電力拖動自動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)習(xí)題解答第25章

1、22電力拖動自動控制系統(tǒng)-運(yùn)動控制系統(tǒng)習(xí)題解答第2-5章習(xí)題解答（供參考）2試分析有制動電流通路的不可逆變換器進(jìn)行制動時(shí)，兩個(gè)是如何工作的？解：減小控制電壓，使得正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使平均電樞電壓降低，使得，電機(jī)流過反向電流，電機(jī)進(jìn)入制動狀態(tài)。時(shí)，通過二極管續(xù)流，在2系統(tǒng)的調(diào)速范圍是，要求靜差率2,那么系統(tǒng)允許的靜差轉(zhuǎn)速降是多少？2解：2D（1）s100.98系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為2。2某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為5,最低轉(zhuǎn)速特性為5帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落5且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少？解：1調(diào)速范圍（均指額定負(fù)載情況

2、下）135852靜差率11552直流電動機(jī)為，22當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為多少？2開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率多少？若要滿足2的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落又為多少解：（1）nNINR3,5,.18,.2274(2)N2解：CeUNINRa2203780.0230.1478V/rpmenN1430nCNR378(0.0230.10125r2pm)第三章3.1有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所示，已知給定電壓Uu*8.8V、比列調(diào)節(jié)器放大系數(shù)KP2、晶閘管裝置放大系數(shù)KS15、反饋系數(shù)Y=0.7求：(1)輸出電壓Ud;(2)若把反饋線斷開，Ud為何值？開環(huán)時(shí)的輸出電

3、壓是閉環(huán)是的多少倍？(3)若把反饋系數(shù)減至Y=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？若把反饋線斷開，則=0，UdKpKsUu*8.8215264V,開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍12(12150.35)4.6V15轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500r/min150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率s5%，那么系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是100r/min，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大？nNs15000.05N7.9r/minD(1s)0.9510nN為閉環(huán)靜態(tài)速降2)Knop1100111.66ncl7.9轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時(shí)，額定負(fù)載下電

4、動機(jī)的速降為8r/min，如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30，它的速降為多少？在同樣靜差率要求下，調(diào)速范圍可以擴(kuò)大多少倍？解：nop1Kncl1158128r/min如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30,則速降為：nop128ncl4.13r/mincl1K130解：1)DnNsn(1s)nnNsD(1s)10000.05200.952.63rpm解：(1)UdKpKsUu*KpKs158.812150.712V(3)Uu*Ud(1KpKs)KpKsnN3.4有一PWM變換器供電直流調(diào)速系統(tǒng)PN=2.2kW,UN=220V,IN=12.5A,nN=1500r/min,電樞電阻Ra=1.5Q,PWM變換器的放

5、大倍數(shù)Ks=22,電源內(nèi)阻Rrec=0.1Q。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20,靜差率s5%。計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降nop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降ncl。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)Un*=15V時(shí)，丨dINnnN,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)應(yīng)該是多少？計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。22012.51.5201.250.134Vmin/r1500150015000.053.95r/minD(1s)20(10.05)所以，ncl3.95r/min2)在同樣靜差率要求下，D可以擴(kuò)大ncl1ncl24.131.937倍電動機(jī)參數(shù)解：(1)CeUNINRanNop

6、(RaRrec)INCe(1.50.1)12.50.134149.3rminnNnNs15UnUnn，n150.01n1500(4)放大器的放大倍數(shù)KpKCeKsKCe36.8*0.134Kpe22.4pKs22*0.013.5在題3.4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dbl21N，臨界截止電流丨dcr12N，應(yīng)該選用多大的比較電壓和電流反饋采樣電阻？要求電流反饋采樣電阻不超過主電路總電阻的1/3，如果做不到，需要增加電流反饋放大器，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并計(jì)算電流反饋放大系數(shù)。這時(shí)電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多少？解：(1)Idbl2IN25A，Idcr1.2IN

