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電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)習(xí)題集及解答(內(nèi)部參考資料)支長義編鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院第一章習(xí)題集及解答1-1、改變給定電壓就是否能夠改變電動(dòng)機(jī)得轉(zhuǎn)速?為什么?如果給定電壓不變,調(diào)整反饋電壓得分壓比就是否能夠改變轉(zhuǎn)速?為什么?如果測速機(jī)勵(lì)磁發(fā)生變化,系統(tǒng)有沒有克服這種擾動(dòng)得能力?解:不管開環(huán)或就是閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),轉(zhuǎn)速對給定就是惟命就是從得,所以變必然導(dǎo)致n變。對于有靜差系統(tǒng):分壓比得變化即a得變化K得變化,在不變時(shí),必然變化,(或者,a變n變),測速機(jī)得勵(lì)磁變化等效于a得變化,所以n不必然變化,故系統(tǒng)沒有克服這種擾動(dòng)得能力。1—2、某調(diào)速系統(tǒng)得調(diào)速范圍就是 1500?150rpm,要求就是S=2%那么,系統(tǒng)允許得靜態(tài)速降就是多少?如果開環(huán)系統(tǒng)得,則開環(huán)系統(tǒng)得開環(huán)節(jié)放大倍數(shù)應(yīng)有多大?解:由知:閉環(huán)允許得速降為,如果開環(huán),則閉環(huán)系統(tǒng)得開環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)大于等于:。1—3、有一VM調(diào)速系統(tǒng),電動(dòng)機(jī)參數(shù)為=2、5KW=220V,=15A=1500rpm=2Q,整流裝有置內(nèi)阻為:=1Q,=30,要求:=20=10%。試求:1、計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)速降與調(diào)速系統(tǒng)允許得穩(wěn)態(tài)速降。2、畫出轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。 3、當(dāng)=20V時(shí),=1000rpm,則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)應(yīng)為多少?4、系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)就是多少?比例放大器放大倍數(shù)就是多少?5、若主電路電壓L=60mH=1、8整流電路為三相零式,則滿足D、S得轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行?為了保證穩(wěn)定,允許最大得開環(huán)放大倍數(shù)就是多少? 6、如果增設(shè)電流截止環(huán)節(jié),要求W2,<1、2,=?,=?若要求電流反饋電阻如果做不到,須增加電流放大器,試計(jì)算電流反饋放大倍數(shù),與各為多少?畫出系統(tǒng)得原理圖與靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。7、如果轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)得整流裝置采用三相零式電路,主電路平波電抗器得選擇要保證最小電流為 20%時(shí)仍能連續(xù),系統(tǒng)GD2=2、94Nm2。按D=20,S=5%設(shè)計(jì)得系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行?如果系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行 ,對系統(tǒng)過行動(dòng)態(tài)校正,并Kp不計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)?8、如果改用電壓負(fù)反饋,Kp不9、如果采用電壓負(fù)反變=30V,在S=30%9、如果采用電壓負(fù)反饋與電流正反饋,能否滿足題中所給得調(diào)速要求?參數(shù)如何選擇?試畫出系統(tǒng)得靜態(tài)結(jié)構(gòu)
圖。解:1、 =(220—15X2)=0、127rpm開環(huán)系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)速降為:=15X(2+1)/0、127=354、33rpm滿足調(diào)速要求所允許得穩(wěn)態(tài)速降為 :=8、33rpm;2、采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為3、在穩(wěn)態(tài)時(shí),=20/1000=0、02V/rpm。4、=354、33/8、331=41、54=41、54X0、127/(30X0、02)=8、79。5、由于=0、06/(2+1)=0、02s,=1/(2X3X50)=0、00333s=0、09349s所以系統(tǒng)臨界穩(wěn)定=32、89,要滿足D、S得要求K>41、54,故系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行。6、w2X15A>1、2X15取=1、2X15=18A=0、02X150030V,>2、5Q,取=2、5Q,則=45V,如果要求,取=1Q,則=18V,=45/18=2、5系統(tǒng)得原理圖與靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖為
7、L==0、109707/3=0、0357s=1/(2X3X50)=0、0033s2=2、94X3Xn/(375X0、127X30)=0、7、L==0、109707/3=0、0357s=1/(2X3X50)=0、0033s2=2、94X3Xn/(375X0、127X30)=0、1527s系統(tǒng)穩(wěn)定得K為:=[0、1527(0、0357+0、0033)+0、00332]/0、0357X0、0033=50、18=15X3/0、127=355rpm=1500X0、05/[20(10、05)]=3、947rpm滿足DS時(shí):所以穩(wěn)態(tài)要求K>88、94,而穩(wěn)定時(shí)KC50、67,故系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行。對象傳遞函數(shù)為:W(s) (TmTiS2TmS1)(Ts888.941) (0.095S1)(0.05881)(0.0033381)W1-T110.5381,W21T2417.2481,W3 —T330081,校正環(huán)節(jié)為:,取則:20lg(KpWc) 20lg(Wc)20IgK20Ig0.095Wc20Ig0.085Wc取=20KQ,”,滿足近似條件。校正后得傳函為 :。K T^u2cK (20lg(-^)20lgWZOgW)20Ig2eCeKsCe20lgKsTs27dB20lgO.362*。12727dB30*0.02*0.003338、由靜態(tài)性:僅由電樞電阻產(chǎn)生得速降,故電壓達(dá)不到題中得調(diào)速要求。9、UnmaxUnomRrecInomCe(1K)(Rrec Rs)I9、UnmaxUnomRrecInomCe(1K)(Rrec Rs)ICe(1K)UnmaxUnom0.1364K青239.42r/minKpKsnomCe(1K)InomRaKpKs35.97nSnomn(1S)2.7InomCe8.33r/min若使,則系統(tǒng)完全與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋相同。則KpKs0.136;Ra(Rrec RKpKs0.136;Ra(Rrec Rs)Inomq288.33CeKUnmaxUnom14、某機(jī)械采用下圖得晶閘管勵(lì)磁、發(fā)電機(jī)組供電得直流調(diào)速系統(tǒng),發(fā)電機(jī)得額定功率為110KW,電動(dòng)機(jī)得額定功率為 100KW系統(tǒng)采用電壓負(fù)反饋與電流截止負(fù)反饋控制 ,電流信號取自發(fā)電機(jī)與電動(dòng)機(jī)得附加極繞組與 ,試畫出該系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖并推導(dǎo)系統(tǒng)得靜特性方程式。R3RdRp2JUcom
RdRp2JUcom其中為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路總電阻 ,Kf為發(fā)電機(jī)放大系數(shù),為發(fā)電機(jī)電樞電阻”為電動(dòng)機(jī)電樞電阻,為電流反饋系數(shù),為電壓反饋系數(shù),為電流截止負(fù)反饋回路穩(wěn)壓管得反向擊穿電壓。解:靜態(tài)特性為:,,,,當(dāng)時(shí),;當(dāng)時(shí),。故其靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下:Ijz[Ijz[—~~||3RsId[R&G十肚]通過結(jié)構(gòu)圖變換得靜特性方程為時(shí):n KpKsKfn KpKsKf Ucom)RBCe(1K)RRKpKsKfRsR。/RaG Rs /RbR2.1dCe(1K)rfamCeId15、已知數(shù)據(jù),發(fā)電機(jī)為PGnom48KW,UGnom305V,lGnom158A,nGnom1480r/min,勵(lì)磁電壓電動(dòng)機(jī):,機(jī):,UMnom300V,1Mnom148A,nMnom 910r/min'RaM0.04 ,RsM0.02 ,設(shè)置放大器限幅值為,要求D=10,S=20%,堵轉(zhuǎn)電流為:截止電流。試求:1、計(jì)算系統(tǒng)所允許得穩(wěn)態(tài)速降2、計(jì)算各環(huán)節(jié)得傳遞函數(shù)3、決定放大器結(jié)構(gòu)與放大系數(shù) Kp4、1、計(jì)算系統(tǒng)所允許得穩(wěn)態(tài)速降2、計(jì)算各環(huán)節(jié)得傳遞函數(shù)3、決定放大器結(jié)構(gòu)與放大系數(shù) Kp4、計(jì)算比較電壓U,并選用穩(wěn)壓管5、分析Kp、B、U等參數(shù)得變化對系統(tǒng)靜特性得影響6、為什么主回路中設(shè)有串入平波電抗器解:1、,系統(tǒng)允許得穩(wěn)態(tài)速降為2、,
電壓反饋系數(shù)得計(jì)算:根據(jù)穩(wěn)態(tài)時(shí),。3、如果采用P調(diào)節(jié)器,則電動(dòng)機(jī)得速降:,所以用P放大器可以滿足要求,且,設(shè)運(yùn)算放大器得3*20=326KQ,當(dāng)然采用PI調(diào)節(jié)器時(shí),3*20=326KQ,當(dāng)然采用PI調(diào)節(jié)器時(shí),,能滿足要求,在實(shí)際中常采用準(zhǔn)PI被反饋環(huán)包圍得速降為 0,只有沒有不被反饋包圍得速降,能滿足要求,在實(shí)際中常采用準(zhǔn)PI被反饋環(huán)包圍得速降為 0,只有沒有不被反饋包圍得速降,可選2CW15急壓管,其擊穿電壓為7?8、(UnUcom)2.2Inom再將:代入上式5V,兩只對接。5、Kpf工作段特性變硬,U不變,下垂段特性得n0不變,增大,不變,U 下垂段特性得n0減小,減小。6、于發(fā)電機(jī)得附加勵(lì)磁繞組就是一個(gè)大電感,6、于發(fā)電機(jī)得附加勵(lì)磁繞組就是一個(gè)大電感,足以克服電流得脈動(dòng),所以不需在主回路接入平波電抗器。16、在下圖所示得轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)系統(tǒng)中入平波電抗器。16、在下圖所示得轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)系統(tǒng)中,已知數(shù)據(jù)有:電動(dòng)機(jī):=2、2KW,=220V,=12、5A,=1500rpm,=1=1500rpm,=1Q。整流電源采用三相橋式電路,整流電阻及平波電抗器電阻之與為 1、9Q,主電路總電感L=40mH,Ks=44,GD=1、5N^最大給定電壓為10V,要求D=15,S=15%問:1、該,對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行,其臨界開環(huán)放大系數(shù)為多少?2,對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正解:1、解:1、所以要滿足DS,開環(huán)”對于橋式整流電路:,,要使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行開環(huán)放大倍數(shù) :,故系統(tǒng)滿足DS時(shí)不能運(yùn)行。2、滿足DS時(shí)開環(huán)傳函數(shù)為:KW(S)KW(S) (TsS1)(TmTlS2TmS1) (TsS,其中”所以所以轉(zhuǎn)折頻1)(T1S1)(T2S 1)率為:,20lgk=33、8dB,故未加校正時(shí)得開環(huán)幅頻特性為①采用PI調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正,其校正傳函為:,取并使,取,則得L1=30dB,,即。,如果取R0=40KQ,則,取R1=30KQ,,,故設(shè)計(jì)有效。W(S)Ks/CW(S)Ks/CeKsCe0.043S1 …/Ce KsCe 校正后:,幅值裕0.06S (0.043S1)(0.021S1)(0.0016S1) 0.06S(0.021S1XTs1)度為:,K20lg—s— 20lg168.8620lg0.021*168.8620lg0.00167*168.86所0.06Ce以校正有效。17、帶電流正反饋得電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng) ,采用三相橋式全控整流電路供電 ,系統(tǒng)整流變壓器采用△/Y接線,一次繞組每相電阻為2Q,二次繞組每相電阻為0、5Q,電動(dòng)機(jī)參數(shù)為:=3KW,=220V,=17、5A,=1500rpm,=2、2Q,平波電抗器電阻,設(shè)計(jì)指標(biāo):D=20,S=10%,,運(yùn)算放大器限幅值為8V。
