自動控制系統(tǒng)習題

1、自動控制系統(tǒng)習題一、 簡述題1. 簡述轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動過程。答：轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動有三個階段，即：強迫建流階段、恒流升速階段、穩(wěn)速階段。強迫建流階段中，電樞電流由零上升到電機允許的最大電流，速度調(diào)節(jié)器ASR飽和，其輸出限幅，電流環(huán)線性調(diào)節(jié)；恒流升速階段中，電機在允許的最大電流下，轉速由零上升到給定速度，速度開環(huán)控制，電流為恒流系統(tǒng)；穩(wěn)速階段中，系統(tǒng)經(jīng)退飽和超調(diào)后，速度調(diào)節(jié)器線性狀態(tài)，系統(tǒng)為調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)電流、速度達到穩(wěn)態(tài)。2. 簡述PWM變換器中，泵升電壓是怎樣形成的？如何抑制。答：PWM變換器的直流整流電源由整流二極管構成，不能反饋能量，能量只能單向傳遞。當主回路的

2、能量反饋時，該能量儲存在儲能電容上，使電容上電壓升高，該升高的電壓為泵升電壓。抑制泵升電壓的措施有2：1是提高儲能電容的容量，使上升的電壓得到抑制；2是在主電路的母線上接電流分流器，當主電路電壓過高時，通過分流器將能量釋放，使主電路電壓下降。3. 簡述自然環(huán)流電樞可逆轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的正向制動過程分為幾個階段？各階段的能量傳遞的特點。答：電樞可逆調(diào)速系統(tǒng)制動有四個過程，即本組逆變、反接制動（它組建流子階段）、回饋制動（它組逆變子階段）、它組逆變減流子階段。本組逆變階段中，主電路中電感電能傳遞給電網(wǎng)，電動機電動狀態(tài)；反接制動階段中，電網(wǎng)的電能以及電動機機械能傳遞給主回路的電阻和電感轉化為

3、熱能和磁場能量，電動機反接制動；回饋制動中，電動機的機械能傳遞給電網(wǎng)，電動機回饋制動；它組逆變減流子階段中，主電路中電感電能傳遞給電網(wǎng)。4. 閉環(huán)控制系統(tǒng)的靜特性和開環(huán)機械特性的主要區(qū)別是什么？5. 什么叫調(diào)速范圍、靜差率？它們之間有什么關系？怎樣提高調(diào)速范圍？答：調(diào)速范圍：生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉速與最低轉速之比。靜差率：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所對應的轉速降落與理想空載轉速之比。 調(diào)速范圍與靜差率的關系為： 。從D與s的關系來看，提高電動機的額定轉速（最高轉速）、提高靜差率s，以及降低轉速降均可以提高調(diào)速范圍，但是，由于提高D，犧牲靜差率s，以及提高電動機額

4、定轉速（最高轉速）受限制，所以一般采用降低系統(tǒng)轉速降來提高調(diào)速范圍。具體降低轉速降是通過采用轉速負反饋控制。6. 在轉速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器，輸出限幅為10V，主電路最大電流整定為100A，當負載電流由30A增大到50A時，ASR輸出電壓如何變化？7. 簡述隨動系統(tǒng)的定義，并比較隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)的異同點。答：位置隨動系統(tǒng)定義：輸出以一定精度復現(xiàn)輸入的自動控制系統(tǒng)。位置隨動系統(tǒng)與調(diào)速系統(tǒng)均是反饋控制系統(tǒng)，即通過對系統(tǒng)的輸出量和給定量進行比較，組成閉環(huán)控制，因此兩者的控制原理是相同的。 調(diào)速系統(tǒng)的給定量是恒值，系統(tǒng)的抗擾性能要求高。隨動系統(tǒng)的輸入量是變化的，系統(tǒng)要求輸

5、出響應快速性、靈活性、準確性較高，隨動性能為主要指標。隨動系統(tǒng)可以在調(diào)速系統(tǒng)的基礎上增加一個位置環(huán)位置環(huán)是隨動系統(tǒng)的主要特征，在結構上它比調(diào)速系統(tǒng)復雜一些。8. 簡述隨動系統(tǒng)中，為什么常常采用復合控制？答：隨動系統(tǒng)在系統(tǒng)設計和評價時，主要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的動態(tài)性能指標以及穩(wěn)態(tài)誤差和 動態(tài)誤差。同時，跟隨性能對隨動系統(tǒng)是很重要的。由于以上性能指標常常是相互制約的，系統(tǒng)在設計時若兼顧以上諸多方面是很困難的。因此，系統(tǒng)設計時，常常首先考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)性能，設計出較為滿意的閉環(huán)系統(tǒng)，然后在閉環(huán)系統(tǒng)的基礎上，增加針對給定和擾動的開環(huán)控制（前饋和順饋），即采用閉環(huán)和開環(huán)的復合控制。由于采用復合