7、15AUcom=15RsU*nUcom=25RsKnopncl1149.3136.83.95因?yàn)閚KpKsUn*Ce(1K)RIdCe(1K)KU(1K)RIdCe(1K)IdcrIdbl1500R=Idbl=25Rs=U*nUcom=15+15Rs可得Rs1.5，Ucom15Rs=151.522.5V(2)R1.6Rs1.5R，s3由于需要的檢測電阻值大，說明要求的電流信號值也大。要同時(shí)滿足檢測電阻小和電流信號大的要求，則必須采用放大器，對電流信號進(jìn)行放大。為此，取Rs0.5，則UcomIdcrRs150.57.5V3)當(dāng)IdIdcr1255.40.789TlL0.0150.094slR1/

8、C.KpKsKiRsIdUcomCe1KCe1K按照式(3-22)的穩(wěn)定條件，應(yīng)有Tm(TlTs)Ts20.0363(0.0940.000125)0.0001252KpKsUn*nCe1KRIdCe1KCe1KKpKsU*nKiUcomRKpKsKiRsIdK291TlTs0.0940.000125可見題3.4中要求K36.8滿足系統(tǒng)穩(wěn)定條件。3.7有一個(gè)PWM變換器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動機(jī)：PN2.8kW，UN220V，IN15.6A,nN1500r/min,Ra=1.5Q,整流裝置內(nèi)阻Rrec=0.2Q,PWM變換器的放大倍數(shù)Ks31。系統(tǒng)開環(huán)工作時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍D100時(shí)的靜差

9、率s值。(2)當(dāng)D100,s5%時(shí)，計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。(3)如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D100,s5%，在Un*10V時(shí)IdINnnN,計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù)Kp。解：CeUNINRa=22015.61.50.1311Vmin/rnNnop(RaRrec)IN(1.50.2)15.6202.3r/min0.1311Ce當(dāng)n=0時(shí),KpKsUn*KiUcomUn*KiUcomRKpKsKiRsKiRs157.5*K已知項(xiàng)代入157.5*Ki25可得Ki3Ki*0.5i在題3.4的系統(tǒng)中,若開關(guān)頻率為8KHz,主電路電感L=15mH,系統(tǒng)運(yùn)動部分的飛輪慣量GD2=0.1

10、6Nm2，試判斷按題3.5要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行？如要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)K是多少？解：22GD20.16Nm2,R1.6,Ce0.134Vrpm0.16Idbl21GD2RTs0.000125sTm8000375CeCm0.160.160.0363s3750.1340.1343015001500100，nmin15r/min習(xí)題四4.1雙閉環(huán)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Un*m=15V，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器限幅值為Ui*m=15V，nN=1500r/min，IN=20A，電流過載倍數(shù)為2,電樞回路總電阻R=2WKs=20,Ce=0.127

11、Vmin/r,求：(1)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在Un=5V,IdL=10A時(shí)，系統(tǒng)的n、Un、Ui*、Ui和Uc各為多少？(2)當(dāng)電動機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，Ui*和Uc各為多少？解：(1)Unm15V0.01Vmin/rnN1500r/minUn5Vnn500r/min0.01Vmin/r15V0.375V/A40Anmaxnminnmin靜差率snopn0minnop93%nminnN15202.3D100，s5%時(shí)，nNnNs15000.050.789rminD(1s)100(10.05)3)ncl202.3TlL0.0150.094sl估算Un100.0067n1500KpKCe255.4*0.1

12、311Ks31*0.0067161UimdmUi*Id0.375103.75VUiId0.375103.75V4VCenIdR0.127500102Ks20樞回路總電阻R=1.5W設(shè)U*nmUi*mUcm=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)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)2）當(dāng)電動機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的Ud0,Ui*,Ui,Uc值。解:1）Uim8V0.32V/AIdm40AUnm8V0.008Vmin/rnN1000r/min2）Ud0EIdRIdmR401.560V這時(shí)：Un*8V,Un0，ASR處于飽和，輸出最大電流給定Ui*8V,UiV84

13、.3在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器ASR,ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR輸出達(dá)到Ui*m=8V時(shí)，主電路電流達(dá)到最大電流80A。當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時(shí)，試問：（1）Ui*應(yīng)如何變化？（2）Uc應(yīng)如何變化？（3）Uc值由哪些條件決定？*解:1）Uim8V0.1V/AIdm80AUi*就是電流的給定，因此當(dāng)電流從40A到70A時(shí)，Ui*應(yīng)從4V到7V變化4.175V2）堵轉(zhuǎn)時(shí)，Ui*Idm15V，CenIdR0.1270402206T60.10.6s(3)TlL0.0150.094sl4.2在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)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)：電動機(jī)：