1、計(jì)算不包含平波電抗器時(shí)得整流裝置內(nèi)阻 ,電流反饋電阻,電壓反饋系數(shù)與調(diào)節(jié)器放大系數(shù)Kp等參數(shù)。2、分析等參數(shù)對系統(tǒng)靜特性得影響。解:1、,為整流變壓器繞組折算到二次側(cè)得等效電阻 ,它包括繞組電阻及一次繞組電阻折算到二次側(cè)得電阻;就是由整流變壓器漏抗引起得換向壓降所對應(yīng)得電阻。本題中,整流變壓器采用^/Y接線,為便于計(jì)算把它換算成Y/Y接線。設(shè)變壓器一次側(cè)每相電阻為R11,二次側(cè)每相電阻為R21,則R11=2Q,R21=0、5Q,換成Y/Y接線后,一次側(cè)每相電阻為,折算到二次側(cè)后每相電阻為U1為一次側(cè)相電壓有效值 220V,U2為二次相電壓有效值,可按下式計(jì)算,7,95%為電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù);對于不可逆系統(tǒng),可取,則U2=102V,于就是,所以,又,式中Uk為Uk值一般取5,m為整流電壓一周期0.98變壓器得阻抗百分比,對于容量小于1000KV、A得變壓器內(nèi)脈動(dòng)次數(shù)Uk值一般取5,m為整流電壓一周期0.986 102 5 'Rs 一* *——0.34 Rrec RtRc2 p1001nom\E,根據(jù)得,根據(jù)D、S得系統(tǒng)速降為:,根據(jù)帶電流補(bǔ)償電壓負(fù)反饋電流得靜特性方程,由此式瞧出速降主要就是由所產(chǎn)生,為補(bǔ)償其速降可使,,由于”由于,,由此式瞧出速降主要就是由所產(chǎn)生,為補(bǔ)償其速降可使,,由于”由于,為簡單計(jì),取,_(RrecRs)1nomRa1nomn K) CeCe(1K丨nomCe8.33K63.8KsUctm〔nomKsUctm〔nom(Rrec Rs8Ra) Cennom丨nom(Rrec Rs) Unom3。38.3、若不變,KpKs值隨Rs值增大而減小。18、某調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖所示c采用三相橋式整流電路,等效內(nèi)阻=0、3Q,=40,,當(dāng)主電路電流最大時(shí),整定。R1;4、R2設(shè)計(jì)指標(biāo):D=50,S=10%,,試畫出系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 ,并計(jì)算c采用三相橋式整流電路,等效內(nèi)阻=0、3Q,=40,,當(dāng)主電路電流最大時(shí),整定。R1;4、R2解:當(dāng),;,根據(jù)知,,,允許得,,取R0=20KQ,則取R1=KpR0=940e,當(dāng)時(shí),Ui=10V,,,Ui=0 、042Id,當(dāng)時(shí)”即為穩(wěn)壓管得擊穿電壓。系統(tǒng)得靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖為:UcoinlUnIdUn系統(tǒng)得靜態(tài)方程為:在時(shí),n=0,1、,1、,2、3、1、,1、,2、3、19、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng),已知=2、2KW,=220V,=12、5A,=1500r/min,=1 Q主電路總電阻R=2、9Q,=75,測速機(jī)采用ZYS231/110型測速發(fā)電機(jī),其得分壓系數(shù)。要求D=20,S=5%1、當(dāng)采用得分壓系數(shù)就是否滿足要求?2、計(jì)算Kp、R1得值。解:,,允許速降,,,當(dāng)RP2得分壓比為1/8時(shí)”在最高速時(shí)產(chǎn)生得電壓為,故滿足要求。Kp 〒 16.86,KpKs/CeRi,R1 KpR0667K,UnmaxR00.017/rpmnnom分壓比就是110、有VM系統(tǒng),已知=2、8KW,=220V,=15、6A,=1500rpm,=1、5Q,=1Q,=37。1、系統(tǒng)開環(huán)工作時(shí),試計(jì)算D=30時(shí)得S值。2、當(dāng)D=30S=10%寸,計(jì)算允許得穩(wěn)態(tài)速降。3、如為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng),要求D=30S=10%,在=10V時(shí),使電動(dòng)機(jī)在額定工作點(diǎn)4、工作,計(jì)算Kp與a。如改電壓負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)得開環(huán)放大系數(shù)不變。試求Unnnom0.0067V/rpm,K,仍要在=10V時(shí),使電動(dòng)機(jī)在額定工作點(diǎn)工作 ,并保持系D=30時(shí)得靜差率。皿1 41.81,Kpncl—22Ks/Ce4、電壓反饋得速降為:,111、對于調(diào)速系統(tǒng)得轉(zhuǎn)速控制要求就是各式各樣得111、對于調(diào)速系統(tǒng)得轉(zhuǎn)速控制要求就是各式各樣得,歸納起來,有三個(gè)方面:1、調(diào)速;2、穩(wěn)速;3、加、減速。112、調(diào)速與穩(wěn)速就是調(diào)速系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)得兩個(gè)指標(biāo)112、調(diào)速與穩(wěn)速就是調(diào)速系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)得兩個(gè)指標(biāo),它由調(diào)速范圍D與靜差率S%來反映。113、調(diào)速范圍D定義為,對于調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。114、靜差114、靜差S%得定義: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所對應(yīng)得轉(zhuǎn)速降落,與理想空載轉(zhuǎn)速之比,即。,它與機(jī)械特性得硬度有關(guān)115,它與機(jī)械特性得硬度有關(guān),轉(zhuǎn)差率并不一定特性越硬,靜差率越小,,轉(zhuǎn)差率并不一定相同。116、調(diào)速范圍與靜差率就是調(diào)速系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)指標(biāo)116、調(diào)速范圍與靜差率就是調(diào)速系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)指標(biāo),這兩個(gè)指標(biāo)能否彼此孤立得提?117、DS、之間得關(guān)系就是:118、開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)得比較1、在相同負(fù)載下,兩系統(tǒng)得開環(huán)速降2、在同一no下,兩系統(tǒng)得靜差率3、當(dāng)同時(shí),兩系統(tǒng)得調(diào)速范圍解:1、在相同負(fù)載下,兩系統(tǒng)得開環(huán)速降為:它們之間得關(guān)系為:2、同一2、同一no下,兩系統(tǒng)得靜差率為:它們之間得關(guān)系為:3、當(dāng)同時(shí),兩系統(tǒng)得調(diào)速范圍為:它們之間得關(guān)系為:119、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)負(fù)載矩由突增到時(shí),119、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)負(fù)載矩由突增到時(shí),、與得變化過程示于下圖。已知,,Ce=0、1V/rpm,主回路電阻R=1Q,Kp=20,Ks=40,a=0、01V/rpm。試求、、與。a*Ud02 Cen2 Idl2Ud02 Cen2 Idl2R,UnU2U1解:轉(zhuǎn)矩變化之前穩(wěn)態(tài)Ud0Ud02Ud01CenRIdlUnn2Unn1 52nJ5.06V,n0.00617V120、單閉環(huán)PI120、單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器調(diào)速系統(tǒng),當(dāng)負(fù)載由5A變到10A時(shí)得n、△U與Uct得變化曲線,已知主回路總電阻為R=1Q,Ks=40。求:Uik*Uik*解:在負(fù)載未變化之前穩(wěn)態(tài)下在負(fù)載變化之后得穩(wěn)態(tài)有由③①得:由④②得:121、單閉環(huán)121、單閉環(huán)P調(diào)節(jié)器得得波形圖如下,試標(biāo)出哪一段就是穩(wěn)態(tài),哪一段就是暫態(tài)。暫態(tài)穩(wěn)態(tài)'—塞態(tài);W暫態(tài)穩(wěn)態(tài)'—塞態(tài);W122、單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器得得波形圖如下圖示。試標(biāo)出那段就是暫態(tài)那些段就是穩(wěn)態(tài)?1-直流調(diào)速系統(tǒng)得主要優(yōu)點(diǎn)就是1-24、:a、具有良好得起、制動(dòng)性能;b、宜于在廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速。1-25、直流調(diào)速系統(tǒng)得主要缺點(diǎn) 1-25、直流調(diào)速系統(tǒng)得主要缺點(diǎn) :a、復(fù)雜;b、價(jià)造高。1-26、交流調(diào)速系統(tǒng)得主要優(yōu)點(diǎn):a、簡單;b、造價(jià)低。,以調(diào)節(jié)電樞供電,但調(diào)速范圍不大,往1-,以調(diào)節(jié)電樞供電,但調(diào)速范圍不大,往電壓得方式最好。改變電阻只能有級調(diào)速 ;減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速往只就是配合調(diào)壓方案,在電機(jī)額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍得升速。 因此,自動(dòng)控制得直流調(diào)速系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。1-28、旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電系統(tǒng)得主要優(yōu)缺點(diǎn) :a、可逆運(yùn)行實(shí)現(xiàn)簡單;b、四象限運(yùn)行;c、設(shè)備多體積大;d、費(fèi)用高;e、效率低f、安裝須打地基;g、運(yùn)營行有噪聲;h、維護(hù)方便;i、快速性差(響應(yīng)時(shí)間慢)。1-29、可控整流器供電系統(tǒng)得主要優(yōu)缺點(diǎn) :a、響應(yīng)時(shí)間較快;b、體積小;c、維護(hù)方便;d、可逆較困難;e、元件對過電壓、過電流以及過高得都十分敏感 ;f、在較低速運(yùn)行時(shí),晶閘管得導(dǎo)通角很小,使得系統(tǒng)得功率因數(shù)很低,并產(chǎn)生較大得諧波電流,引起電網(wǎng)電壓波形畸變殃及附近得用電設(shè)備。1-30、PWM調(diào)速系統(tǒng)得優(yōu)缺點(diǎn):a、電流容易連續(xù);低速運(yùn)行平穩(wěn),調(diào)速范圍寬;b、快速響應(yīng)性能好,動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng);c、主電路損耗小,裝置效率高。1-31、旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組,可控整流器,PWM三種供電調(diào)速系統(tǒng)得動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間得數(shù)量級分別為秒級、毫秒級與毫秒級。1-31、VM系統(tǒng)得一個(gè)特殊問題就是電流脈動(dòng)不連續(xù) ,這樣就會產(chǎn)生以下兩方面得問題 :a、脈動(dòng)電流產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩,對生產(chǎn)機(jī)械不利。b、脈動(dòng)電流造成較大得諧波分量,流入電流后對
