運(yùn)動(dòng)控制講評習(xí)題

1、2-5講評習(xí)題某龍門刨床工作臺(tái)采用晶閘管整流器 -電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動(dòng)機(jī)Pn 60kW ,UnCe(1)(2)(3)220V , I n 305A , nN 1000 r/min ,主電路總電阻 R 0.180.2V ?min r ,求：當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落 開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率nN為多少?額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落nN為多少，才能滿足Sn多少？D 20, s 5%的要求。解：(1)當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落InR 305 0.18 nNCe0.2274.5(r. min)(2)開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率nN274.5SNnNn

2、N1000 274.5(3)額定負(fù)載下滿足D 20, s 5%要求的轉(zhuǎn)速降落0.215 21.5%nNS1000 0.05nN D(1 s) 20 (1 0.05)2.63(r min )2-6有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖所示，已知給定電壓Uu 8.8V,比例調(diào)節(jié)放大系數(shù)K p 2,晶閘管裝置放大系數(shù)K s 15,反饋系數(shù) 0.7。求:p(1)(2)(3)輸出電壓Ud ； 若把反饋線斷開， 若把反饋系數(shù)減至U d為何值？開環(huán)時(shí)的輸出電壓是閉環(huán)時(shí)的多少倍？ 、 *0.35,當(dāng)保持同樣的輸出電壓時(shí)，給定電壓Uu應(yīng)為多少?解：(1)輸出電壓Ud(2)若把反饋線斷開，時(shí)的264/12 22倍。(

3、3)若把反饋系數(shù)減至UdKpKs*p UuKpKs*KpKsUu2 158.8 12(V)；1 2 15 0.72 15 8.8 264(V)；開環(huán)時(shí)的輸出電壓是閉環(huán)0.35,當(dāng)保持同樣的輸出電壓時(shí)，給定電壓*UuKpKs1 2 15 0.35 U d- KpKs2 1512 4.6(V)。nN1500nopRInCe12.5 (1.5 1.0 0.8)( -) 307.6r / min0.1341nNsD(1 s)1500 0.18.33r / min20 (1 0.1)(2)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下所示轉(zhuǎn)速閉環(huán)原理圖(3)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)2-9 有一 V-M調(diào)速系統(tǒng).電動(dòng)機(jī)參效為：4 =224防

4、14 =220匕人,=1234=l5Ut)r min,電樞電J&二 1BK整洸裝置內(nèi)阻?* =1。Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)=35*要求系統(tǒng)滿足罰速范困DFU.靜差率6 £10%*Cl) II算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降A(chǔ)q1n和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降口 MS/''L-J(2)采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng),貳網(wǎng)出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)構(gòu)框圖.門調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，便當(dāng)5； = 15卜時(shí)，/：=/, n=nv則轉(zhuǎn)速儀反饋?zhàn)罃?shù))應(yīng)該是 多少？C4)計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)，解：(i) Ce eUN IdR 220 12.5 1.5Nd-2a 0.1341V min/ r*Un

5、*Un15nN15000.01(4)閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為nopncl307.61 35.938.33運(yùn)算放大器所需的放大倍數(shù)Kp35.93Ks /Ce s e35 0.01/0.134113.772-10在題2-9的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié)要求堵轉(zhuǎn)電流/山W21,臨界截止電流之1二而該選用多大的比較電氏和電流交饋采洋電阻？要求電流又便采樣I dbl*UnU com2II dcrU com1.2Ini*且Un 15V ,計(jì)算得:Rs 1.5Ucom 22.5VRaRlRrecRs4.8Rs/R0.3125 1/3電阻不超過主電路總電阻的1/3,如果做不到，需要增加電流反饃收大器，試畫

6、出系統(tǒng)的原 理圖和靜態(tài)造構(gòu)框圖，并計(jì)算電流反饋放大系數(shù).這附電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多 少？2-12有一晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)Pn 2.8kW , U n 220V , I n 15.6A ,nN 1500r/min,Ra 1.5 ，整流裝置內(nèi)阻R 1 ，電樞回路電抗器電阻 Rl 0.8 ,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) Ks 35。求：(1)系統(tǒng)開環(huán)時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍D 30時(shí)的靜差率so(2)當(dāng) D 30,s 10%時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。 ，一 一一 _ _ _ _ _ _ . * _ _ _ _(3)如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D 30, s 10% ,在Un

7、10V時(shí)Id Inn解:CeUnnI NRa220 15.6 1.515000.131(V ?min r)nN，計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù) Kp。先計(jì)算電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢系數(shù)系統(tǒng)開環(huán)時(shí)的額定轉(zhuǎn)速降落n NopIn (RaRrecRl)(1)系統(tǒng)開環(huán)時(shí)，D nNs nN D nN當(dāng)D 30,Ce調(diào)速范圍15.6 (1.5 1 0.8) 393(r min )0.131D 30時(shí)的靜差率30 3930.887 88.7% ;nNs nN D(1 s)1500 30 393s 10%時(shí)，系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降1500 0.15.56(r min )30 (1 0.1)(3)如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速