14、PN=3.7kW，UN=220V，IN=20A，nN=1000r/min,電Ud0KS60401.5VUC取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因?yàn)閁dOEIdRCenIdmRUC要有所增加4.4在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流過載倍數(shù)為2，電動機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在額定工作點(diǎn)正常運(yùn)行，現(xiàn)因某種原因功率變換器供電電壓上升5%,系統(tǒng)工作情況將會如何變化？寫出Ui,Uc,UdO,Id及n在系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)定后的表達(dá)式。解：雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于有電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)。UsUdOIdUiUi為負(fù)UcUdOId重新穩(wěn)定后，Ui=丨dL不變UdO不變Unnn不變IdL是負(fù)載電流是電流反饋系數(shù)

15、是轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)Un是給定轉(zhuǎn)速。4.5某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型丨型系統(tǒng)。已知時(shí)間常數(shù)T=0.1s,要求階躍響應(yīng)超調(diào)量10%。(1)系統(tǒng)的開環(huán)增益。計(jì)算過渡過程時(shí)間ts和上升時(shí)間tr；繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間tr0.25s,則K=?,%=?UCUd0KSKs減小CenIdLR繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間tr0.25s，求K,.解：取KT0.69,0.6,%9.5%(1)系統(tǒng)開環(huán)增益：K0.69/T0.69/0.16.9(1/s)(2)上升時(shí)間tr3.3T0.33S過度過程時(shí)間：3tssnUnm10VnNTlL0.0150.094sl如要求tr0.25s，則應(yīng)取KT1,0.

16、5這樣K1/T10,超調(diào)量=16.3%。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OS5%(按線性系統(tǒng)考慮)試對該系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。10KK傳遞函數(shù)為：W新(s)s(0.01is+1)，將原系統(tǒng)校正成I型系統(tǒng)WI(s)s(Ts+1)4.7有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為系統(tǒng)超調(diào)量O%S30%(按線性系統(tǒng)考慮)。試決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)解：應(yīng)選擇PI調(diào)節(jié)器，WP(Is)=KP(Ii，則校正成新系統(tǒng)的以實(shí)現(xiàn)無靜差，按OS5%要求查表?。篕T=0.5即：10Kix0.01=0.5，得：Ki=5。Wobj(s)K1s(Ts1)10s(0.02s1)要求校正

17、為典型II型系統(tǒng)，在階躍輸入下W(s)=KP(Is+1)K1,對照典型I型系統(tǒng)，K=KPIK1/,=hT,選h=8,ss(Ts+1)查表得：O%=27.2%,滿足設(shè)計(jì)要求。=hT=8*0.02=0.16s。K=(h+1)/(2h2T2)=175.78，KPI=K/K1=2.81。4.8在一個(gè)由PWM變換器供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，PWM變換器的開關(guān)頻率為8kHz。已知電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：PN60kW,UN220V,IN308A,nN1000r/min電動勢系數(shù)Ce=0.196Vmin/r，主回路總電阻R=0.1Q變換器的放大倍數(shù)Ks=35。電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.01s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm

18、=0.12s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0i=0.0025s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0n=0.015s。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓(Un*)N=10V,調(diào)節(jié)器ASR,ACR飽和輸出電壓Uim=8V,Ucm=8V系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標(biāo)為穩(wěn)態(tài)無靜差調(diào)速范圍D=10,電流超調(diào)量5%空載起動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量15%。試求：確定電流反饋系數(shù)B(假設(shè)起動電流限制在1.5IN以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR,計(jì)算其參數(shù)Ri,、Ci、COio畫出其電路圖，調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R0=40k。設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,計(jì)算其參數(shù)Rn、Cn、COn(R0=40kQ)計(jì)算電動機(jī)帶40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超

