大動態(tài)速降0.05mT=maxnA和恢復時間。 Vt2-17有一轉速、電流雙閉環(huán)控制的H性形雙極式PWMT流調速系統(tǒng)，已知電動機參數(shù)為:200,48,3.7,200/minNNNNPkWUVIAnr=，電樞電阻 6.5aR= Q，電樞回路總電阻，允許電流過載倍數(shù)8R=Q 2入=，電勢系數(shù)0.12m

43、in/eCV=.，電磁時間常數(shù)0.015lT= ，機電時間常數(shù)， ，電流反饋濾波時間常數(shù) 0.2mT=0.001oiT= ，轉速反饋 濾波時間常數(shù)。設調節(jié)器輸入輸出電壓，調節(jié)器輸入電阻0.005onT=10nmimomUUU.=040Rk=。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)。 4.8sK=試對該系統(tǒng)進行動態(tài)參數(shù)設計，設計指標：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調量5%icW ;空載起動到額定轉速時的轉速超調量20%nw；過載過程時間 O.lsts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，電樞電流額定值為 375/minNnr=760dNIA= ，允許

44、過流倍數(shù)1.5入=，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（ 1 6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=215-1o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，電樞電流存儲系數(shù)為3 X額定轉速nN=375r/min，取nmax=1.3nN,則轉速存儲系數(shù)為152132768min/67.21min/1.31.3375NKrn a .X對上述運算結果取整得。12367min/KAK 3 a .= ，3-

45、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01fMHz=,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。1) M 法測速 測速分辨率 X()電動機的轉速為 160CMnZT=當 n=1500r/min 時，XX =測速誤差率最大值 max111100%100%0.098%1024MS = X = X當 n=150r/min 時，XX =測速誤差率最大值 max111100%100%0.98%102MS =X =X2) T 法測速當 n=1500r

46、/min 時， 0260fnZM=測速分辨率2200062222060606040961500/min171/min60601040961500fffZnQrZMZMZMMfZn . X.X（-1 ）（-1 ）X =x（取整數(shù)）測速誤差率最大值 max211100%100%12.5%191MS =x =x當 n=150r/min 時， 測速分辨率22604096150/mi n1.55/mi n6060104096150Z nQrfZn X =.X.XX =x（取整數(shù)）測速誤差率最大值1971MS = X =Xmax211100%100%1.04%3-3將習題2-14設計的模擬電流調節(jié)器進行數(shù)

47、字化，采樣周期0.5samT=,調節(jié)器輸出限幅及積分限幅均為，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。mU±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， 額定電壓，額定電樞電流555NPk=750NU=760NIA=額定轉速 375/m inNnr=，電動勢系數(shù)1.82min/eCV三，電樞回路總電阻 0.14R= Q,允許過載倍數(shù) 1.5入=，機電時間常數(shù) ，轉速濾波時間常數(shù) 0.112mT=0.02o nT

48、=，電流反饋存儲系數(shù)，轉速反饋 存儲系數(shù)，轉速調節(jié)器采樣時間123K3 .=67min/K a =0.01samT=，電流環(huán)小慣性時間常數(shù)0.00170.0020.0037soiiTTTss=+=+= 工第 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

49、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：4答：待逆變正組在第四象限。反組逆變電在第二象限。4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電流調節(jié)器ACR控制電流，設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)，反轉時， VR整流；正轉時，VR逆變文本框 : n性及能量關系。 解：圖 4-13 邏輯采用數(shù)字控制時，電子開關的任務可以用條件選試答：位置隨動系統(tǒng)與

50、調速系統(tǒng)的主要區(qū)別在于，調速系統(tǒng)的給系統(tǒng)的主要作用是保證穩(wěn)定和抵抗擾動；而位置隨動系統(tǒng)的給定量是隨機變化的，要求輸出 量準確跟隨給定量的變化，系統(tǒng)在保證穩(wěn)定的基礎上，更突出需要快速響應。位置隨動系統(tǒng) 的反饋是位置環(huán)，調速系統(tǒng)的反饋是速度環(huán)。mPsPsP效率高低的標志。從這點出發(fā)，可以把異步電機的調速系統(tǒng)分成三類 。 轉差功率消耗型調速系統(tǒng)：這種類型的全部轉差功率都轉換成熱能消耗壓調速、轉差離合器調速、轉子串電阻調速屬于這一類。在三類異步電機調速系統(tǒng)中， 這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時效率越低，它是以增加轉差功率的消耗來換取轉速的 降低的（恒轉矩負載時） ?？墒沁@類系統(tǒng)結構簡單，設備成本最低