6、控制中的開環(huán)控制不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且順饋和前饋可以通過完全不變性和部分不變性提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)控制精度，降低誤差。因此，隨動系統(tǒng)常常采用復合控制。9. 試簡述PWMM系統(tǒng)的調(diào)速原理。10. 采用哪些措施，可以提高隨動系統(tǒng)的快速性？11. 簡述反饋控制系統(tǒng)的反饋控制規(guī)律。答：閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋控制規(guī)律有三個。一是閉環(huán)控制系統(tǒng)是依靠被調(diào)量偏差的變化實現(xiàn)反饋控制作用的。系統(tǒng)將被調(diào)量構成負反饋利用其偏差重新控制系統(tǒng)，從而降低輸出的穩(wěn)態(tài)誤差；二是反饋控制系統(tǒng)能夠抵抗擾動與服從給定。反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它3對反饋環(huán)內(nèi)的前向通道的一切擾動作用都能有效抑制，因為作用在前向通道的任何擾動作用的影

7、響都會被反映在被調(diào)量上，而被測速發(fā)電機檢測出來，通過反饋控制，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉速的影響。抗擾性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征。給定的變化被調(diào)量會立即隨之變化，不受反饋控制的抑制。三是系統(tǒng)精度依賴給定和反饋檢測精度。反饋控制系統(tǒng)對給定電源和被調(diào)量檢測裝置的擾動無能為力，因此控制系統(tǒng)的精度依賴給定電源和反饋量檢測元件的精度。12. 在轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR和ACR各起什么作用？它們的輸出限幅值如何調(diào)整？答：轉速調(diào)節(jié)器ASR的作用：使轉速n跟隨給定電壓Un*變化，穩(wěn)態(tài)無靜差；對負載變化起抗擾作用；ASR輸出限幅值決定所允許的最大電流（2分）。電流調(diào)節(jié)器ACR的作用：對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾

8、作用；起動時保證獲得允許的最大電流；在轉速調(diào)節(jié)過程中，使電流跟隨給定電壓Ui*變化；當電機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保護作用，如果故障消失，系統(tǒng)能自動恢復正常。ASR的輸出限幅值Uim*Idm/，根據(jù)電機允許的最大電流Idm以及電流反饋系數(shù)確定Uim*。ACR的輸出限幅值Uctm*大小取決于電動機電樞電壓的限幅值。13. 采用反并聯(lián)線路，工作制配合控制的可逆調(diào)速系統(tǒng)，是否存在環(huán)流，為什么？14. 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有哪些基本性質？它能減少速度降落的實質是什么？二、 選擇題1、 VCM系統(tǒng)中，當其他參數(shù)不變而增大主電路電感L時，其開環(huán)機械特性上連續(xù)區(qū)與斷續(xù)區(qū)的分界點將：（

9、 ）A、左移 B、右移 C、不變 D、不確定2、 VCM系統(tǒng)中，當控制角增加時，其開環(huán)機械特性上連續(xù)段將：（ ）A、向上平移 B、向下平移 C、改變斜率 D、無變化3、 VCM系統(tǒng)中，對于同樣的控制電壓Uct和系統(tǒng)參數(shù)，當電流Id由連續(xù)變?yōu)閿嗬m(xù)時，整流輸出電壓Ud0將：A、增大 B、減小 C、不變 D、不確定nomaxnominnmaxnominnmaxnminnomaxnmin4、 調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍定義為：（ ）A、D= B、D= C、D= D、D=5、 帶電流截止負反饋的轉速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，如其他參數(shù)不變，增大電流取樣電阻Rs，堵轉電流Iabl將：（ ）A、增大 B、減小 C、不變 D

10、、不確定6、 有靜差調(diào)速系統(tǒng)結構參數(shù)不變時，其靜差率s與轉速的n0的關系是：（ ） A、n0越高，s越小 B、n0越低，越小 C、不能確定 D、n0與s無關7、 帶電流截止負反饋的轉速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用穩(wěn)壓二極管作為非線性元件，其穩(wěn)壓值應等于：（ ）A、給定電壓 B、Iabl C、Idcr D、Iabl -Idcr 8、 反饋控制系統(tǒng)又稱為（ ）A開環(huán)控制系統(tǒng) B閉環(huán)控制系統(tǒng)C擾動順饋補償系統(tǒng) D輸入前饋補償系統(tǒng)9、 轉速負反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)與電壓負反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相比較，其缺點是：（ ）A、對電動機勵磁無能為力B、Ud的交流分量對系統(tǒng)有影響 C、Ud的高電壓對系統(tǒng)不安全 D、結構比較復

