《運動控制系統(tǒng)》1-2章習題解答

《運動控制系統(tǒng)》1-2章習題解答第一頁，共62頁。思考題2.1轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點：只有比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被調(diào)量仍是有靜差的。反饋控制系統(tǒng)的作用是抵抗擾動，服從給定。系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測精度。改變給定電壓能夠改變電動機的轉(zhuǎn)速。改變分壓比可以改變轉(zhuǎn)速。對測速發(fā)電機的勵磁變化，系統(tǒng)無克服這種干擾的能力。第二頁，共62頁。思考題2.2用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)，不只靠偏差，而且靠偏差的積累來控制，只要ΔUn≠0，積分控制就使得∫ΔUdt逐漸積累，因而，轉(zhuǎn)速就要變化。只有到ΔUn=0，∫ΔUdt不再變化，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定下來，因而是無靜差的?！鱑=0時，第三頁，共62頁。思考題2.3無靜差調(diào)速系統(tǒng)只能保證給定和反饋的誤差ΔUn=0，如果給定電源和測速發(fā)電機本身不準，閉環(huán)系統(tǒng)是無能為力的。第四頁，共62頁。思考題2.4Kp、Ud、Ra、If發(fā)生變化時，系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，它們在閉環(huán)系統(tǒng)的前向通道上。而a發(fā)生變化時，系統(tǒng)無能為力。第五頁，共62頁。思考題2.5減少。轉(zhuǎn)速n不變。Ud增加。不會出現(xiàn)超調(diào)，因PI調(diào)節(jié)器沒有飽和。而調(diào)節(jié)對象包含的積分環(huán)節(jié)在作用點之前。第六頁，共62頁。思考題2.6同2.2第七頁，共62頁。思考題2.7PI控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點，又克服了各自的缺點。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。若初始狀態(tài)為零，當積分開始時，KP≈0隨輸出的增大，KP不斷增大，即Uc↑→KP↑穩(wěn)態(tài)時，KP→∞，KP=K0

第八頁，共62頁。思考題2.8不變，a增加，轉(zhuǎn)速減小，但Un不變。第九頁，共62頁。思考題2.9電流反饋極性接反，飛車轉(zhuǎn)速極性接反，飛車啟動時，ASR沒達飽和，ASR的輸出就達不到最大限幅值，電樞電流達不到最大，啟動過程延長。啟動時，ACR達到飽和，只有電流超調(diào)，ACR才能退出飽和，進行動態(tài)調(diào)節(jié)。第十頁，共62頁。思考題2.10調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)β；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a下垂特性不夠陡，說明電流調(diào)節(jié)沒能做到無靜差調(diào)節(jié)，因此要調(diào)節(jié)ACR的PI參數(shù)。工作段特性不夠硬，則應(yīng)調(diào)節(jié)ASR的PI參數(shù)。第十一頁，共62頁。思考題2.11調(diào)節(jié)給定電壓或轉(zhuǎn)速反饋系數(shù),可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。改變Kn、Ks不行；改變a行。調(diào)節(jié)ASR的輸出限幅值或電流反饋系數(shù)，可以改變堵轉(zhuǎn)電流的值。第十二頁，共62頁。思考題2.12穩(wěn)態(tài)時，△Un=0,△Ui=0。第十三頁，共62頁。思考題2.13由無差系統(tǒng)變?yōu)橛胁钕到y(tǒng)。第十四頁，共62頁。思考題2.14比較調(diào)速系統(tǒng)的靜特性：雙環(huán)穩(wěn)態(tài)無靜差，當電流達到Idm時，呈現(xiàn)恒流下垂特性。帶電流截止環(huán)節(jié)的單環(huán)系統(tǒng)，用PI調(diào)節(jié)器時，穩(wěn)態(tài)無靜差，電流截止時，特性較軟。動態(tài)限流特性：雙環(huán)動態(tài)限流特性接近于方波恒流，而電流截止單環(huán)，的動態(tài)限流性能則差的很多。啟動的快速性：突加較大的給定電壓時，雙環(huán)系統(tǒng)啟動過程要比單環(huán)系統(tǒng)快的多?？关撦d擾動的性能：性能差不多，其調(diào)節(jié)的快慢要看具體參數(shù)而定?？闺娫措妷翰▌拥男阅埽弘p環(huán)系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)能及時抑制電源電壓波動的擾動，調(diào)節(jié)速度快。第十五頁，共62頁。思考題2.15若轉(zhuǎn)速反饋突然斷線，則ASR的輸入端Un=0，ASR飽和，輸出ACR飽和，Ud=Udm，Id↑，使Te>TL，電動機加速，n↑→E↑，最后使得Id回降到IN，系統(tǒng)穩(wěn)定下來。穩(wěn)態(tài)時，第十六頁，共62頁。思考題2.16Un不變，因為穩(wěn)定后，Un未變，但n下降了。第十七頁，共62頁。習題2.1已知:D=1500/150=10要求：s≤2%求：1)△ncl=?2)若△nop=100r/min,K=?解：1)2)第十八頁，共62頁。習題2.2解：第十九頁，共62頁。習題2.3第二十頁，共62頁。習題2.4轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)，當電網(wǎng)電壓、負載轉(zhuǎn)矩、電動機勵磁電流、電樞電阻發(fā)生變化時，系統(tǒng)有調(diào)節(jié)能力。系統(tǒng)對測速發(fā)電機勵磁的變化無調(diào)節(jié)能力。第二十一頁，共62頁。習題2.52）第二十二頁，共62頁。習題2.6第二十三頁，共62頁。習題2.61)2)第二十四頁，共62頁。習題2.7第二十五頁，共62頁。習題2.8第二十六頁，共62頁。1)習題2.82)3)第二十七頁，共62頁。習題2.84)第二十八頁，共62頁。習題2.9第二十九頁，共62頁。習題2.10第三十頁，共62頁。習題2.11第三十一頁，共62頁。習題2.121)2)Uc略有增加。3)Uc由n和IdL決定

