電力拖動自動控制系統(tǒng)第四版課后答案

習(xí)題解答〔供參考〕習(xí)題二2.2系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1000~100，要求靜差率2%，那么系統(tǒng)允許的靜差轉(zhuǎn)速降是多少？解：系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為。2.3某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為，最低轉(zhuǎn)速特性為，帶額定負(fù)載時的速度降落，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問系統(tǒng)能夠到達(dá)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)載情況下〕2)靜差率ΩΩ。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求20%時，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果30%時，那么系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？？解：Ω?,求：〔1〕當(dāng)電流連續(xù)時，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)速時的靜差率多少？〔3〕假設(shè)要滿足20≤5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落又為多少?解：(1)(2)(3)2.6有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)構(gòu)造圖如下圖，給定電壓、比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù)、晶閘管裝置放大系數(shù)、反應(yīng)系數(shù)γ=0.7。求：〔1〕輸出電壓；〔2〕假設(shè)把反應(yīng)線斷開，為何值？開環(huán)時的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍？〔3〕假設(shè)把反應(yīng)系數(shù)減至γ=0.35，當(dāng)保持同樣的輸出電壓時，給定電壓應(yīng)為多少？解：〔1〕(2),開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍(3)2.7某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500150，要求系統(tǒng)的靜差率，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100，那么閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大？解：1〕2〕2.8某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時，額定負(fù)載下電動機(jī)的速降為8，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：如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30,那么速降為：在同樣靜差率要求下，D可以擴(kuò)大倍2.9有一調(diào)速系統(tǒng)：電動機(jī)參數(shù)2.2,220V,12.5A,1500，電樞電阻Ω，Ω，整流裝置內(nèi)阻1.0Ω,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍20，靜差率S<=10%?！?〕計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降Δ和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降Δ?！?〕采用轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)構(gòu)造圖。〔3〕調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)*=15V時，，，那么轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)系數(shù)α應(yīng)該是多少？〔4〕計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。解：〔1〕所以，〔2〕〔3〕〔4〕可以求得，也可以用粗略算法：，，2.10在題2.9的轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉(zhuǎn)電流，臨界截止電流，應(yīng)該選用多大的比擬電壓和電流反應(yīng)采樣電阻？要求電流反應(yīng)采樣電阻不超過主電路總電阻的1/3,如果做不到，需要增加電流反應(yīng)放大器，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)構(gòu)造圖，并計(jì)算電流反應(yīng)放大系數(shù)。這時電流反應(yīng)采樣電阻和比擬電壓各為多少？解：〔1〕，，〔2〕由于需要的檢測電阻值大，說明要求的電流信號值也大。要同時滿足檢測電阻小和電流信號大的要求，那么必須采用放大器，對電流信號進(jìn)展放大。為此，

取，那么〔3〕當(dāng)時，有當(dāng)0時，2.11在題2.9的系統(tǒng)中，假設(shè)主電路電感50，系統(tǒng)運(yùn)動局部的飛輪慣量，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題2-9要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)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)是多少？解：，，，可見與前面的K>相矛盾，故系統(tǒng)不穩(wěn)定。要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，K最大為。2.12有一個晶閘-電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，：電動機(jī)：，，，，Ω，整流裝置內(nèi)阻=1Ω,電樞回路電抗器電阻Ω，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。(1)系統(tǒng)開環(huán)工作時，試計(jì)算調(diào)速范圍時的靜差率值。(2)當(dāng)，時，計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。(3)如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求，，在時，，計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)系數(shù)和放大器放大系數(shù)。解：〔1〕〔2〕〔3〕2.13旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)1024，倍頻系數(shù)4，高頻時鐘脈沖頻率，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個數(shù)和高頻時鐘脈沖個數(shù)均采用16位計(jì)數(shù)器，M法測速時間為0.01s，求轉(zhuǎn)速和時的測速分辨率和誤差率最大值。解：〔1〕M法：分辨率最大誤差率：時，時，時，時，可見M法適合高速?！?〕T法：分辨率：時，時，最大誤差率：，，當(dāng)時，當(dāng)時，時，時，可見T法適合低速習(xí)題三3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的和均為調(diào)節(jié)器，設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓=15V，=1500，=20A，電流過載倍數(shù)為2，電樞回路總電阻=2Ω，=20，·，求：〔1〕當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在=5V，=10A時，系統(tǒng)的、、、和各為多少？〔2〕當(dāng)電動機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時，和各為多少？解：(1)〔2〕堵轉(zhuǎn)時，，3.2在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器，均采用調(diào)節(jié)器。參數(shù)：電動機(jī)：，=220V，=20A，=1000,電樞回路總電阻Ω,設(shè)=8V，電樞回路最大電流=40A,電力電子變換器的放大系數(shù)=40。試求：〔1〕電流反應(yīng)系數(shù)和轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)。〔2〕當(dāng)電動機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的值。解:1〕