11、雜10、 采用積分控制規(guī)律的轉速負反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，如給定電壓Un*不變，轉速反饋系數(shù)增大，當系統(tǒng)重新穩(wěn)定后，反饋電壓Un將：（ ） A、增大 B、減小 C、不變 D、不確定 11、 位置隨動系統(tǒng)的主反饋環(huán)節(jié)通常是（ ）A電壓負反饋 B電流負反饋C轉速負反饋 D位置負反饋12、 轉速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的電流調(diào)節(jié)器沒有以下哪種作用（ ）A、對電網(wǎng)電壓波動及時抗擾作用 B、啟動時保證獲得允許的最大電流 C、使電流跟隨給定電壓Ui* D、對負載變化起抗擾作用13、 轉速負反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為了改變轉速，可以改變：（ ）A、放大器放大系數(shù) B、晶閘管控制角 C、給定電壓 D、轉速反饋系數(shù) E

12、、電動機勵磁電流14、 帶電流截止負反饋的轉速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為了改變堵轉電流的大小，可以改變：（ ）A、放大器放大系數(shù)Kp B、比較電壓Ucom C、轉速反饋系數(shù) D、電動機勵磁電流If E、電流反饋系數(shù)15、 帶電流截止負反饋的轉速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，如改變比較電壓Ucom受影響的是：（ ）A、空載轉速 B、特性曲線的硬度 C、截止電流 D、堵轉電流 E、特性曲線下垂段的陡度16、 轉速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)加入電流截止負反饋后，可以：（ ）A、限制啟動電流 B、使系統(tǒng)靜特性更硬 C、使啟動過程更快D、使抗干擾性能更強 E、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行性能不變17、 帶電流截止負反饋的轉速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，能改變

13、其靜特性曲線下垂段陡度的參數(shù)是：（ ）A、給定電壓Un* B、電流反饋系數(shù) C、放大器放大系數(shù)Kp D、比較電壓Ucom E、轉速反饋系數(shù)18、 采用PI調(diào)節(jié)器的轉速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，如給定電壓Un*不變，負載轉矩變化，當系統(tǒng)重新穩(wěn)定后，下述各量中發(fā)生變化的是：( )A、轉速反饋電壓Un B、轉速n C、調(diào)節(jié)器輸出電壓Uct D、整流器輸出電壓Ud0 E、調(diào)節(jié)器輸入偏差信號Un19、 采用PI調(diào)節(jié)器的轉速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，平均整流輸出電壓Ud0的大小取決于：( )A、給定電壓Un* B、積分時間常數(shù)TI C、負載電流Idl D、整流裝置放大系數(shù)Ks E、電動機勵磁電流If 20、 VCM系統(tǒng)的

14、開環(huán)靜態(tài)速降決定于：（ ）A、整流器輸出電壓 B、主回路總電阻 C、主回路總電感 D、電動機勵磁電流 E、負載電流21、 在轉速單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，如給定電壓不變，僅改變轉速反饋系數(shù)，當系統(tǒng)穩(wěn)定后，下述各量中，將要改變的是：（ ）A、轉速n B、放大器輸出電壓Uct C、整流輸出空載電壓Ud0D、轉速反饋電壓Un E、調(diào)節(jié)器輸入偏差信號Un22、 帶電流截止負反饋的轉速單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，如其他參數(shù)不變，僅改變電流反饋系數(shù)，受其影響而改變的量是：（ ）A、空載轉速n0 B、閉環(huán)靜態(tài)速降ncl C、堵轉電流IablD、截止電流Idcr E、靜特性曲線下垂段的陡度23、 采用PI調(diào)節(jié)器的轉

15、速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，如電網(wǎng)電壓增高，其他參數(shù)不變，當系統(tǒng)達到新的穩(wěn)態(tài)后，下述各量中保持不變的是：（ ）A、轉速n B、轉速反饋系數(shù)Un C、整流裝置輸出空載電壓Ud0 D、調(diào)節(jié)器輸出電壓Uct E、調(diào)節(jié)器輸入偏差信號Un24、 采用PI調(diào)節(jié)器的帶電流截止負反饋的轉速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當電機發(fā)生堵轉后，下面各等式中成立的是：( )A、n = 0 B、Ud0 = Iabl R C、Uct = 0 D、Id = Iabl E、Un = Un*25、 采用PI調(diào)節(jié)器的電壓負反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，如給定電壓不變，而負載改變，當系統(tǒng)重新穩(wěn)定后，保持不變的量是：（ ）A、 轉速 B、電壓反饋信號 C、調(diào)節(jié)器