8、系統(tǒng)，要求 D 30, s 10% ,則系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)393 /15.5669.68 ;*UnnN-0- 0.0067(V?min r) 1500放大器放大系數(shù)38.93。，/KCe69.68 0.131Kp e p Ks 35 0.00672-13旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)為1024,倍數(shù)系數(shù)為4,高頻時(shí)時(shí)鐘脈沖頻率f0 1MHz ,旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)和高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)均采用16位計(jì)算器，M法和T法測速時(shí)間均為0.01s,求轉(zhuǎn)速n=1500r/min和n=150r/min時(shí)的測速分辨率和誤差率最大值。解：(1) M法測速轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 和 n=150r/min 時(shí)的測

9、速分辨率Q - 1 106 4096 1500誤差率最大值- 60 1.465ZTc1024 4 0.01轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 時(shí),nZTc 1500 4096 0.0160601024,誤差率最大值max11Mi 10240.00097 0.097% ；102.4,誤差率最大值nZTc 150 4096 0.01 轉(zhuǎn)速 n=150r/min 時(shí)，M1 606011max 0.0097 0.97% 。Mi 102.4轉(zhuǎn)速 n=1500r/min 時(shí)，M 260f°Zn60 1 1064096 15009.8 ,測速分辨率Zn260 f0 Zn17124096 15002max

10、轉(zhuǎn)速 n=150r/min 時(shí),M2 19.8 10.103 10.3%。60A 60 1 106Zn 4096 15098,測速分辨率Zn260f° Zn1.554096 150260 1 106 4096 1 50誤差率最大值max1M2 10.0103 1.03% o98 1(1)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在 U n 5V , IdL 10A時(shí)，系統(tǒng)的n、Un、Ui、Ui和Uc各為多少？(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，Ui和Uc各為多少？解：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)*U nmnN*Uim1 dm(1)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在U d0KsCen IdLR 0.127 500 10 2Ks204.175(V)。3

11、-1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的ASR和ACR均為PI調(diào)節(jié)器，設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓 .* . . *. 、 , Unm Uim 15V, nN 1500r/min, In 20A ,電流過載倍數(shù)為 2,電樞回路總電阻R 2 , Ks 20 , Ce 0.127V min",求：150.01(V min r)1500電流反饋系數(shù)150.375(V A)2 20Un 5V, IdL 10A 時(shí)，*Un Un 5(V) 一 *n n 500( r min)0.01Ui IdL 0.375 10 3.75(V)*Ui Ui 3.75(V)(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，n=0;*Ui I dm 0.3

12、75 2 20 15(V)IdmR2 20 2Ks204(V)。3-2在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù)：電動(dòng)機(jī)：PN 3.7kW, UN 220V, IN 20A, nN 1000r/min, 電樞回路總電阻R 1.5 ；TUnm Uim U cm 8V,電樞回路最大電流I dm 40A ,電力電子變換器的放大倍數(shù) Ks 40。試求：(1)電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最局轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的Ud0, Ui , Ui和Uc的值。解：(1)電流反饋系數(shù)*UmI dm8400.2(V, A)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)81000n=0;0.008(V

13、min/r)。*U nmnN(2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí),Ud0 Cen IdmR 0 40 1.5 60(V)Ui Ui Idm 0.2 40 8(V)Ud0 60-° 一 1.5(V)。Ks 403-10有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，主電路采用三相橋式整流電路。已知電動(dòng)機(jī)參 數(shù)為：PN 500kW,UN 750V, IN 760A,nN 375r/min ,電動(dòng) 勢系數(shù) Ce 1.82V min/r,電樞回路總電阻 R 0.14 ,允許電流過載倍數(shù)1.5,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) Ks 75,電磁時(shí)間常數(shù)Tl 0.031s ,機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm 0.112s,電流反 饋濾波

14、時(shí)間常數(shù)Toi 0.002s ,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù) Ton 0.02s。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電 、. *. . *.，=一 壓UnmUm"m10 V,調(diào)節(jié)器輸入電阻R 40k 。設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i 5% ,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n 10%。電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并取參數(shù) KT 0.5。(1)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并計(jì)算其參數(shù)。(2)計(jì)算電流環(huán)的截止頻率ci和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率cn,并考慮它們是否合理？解：三相橋式整流電路的平均失控時(shí)間Ts 0.0017s ,電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)之和 T i Ts Toi 0.0037s ,要求電流超調(diào)量i 5% ,應(yīng)取KiT