電網(wǎng)不利,同時(shí)也增加電機(jī)發(fā)熱。1-32、靜差率就是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速得穩(wěn)定度得。它與機(jī)械特性得硬度有關(guān),特性越硬,靜差率越小,轉(zhuǎn)速得穩(wěn)定度就越高。然而靜差率與機(jī)械特性硬度又就是有區(qū)別得,即硬度相同得機(jī)械特性,靜差率卻不一定相同。這主要就是因?yàn)殪o差率與理想空載轉(zhuǎn)速有關(guān),所以,對于同樣硬度得特性,理想空載轉(zhuǎn)速低時(shí),靜差率越大,轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定性就差。由此可見,調(diào)速范圍與靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不就是彼此孤立得 ,必須同時(shí)提才有意義。一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)得調(diào)速范圍,就是指在最低速時(shí)還能滿足所提靜差率要求得轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。脫離了對靜差率得要求,任何調(diào)速系統(tǒng)都可以得到極高得調(diào)速范圍 ;反過來,脫離了調(diào)速范圍,要滿足給定得靜差率也就容易得多了。1-33、直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)得調(diào)速范圍為 D,要求得靜差率為S,帶額定負(fù)載時(shí)得轉(zhuǎn)速降落為額定負(fù)載時(shí)得額定轉(zhuǎn)速為,則得關(guān)系為:證明:證明:在最低轉(zhuǎn)速時(shí),應(yīng)滿足靜差率得要求:即……①調(diào)速范圍,對于調(diào)壓調(diào)速:……②代入②式得:……④把④代入①得:1-1-34、調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)兩條機(jī)械特性得都就是200rpm,那么這兩條機(jī)械特性得硬度相_,靜差率不一定相同。135、某龍門刨床工作臺拖動(dòng)采用直流電機(jī)率不一定相同。135、某龍門刨床工作臺拖動(dòng)采用直流電機(jī):Z293型,60KW,220V,305A,1000rpm,要求D=20,S<5%<5%。如果采用VM系統(tǒng),已知主回路總電阻R=018Q,電動(dòng)機(jī),則當(dāng)電流連續(xù)時(shí),在額定負(fù):這已大大超過了載下得轉(zhuǎn)速降落為::這已大大超過了5%得要求,更談不上調(diào)到最低速時(shí)得情況了。 如果要滿足D=20,S<5%得要求,那么允許,最低轉(zhuǎn)速就是,原閉環(huán)系統(tǒng)得開環(huán)放大倍數(shù),若”則比例調(diào)節(jié)器得放大倍數(shù)為:。136、把下列部件連成一個(gè)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)
?創(chuàng)c-解:用上述元件組成得負(fù)反饋原理圖如下II常數(shù)rc137、推導(dǎo)下面單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)得靜態(tài)性、靜態(tài)框圖與動(dòng)態(tài)框圖20R+R□Ks-40 7三相農(nóng)式G—0.02V/fpiti常數(shù)?創(chuàng)c-解:用上述元件組成得負(fù)反饋原理圖如下II常數(shù)rc137、推導(dǎo)下面單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)得靜態(tài)性、靜態(tài)框圖與動(dòng)態(tài)框圖20R+R□Ks-40 7三相農(nóng)式G—0.02V/fpiti常數(shù)已知L=30mH,R=0、1Q,Tm=0、3S,Ce=0、2V/rpm。解:UnUnUn,UctKpUn205,5 KsUct40Uct800Un其靜態(tài)框圖為:動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖:
1比例環(huán)節(jié):2、觸發(fā)整流裝置:3、測速機(jī)部分:4、電機(jī)部分:dIddtGD2dnUd0RIdLUd0(S)RidTe TlGD2dECmId CmIdLdIddtGD2dnUd0RIdLUd0(S)RidTe TlGD2dECmId CmIdL375dt375CedtLSIdE(S)GD2 SE(S)375CeUd0(S)Id(S)IdLE(S)R(1TLS)Id舘(S)Ud0(S)E(S)R(1TlS)Id(S)Id(S)IdLTmRSE(S)Ud0(S)E(S)R(1TlS)Id(S)Id(S)IdL(S)TmSE(S)Rld(S)Ud0(S)E(S)E(S)Id(S)IdL(S)E(S)Cen(S),1/Cen(S)TmTlS2TmS1R(1TlS)R[Ud0(S)R(T1S1)IdL(S)]故其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下::①在同樣得負(fù)載擾動(dòng)下,:①在同樣得負(fù)載擾動(dòng)下,閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多 ,。②在同樣得下,則閉環(huán)系統(tǒng)得靜差率小得多,。③當(dāng)要求得靜差率一定時(shí),閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍 ,。④要取得上述三條優(yōu)越性,閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器與檢測反饋裝置。,閉環(huán)系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降,難139,閉環(huán)系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降,難答:在開環(huán)系統(tǒng)中,當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí),電樞壓降也增大,轉(zhuǎn)速只能老老實(shí)實(shí)地降下來 ,閉環(huán)系統(tǒng)裝有反饋裝置,轉(zhuǎn)速稍有降落,反饋電壓就減少,fffff,使機(jī)械特性上移,因而轉(zhuǎn)速又,在于它能隨著有回升。由此瞧來,閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降得實(shí)質(zhì)在于它得自動(dòng)調(diào)節(jié)作用,在于它能隨著140、單閉環(huán)比例調(diào)節(jié)器具有以下三個(gè)特性 :a、被調(diào)量有靜差;b、抵抗被反饋包圍得主通道上得干擾與服從給定;c、系統(tǒng)精度依賴于給定與反饋檢測精度。141、為什么說單閉環(huán)比例調(diào)節(jié)器就是有差得?解:電動(dòng)機(jī)兩端得電壓,若誤差。那么,電機(jī)就會停轉(zhuǎn)。所以,從該式可以瞧出,越大,在其它條件相同得情況下,就越小,即開環(huán)放大倍數(shù)越大,誤差越小,從另一方面瞧,要消除偏差,K=8才能使,而這就是不可能得,這種系統(tǒng)也正就是靠這種偏差得變化才能實(shí)現(xiàn)控制作用得。答:根據(jù)反饋控制規(guī)律,答:根據(jù)反饋控制規(guī)律,反饋控制系統(tǒng)只能抵抗被反饋包圍得前向通道上得干擾。141、下圖中,控制系統(tǒng)能夠抗哪些干擾,為什么?Kp變化,電源波擾與檢測元件得干擾就是不能抵抗得 ,并且服從給定,所以能抵抗得干擾有動(dòng),負(fù)載變化,電阻變化,Kp變化,電源波142、圖示單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī):10KW,220V,55A,1000rpm,Ra=0、5Q,晶閘管裝置:三相橋式可控整流電路,整流變壓器Y/Y聯(lián)結(jié),二次線電壓,觸發(fā)器觸發(fā)電壓,V—M系統(tǒng)主電路總電阻R=1、0Q。最大給定電壓就是12V。測速機(jī):永磁式,ZYS231/110型額定數(shù)據(jù)為23、1W,110V,0、21A,1900rpm、生產(chǎn)機(jī)械要求:D=10,S<5%,求穩(wěn)態(tài)參數(shù)。若,按保證最小電流時(shí)電流連續(xù)得條件 ,計(jì)算電樞回路電感量,系統(tǒng)能否穩(wěn)定?若不穩(wěn)定則進(jìn)行校正。系統(tǒng)穩(wěn)定得條件就是:nnom解:反電勢常數(shù)Ce Unom RJnom0.1925V/rpm,KsnnomUctm為滿足D、S要求,閉環(huán)允許速降為:開環(huán)速降:開環(huán)放大倍數(shù):在穩(wěn)態(tài)時(shí),測速機(jī)得反電勢常數(shù):得選擇方法:考慮到測速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時(shí),其電流約為額定值得這樣,測速機(jī)電樞壓降對檢測信號得線性度影響較小 ,于就是,此時(shí)所消耗得功率為:為了使電位器溫度不要很高,實(shí)選瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率得一倍以上 ,故應(yīng)選為5W,計(jì)算運(yùn)算放大器得放大系數(shù)與參數(shù):實(shí)取21。取,實(shí)取10KQ,則,電樞回路電感為實(shí)取17mH,三相橋式電路:機(jī)電時(shí)間常數(shù):為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定,開環(huán)放大系數(shù)穩(wěn)態(tài)要求:K>53、3,而穩(wěn)定性要求KW49、4,所以系統(tǒng)不穩(wěn)定。開環(huán)傳遞函數(shù)三個(gè)轉(zhuǎn)折頻率分別為:,原始系統(tǒng)得伯德圖如下圖示,用PI調(diào)節(jié)器,去掉比例環(huán)節(jié)Kp,則校正網(wǎng)絡(luò)為,畫出伯德圖如下:取,希望得截止頻率在之間,取,則在時(shí),對應(yīng)得原伯德圖得幅值近似為 :,而對應(yīng)于校正網(wǎng)絡(luò)得波特圖得幅值近似值為RLi 1_2 0,IgcKpRoP
kPI1.575lgKpiK37.58Kp21,KPi 身20.059,37.58TiKpi0049 0.088S0.059所以PI調(diào)節(jié)器為若取取22KQ檢驗(yàn)條件:滿足條件。143、圖示單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)框圖常數(shù)已知主回路總電感為L,總電阻為R,電機(jī)反電勢常數(shù)為Ce,測速反饋系數(shù)為,比例調(diào)節(jié)器得放大倍數(shù)就是Kp,推導(dǎo)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)得動(dòng)態(tài)方程,畫出動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖,并求系統(tǒng)穩(wěn)定得條件。常數(shù)已知主回路總電感為L,總電阻為R,電機(jī)反電勢常數(shù)為Ce,測速反饋系數(shù)為,比例調(diào)節(jié)器得放大倍數(shù)就是Kp,推導(dǎo)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)得動(dòng)態(tài)方程,畫出動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖,并求系統(tǒng)穩(wěn)定得條件。解:1、比例環(huán)節(jié):2、觸發(fā)整流裝置:把代入上式得:UdN)(1^Ts22丄Ts442!s24sKs1TS33把上面條件整理得:所以整流環(huán)節(jié)得傳遞函數(shù)為3、測速機(jī)部分:4、電機(jī)部分:Ud0RIdTe Tl且E
dtGD2dnGD2dE375dt375CedtUd0(S)RidCmId CmIdLLSIdE(S)GD2Ud0RIdTe Tl且E