第三十二頁，共62頁。習題2.13系統(tǒng)在額定情況下運行，n=nN,Id=IN,若電動機勵磁電源電壓突然降一半，磁通降一半，則E下降，Id和Ui將隨之增加，但電流環(huán)的作用使Uc、Ud下降，以維持Id=IN暫不變，這樣Te=1/2CmIN<TL=TLN,于是n下降，Un下降，使ASR飽和，輸出為極限值，故這時，盡管電動機電流也要上升到，并維持不變，但由于電磁轉(zhuǎn)矩第三十三頁，共62頁。習題2.14第三十四頁，共62頁。習題2.15第三十五頁，共62頁。習題2.16第三十六頁，共62頁。習題2.17第三十七頁，共62頁。習題2-20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，已知電動機的額定數(shù)據(jù)為：PN=60kW,UN=220V,IN=308A,nN=1000r/minCe=0.196V·min/r,R=0.18Ω,Ks=35,Tl=0.012s,Tm=0.12s,T0i=0.0025s,Ton=0.015s,Un*=10V,U*im=8V,Ucm=6.5V系統(tǒng)靜動態(tài)性能指標為：D=10σi≤5%空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn≤10%第三十八頁，共62頁。習題2-20(2)1)確定電流反饋系數(shù)β（假設(shè)啟動電流限制在339A以內(nèi)）和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α。解：2)試設(shè)計電流調(diào)節(jié)器ACR，計算其參數(shù)Ri，C0i，C0i。畫出其電路圖，調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R0=40kΩ。整流裝置滯后時間常數(shù)：三相零式（半波）電路的平均失控時間Ts=0.00333s。電流環(huán)小時間常數(shù)之和：

按小時間常數(shù)近似處理，

Ti=Ts+Toi=0.00333+0.0025=0.00583s。第三十九頁，共62頁。習題2-20(3)選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計要求：要保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，用PI型電流調(diào)節(jié)器。第四十頁，共62頁。習題2-20(4)ACR的比例系數(shù)：電流環(huán)開環(huán)增益：計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：要求

：第四十一頁，共62頁。習題2-20(5)滿足晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件：校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：第四十二頁，共62頁。習題2-20(6)滿足忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件：滿足電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：第四十三頁，共62頁。習題2-20(7)計算調(diào)節(jié)器電阻和電容電流調(diào)節(jié)器原理圖如圖2-47,取9kΩ取1.33μF取0.25μF第四十四頁，共62頁。習題2-20(8)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計3)設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，計算其參數(shù)Rn，Cn，C0n(R0=40kΩ)。解：①確定時間常數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI：已取KITi=0.5，則Ton=0.015s轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)：轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)：按小時間常數(shù)近似處理，第四十五頁，共62頁。習題2-20(9)②選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器。③計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨性、抗擾性都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為第四十六頁，共62頁。習題2-20(10)轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益：ASR的比例系數(shù)為：第四十七頁，共62頁。習題2-20(11)④檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為滿足電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件:滿足轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件:第四十八頁，共62頁。習題2-20(11)--轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計⑤計算調(diào)節(jié)器電阻和電容：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖2-49，取280kΩ取0.476μF取1.5μF第四十九頁，共62頁。習題2-20(11)--轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計4)計算電動機帶40%額定負載啟動到最低轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量設(shè)帶40%額定負載起動時z=0.4，由表2-5查得

第五十頁，共62頁。習題2-20(11)--轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量可見，以上設(shè)計沒能達到設(shè)計指標要求，需要重新修改設(shè)計。第五十一頁，共62頁。轉(zhuǎn)速環(huán)重新設(shè)計3)設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，計算其參數(shù)Rn，Cn，C0n(R0=40kΩ)。解：①確定時間常數(shù)電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI：已取KITI=0.5，則Ton=0.015s轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)：轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)：按小時間常數(shù)近似處理，第五十二頁，共62頁。轉(zhuǎn)速環(huán)重新設(shè)計②選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器。③計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按要求，取h=3，則ASR的超前時間常數(shù)為第五十三頁，共62頁。轉(zhuǎn)速環(huán)重新設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益：ASR的比例系數(shù)為：第五十四頁，共62頁。轉(zhuǎn)速環(huán)重新設(shè)計④檢驗近似條件轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為滿足電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件:滿足轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件:第五十五頁，共62頁。轉(zhuǎn)速環(huán)重新設(shè)計⑤計算調(diào)節(jié)器電阻和電容：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器原理圖如圖2-49，取310kΩ取0.258μF取1.5μF第五十六頁，共62頁。轉(zhuǎn)速環(huán)重新設(shè)計4)計算電動機帶40%額定負載啟動到最低轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)