16、輸出電壓 D、整流裝置輸出端電壓 E、調(diào)節(jié)器輸入偏差信號26、在下述調(diào)速系統(tǒng)中，能消除負載變化而產(chǎn)生的靜差的系統(tǒng)是：( )A、采用比例積分調(diào)節(jié)器的帶電流截止負反饋的電壓負反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；B、采用比例調(diào)節(jié)器的轉速負反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；C、采用積分調(diào)節(jié)器的電壓負反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)；D、采用比例積分調(diào)節(jié)器的轉速負反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。三、 綜合題1、如圖1所示為轉速負反饋調(diào)速系統(tǒng)結構圖。若給定電壓Un*不變，調(diào)節(jié)電位器Rw2使反饋電壓Un增加一倍。問：GTUctMTGUn*R1Un R0R0RW2= = Rw1Rw3單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結構圖 1 電動機轉速n怎樣變化？2 靜態(tài)轉速降如何變化？3 對系統(tǒng)

17、的穩(wěn)定性有什么影響？4 若系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，可調(diào)節(jié)哪些參數(shù)來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性？為什么？5 設Un / n，Ks=Udo / Uct。畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖，并寫出其靜特性。解：1、調(diào)節(jié)給定電壓Un*及轉速反饋系數(shù)均可改變電動機轉速，調(diào)節(jié)Rw2實際是調(diào)節(jié)轉速反饋系數(shù)（1分）。根據(jù)，其中（1分）。當反饋電壓Un增加一倍，即增加一倍，轉速下降，約為原轉速的1/2（1分）。1、 靜態(tài)速降，Rw2使Un增加一倍，即K增大一倍，靜態(tài)速降減小，如果K 1時，靜態(tài)速降是調(diào)節(jié)前的。2、 K增大，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性將會降低。3、 可以調(diào)節(jié)Rw3，使放大器的放大倍數(shù)減小，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。KpKs1/CeIdRnUctU

18、doUnUn*4、 系統(tǒng)靜態(tài)結構圖如下：（4分） 系統(tǒng)靜特性為：2、圖1所示為單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結構圖。調(diào)節(jié)器為P調(diào)節(jié)器。UctUctMTGUn*EUn R0R1 圖1 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結構圖015001450200圖2系統(tǒng)的靜特性 圖3 系統(tǒng)的靜特性nId01、在圖1圓圈中標出相應電壓的實際極性。2、已知系統(tǒng)的靜特性如圖2所示，求系統(tǒng)的靜差率S。3、若要求系統(tǒng)可直接啟動，則圖1所示的系統(tǒng)結構作何變動？ 4、欲使系統(tǒng)的靜特性如圖3所示，則圖1在結構上作何變化。解：1、Un*、Uct+、Un+ ；2、 3、系統(tǒng)加電流截止負反饋，或加電流內(nèi)環(huán)構成轉速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 4、系統(tǒng)的靜特性為水平線，系統(tǒng)

19、為無差系統(tǒng)。轉速調(diào)節(jié)器ASR采用PI調(diào)節(jié)器。3、某一VC-M調(diào)速系統(tǒng)。電動機為Pnom2.5kw， Unom220V，Inom=15A，nnom1500rpm，Ra2，整流裝置內(nèi)阻Rs1，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)為Ks30，要求調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍D20，靜差率s10。1、 計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降和調(diào)速要求所允許的靜態(tài)速降。2、 采用轉速負反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖。（3分）3、 調(diào)整該系統(tǒng)，使當給定電壓Un*10V，轉速n1000rpm，則轉速反饋系數(shù)應為多少？4、 計算所需的放大器放大倍數(shù)Kp。5、 如果改用電壓負反饋，能否達到題中所給的調(diào)速要求？若放大器的放大倍數(shù)不變，最大給定電

20、壓為15V，在靜差率s30時，采用電壓負反饋最多能夠得到多大的調(diào)速范圍？解：1、首先計算電動機的電磁時間常數(shù)Ce 由 開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降為： 調(diào)速要求所允許的靜態(tài)速降為： KpKs1/CeIdLRnUctUdoUnUn*圖1 轉速負反饋靜態(tài)結構圖1、 采用轉速負反饋的靜態(tài)結構圖如圖1所示。2、 當Un*10V時，n1000rpm，則轉速反饋系數(shù)為： 3、 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)Kp （3分） 4、 改用電壓負反饋后，由于電動機電樞電阻Ra造成的靜態(tài)速降已經(jīng)是： 因此，達不到題中所給的調(diào)速要求。 電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程為： 其中，而電壓反饋系數(shù)是 電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)速降是 即電壓負