dtGD2dnGD2dE375dt375CedtUd0(S)RidCmId CmIdLLSIdE(S)GD2 SE(S)375CeUd0(S)Id(S)IdLE(S)R(1TLS)Idgd2rs E(S)375CeCmRUd0(S)E(S)R(1TlS)Id(S)IdLId(S)TmSE(S)RUd0(S)E(S)R(1TlS)Id(S)Id(S)IdL(S)詐(S)ld(S)Ud0(S)E(S)E(S)Id(S)IdL(S)R(1TlS)RTSE(S)Cen(S),1/CeTmTlS TmS1故其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下:所以特征方程為:根據(jù)勞斯赫爾維茨判據(jù)得系統(tǒng)得穩(wěn)定條件為144、設(shè)計(jì)一個(gè)反饋控制得閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí),首先應(yīng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、基本部件選擇與穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算,這樣就形成了基本得閉環(huán)控制系統(tǒng) ,或稱原始系統(tǒng)。然后,應(yīng)該建立原始系統(tǒng)得動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,檢查它得穩(wěn)定性與其動(dòng)態(tài)性能。如果原始系統(tǒng)不穩(wěn)定或動(dòng)態(tài)性能不好,就必須配置合適得校正裝置,使校正后得系統(tǒng)能夠全面地滿足要求。145、常用得校正方法有:①串聯(lián)校正;②反饋校正;③復(fù)合控制。146、在伯德圖上,用來衡量最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定程度 (即相對穩(wěn)定性)得指標(biāo)就是相角裕度與增
益裕度。147、反映系統(tǒng)性能得伯德圖特征有下列四個(gè)方面1、中頻段以20dB/dec得斜率穿越零分貝線,而且這一斜率占有足夠得頻帶寬度 ,則系統(tǒng)得穩(wěn)定性好。2、截止頻率(或稱剪切頻率)Wc越高,則系統(tǒng)得快速性越好。3、低頻段得斜率陡,增益高,表示系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)精度好(即靜差率小,調(diào)速范圍寬)。4、高頻段衰減得越快,說明系統(tǒng)抗高頻噪聲干擾得能力越強(qiáng)。以上四個(gè)方面常常就是相互矛盾得 ,對穩(wěn)態(tài)精度要求很高可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定 ,加上校正裝置后系統(tǒng)穩(wěn)定了,又可能要犧牲快速性,提高截止頻率可加快系統(tǒng)得響應(yīng)又容易引入高頻干擾,如此等等。148、在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,常優(yōu)先考慮串聯(lián)校正方案。用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)得串聯(lián)校正裝置可有比例(P)、比例積分(PI)、比例微分(PD)、比例積分微分(PID)四類調(diào)節(jié)器:由P調(diào)節(jié)器構(gòu)成PD調(diào)節(jié)器構(gòu)成得PD調(diào)節(jié)器構(gòu)成得PID超前校正,可提高穩(wěn)定裕度并獲得足夠得快速性 ,但穩(wěn)定精度可能受到影響;由PI調(diào)節(jié)器構(gòu)PID成得滯后校正,可以保證穩(wěn)態(tài)精度,卻就是以對快速性得限制來換取系統(tǒng)得穩(wěn)定得。用調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)得滯后超前校正則兼有二者得優(yōu)點(diǎn),調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)得滯后超前校正則兼有二者得優(yōu)點(diǎn),可以全面提高系統(tǒng)得控制性能,但線路及其調(diào)試要復(fù)雜一些。一般得調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)與準(zhǔn)為主,調(diào)試要復(fù)雜一些。一般得調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)與準(zhǔn)為主,對快速性要求不高,所以常用PI調(diào)節(jié)器,在隨動(dòng)系統(tǒng)中快速性就是主要要求 ,常用PD或PID調(diào)節(jié)器。149、某調(diào)節(jié)器如下圖示,求其傳遞函數(shù),畫出其近似伯德圖。解:利用節(jié)點(diǎn)電流法:令”得:
上圖為外限幅,下圖為內(nèi)限幅外限幅電路又稱為輸入限幅電路 ,其中二極管VD1與電位器RP1提供正電壓限幅,VD2與RP2提供負(fù)電壓限幅,電阻R2就是限流電阻。正限幅電壓,負(fù)限幅電壓,其中與分別表示電位器滑動(dòng)端M點(diǎn)與N點(diǎn)得電位,就是二極管正向壓降。調(diào)節(jié)電位器RP1與RP2可以任意改變正、
負(fù)限幅值。外限幅電路只保證對外輸出限幅,對集成電路本身得輸出電壓(C點(diǎn)電壓)并沒有限住,只就是把多余得電壓降在電阻 R2上罷了。這樣,輸出限幅時(shí),PI調(diào)節(jié)器C1上得電壓仍繼續(xù)上升,直到集成電路內(nèi)得輸出級晶體管飽與為止。一但控制系統(tǒng)需要運(yùn)算放大器得輸出電壓從限幅值降低下來,電容上得多余電壓還需要一段放電時(shí)間 ,將影響系統(tǒng)得動(dòng)態(tài)過程。這就是外限幅電路得缺點(diǎn)。要避免上述缺點(diǎn)可采用內(nèi)限幅電路,或稱反饋限幅電路。正限幅電壓等于穩(wěn)壓管VST1得穩(wěn)壓值,負(fù)限幅值等于VST2得穩(wěn)壓值。如果輸出電壓要超過限幅值,當(dāng)即擊穿該方向得穩(wěn)壓管,對運(yùn)算放大器產(chǎn)生強(qiáng)烈得反饋?zhàn)饔茫蛊浠氐较薹?。穩(wěn)壓管限幅電路雖然簡單壓管,對運(yùn)算放大器產(chǎn)生強(qiáng)烈得反饋?zhàn)饔谜{(diào)整限幅值時(shí)必須更換穩(wěn)壓管,就是其不足之處。151、單閉環(huán)P調(diào)節(jié)器得調(diào)速系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)就是有差得 ,為什么?若把P調(diào)節(jié)器分別換成PDPI、PID調(diào)節(jié)器穩(wěn)態(tài)就是否有誤差,為什么?答:單閉環(huán)P調(diào)節(jié)器得調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)就是有差得,因?yàn)镻調(diào)節(jié)器就就是靠這個(gè)誤差來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速得,若無這個(gè)誤差,電機(jī)就會停下來。若換成PD調(diào)節(jié)器穩(wěn)態(tài)仍然就是有差得,原因同上。若換成PI或PID調(diào)節(jié)器,調(diào)速系統(tǒng)就是無差得,因?yàn)檫@兩個(gè)調(diào)節(jié)器都含有積分環(huán)節(jié) ,那么調(diào)節(jié)器得輸出與過去得誤差有關(guān),它就是當(dāng)前時(shí)刻以前得誤差得累計(jì),也就就是說,現(xiàn)在誤差為0,只要?dú)v史上曾經(jīng)出現(xiàn)過誤差 ,調(diào)節(jié)器輸出就不等于0,所以PI、PID調(diào)節(jié)器調(diào)速系統(tǒng)可以做到無差。152、 P、I、PI調(diào)節(jié)器得輸入波形如下,試畫出這幾種調(diào)節(jié)器得輸出波形(0初始條件下,不考慮積分飽與)。解:P調(diào)節(jié)器輸出波形為:I調(diào)節(jié)器輸出波形為:PI調(diào)節(jié)器:這就是P與I調(diào)節(jié)器得疊加。153、為什么單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器得調(diào)速系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)誤差=0?答:因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器中含有積分環(huán)節(jié),當(dāng)不為0時(shí),輸出觸發(fā)電壓就增減,觸發(fā)電壓增減,導(dǎo)致電機(jī)電壓增減,從而使電機(jī)速度增減,系統(tǒng)不能恒速執(zhí)行,只有當(dāng)=0時(shí),調(diào)節(jié)器才恒定,那么電1111機(jī)電樞電壓才恒定,電機(jī)才能穩(wěn)速運(yùn)行,所以說PI調(diào)節(jié)器就是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。154、畫出單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器得突增與突減負(fù)載時(shí)得波形圖。解:負(fù)載突增與突減時(shí)得波形圖分別如下tt155、畫出單閉環(huán)P調(diào)節(jié)器突增與突減負(fù)載時(shí)得波形圖。解:負(fù)載突增與突減時(shí)得波形圖分別如下TL八Uct*156、有一VM調(diào)速系統(tǒng),電動(dòng)機(jī)參數(shù)為=2、5KW=220V,=15A,=1500rpm,=2Q,整流裝置內(nèi)阻=1Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)得放大系數(shù) Ks=30,要求調(diào)速范圍D=20,靜差率S=10%試:1、計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)速降與調(diào)速要求所允許得穩(wěn)態(tài)速降。2、采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng),試畫出系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。3、調(diào)整系統(tǒng),使=20V時(shí),轉(zhuǎn)速n=1000rpm,此時(shí)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)應(yīng)為多少? (可認(rèn)為=0)o4、計(jì)算所需得放大器放大系數(shù),并實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器。5、如果改用電壓負(fù)反饋,能否達(dá)到所提出得調(diào)速要求?若放大器得放大系數(shù)不變,最大給定電壓為30V,在靜差率為S=30%寸采用電壓負(fù)反饋?zhàn)疃嗄軌虻玫蕉啻蟮谜{(diào)速范圍?解:1、電機(jī)得反電勢常數(shù):開環(huán)穩(wěn)態(tài)速降:滿足DS要求允許得閉環(huán)速降:2、用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為3、當(dāng)=20V時(shí),n=1000rpm,則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)4、閉環(huán)系統(tǒng)得開環(huán)放大系數(shù)為:,則所需比例放大器放大系數(shù)若取則,取91。5、用電壓負(fù)反饋后,電動(dòng)機(jī)電樞電阻造成得穩(wěn)態(tài)速降已經(jīng)就是,可見不可能達(dá)到題中提出得調(diào)速要求。采用電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)特性方程式為,式中其中電壓反饋系數(shù)r為:所以:因此,采用電壓負(fù)反饋后調(diào)速系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)速降為Rrecn[CeRrecn[Ce(1 K)D nnomSn(1S)Ra-^]1nomCe15000.3[——1一2] 239.42rpm0.1271 35.97 2.7239.42(1 0.3)157、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)系統(tǒng)中,已知數(shù)據(jù)有:電動(dòng)機(jī):=2、2KW=220V,=12、5A,=1500rpm,=1Qo采用三相橋式整流電路,主電路總電阻R=2、9Q,主電路總電感L=40mH,=44,=1、5,=10V,要求調(diào)速范圍D=15,S=5%,問:1、該系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行,其臨界開環(huán)放大系數(shù)為多少?2、如系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行,對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正。