運動控制系統(tǒng)習題解答

運動控制系統(tǒng)習題解答.pptx2-0在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，轉速調節(jié)器有哪些作用？其輸出限幅值應按什么要求來整定？電流調節(jié)器有哪些作用？其輸出限幅值應如何整定？答：轉速調節(jié)器的作用是：（1）使轉速n很快的跟隨給定電壓Un*變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉速誤差，如果采用PI調節(jié)器，則可以實現(xiàn)無靜差。（2）對負載變化起抗擾作用。轉速調節(jié)器的限幅值應按電樞回路允許的最大電流來進行整定。電流調節(jié)器作用：（1）使電流緊緊跟隨給定電壓Ui※變化。（2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。（3）在轉速動態(tài)過程中，保證獲得電動機允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。（4）當電機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護作用。電流調節(jié)器的最大值應該按變換電路允許的最大控制電壓來整定.。2-2轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，兩個PI調節(jié)器的輸入偏差（給定與反饋之差）是多少？它們的輸出電壓是多少？為什么？答：若都是PI調節(jié)器，則兩個調節(jié)器的輸入偏差為0，即Ui*=Ui，Un*=Un；輸出電壓為：Ui*=βId=Ui，Uc=Ud0/Ks=(RId+Cen)/Ks=

〔(Ri*/β)+(CeUn*/α)〕

/Ks。2-3如果轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的轉速調節(jié)器不是PI調節(jié)器，而是比例調節(jié)器，對系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能會有什么影響？答：若采用比例調節(jié)器可利用提高放大系數(shù)的辦法使穩(wěn)態(tài)誤差減小即提高穩(wěn)態(tài)精度，但還是有靜差的系統(tǒng)，但放大倍數(shù)太大很有可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定。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)的靜、動態(tài)性能將會產生什么影響？（1）調速系統(tǒng)的靜態(tài)特性；（2）動態(tài)限流性能；（3）啟動的快速性；（4）抗負載擾動的性能；（5）抗電源電壓波動的性能。

答：雙閉環(huán)調速系統(tǒng)帶電流截止單環(huán)調速靜態(tài)特性IL<Idm轉速無靜差，IL>Idm電流無靜差，靜特性好。Id<Idcr電流負反饋不起作用，Id>Idcr電流負反饋起作用，動態(tài)限流性能通過電流環(huán)限流為Idm,動態(tài)限流性能好限流通過串入大電阻實現(xiàn)，特性急劇下垂，動態(tài)限流性能差啟動的快速性準最優(yōu)時間啟動，啟動快啟動時截止電流負反饋起作用，啟動慢抗負載擾動性能靠轉速環(huán)產生抗擾作用靠轉速環(huán)產生抗擾作用抗電源電壓波動性能靠電流內環(huán)及時調節(jié)，抗電源電壓擾動性能好靠轉速環(huán)調節(jié)電源電壓擾動，抑制擾動性能差一些2-5在轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，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△Ui是否為0，為什么？答：反饋線未斷之前，Id=In，令n=n1，當轉速反饋斷線，ASR迅速進入飽和，Ui*=Ui*max，Uc↑，Id↑至Idm，Te＞TL，n↑Id↓△Ui出現(xiàn)，此過程重復進行直到ACR飽和，n↑Id↓，當Id=In，系統(tǒng)重新進入穩(wěn)態(tài)，此時的速度n2＞n1，電流給定為Ui*max=Idmaxβ＞電流反饋信號Un=Inβ，偏差△Ui不為0。2-6在轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉速給定信號Un※未改變，若增大轉速反饋系數(shù)α，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉速反饋電壓Un是增加還是減少還是不變？為什么？答：Un不變，因為PI調節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時無靜差，即：Un*=Un，Un*未改變，則，Un也不變。2-7在轉速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，兩個調節(jié)器ASR、ACR均采用PI調節(jié)器。已知參數(shù)：電動機：Pnom=3.7kW，Unom=220V，Inom=20A，nnom=1000r/min，電樞回路總電阻R=1.5Ω，設Unm*=Uim*=Ucm=8V，電樞回路最大電流Idm=40A，電力電子變換器的放大系數(shù)Ks=40.試求：（1）電流反饋系數(shù)β和轉速反饋系數(shù)α；（2）當電動機在最高轉速發(fā)生堵轉時的Ud0、Ui、Uc值。解：（1）β=Uim*/Idm=8/40=0.2α=Unm*/nnom=8/1000=0.008（2）Ud0=IdmR=40×1.5=60VUi=Uim*=8V（極性相反）