21、反饋調(diào)速系統(tǒng)最多能夠得到的調(diào)速范圍是D2.74、如圖1所示為自動調(diào)速系統(tǒng)結構圖。調(diào)節(jié)器為P調(diào)節(jié)器。OUctUctMTGUn*R1Un R0R2RW2= = 圖1 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結構圖1、 在圖1上內(nèi)標出電壓極性。2、 調(diào)節(jié)哪些量可以改變電動機轉速？3、 設Un / n,=Udo / Uct。畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖。4、 當給定電壓不變時，如果調(diào)整轉速反饋電位計RW2，使分壓減少，試問轉速n是升高還是降低？系統(tǒng)靜特性硬度會不會改變。5、 當放大器反饋電阻R1中串入電容后，這時測速發(fā)電機非線性會使轉速產(chǎn)生偏差嗎？UctUctMTGUn*EUn R0R1 圖1 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結構圖05、圖1所示為單閉

22、環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結構圖。調(diào)節(jié)器為P調(diào)節(jié)器。 1、在圖1圓圈中標出相應電壓的實際極性。（3分）圖2 系統(tǒng)的靜特性nId2、已知系統(tǒng)閉環(huán)速降ncl=2rpm，在調(diào)速范圍內(nèi)，最大的理想空載轉速n0max1500rpm，最小的理想空載轉速n0min50rpm。求系統(tǒng)的轉差率。3、要求系統(tǒng)可直接啟動，則圖1所示的結構作何變動？4、欲使系統(tǒng)在電網(wǎng)波動下，其擾動幾乎不反映到轉速上，圖1在結構上又應如何變化？（3分）5、欲使系統(tǒng)的靜特性如圖2所示，則圖1在結構上作何變化。解：1、Un*、Uct+、Un+ （3分）；2、 (3分)3、系統(tǒng)加電流截至負反饋，或加電流內(nèi)環(huán)構成轉速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 4、系統(tǒng)加電流負反

23、饋，構成轉速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 5、系統(tǒng)的靜特性為水平線，系統(tǒng)為無差系統(tǒng)。轉速調(diào)節(jié)器ASR采用PI調(diào)節(jié)器。6、某一VC-M調(diào)速系統(tǒng)。電動機為Pnom2.5kw， Unom220V，Inom=15A，nnom1500rpm，Ra2，整流裝置內(nèi)阻Rs1，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)為Ks30，要求調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍D20，靜差率s10。1、 計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降和調(diào)速要求所允許的靜態(tài)速降。2、 采用轉速負反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖。3、 調(diào)整該系統(tǒng)，使當給定電壓Un*10V，轉速n1000rpm，則轉速反饋系數(shù)應為多少？4、計算所需的放大器放大倍數(shù)Kp。（4分）解：1、先計算電動機的Ce

24、 開環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)速降為， 滿足調(diào)速要求所允許的靜態(tài)速降為 KpKs1/CeIdRnUctUdoUnUn*5、 轉速負反饋提速系統(tǒng)靜態(tài)結構圖如下：（3分）6、 當給定電壓Un*10V，轉速n1000rpm，則轉速反饋系數(shù)為 7、 閉環(huán)系統(tǒng)的放大倍數(shù)為 四、 設計題1、下圖所示為轉速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結構圖。采用三相全控橋晶閘管裝置供電。其基本數(shù)據(jù)如下： 直流電動機：Unom=220V，Inom=15A，nnom=1500rpm，Tm=0.185s，Ra=1；晶閘管裝置：放大倍數(shù)Ks=60，內(nèi)阻Rs=0.5；電動機過載系數(shù)1.2；濾波時間：Toi=0.002s，Ton=0.005s；速度調(diào)節(jié)器A

25、SR輸出電壓的限幅值Ui =6V ,額定轉速所對應的給定電壓 Un =8V ，放大器的輸入電阻R0=40K。ASR*ACRMTGUn GT*Ui Uct 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結構圖圖 系統(tǒng)的靜特性nId 1、 如電流環(huán)已校正成典型型系統(tǒng)，其阻尼系數(shù)=0.707，要求速度環(huán)校正后的系統(tǒng)靜特性如右圖所示，試問速度環(huán)應校正為什么典型系統(tǒng)，速度調(diào)節(jié)器ASR應為什么型式，計算速度環(huán)的參數(shù)。2、 若電流環(huán)校正成典系統(tǒng)，速度環(huán)校正成典系統(tǒng)，計算當負載為12A時，穩(wěn)態(tài)速度為ns=1500rpm時的退飽和超調(diào)。3、 ASR、ACR均采用帶限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器，在額定負載下穩(wěn)定運行，如電動機勵磁突然斷開，系統(tǒng)是否重