51、，所以還有一定的應用價 值。轉差流裝置饋出或饋入，轉速越低，能饋送的功率越多，繞線電機串級調速或雙饋電機調速 屬于這一類。無論是饋出還是饋入的轉差功率，扣除變流裝置本身的損耗后，最終都轉化成有用的功率，因此這類系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設備。圖中：SAF, SAR分別是正、反組電子模擬開關。轉差功率不變型調速系統(tǒng)：在這類系統(tǒng)中，轉差功率只有轉子 功率基本不變，因此效率更高，變極對數(shù)調速、變壓變頻調速屬于此類。其中變極對數(shù) 調速是有級的，應用場合有限。只有變壓變頻調速應用最廣，可以構成高動態(tài)性能的交流調 速系統(tǒng)， 取代直流調速； 但在定子電路中須配備與電動機容量相當?shù)淖儔鹤冾l器， 相比之下，

52、設備成本最高。自定子方面輸入的功率為6.32kW,定子銅損耗為 341W轉子銅損耗為237.5W，鐵心損耗為167.5W,機械損耗為45W附加損耗為29W試繪出該電動機的功率流程圖，注明各項功率 或損耗的值，并計算在這一運行情況下該電動機的效率、轉差率和轉速。5-答：5- 4 何答；帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動器可以限制起動電流并保持恒值，動衰減下來，起動時間也短于一級降壓起動。主電路采用晶閘管交流調壓器，用連續(xù)地改變 其輸出電壓來保證恒流起動，穩(wěn)定運行時可用接觸器給晶閘管旁路，以免晶閘管不必要地長 期工作。視起動時所帶負載的大小，起動電流可在 (0.54)ISN 之間調整，以獲得最佳的起 動效

53、果，但無論如何調整都不宜于滿載起動。負載略重或靜摩擦轉矩較大時，可在起動時突加 短時的脈沖電流，以縮短起動時間。軟起動的功能同樣也可以用于制簡述恒壓頻比控制方式。答：繞組中的感應電動勢是難以直接控制的，阻抗壓降，而認為定子相電壓Us - Eg，則得U1S比較顯著， 不再能忽略。 這時， 需要人為地把電壓 Us 抬高一些， 以便近似地補償定子壓降。6- 1） 恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性；（ 2） 基頻以下電壓頻率協(xié)調控制時異步電動機的機械（ 3） 基頻以上恒壓變頻控制時異步電動機的機械特性；（ 4） 恒流正弦波供電時異步電動機的機械特性； 恒壓恒頻正弦波供電時異步電動機的機械特性：

54、當 s 很小時，Te = f （s ）是對稱于原點特性就折回來了。械特性是一段直線， s 接近于 1 時轉矩近似與 s 成反比，這時， 的一段雙曲線。基頻以下電壓上是平行下移，硬度也較好，當轉矩增大到最大值以后，轉速再降低，而且頻率越低時最大轉矩值越小， 能夠滿足一般的調速要求， 但低速帶載能力有些差強人意， 須對定子壓降實行補償。恒Eg / 3 1控制是通常對恒壓頻比控制實行電壓補償?shù)臉藴剩梢栽诜€(wěn)態(tài)時達到rm = Constant ，從而改善了低速性能，但機械特性還是非線性的，產生轉 矩的能力仍受到限制。恒 Er /31 控制可以得到和直流他勵電機一樣的線性機械特性，按照轉子全磁通 rm 恒定進行控制，而且，在動態(tài)中也盡可能保持 rm 恒定是矢量控制系 統(tǒng)的目標， 基頻以上轉矩減小，機械特性上移，而形狀基本不變?；l以上變頻調速屬于弱磁恒功率調速。 恒流正弦波供電時異步電動機的機械特性：恒流機械特性的線性段比較平，而最大轉矩狀很尖。恒流機械特性的最大轉矩值與頻率無關，恒流變頻時最大轉矩不變，但改變定 子電流時，最大轉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內阻為零的恒壓源，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