15、 i 0.5 ,因此 -1KI 135.1s。(1)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)1/Ki0.0074 s；Tn 1 KiTon 0.0074 0.020.0274s ;電流反饋系數(shù)*im0.0088(V. A)1.5 760轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)U nmnN選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，其傳遞函數(shù)為103750.0267(V min r)WASR(s)Kn( nS 1)按跟隨和抗擾動(dòng)性能都較好的原則，取n hTnnS5,貝U ASR0.0274的超前時(shí)間常數(shù)為0.137s轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益Knh 12.22h T n5 1-2-22 50.0274，一一 2159.84s ，可得ASR的比例系數(shù)為Kn(h 1

16、)CeTm2h RTn6 0.0088 1.82 0.11210.51;2 5 0.02670.14 0.0274取調(diào)節(jié)器輸入電阻 R0 40k ,則RnKnR0 10.51 40 420.4 k420kCnCon(2)n 0.137_3Rn420 104Ton4 0.02Ro40 103電流環(huán)的截止頻率3.26 10 7(F)2 10 6(F) 2轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率 cn cn檢驗(yàn)近似條件0.326ci Ki 135.1s 1 ,KN n 159.84 0.1371)校驗(yàn)晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件111196.1(s 1)3Ts3 0.0017F,取 0.33 FFo21.9s 1 ；滿

17、足近似條件;校驗(yàn)忽略反電動(dòng)勢變化對電流環(huán)動(dòng)態(tài)影響的條件33. 1TmTl, 0.112 0.031校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似條件50.91(s1)ci ,滿足近似條件;1 1 1 13TsToi3' 0.0017 0.002校驗(yàn)電流環(huán)傳遞函數(shù)近似條件180.8(s1) ci ,滿足近似條件;1 Ki3 T i1135.1310.003763.7(s 1) cn ,滿足近似條件;校驗(yàn)轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似條件1 KI1 135.13爪3 0.0227.4(s1)，滿足近似條件。 cn校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量CJmax0.812nbz)N T nnTm(1.50)760 0.14T820.0274375

18、0.1120.0060.26 j1.023 j 0.004 1.0232 fN Lm0.093 10%滿足設(shè)計(jì)要求。5-1 一 臺(tái)相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)為：額定電壓Un 380V ,額定轉(zhuǎn)速 nN 960r/min ,額定頻率fN 50Hz,極對數(shù)np=3,定子繞組為Y聯(lián)接。由實(shí)驗(yàn)測得定 子電阻Rs 0.35 ,定子漏感 Lls 0.006H ,定子繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感Lm 0.26H ,轉(zhuǎn)子電阻Rr0.5 ,轉(zhuǎn)子漏感L. 0.007H ,轉(zhuǎn)子參數(shù)已折算到定子側(cè)，忽略鐵芯損耗。(1)(2)(3)畫出異步電動(dòng)機(jī) T形等效電路和簡化電路。額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差率定子額定電流I1N和額定電磁轉(zhuǎn)

19、矩。定子電壓和頻率均為額定值時(shí)，理想空載時(shí)的勵(lì)磁電流定子電壓和頻率均為額定值時(shí)，臨界轉(zhuǎn)差率sm和臨界轉(zhuǎn)矩Tem,畫出異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。解：(1)感異步電動(dòng)機(jī)T形等效電路異步電動(dòng)機(jī)簡化電路960 r min(2)由于額定轉(zhuǎn)速,同步轉(zhuǎn)速n160fNnP60 5031000(r/min),額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差率n1nSn n11000 96010000.04由異步電動(dòng)機(jī)T形等效電路,Ci 1Rsjj iL1 Lls 1 Lls0.351000.26可得轉(zhuǎn)子相電流幅值IrUs2RsC1 Sn12 Lls2CiL22022)20.006 1.0230.007 20.35 1.023 0.5(1000.0

20、4220172.5939 17.095315.9735(A)氣隙磁通在定子每相繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢EgIr2612Llr2 15.9735Sn.156.25 4.8361202.7352 (V)額定運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流幅值,Eg202.7352I0 2.482(A)Lm 1000.26由異步電動(dòng)機(jī)簡化電路，額定運(yùn)行時(shí)的定子額定電流幅值I1NRsUsR 212 LlsLlr22200.5 2220.35 (100 )2 (0.006 0.007)2220165.1225 16.679616.3164(A)額定電磁轉(zhuǎn)矩(3)Pm3npI r12 RrsN3np 2 I 1N1RrSn3 31003 31