26、新穩(wěn)定？如穩(wěn)定，這時電動機的速度、電流是多少？解：1、依題意電流環(huán)為典系統(tǒng)，其阻尼系數(shù)=0.707，電流環(huán)為二階工程最佳參數(shù)，Wi=K/2Ti(Ti S+1)，在轉速環(huán)中，電流環(huán)等效為一階慣性環(huán)節(jié)，電機中有一個積分環(huán)節(jié)，根據(jù)系統(tǒng)的靜特性，速度是有靜差的，因此，速度調(diào)節(jié)器ASR為比例調(diào)節(jié)器，沒有積分調(diào)節(jié)，速度環(huán)校正為 典系統(tǒng)。三相全控橋晶閘管整流電路的失控時間TS=0.0017s，又Toi=0.002s。R=Ra+Rs=1+0.5=1.5 ()， Ce(Unom-Inom Ra)/ nnom(220-15×1)/15000.137(V/rpm) Ti=TS+Toi=0.0037s，Tn

27、= Tn= 2Ti +Ton=0.0124s，Un / nnom8/15000.0053（V/rpm），Ui× / Inom6/1.2×150.333（V/A）， KN=Kn··R/·Ce·Tm1/2Tn 所以 Kn·Ce·Tm/2 Tn··R0.333×0.137×0.185/2×0.0124×0.0053×1.542.8 故 Rn Kn·R042.8×401712(k) 2、nInom R/ Ce=15×1.5/

28、0.137=164.2(rpm)81.2×2 （-12/15）·Tn·n / （Tm·ns）0.812×2×（1.2-12/15）×0.0124×164.2/(0.185×1500)0.00470.47 3、電動機突然失磁時，根據(jù)電動機的調(diào)速特性，電動機的轉速有上升的趨勢。但由于電動機有剩磁，電動機的電磁轉矩突減，根據(jù)電動機的轉矩方程，電動機的轉速將下降，轉速偏差增加，速度調(diào)節(jié)器的輸出Ui*增大，電樞電壓Ud0增大，抑制轉速的下降，但是負載轉矩始終大于電磁轉矩，轉速下降，轉速偏差的較長時間的存在，使ASR

29、限幅，電流也將到達增大電流Idm，最終轉速下降到零，即n0，且電樞電壓。2、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采用三相橋式整流電路。其基本數(shù)據(jù)如下：直流電動機：Pnom13kw，Unom220V，Idnom70A，nnom1000rpm，電樞內(nèi)阻Ra0.22,允許過載倍數(shù)1.5；主回路：電樞回路總電阻R=0.47；整流裝置：整流裝置放大倍數(shù)Ks=35，晶閘管滯后時間Ts=0.0017s；電流濾波時間Toi=0.002s，轉速濾波時間常數(shù)Ton=0.01s；電磁時間常數(shù)Tl=0.0294s，機電時間常數(shù)Tm=0.103s；轉速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Uim*8V，最大轉速給定Unm*8V；調(diào)節(jié)器輸入電阻R04

30、0k。系統(tǒng)調(diào)速范圍D10。要求系統(tǒng)無靜差，電流超調(diào)量i%5%；空載啟動到額定轉速的速度超調(diào)n%10%。1、 試設計電流調(diào)節(jié)器，畫出其電路圖，并計算Ri、Ci參數(shù)。2、 設計轉速調(diào)節(jié)器，并計算其參數(shù)。3、 計算空載啟動到最低速時的轉速超調(diào)量。解：1、UctUi*R0Ri UiCiACRKs1+TiS1/R1+TlS*Ui/ 取電樞電流的最大值為：IdmIdnom1.5×70=105A。ACR為PI調(diào)節(jié)器， 將電流環(huán)的小慣性環(huán)節(jié)近似處理為一個慣性環(huán)節(jié)，使TiTsToi0.00170.0020.0037（s） 電流環(huán)傳遞函數(shù)：Wobj（s） 調(diào)節(jié)器ACR的傳遞函數(shù)： WACR（s） 由電流

31、超調(diào)i5%要求可知，電流環(huán)應設計成“二階工程最佳參數(shù)”， i4.3%5%此時，電流環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)W(s)KI / S·（1+TS），其中 KI1/2 T，T= Ti， 由于 W(s)WACR（s）·Wobj（s） 且使TiTl0.1s (以零點抵消大極點)所以 KIKs Ki / Ti R1 / 2 TiKiTi R / 2 TiKsTl R / 2 TiKsKi0.0294×0.47÷(2×0.0037×0.076×35) 0.702所以 Ri Ki·R00.702×4028.08(k) CiTi /

32、Ri0.0294÷（28.08×10）1.05×101.05（F） 2、Tn2TiTon=2×0.00370.010.0174（s） 轉速環(huán)傳遞函數(shù)： Wobjn（s） 由已知條件可知:速度環(huán)設計成典型三階系統(tǒng)。其調(diào)節(jié)器為：WASR（s） 轉速環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：Wn(s)WASR（s）·Wobjn（s）= 其中，nh Tn,?？紤]到典型三階系統(tǒng)啟動時，抗擾性能決定了系統(tǒng)性能指標。而h=5時系統(tǒng)抗擾性能較好。因此，有nh Tn5×0.01740.087（s）， 又，所以 3、退飽和超調(diào)：，當h=5時， 此時， 3、如下所示為雙閉環(huán)直流