解:1、開環(huán)速降:所以三相橋式整流電路:Ti401032.90.014S,TmGD2R1.52.9375CeCm3750.138230/ ?!?4'臨界:Kcr2Tm(TlTs)Ts 0.064(0.014可見系統(tǒng)不穩(wěn)定。TlTs0.00167)0.001672 42942.90.0140.001672、原始系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)W(S)——(TsSK1)(TmTlS2 TmS1)48.94(0.00167S1)(0.021S1)(0.043S1)三個(gè)轉(zhuǎn)折頻率為串聯(lián)較正環(huán)節(jié)為:,令所以截止頻率應(yīng)在23、3?47、6之間,若取則:L120lgK 30dB L2T1c220lgKpKpKpi'Kpi31.6,KpKCeKs10—0.0067V/rpmnnom1500Kp2291Kpi二 0.73,p31.6 31.6UnomKp48.940.138440.006722.91若取,PI調(diào)節(jié)器為:校驗(yàn):故設(shè)計(jì)有效。158、試就快速性、效率、功率放大系數(shù)、硅鋼片與鐵用量、體積、噪聲與維護(hù)等方面VM系統(tǒng)與GM系統(tǒng)作一列表比較。解:類別GMVMPWM快速性s級(慢)ms級(快)ms級(最快)效率低高最高功率放大系數(shù)低高高硅鋼片與鐵用量多少少體積大小小噪聲大小小維護(hù)不方便方便方便四象限調(diào)速容易較難容易159、比例控制規(guī)律與積分控制規(guī)律得根本區(qū)別就是什么?答:比例調(diào)節(jié)器得輸出只取決于輸入偏差量得現(xiàn)狀 ,而積分調(diào)節(jié)器得輸出則包含了輸入偏差量得全部歷史,雖然現(xiàn)在=0,只要?dú)v史上有過,其積分有一定數(shù)值,就能產(chǎn)生足夠得控制電壓保證新得穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。160、比例控制規(guī)律與比例積分控制規(guī)律得根本區(qū)別就是什么?答:比例調(diào)節(jié)器得輸出只取決于輸入偏差量得現(xiàn)狀 ,而比例積分調(diào)節(jié)器得輸出不但包含了輸入偏差量得全部歷史,而且與當(dāng)前偏差量有關(guān),雖然現(xiàn)在=0,只要?dú)v史上有過,其積分有一定數(shù)值,就能產(chǎn)生足夠得控制電壓,保證新得穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。161、單閉環(huán)比例積分調(diào)節(jié)器得調(diào)速系統(tǒng) ,在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)=5V,那么電機(jī)得轉(zhuǎn)速就是多少?(=10V,=lOOOrpm)。解:轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為:。當(dāng)=5V時(shí),162、單閉環(huán)比例積分調(diào)節(jié)器得調(diào)速系統(tǒng),在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)得靜差為什么為 0?有人說=07=0>=07n=0,這種說法對否?為什么?=?答:這種說法不對,因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時(shí),只有=0,才能恒定7恒定7轉(zhuǎn)速恒定。這時(shí)得為:第二章習(xí)題集及解答21、某可控硅供電得雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),整流裝置采用三相橋式電路,基本數(shù)據(jù)如下:,,,Ra=0、2Q,”電樞回路總電阻,平波電抗器”調(diào)節(jié)器得限幅值為10V,,反饋濾波時(shí)間常數(shù),。設(shè)計(jì)要求:穩(wěn)態(tài)指標(biāo):無靜差。動(dòng)態(tài)指標(biāo):電流超調(diào)量,起動(dòng)額定轉(zhuǎn)速時(shí)得轉(zhuǎn)速超調(diào)量。解:電流環(huán)設(shè)計(jì):。三相橋式可控硅整流裝置得滯后時(shí)間常數(shù)電流環(huán)得小時(shí)間常數(shù):,,因此可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì),選電流調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)為:選,因?yàn)橐笕∫虼诵r?yàn)條件:滿足條件滿足條件滿足條件電流調(diào)節(jié)器得參數(shù):取R0=40KQ,R0=KiR0=41、36KQ,,取0、75卩f按上述指標(biāo)設(shè)計(jì):,滿足設(shè)計(jì)要求。轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì):1、確定常數(shù):電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)為轉(zhuǎn)速濾波時(shí)間常數(shù)(根據(jù)所用測速發(fā)電機(jī)紋波情況)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)2、選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu):由于設(shè)計(jì)要求無靜差,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié);又根據(jù)動(dòng)態(tài)要求,應(yīng)按典型n系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。故 ASR選用PI調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)為:3、選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù):按跟隨與抗擾性能都較好得原則 ,則h=5,則ASR得超前時(shí)間常數(shù)為,轉(zhuǎn)速開環(huán)增益:
PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為4、 校驗(yàn)近似條件:,滿足條件,滿足條件5、計(jì)算ASR調(diào)節(jié)器得電阻與電容參數(shù),取,,取470KQ5、 校驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量:當(dāng)h=5時(shí),;而因此滿足要求。22、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中已知數(shù)據(jù)為 :電動(dòng)機(jī),,,電樞回路總電阻,。電樞回路最大電流,ASR與ACR勻采用PI調(diào)節(jié)器,試求:1、電流反饋系數(shù)與轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。2、當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)得得值。解:1、2、最高轉(zhuǎn)速時(shí),即23、ASR與ACF均采用PI調(diào)節(jié)器得雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)”主電路最大電流當(dāng)負(fù)載電流由 20A增加到30A時(shí),試問:1、應(yīng)如何變化?1、應(yīng)如何變化?2、應(yīng)如何變化?3、值由哪些條件決定?解:1、系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)有:應(yīng)由2V3V。2、3、24、在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中24、在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,若ASR與ACR勻采用PI調(diào)節(jié)器。則1、試作出負(fù)載突增時(shí)、與1、試作出負(fù)載突增時(shí)、與n在調(diào)整過程中得波形。2、若=15V,n=1500rpm,=10V,=20A,R=2Q°=20,=0、127V/rpm,當(dāng)=5V,=10A時(shí),求穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)得n,,,與。3、若系統(tǒng)中測速機(jī)勵(lì)磁與電網(wǎng)電壓發(fā)生變化,3、若系統(tǒng)中測速機(jī)勵(lì)磁與電網(wǎng)電壓發(fā)生變化,系統(tǒng)有沒有克服過兩種擾動(dòng)得能力?為什么?解:1、2、nU5亠001 2、nU5亠001 500叫Unn5V,UiIdiUi5V3、若測速機(jī)勵(lì)磁發(fā)生變化,系統(tǒng)不能克服這種擾動(dòng)。若電源發(fā)生變化 ,系統(tǒng)可以克服這種擾動(dòng)。25、有一個(gè)系統(tǒng),其控制對象得傳遞函數(shù)為,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)量小于5%,試對系統(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)。解:要求無靜差,故選用I調(diào)節(jié)器,要求,所以選用I型且KT=05,調(diào)節(jié)器原理圖如下:26、有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)26、有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng),其控制對象得開環(huán)傳遞函數(shù)為 ,要求校正為典型n型系統(tǒng),在階躍輸入下,下,試決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),并選擇其參數(shù)。解:選用PI調(diào)節(jié)器”根據(jù),取h=7或8,取,,27、調(diào)節(jié)對象得傳遞函數(shù)為,要求用PI調(diào)節(jié)器分別將其校正成典型 I型與n型系統(tǒng),并求調(diào)節(jié)器參數(shù)。解:1、I型系統(tǒng)
取:,取”取”取27KQ,2、n型,取h=5,,,,滿足條件28、某系統(tǒng)調(diào)節(jié)對象得傳遞函數(shù)為用串聯(lián)校正使之成為典型I型系統(tǒng),要求校正后,試決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及其參數(shù)。并畫出幅頻特性。解:如果用PI調(diào)節(jié)器,且取,W(S)iS(T1W(S)iS(T1 ,Kc10.5 -S1) 1丄0.095S10.5滿足要求29、有一雙閉環(huán)VM調(diào)速系統(tǒng),采用三相橋式全控整流電路,整流變壓器采用^/Y接法,二次側(cè)相電壓有效值滿足要求29、有一雙閉環(huán)VM調(diào)速系統(tǒng),采用三相橋式全控整流電路,整流變壓器采用^/Y接法,二次側(cè)相電壓有效值,主電路在最小電流為時(shí)仍能連續(xù) ,已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為:Z261型,,,,,。電動(dòng)機(jī)得”對電網(wǎng)擾動(dòng)與負(fù)載擾動(dòng)有較好得抗擾性 ,試設(shè)計(jì)ACR與ASR得參數(shù)。其中,。解:對于三相橋式全控整流電路210、某雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),采用三相橋式整流電路,已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為:,,,,, 允許電流過載倍數(shù)入=1、5,R=0、1Q,,,,,,,調(diào)節(jié)器輸入電阻設(shè)計(jì)指標(biāo):穩(wěn)態(tài)無靜差,電流超調(diào)量,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)得轉(zhuǎn)速超調(diào)量,電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì),并取KT=O。