21、00_ _ 215.9735_ _ _ 216.31640.50.040.50.0491.37( N95.33(N定子電壓和頻率均為額定值時(shí)，理想空載時(shí)的勵(lì)磁電流R2Us221 Lls Lm2207E'm)m)_2_2 _20.35(100 )(0.006 0.26)子電壓和頻率均為額定值時(shí)，臨界轉(zhuǎn)差率Rr,Rs臨界轉(zhuǎn)矩221 Lls Llr,0.352(依據(jù)T形等效電路)(依據(jù)簡化等效電路)2.633(A)Tem3npUs p s12 Lls0.5(100 )2 (0.006 0.007)20.1223 3 22022000.35 ；0.352 (100 )2 (0.006 0.00

22、7)2155.83(N m)1 一 25-2異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)如習(xí)題 5-1所示，畫出調(diào)壓調(diào)速在 Un和一U n時(shí)的機(jī)械特性，計(jì)算臨 23界轉(zhuǎn)差率Sm和臨界轉(zhuǎn)矩Tem,分析氣隙磁通的變化，在額定電流下的電磁轉(zhuǎn)矩，分析在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和風(fēng)機(jī)類負(fù)載兩種情況下，調(diào)壓調(diào)速的穩(wěn)定運(yùn)行范圍。解：轉(zhuǎn)拉俗里特排定子相電壓改變，臨界轉(zhuǎn)差率不變，即，、一 一 1,.,，當(dāng)調(diào)壓至1uN時(shí)，臨界轉(zhuǎn)矩22當(dāng)調(diào)壓至2UN時(shí)，臨界轉(zhuǎn)矩3_22,0.352 (100 )2 (0.00611TemFax1155.83eme max4444, 一Tem'max4155.83eme max990.50.007)238.96(N69

23、.26(N0.122min),min)。氣隙磁通:隨定子電壓的降低而減小。Usm4.44fNskNs5-6異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)如習(xí)題5-1所示，輸出頻率f等于額定頻率fN時(shí)，輸出電壓U等于額定電壓Un,考慮低頻補(bǔ)償，若頻率 f=0,輸出電壓U=10%Un。(1)求出基頻以下電壓頻率特性曲線U=f(f)的表達(dá)式，并畫出特性曲線。(2)當(dāng)f=5Hz和f=2Hz時(shí)，比較補(bǔ)償與不補(bǔ)償?shù)臋C(jī)械特性曲線，兩種情況下的臨界轉(zhuǎn)矩 Temax。解：(1) Un=220(A)斜率以也3 3.96,50 0考慮低頻補(bǔ)償時(shí)，電壓頻率特性曲線不補(bǔ)償時(shí)，電壓頻率特性曲線U 3.96 f 22;竺 f 4.4 f 50(2)當(dāng) f

24、=5Hz 時(shí)A、不補(bǔ)償時(shí)，輸出電壓 U4.4 fTem22(V),臨界轉(zhuǎn)矩3 3 222221 Lls Llr200.350.352 (10 )2 (0.006 0.007)278.084(N m)B、補(bǔ)償時(shí)，輸出電壓U 3.96 f22 41.8(V)Tem2 13npUp12 L,2Llr2023 3 41.820.350.352(10 )2 (0.006 0.007)2281.883(N m)當(dāng)f=2Hz時(shí)A、不補(bǔ)償時(shí)，輸出電壓 U4.4fTem_ 23npUs8.8(V),臨界轉(zhuǎn)矩3 38.822 1 Rs. RS2222 I I1 ls Ir0.35 , 0.352 (4 )2 (0

25、.006 0.007)237.666(N m)B、補(bǔ)償時(shí)，輸出電壓U 3.96fTem3npUp22 29.92(V)3 3 29.922435.419(N m)221 Lis Llr0.35、0.352 (4 ) 2 (0.00 6 0.007)25-8兩電平PWM逆變器主回路，采用雙極性調(diào)制時(shí)，用“1 "表示上橋臂開通，上橋臂關(guān)斷，共有幾種開關(guān)狀態(tài)，寫出其開關(guān)函數(shù)。根據(jù)開關(guān)狀態(tài)寫出其電壓矢量表達(dá)式, 畫出空間電壓矢量圖。序號開關(guān)狀態(tài)開關(guān)代碼1VT. VTi VT21002VTj VT2 VT31102vt2 vt3 vt40104VT, VT4 VT,Oil5vt4 vt5 vt60016VTsVTeVTj1017VTj VT3 VT41118vt2vt4 vt6000SaSbScUAc“0000口 2_L 220W1100a 2生 22趴U2110Ud2Ud 2u 2昌/%01023 2旦 2趴/;明0112Ud 2Ud2"s0012旦 2Ud2期/;“6101Ud 2旦 2Ud 2序/%111z 2鞏 2Ud206-1按磁動(dòng)勢等效、功率相等原則，三相坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為C3 212.3