Uc=Ud0/Ks=60/40=1.5A2-8在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，調節(jié)器ASR、ACR均采用PI調節(jié)器。當ASR輸出達到Uim=8V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：（1）Ui應如何變化？（2）Uc應如何變化？解：（1）β=Uim*/Idm=8/80=0.1

電流為40A時：Ui=Idβ=40×0.1=4V

電流為70A時：Ui=Idβ=70×0.1=7V（2）Uc增加。2-9在雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中，電動機拖動恒轉矩負載在額定工作點正常運行，現(xiàn)因某種原因電動機勵磁下降一半，系統(tǒng)工作情況將會如何變化？（λ=1.5）答：設突發(fā)狀況之前的磁通為?1，令此時的磁通為?2，之前的電磁力矩為Te1，此刻的電磁力矩為Te2，負載轉矩恒為Tl，電機勵磁下降一半，則?2=0.5?1，Te2=Cm（?2）Id=0.5Te1＜Tl，n↓，Id↑甚至到Idm，Te2=Cm（?2）Idm=0.75Te1＜Tl，n會一直下降到0。2-10某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型的I型系統(tǒng)。已知時間常數(shù)T=0.1s，要求階躍響應超調量σ≤10%.(1)求系統(tǒng)的開環(huán)增益；（2）計算過渡過程時間ts和上升時間tr;(3)繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時間tr<0.25s,

則K=？，σ=？解（1）根據(jù)題意取σ=9.5%，查P65表KT=0.69，K=6.9（2）ts≈6T=0.6s,tr≈3.3T=0.33s(3)L/dBω/s-1ωc1/T-20dB/dec-40dB/dec0ωc=0.596/T=5.96rad/s如：tr<0.25s,取tr≈2.4T=0.24S查表KT=1.0，K=10，σ=16.3%解：可選擇積分調節(jié)器，設其傳遞函數(shù)為：W（s）=ki/s，則校正成新系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：W新（s）=10Ki/s（0.01s+1），將原系統(tǒng)校正成Ⅰ型系統(tǒng)WⅠ（s）=K/s（Ts+1）以實現(xiàn)無靜差，按σ≤5%要求查表?。篕T=0.5即：10Ki×0.01=0.5，得：Ki=5。2-11有一個系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為Wobj（s）=10/（0.01s+1），要求設計一個無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調量σ≤5%（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）校正成典型ⅠI型系統(tǒng)：①傳遞函數(shù)近似處理：Wobj（s）=18/[(0.25s+1)(0.005s+1)]≈18/[0.25s(0.005s+1)]；選擇調節(jié)器為PI調節(jié)器，Wpi（s）=Kpi（τs+1）/τs；校正之后的新系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為W（s）=18Kpi（τs+1）/[0.25τs2（0.005s+1)]；WⅡ（s）=K（τs+1）/s2（Ts+1），令h=5，h=τ/T=τ/0.005=5，則τ=0.025；K=（h+1）/2h2T2=18Kpi/0.25τ，代入τ，T，h，得：Kpi=1.67。解：要校正為II型系統(tǒng)，調節(jié)器結構可為PI，其其中：因系統(tǒng)超調量б≤30%，查表h=7可滿足要求=hT=7×0.02=0.14(s)解：要校正為I型系統(tǒng)，調節(jié)器結構可為PI，其其中：按б≤4.3%，取KT=0.5，則K=0.5/0.005=100,Ki=100/72=1.39,解：要校正為II型系統(tǒng)，調節(jié)器結構可為PI，其其中：h=5查表：б≤37.6%，ts=9.55T=9.55×0.005=0.047(s)解：（1）轉速環(huán)的調節(jié)器結構可為PI，其因б≤10%，取h=5,有而故（2）電流環(huán)為I型系統(tǒng)，其Wci=kI=136.24s-1校驗近似條件：（1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿足近似條件（2）忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的近似條件滿足近似條件其中：（3）電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件滿足近似條件轉速環(huán)近似處理條件（1）忽略高次項近似條件：（2）小慣性環(huán)節(jié)合并的近似條件：解：U*n=5V時