5,速度環(huán)按典型II型設(shè)計(jì),且h取5。試1、選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),并計(jì)算其參數(shù)。(10分)2、計(jì)算電流環(huán)與轉(zhuǎn)速環(huán)得截止頻率與。 (10分)解:三相橋式整流電路”、電流調(diào)節(jié)器選用PI,電流調(diào)節(jié)器選用PI,小時(shí)間常數(shù)、根據(jù)電流環(huán)性能指標(biāo)要求 ,取,則ciKI,ciKI,i Tl 0.03S,1i2TiKsR2O.。036775O.。1026 0.0565S0.1電流環(huán)校驗(yàn):滿足,滿足,滿足電流調(diào)節(jié)器得實(shí)現(xiàn):取R0=40K取R0=40KQ,卩f,Ri=R0=21KQ,卩f轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用PI調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用PI調(diào)節(jié)器,取h=5,則%81.2%2(RInom\Ce0.02734/c0.1780z)—e % %81.2%2(RInom\Ce0.02734/c0.1780z)—e % 81.23nnom0.0843751.920^%8.6%0.084滿足要求。n5Tn0.1367s,Knh12h2仔12160.50.27340.2734校驗(yàn):滿足64滿足轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得實(shí)現(xiàn):取轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得實(shí)現(xiàn):取R0=40Kn,卩f,Rn=R0=3、5KQ,卩211、帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋得雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)211、帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋得雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),采用三相橋式整流電路。已知電動(dòng)機(jī)得參數(shù)為:,,”,R =0、5Q,電流過載倍數(shù)入=2,,,。轉(zhuǎn)速環(huán)已按典型n型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) ,取h=5。電流環(huán)已按典型I型且。1、要求在帶20%額定負(fù)載條件下起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速得 ,試求:a、a、微分負(fù)反饋環(huán)節(jié)參數(shù)b、退飽與時(shí)間與退飽與轉(zhuǎn)速2、當(dāng)突加150癥定負(fù)載擾動(dòng)時(shí),試求系統(tǒng)得動(dòng)態(tài)速降與恢復(fù)時(shí)間。解:,1Ton—Ton2Ti0.01 2(TsToiTonKI,=875、8rpm
2、=2(查表2—11),,動(dòng)態(tài)速降為:恢復(fù)時(shí)間為:212、VM調(diào)速系統(tǒng)存在幾個(gè)很難克服得問題就是a、存在電流得諧波分量,因而在深調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大,限制了調(diào)速范圍。b、深調(diào)速時(shí)功率因數(shù)低,也限制了調(diào)速范圍。要克服上述困難,就必須加大平波電抗器得電感量,但就是電感大大限制了系統(tǒng)得快速性。213、在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過程中 ,電機(jī)電流很快升至最大電流,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快飽與。,充分利用電機(jī)得,充分利用電機(jī)得允許過載能力,使系統(tǒng)盡可能用最大得加速度起動(dòng) ,以盡量縮短起動(dòng)過程得時(shí)間,以提高生產(chǎn)效率。在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器起主要作用。電流調(diào)節(jié)器起電流跟隨作用,并且主回路電流等于負(fù)載得等效電流,穩(wěn)定轉(zhuǎn)速由與a決定。觸發(fā)電壓等于。214、在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般均使用 PI調(diào)節(jié)器,并且兩個(gè)調(diào)節(jié)器均帶限幅,速度調(diào)節(jié)器得限幅值,決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓得最大值 ,即,電流調(diào)節(jié)器得輸出限幅值 ,它速度調(diào)節(jié)器有飽限制晶閘管整流器得最大電壓值。并且電流調(diào)節(jié)器一般不會達(dá)到飽與狀態(tài)。速度調(diào)節(jié)器有飽與與非飽與之分。CVCI與與非飽與之分。解:,4444Ma%聲+1475+15-兀S+1Ma%聲+1475+15-兀S+14217、某調(diào)節(jié)器得電路圖如下所示。其中運(yùn)算放大器得限幅值為+17V,當(dāng)時(shí),試畫出其輸出得波形圖(初始條件為0)。U0(S)裟2010-106s)Uin(S)50(2gUig218、在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,電動(dòng)機(jī)、晶閘管整流裝置及其觸發(fā)裝置都可按負(fù)載得;轉(zhuǎn)速與電流調(diào)節(jié)器工藝要求選擇與設(shè)計(jì),;轉(zhuǎn)速與電流調(diào)節(jié)器得結(jié)構(gòu)與參數(shù),一般則應(yīng)在滿足穩(wěn)態(tài)精度得前提下 ,按照動(dòng)態(tài)校正得方法確定。219、典型I型系統(tǒng)得開環(huán)傳遞函數(shù)為,它在階躍輸入時(shí)得穩(wěn)態(tài)誤差為 0,在單位斜坡輸入時(shí)得穩(wěn)態(tài)誤差為血在加速度輸入時(shí)穩(wěn)態(tài)誤差為;所以典型I系統(tǒng)稱為I階無差系統(tǒng)。對于典型得I型系統(tǒng)為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定,且有一足夠得穩(wěn)定余量。對數(shù)幅頻特性得中頻段應(yīng)以得斜率穿越OdB線,要做到這一點(diǎn),開環(huán)截止頻率或,則相角穩(wěn)定裕度,開環(huán)放大倍數(shù)與開環(huán)截止頻率得關(guān)系為。由于 KT<1,故其閉環(huán)系統(tǒng)得阻尼比,由于時(shí),動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢,所以一般常把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成欠阻尼或臨界阻尼狀態(tài)。 即阻尼比。從關(guān)系式可以瞧出,開環(huán)增益K越大,系統(tǒng)響應(yīng)速度越快。但系統(tǒng)得相對穩(wěn)定裕量越小。0;在斜坡輸入時(shí)得220、典型II0;在斜坡輸入時(shí)得穩(wěn)態(tài)誤差為0;在單位加速度輸入時(shí)得穩(wěn)態(tài)誤差為 。對于II型系統(tǒng),為保證系統(tǒng)穩(wěn)定,且UUnUnUnU.n0,UjUjUjUiIdUiIdl0有足夠得穩(wěn)定余量。對數(shù)幅頻特性得中頻段應(yīng)以得斜率穿越 OdB線。要做到這一點(diǎn),應(yīng)有或。相角穩(wěn)定裕度。比T越大,則穩(wěn)定裕度越大。如果定義,開環(huán)放大倍數(shù)與開環(huán)截止頻率得關(guān)系為:或,根據(jù)閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則,則K,h,T之間得關(guān)系為。2-21、用下列元器件及裝置組成一個(gè)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。還有若干電阻、電容與電位器 ,1、觸發(fā)裝置得控制電壓Uct為正。2、觸發(fā)裝置得控制電壓Uct為負(fù)。解:1、觸發(fā)裝置得控制電壓 Uct為正時(shí)得連接圖:<35Un<35UnUfi—AV(let■Ufi—AV(let■UiOIT[d試畫出其靜態(tài)性圖及靜態(tài)性表達(dá)式。解:(一)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽與這時(shí),兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽與,穩(wěn)態(tài)時(shí),由于使用得PI調(diào)節(jié)器得穩(wěn)態(tài)誤差等于0,因此有:UnUnUnU.n 0,UiUi這時(shí),兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽與,穩(wěn)態(tài)時(shí),由于使用得PI調(diào)節(jié)器得穩(wěn)態(tài)誤差等于0,因此有:UnUnUnU.n 0,UiUiUiUiIdUiIdi0于就是得到靜態(tài)性得運(yùn)行段nO—A。由于ASR不飽與”即,也就就是說no—A段靜態(tài)性從(理想空載狀態(tài))一直延續(xù)到,而一般都就是大于額定電流得。這就就是靜態(tài)性得運(yùn)行段。(二)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽與當(dāng)ASR輸出達(dá)到限幅值時(shí),轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài),轉(zhuǎn)速得變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差得單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)這就就是靜特性得段。2-23、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下在no—A段ASR調(diào)節(jié)器飽與否?ACR調(diào)節(jié)器飽與否?這兩個(gè)調(diào)節(jié)器誰起主要作用?在Idm段ASR飽與否?ACR飽與否?這兩個(gè)調(diào)節(jié)器哪個(gè)起作用?答:no—A段就是雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行段,ASR與ACR均不飽與,ASR起主要調(diào)節(jié)作用,ACR起輔助作用。A—Idm段就是雙閉環(huán)過流自保護(hù)段,這時(shí)ASR飽與,相當(dāng)于斷開,它不起調(diào)節(jié)作用;ACR不飽與,它起主要調(diào)節(jié)作用。224、上題得雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),已知。求穩(wěn)態(tài)時(shí),”,。解:穩(wěn)態(tài)時(shí):所以Ud0 Cen IdRCebRIdi,UctKs竺RI所以Ud0 Cen IdRCebRIdi,UctKs竺RIdiKs所以就是由負(fù)載與給定決定得 ,n就是由給定電壓決定得,ASR得輸出量就是由負(fù)載電流決定得。225、大致畫出雙閉環(huán)起動(dòng)過程得電流、轉(zhuǎn)速曲線并簡述之。答:雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí) ,轉(zhuǎn)速與電流得過渡過程大致曲線如下>IdL時(shí),電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。由于機(jī)電慣性得作用 ,轉(zhuǎn)速得增長不會很快Id、UCt、Uo都上升,當(dāng)Id,因而△un數(shù)值較大轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器迅速飽與達(dá)到 Um,Id、UCt、Uo都上升,當(dāng)Id,因而△un數(shù)值較大轉(zhuǎn)速Id不再迅猛增長,標(biāo)志著這一階段得結(jié)束。在t1?t2段就是恒流升速階段。 從電流升到最大值Idm開始,到轉(zhuǎn)速升到給定值n為止,屬于恒流升速階段,就是啟動(dòng)過程中得主要階段。