33、調(diào)速系統(tǒng)電流環(huán)方框圖。ACR為電流調(diào)節(jié)器。已知電磁時間常數(shù)Tl=0.1s，晶閘管滯后時間Ts=0.0017s電流濾波時間Toi=0.001s，整流裝置放大倍數(shù)Ks=60，電樞回路總電阻R=0.5，電流反饋系數(shù)=0.064。試求，ACR1+ToiSKs1+TsS1/R1+TlS*Ui/ 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電流環(huán)方框圖1、 將電流環(huán)校正為典系統(tǒng)時，確定ACR的型式并寫出其傳遞函數(shù)。2、 如電流超調(diào)i5%，計算ACR的參數(shù)Ri，Ci（其中R0=20k）。4、一個由三相零式晶閘管裝置供電的轉速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。其基本數(shù)據(jù)如下：直流電動機：Pnom60kw，Unom220V，Idnom305

34、A，nnom1000rpm，Ce0.2V/rpm。主回路電阻：R=0.18。系統(tǒng)調(diào)速范圍D10。晶閘管整流裝置放大倍數(shù)：Ks=30。電磁時間常數(shù)：Tl=0.012s，機電時間常數(shù)：Tm=0.12s。電流環(huán)濾波時間：Toi=0.0025s，轉速環(huán)濾波時間常數(shù)：Ton=0.0141s。額定轉速時的給定電壓Unnom*15V，轉速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓Uim*12V。1、 確定電流反饋系數(shù)和轉速反饋系數(shù)，假定起動電流限制在300A以內(nèi)；2、 系統(tǒng)的靜動態(tài)指標為：無靜差；電流超調(diào)量i%5%；起動到額定轉速時的速度超調(diào)n%10%。試設計電流調(diào)節(jié)器，畫出其電路圖并計算Ri、Ci參數(shù)；調(diào)節(jié)器輸入回路電阻

35、R040k。3、 設計轉速調(diào)節(jié)器，并計算其參數(shù)；4、 計算最低速起動時的超調(diào)量；5、 計算空載起動到額定轉速的時間。解：1、 由于ASR的飽和輸出電壓為12V，即電流環(huán)最大給定電壓Uim*12V，又限制了起動電流在300A內(nèi)，所以電流反饋系數(shù)為： 因為額定轉速時的給定電壓（Un*）nom15V，即Un m *15V，所以轉速反饋系數(shù)為： 2、為了保證電流超調(diào)量i%5%，穩(wěn)態(tài)無靜差，且電流環(huán)的對象為雙慣性型，應將電流環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，因此，電流調(diào)節(jié)器ACR采用PI調(diào)節(jié)器，其電路圖如圖2所示。UsUi*R0/2Ri UiCiC0R0/2C0R0/2R0/2圖2 電流調(diào)節(jié)器電路圖 其傳遞函數(shù)為：

36、根據(jù)將電流環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，且超調(diào)量i%5%的要求，應選電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)為： iTl0.012s 其中，TiTsToiTs觸發(fā)整流裝置的滯后時間，對于三相零式電路，Ts0.0033sTiTsToi0.00330.00250.0058（s） 所以 Ri Ki·R00.155×406.2(k) 取6.2 K 取2F 取0.25F 3、為保證系統(tǒng)無靜差，速度調(diào)節(jié)器ASR也應采用如圖2所示的PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： 這樣選擇調(diào)節(jié)器后，速度環(huán)中有2個積分環(huán)節(jié)，因此，將速度環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，且取中頻寬h5，于是速度調(diào)節(jié)器的參數(shù)為： nhTn其中，Tn2TiTon=2×0

37、.00580.01410.0257（s） n5×0.02570.1285s 轉速環(huán)傳遞函數(shù)： Wobjn（s）轉速環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：Wn(s)WASR（s）·Wobjn（s）= 取330K 取0.4F 取3×0.47F 4、轉速退飽和超調(diào)：，當h=5時， 此時， 因此，起動到額定轉速時的速度超調(diào)量為： 滿足所提性能指標的要求。最低速起動時速度超調(diào)量為： 5、空載起動到額定轉速時的時間為： ASR*ACRMTGUn GT*Ui Uct Un Ui L 5、如下圖所示為一個由三相全控橋晶閘管裝置供電的轉速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結構圖，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器均采用PI