19、調(diào)量5)計(jì)算空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。解：(1)Uim880.0173V/AIdm1.5IN1.53082)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)1確定時(shí)間常數(shù)：(a)Ts0.000125ss8000(b)1111，因此取Toi=0.0006。()Toi510TPWM(c)TiTsToi=0.000725s。電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：n。1000r/minTlL0.0150.094sl0.01Vmin/r因?yàn)閕5%，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器，WACR(S)Ki(iS1)iSKITi0.5則2Ti20.0007250.00145電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:iTl=0.01s。電流環(huán)開環(huán)增益：要求i5%時(shí)，按表4-1，應(yīng)取

20、KITi0.5，因此KI0.50.5Ti0.0007251689.655s1是，ACR的比例系數(shù)為KiKIiRKs689.6550.010.1350.01731.13898校驗(yàn)等效條件：電流環(huán)截止頻率：ciKI689.655s1校驗(yàn)整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件II3Ts30.0001251sci滿足近似條件校驗(yàn)忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條件Tm1Tl30.1210.0186.602sci滿足近似條件校驗(yàn)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件113TsToi110.0001250.0061217.16s1ci滿足近似條件可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R040K貝I：RiKiR00.224

21、3408.97K,取9K.Ci0.012391031.33FC0i4T0iR0.0023401030.25F3)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1KIRiTon0.015s1解：1)TlL0.0150.094slTnTon0.001450.0150.01645KI速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器，WASR(S)Kn(nS1)/nSKN2h2Tn22520.016452443.454ASR的比例系數(shù)校驗(yàn)等效條件：轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率KNn443.4540.0822536.474KI1689.655325.13Ti30.000725325.1cn滿足簡化條件轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)(空載Z=0)3080

22、.10.1960.01154n81.2%1.50.1960.793%10000.1881.2%1.1(3080.18/0.1961000)(0.02666/0.12)11.23%10%轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)不符合要求。因此需重新設(shè)計(jì)。4.9有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主電路采用三相橋式整流電路。已知電動機(jī)參數(shù)為：PN=500kW，UN=750V，IN=760A，nN=375r/min，電動勢系數(shù)Ce=1.82Vmin/r,電樞回路總電阻R=0.14Q允許電流過載倍數(shù)入=1.5,變換器的放大倍數(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,電流反饋濾波時(shí)

23、間常速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益nhTn50.016450.08225Kn(h1)CeTm2hRTn60.01730.1960.12250.0070.10.0164521.202KNcn171.474cn滿足簡化條件1689.65530.0151數(shù)T0i=0.0006s轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)TOn=0.02s。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓Unm*=Uim*=Unm=10V調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40kQ。設(shè)計(jì)指標(biāo):穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量i5%，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n10%。電流調(diào)節(jié)器已按典型丨型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并取參數(shù)KT=0.5。150.9s1ci0.1120.031cib)3T1T選擇轉(zhuǎn)速調(diào)

24、節(jié)器結(jié)構(gòu),并計(jì)算其參數(shù)。合理?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，并考慮它們是否速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：KITi0.5UimIdm10V0.00877V/A1.5INUnm10VnN375r/min0.0267Vmin/r電流調(diào)節(jié)器已按典型確定時(shí)間常數(shù)：I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：確定時(shí)間常數(shù)：(a)Ts10.000125s8000(b)1111,因此取Toi=0.0006。()To510TPWM(c)TiTsToi=0.000725s。電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)镾%5,%可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器，WACR(S)Ki(iS1),TTl=42.76?？箶_性能滿足要求。Ti電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確

25、定：iTl0.031s，KITi0.5KIT0.5136.24s1KiKsKIIR136.240.0310.140.899750.00877校驗(yàn)等效條件：ciKI136.24s，a)31TSsci0.00167ci11111c)182.39sciTsToi30.001670.002ci可見滿足近似等效條件。電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K，則RiKiR00.8994035.96取36KCiRii306.0130130.86FC0i4T0i0.00320.2f0iR040103速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)則電流環(huán)時(shí)間常數(shù)1KI2Ti20.003670.00734s1Ton0.02sTnTon0.007340.020.02734sKI按照無靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器，WASR(S)Kn(nS1)/nS速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：nhTn,h5,nhTn0.1367s轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益h1KN2h2T2n2250.0273421