在這個(gè)階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一直就是飽與得轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài),系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定 Uim作用下得電流調(diào)節(jié)系統(tǒng),基本上保持電流恒定,因而系統(tǒng)加速度恒定,轉(zhuǎn)速呈線性增長。與此同時(shí),反電勢E也按線性增長。對電流調(diào)節(jié)器系統(tǒng)來說,這個(gè)反電勢就是一個(gè)線性漸增得擾動(dòng)量 ,為了克服這個(gè)擾動(dòng),Uct與U0也必須基本上按線性增長,才能保持恒定。由于電流調(diào)節(jié)器就是 PI調(diào)節(jié)器,要使它得輸出量按線性增長性增長,其輸入偏差電壓^ U必須保持一定得值,也就就是說,Id應(yīng)略低于Idm。性增長性增長,其輸入偏差電壓^ U必須保持一定得值,也就就是說,Id應(yīng)略低于Idm。在t2以后就是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在這個(gè)階段開始時(shí) ,轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到給定值,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得給定與反饋電壓相等,輸入偏差為0,但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值 Um*,所以電動(dòng)機(jī)仍在最大電流下加速,必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后,速度調(diào)節(jié)器輸入端出現(xiàn)負(fù)得偏差電壓,使它退出飽與狀態(tài),其輸出電壓立即從限幅值降下來,主電流也因而下降。但就是仍大于IdL,在一段時(shí)間內(nèi),轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。到 Id=IdL時(shí),電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)距與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等 ,則=0,轉(zhuǎn)速達(dá)到峰值(t=t3)。此后,電機(jī)才開始在負(fù)載得阻力下減速 ,與此相應(yīng),電流Id也出現(xiàn)一段小于IdL得過程,直到穩(wěn)定。226、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)得起動(dòng)過程得三大特點(diǎn)就是什么?答:雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)得三大特點(diǎn)就是1、飽與非線性控制,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器由不飽與到飽與再到不飽與 ,電流調(diào)節(jié)器始終不飽與。2、準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)。3、轉(zhuǎn)速必然有超調(diào)。2-27、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)受如下干擾時(shí) ,系統(tǒng)對那些干擾能抑制,對那些干擾不能抑制,為什么?答:對b、c、d、e、IdL、f、g、j、h這些干擾有抑制作用。因?yàn)檫@些干擾位于轉(zhuǎn)速環(huán)得前向通道上。對a、i不能抑制。因?yàn)閍干擾得給定,系統(tǒng)對給定就是跟隨作用,給定如何變,輸出也跟著變。i就是反饋通道上得干擾,系統(tǒng)無法抑制反饋通道上得干擾。因此系統(tǒng)得精度取決于給定與反饋元件得精度。Alfel1 V1 FT^lfAlfel1 V1 FT^lf1/R21勺Idl228、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器得作用就是什么?答:轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得作用:1、使轉(zhuǎn)速跟隨給定電壓變化,穩(wěn)態(tài)無靜差。2、對負(fù)載變化起抗擾作用。3、其輸出限幅值決定允許得最大電流。電流調(diào)節(jié)器得作用:1、對電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用。2、啟動(dòng)時(shí)保證獲得允許得最大電流。1、對電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用。2、啟動(dòng)時(shí)保證獲得允許得最大電流。3、在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中,使電流跟隨其給定值U*變化。4、4、當(dāng)電機(jī)過載甚至于堵轉(zhuǎn)時(shí),限制電樞電流得最大值,從而起到快速安全保護(hù)作用。若故障消失,系統(tǒng)能夠自動(dòng)恢復(fù)正常。2-29、工程設(shè)計(jì)法得基本思路就是什么?答:工程設(shè)計(jì)法得基本思路就是首先選擇調(diào)節(jié)器得結(jié)構(gòu) ,以確保系統(tǒng)穩(wěn)定,同時(shí)滿足所需要得穩(wěn)態(tài)精度。其次再選擇調(diào)節(jié)器得參數(shù),以滿足動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。230、某系統(tǒng)得開環(huán)傳函隨開環(huán)放大倍數(shù)變化得伯德圖如下當(dāng)開環(huán)放大倍數(shù)K增大時(shí),截止頻率3c增大,系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間ts減小,相角穩(wěn)定裕度變小。這,必須在二者之間折衷。說明快速性與穩(wěn)定性之間就是矛盾得。在具體選擇參數(shù)時(shí)2-31、在階躍輸入下I型系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)就是無差得」單位斜坡輸入下則有恒值誤差,必須在二者之間折衷。2-32、為什么雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)第二階段得電流要比稍低?答:在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)第二階段,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽與輸出恒定值Um,轉(zhuǎn)速環(huán)相等于開環(huán)。雙閉環(huán)成為一個(gè)電流單環(huán),電機(jī)電流保持恒定,負(fù)載電流就是恒值,所以電機(jī)加速度恒定,轉(zhuǎn)速線性增加,在穩(wěn)態(tài)時(shí)由于,保持不變,n線性增加。所以也要線性增加。 Udo=KsUCt,所以要線性增加。電流調(diào)節(jié)器就是PI調(diào)節(jié)器,要使UCt線性增加,那么電流調(diào)節(jié)器得輸入誤差須等于恒定值,即要比略小233、為什么雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)得第三階段電流必然出現(xiàn)一段得一段?
答:這就是因?yàn)樵诘谌A段中,當(dāng)時(shí),轉(zhuǎn)速達(dá)到最大值,如何把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到給定值,那么必須使,才能產(chǎn)生一個(gè)負(fù)轉(zhuǎn)矩使電機(jī)降速,才可能使。234、調(diào)速控制系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)指標(biāo)有:①調(diào)速范圍D;②靜差率。動(dòng)態(tài)跟隨指標(biāo)有:①上升降時(shí)間;②超調(diào)量%;③調(diào)節(jié)時(shí)間??箶_性能指標(biāo)有 :①動(dòng)態(tài)速降;②恢復(fù)時(shí)間。235、某控制系統(tǒng)得開環(huán)傳遞函數(shù)為 ,近似化處理后變成為,那么該系統(tǒng)階躍輸入得穩(wěn)態(tài)誤差為0。對嗎?為什么?答:不對,大慣性近似為積分只能用來研究系統(tǒng)得暫態(tài)指標(biāo) ,而不能用來研究系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)指標(biāo)所以這種說法不對,所以這種說法不對,該系統(tǒng)仍就是零型系統(tǒng),階躍輸入得穩(wěn)態(tài)誤差不為 0,而就是與開環(huán)放大倍數(shù)成反比,與階躍輸入幅度成正比得恒值。236、某控制系統(tǒng)得開環(huán)傳遞函數(shù)為”使用236、某控制系統(tǒng)得開環(huán)傳遞函數(shù)為”使用I調(diào)節(jié)器后,做近似處理,則開環(huán)傳遞函數(shù)變成:,,那么有人說,那么有人說,該系統(tǒng)在階躍輸入得穩(wěn)態(tài)誤差為0,在斜坡輸入得穩(wěn)態(tài)誤差為 0,在等加速度輸入得穩(wěn)態(tài)誤差為恒值,對嗎?為什么?答:答:不對,加了積分調(diào)節(jié)器后,系統(tǒng)仍就是I型系統(tǒng),階躍輸入得穩(wěn)態(tài)誤差為 0,斜坡輸入得穩(wěn)態(tài)誤差與開環(huán)放大倍數(shù)成反比與斜坡輸入幅度成正比,態(tài)誤差與開環(huán)放大倍數(shù)成反比與斜坡輸入幅度成正比,等加速度輸入得穩(wěn)態(tài)誤差為。237、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)得外環(huán)等效結(jié)構(gòu)圖如下負(fù)載由突變到時(shí)得動(dòng)態(tài)速降為 ,恢復(fù)時(shí)間為,這里已知h,忽略啟動(dòng)時(shí)滯后時(shí)間,那么雙閉環(huán)得超調(diào)量,調(diào)節(jié)時(shí)間近似為:證明:證明:忽略啟動(dòng)第一段得延遲時(shí)間,第二階段認(rèn)為n按線性增長,此時(shí)Cm1dmCCm1dmCm1dl375dtGD2dngd2rCI CZI'^m■nom mnom375dt375CeCmdnR(Z)R(Z)ItInom,n(t)InomtdtTmCeTmCe當(dāng)時(shí)”2CeCmdn TmCeCmdnRdtRdtt2nTmCeR(Z)InomUt2nTmCeR(Z)InomUnTmCe Un TmCeR(Z)Inom(Z)InomRUnUn Kn(Z)InomKNn(__Z)Inomh1 hT"2h2T2n nUnKn2hTUnKn2hTIn(Z)Inomh12-38、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,已知電動(dòng)機(jī)額定參數(shù)為、、,允許最大電流過載倍數(shù)入= 1、5,采用三相橋式整流電路,并限制最小a角為=30°,最大給定電壓為。1、若ASRACR勻使用PI調(diào)節(jié)器且限幅值分別為與,如何確定反饋系數(shù)a、3以及電源相電壓有效值。2、設(shè)系統(tǒng)在額定情況(==,n=)下正常運(yùn)行,若轉(zhuǎn)速反饋線突然斷線,系統(tǒng)得運(yùn)行情況如何?3、設(shè)系統(tǒng)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載并在額定情況下正常運(yùn)行 ,若因?yàn)槟撤N原因勵(lì)磁電壓降低使磁通0下降一半,系統(tǒng)工作情況如何變化?寫出、、、及n在穩(wěn)定后得表達(dá)式。4、系統(tǒng)在穩(wěn)定工作時(shí),要想讓電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),就是否只要改變電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電源得極性就可以了,這時(shí)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行,您還需要在接線上采取什么措施?5、為了測量堵轉(zhuǎn)電流作堵轉(zhuǎn)試驗(yàn),在系統(tǒng)主電路內(nèi)串入一個(gè)大容量大阻值得可變電阻Re,在加上給定并使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)后 ,逐漸把Re得值減小到零時(shí),、與得變化情況如何?解:1、按最大給定對應(yīng)電機(jī)最咼轉(zhuǎn)速來確定a ,故a=/o按主回路最大允許電流對應(yīng)于 ASR輸出限幅值來確定B,=3,B=/=/入。得確定原則就是要保證電動(dòng)機(jī)得整個(gè)啟動(dòng)過程中 ,整流裝置都能提供要求得最大電流值1、5。忽略晶閘管壓降與換向重疊壓降后,可列出下列關(guān)系式=2、34XXCOS30>+R考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng),取波動(dòng)系數(shù)0、95,則有=2、34X0、95XCOS30>+R=[+R]/[2、34X0、95XCOS30]2、轉(zhuǎn)速反饋線斷開,則在ASR輸入端=0,于就是ASR飽與,輸出為限幅值,故=,上升到,ACR也飽與,=,上升,使>,電動(dòng)機(jī)加速,n上升,E上升,最后使回到,系統(tǒng)穩(wěn)定下來。穩(wěn)態(tài)時(shí)=,=,=,n=(2、34XXCOS30XR)/