38、調(diào)節(jié)器。直流電動機的額定參數(shù)為：Unom=220V，Inom=40A，nnom=3000rpm。整流裝置放大倍數(shù)Ks=50，電流允許過載倍數(shù)2，電樞回路總電阻R0.7，電樞回路電感為L0.007H，電流環(huán)濾波時間Toi=0.0023s，若速度的最大給定電壓、速度調(diào)節(jié)器輸出限幅值均為10V。放大器的輸入電阻R0=20K。試回答：1、 調(diào)節(jié)哪些量可以改變電動機的轉速？2、 電流反饋系數(shù)和速度反饋系數(shù)為多少？3、 若電動機在高速下堵轉（n0），試計算主回路整流電壓Ud0，速度調(diào)節(jié)器ASR輸出Ui*，電流調(diào)節(jié)器ACR輸出Uct以及反饋電壓Un、Ui的值。4、 畫出電流環(huán)的動態(tài)結構圖，為了使電流超調(diào)i%

39、4.3%，電流調(diào)節(jié)器應采用什么形式，電流環(huán)的剪切頻率是多少？若調(diào)節(jié)器本身放大倍數(shù)提高，i%變化趨勢如何？5、 系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時，勵磁突然失去勵磁，系統(tǒng)重新進入穩(wěn)態(tài)。此時，電動機的轉速是否變化？ 解：1、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定電壓Un*，或轉速的反饋系數(shù)均可改變轉速。2、（V/rpm）; (V/A) 3、V Un n 0 Ui Ui* 10V 4、電流環(huán)的動態(tài)結構圖為： ACRUi*(s)/Id(s)雙閉環(huán)電流環(huán)簡化的動態(tài)結構圖_電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器。(2分) i%4.3%時，iKI。 s 。 i (1分)提高電流調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)，將使i%增大。5、電動機突然失磁時，根據(jù)電動機的調(diào)速特性，電動機的轉

40、速有上升的趨勢。但由于電動機有剩磁，電動機的電磁轉矩突減，根據(jù)電動機的轉矩方程，電動機的轉速將下降，轉速偏差增加，速度調(diào)節(jié)器的輸出Ui*增大，電樞電壓Ud0增大，抑制轉速的下降速度，但是負載轉矩始終大于電磁轉矩，轉速下降，轉速偏差的較長時間的存在，使ASR限幅，電流也將到達增大電流Idm，最終轉速下降到零，即n0，且電樞電壓。6、（本大題共5小題，共25分）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)直流調(diào)速系中，已知直流電動機的額定數(shù)據(jù)為：PN60kw，UN220V，IN308A，nN1000r/min，電動勢系數(shù)Ce0.196V·min/r，主回路總電阻Ra0.18，整流

41、裝置放大倍數(shù)Ks=35，電磁時間常數(shù)Tl=0.012s，機電時間常數(shù)Tm=0.12s，電流反饋濾波時間Toi=0.0025s，轉速反饋濾波時間常數(shù)Ton=0.015s。額定轉速時的給定電壓（Un*）N10V，調(diào)節(jié)器ASR、ACR飽和輸出電壓Uim*8V，Uctm6.5V。系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標為：穩(wěn)態(tài)無靜差，調(diào)速范圍D10。電流超調(diào)量i%5%；空載啟動到額定轉速的速度超調(diào)量n%10%。試求：1、確定電流反饋系數(shù)（設啟動電流限制在1.5 IN以內(nèi)）和轉速反饋系數(shù)。(3分)2、設計電流調(diào)節(jié)器ACR，計算其參數(shù)Ri、Ci、Coi。畫出其電路圖，調(diào)節(jié)器輸入電阻R040k。(8分)3、設計轉速調(diào)節(jié)器ASR，

42、并計算其參數(shù)Rn、Cn、Con。（R040k）（6分）4、計算電動機帶40額定負載啟動到最低速時的轉速超調(diào)量n。（5分）5、計算空載啟動到額定轉速的調(diào)節(jié)時間ts。（3分） 解：1、取電樞電流的最大值為：IdmIdnom1.5×308=462A ACRKs1+TiS1/R1+TlS*Ui/3、 電流環(huán)的動態(tài)結構圖如下4、考慮到電流穩(wěn)態(tài)無靜差，且電流環(huán)跟隨性好，ACR應設計為PI調(diào)節(jié)器。 觸發(fā)整流電路采用三相零式電路，因此，Ts0.0033s將電流環(huán)的小慣性環(huán)節(jié)近似處理為一個慣性環(huán)節(jié)，使TiTsToi0.00330.00250.0058（s） 電流環(huán)對象傳遞函數(shù)：Wobj（s） 調(diào)節(jié)器ACR的傳遞函數(shù)： WACR（s） 由電流超調(diào)i5%要求可知