3、在額定情況下運(yùn)行,n=,==,若0下降一半,則E下降,與將隨之增加,但電流環(huán)得作用使、下降以維持=暫時(shí)不變,這樣=0、5<=,于就是n下降、下降,使ASR飽與,輸出為限幅值,故=。這時(shí)盡管電動(dòng)機(jī)電流也要升到=1、5并維持不變,但由于電磁轉(zhuǎn)矩Te=0、5入=0、75仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩,所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速要繼續(xù)下降,直到n=0。此時(shí)=入=1、5,=,=1、5R/,=1、5R。改變勵(lì)磁電源極性不能使系統(tǒng)正常工作。勵(lì)磁電源極性改變后通極性跟著改變,而方向未變,因此電磁轉(zhuǎn)矩改變方向,同時(shí)反電動(dòng)勢也改變方向。對于控制角變化范圍為得不可逆系統(tǒng),電動(dòng)機(jī)電樞電流將達(dá)到很大值,造成過流。在采取限流措施使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向改變時(shí),還需改變轉(zhuǎn)速反饋輸出端得極性才行。在Re較大情況下電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí),=,=,即ASRACR均飽與,=,=/[R+Re]比較小,<。當(dāng)減小Re時(shí)上升,上升,而當(dāng)Re減小至Re1時(shí),=/[R+Re1]=,=。這時(shí)再繼續(xù)減小Re則ACR退出飽與,并使與下降以維持=不變。因此 ,在Re<Re1時(shí)減小Re,=與=保持不變,而與則隨Re減小而增加;當(dāng)RewRe1后減小Re,=,=與=均不變,而、則隨Re減小而逐漸下降。239、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為:=3KW,=220V,=17、5A,=1500rpm,電樞繞組電阻=1、25Q,=3、53。采用三相橋式整流電路 ,整流裝置內(nèi)阻=1、3Q。平波電抗器電阻=0、3Q。整流回路總電感L=200mH這里暫不考慮穩(wěn)定性問題,設(shè)ASR與ACR勻采用比例調(diào)節(jié)器,ASR限幅輸出=8V,ACR限幅輸出=8V,最大給定=10V。要求:調(diào)速范圍D=20,靜差率S=10%堵轉(zhuǎn)電流=2、1,臨界截止電流=2。試求:1、畫出系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。2、寫出系統(tǒng)靜特性方程式。3、計(jì)算系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)參數(shù)。解:1、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖示UnUn2、(1)工作段靜特性方程式工作段穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可簡化成下圖所示形式。根據(jù)該圖可列出方程式:(—an)一(3+R)=n經(jīng)整理后,即可得:n=/[(1+K)]( 3+R)/[(1+K)]式中K=a/(2)下垂段靜特性方程式因?yàn)楣ぷ饔谙露螘r(shí)ASR處于飽與狀態(tài),相當(dāng)于轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán),故此時(shí)得穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示:據(jù)此圖可列出方程式:一(3+R)=n經(jīng)整理后,即可得n=/( 3+R)/3、(1)計(jì)算公式推導(dǎo)A計(jì)算得公式把n=/[(1+K)]( 3+R)/[(1+K)]用相對值表示,可改寫為:n/=1R/3/=1S1S2由于>>,所以系統(tǒng)得靜差率主要就是 S2起作用,而S1可以忽略不計(jì)。故系統(tǒng)得靜差率可近似表示為:S=3/所以=3/(S)B計(jì)算公式電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)n=0,=與臨界時(shí)n==分別它們代入n=/(3+R)/中可得:一(3+R)=0=/(3+R)/整理后可得:=/[(1/)](2)參數(shù)計(jì)算A=(—R)/=(220—1、25X17、5)/1500=0、132V/rpm△=S/[D(1S)]=1500X0、1/[20(10、1)]=8、33rpm
B、C、就是=2所對應(yīng)得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,考慮靜特性就是線性得B、C、=—△=15008、33=1491、7rpm3=1=81(2、1X17、5)=0、218V/AD、=3/(S)=0、218X17、5/(0、1X10/20)=76、3如轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得輸入電阻取20KQ則其反饋電阻為76、3X20KQ=1526KQE、=(+R)/=(0、132X1500+2、1X17、5X2、85)/8=37D、=3/(S)=0、218X17、5/(0、1X10/20)=76、3如轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器得輸入電阻取20KQ則其反饋電阻為76、3X20KQ=1526KQE、=(+R)/=(0、132X1500+2、1X17、5X2、85)/8=37、84F、 =/[(1/)]=0、132X1491、7/[8X37、84(12/2、1)]=13、66如電流調(diào)節(jié)器得輸入電阻取20KQ,則其反饋電阻為13、66X20KQ=273、2KQ4、=/=27、5來初步估計(jì)Ks值就是可以得,但不夠精確,特別就是在系統(tǒng)允許得起動(dòng)電流值與主電路電阻較大得情況下,所造成得誤差比較大得。5、下段特性得陡度取決于得穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)。當(dāng)采用調(diào)節(jié)器時(shí),更接近于,即可獲得更理想得下特性第四章習(xí)題集及解答41.H型雙極式PWh直流調(diào)速系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制 ,已知數(shù)據(jù)為:電動(dòng)機(jī)得LU=48V,,,,電樞回路總電阻,電樞回路電磁時(shí)間常數(shù),機(jī)電時(shí)間常數(shù),電源電壓,給定值與ASRACR得輸出限幅值均為10V,電流反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù),反電動(dòng)勢常數(shù),,,開關(guān)頻率,。設(shè)計(jì)要求穩(wěn)態(tài)無靜差,動(dòng)態(tài)過渡過程時(shí)間電流超調(diào)量,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)得轉(zhuǎn)速超調(diào)量。試設(shè)計(jì)系統(tǒng)。解:電流環(huán)設(shè)計(jì):,脈寬調(diào)制器得放大倍數(shù):,根據(jù)設(shè)計(jì)要求,而且因此可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電流調(diào)節(jié)器選用PI型,傳遞函數(shù)為,可取,校驗(yàn)近似條件:,,滿足。,滿足。,滿足。計(jì)算ACR得電阻與電容:取,則取,,取2、轉(zhuǎn)速環(huán)得設(shè)計(jì)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù):,,根據(jù)無靜差要求可選ASR為PI調(diào)節(jié)器,且設(shè)計(jì)成n型系統(tǒng)ASR得調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)為:取h=5,則校驗(yàn)條件:,滿足滿足。計(jì)算ASR電阻與電容”取”取,,取,檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量:Ce=011975V/rpm校驗(yàn)條件:,滿足滿足。計(jì)算ASR電阻與電容”取”取,,取,檢驗(yàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)量:Ce=011975V/rpm△nnon=R*lnom/Ce=247、18rpmn% 81.2%校驗(yàn)過渡過程時(shí)間(20)€2帶警13.6%15%,轉(zhuǎn)速超調(diào)量滿足要求。,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速得過渡時(shí)間:tst2t2t2CeTmnnom 0-180-22000.12S0.15S滿足設(shè)計(jì)要求。R1nom 8 2 3.742.為什么晶體管PWM電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比晶閘管電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能獲得更高得動(dòng)態(tài)性能?(PWM調(diào)速系統(tǒng)與VM系統(tǒng)相比具有那些優(yōu)點(diǎn)?)答:1、主電路線路簡單,需要得功率元件少。2、開關(guān)頻率高,電流容易連續(xù),諧波分量少,電機(jī)損耗與發(fā)熱都較小。3、低速性能好,穩(wěn)速精度高,因而調(diào)速范圍寬。4、系統(tǒng)頻帶寬,快速響應(yīng)性能好,動(dòng)態(tài)抗擾能力好,主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)導(dǎo)通損耗小 ,裝置效率高。5、直流電源采用不可控整流時(shí),電網(wǎng)功率因數(shù)高;43、PWM變換有不可逆與可逆兩類,H變換器又有雙極式、單極式與受限單極式等多種電路。壓Us加到電樞兩端壓Us加到電樞兩端,電流沿流通。44、圖示電路組成得PWM調(diào)速系統(tǒng)可在一、二兩個(gè)象限中運(yùn)行。,試分析在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下,電流波在期間,Ub1與Ub2變換極性,T1截止,但T2由于不能導(dǎo)通,電流沿流通。電樞兩端電壓為0。
2、當(dāng)電動(dòng)機(jī)處在輕載電動(dòng)狀態(tài)時(shí),即右下圖。時(shí),為正,但由于T1不通,為負(fù),截止,電流由流通,向電源回饋能量。此時(shí)電機(jī)兩端電壓。在時(shí),為正,導(dǎo)通,為負(fù),截止,電流由流通,電樞兩端得電壓。在時(shí),由于為負(fù),截止,為正,由于,不導(dǎo)通,電流由流通。。在時(shí),由于為負(fù),截止,為正,由于,導(dǎo)通,在反電動(dòng)勢E得作用下,電流由流通,產(chǎn)生局部得能耗制動(dòng)。在此期間電機(jī)兩端電壓為0。解:1得能耗制動(dòng)。在此期間電機(jī)兩端電壓為0。解:1、在負(fù)載較重時(shí)即右上圖,期間,與Ub4為正,與T4飽與導(dǎo)通;與Ub3為負(fù),與T3截止。45、圖示就是雙極H型可逆PW礎(chǔ)換器得電路原理圖。試分析在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下。電流波形分別如此時(shí)”電流沿Us7Tif流通。在期間,與Ub4為負(fù),T1與T4截止,與Ub3為正,但T2與T3由于不能導(dǎo)通,電流沿流通。。2、當(dāng)電動(dòng)機(jī)處在輕載電動(dòng)狀態(tài)時(shí) ,即右下圖。時(shí),與Ub4為正,但由于T1與T4得T1與T4不通,Ub3與為負(fù),與T3截止,電流由流通,向電源回饋能量。此時(shí)電機(jī)兩端電壓。在時(shí),與Ub4為正,與T4導(dǎo)通,與Ub3為負(fù),與T3截止,電流由USJTif流通。電樞兩端得電壓。在時(shí),由于與Ub4為負(fù),與T4截止,與Ub3為正,由于,與T3不導(dǎo)通,電流由流通。。在時(shí),由于
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