2)這時：

，處于飽和，輸出最大電流給定值。

3.3在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器，均采用調(diào)節(jié)器。當(dāng)輸出到達(dá)=8V時，主電路電流到達(dá)最大電流80A。當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時，試問：〔1〕應(yīng)如何變化？〔2〕應(yīng)如何變化？〔3〕值由哪些條件決定？解:1)

因此當(dāng)電流從40A70A時，應(yīng)從4V7V變化。2)要有所增加。

3)取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因?yàn)?.5某反應(yīng)控制系統(tǒng)已校正成典型I型系統(tǒng)。時間常數(shù)0.1s,要求階躍響應(yīng)超調(diào)量≤10％。系統(tǒng)的開環(huán)增益。計(jì)算過渡過程時間和上升時間；繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時間<0.25s,那么?，％=?解：取系統(tǒng)開環(huán)增益：上升時間過度過程時間：〔3〕如要求，查表3-1那么應(yīng)取,這時%。3.6有一個系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為，要求設(shè)計(jì)一個無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量％≤5％〔按線性系統(tǒng)考慮〕。試對系統(tǒng)進(jìn)展動態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器構(gòu)造，并選擇其參數(shù)。解：按典型=1\*I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選。選I調(diào)節(jié)器，校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，已選＝0.5,那么K＝0.550,所以，積分調(diào)節(jié)器：。3.7有一個閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為，要求校正為典型Ⅱ型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量％≤30％〔按線性系統(tǒng)考慮〕。試決定調(diào)節(jié)器構(gòu)造，并選擇其參數(shù)。解：應(yīng)選擇調(diào)節(jié)器，，對照典型Ⅱ型系統(tǒng)，，滿足設(shè)計(jì)要求。這樣，3.8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，電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：,V,A,,電動勢系數(shù)=·,主回路總電阻Ω,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)=35。電磁時間常數(shù)=0.012s,機(jī)電時間常數(shù)=0.12s,電流反應(yīng)濾波時間常數(shù)=0.0025s,轉(zhuǎn)速反應(yīng)濾波時間常數(shù)。額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓(*)N=10V,調(diào)節(jié)器，飽和輸出電壓*。系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標(biāo)為:穩(wěn)態(tài)無靜差,調(diào)速范圍10,電流超調(diào)量≤5%,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量≤10%。試求：〔1〕確定電流反應(yīng)系數(shù)β(假設(shè)起動電流限制在以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)α?！?〕試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器,計(jì)算其參數(shù),、、。畫出其電路圖,調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R0=40?！?〕設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器,計(jì)算其參數(shù)、、。(R0=40kΩ)〔4〕計(jì)算電動機(jī)帶40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σn。〔5〕計(jì)算空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間。解：〔1〕〔2〕電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時間常數(shù)：電流調(diào)節(jié)器構(gòu)造確定：因?yàn)?，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用調(diào)節(jié)器，,電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:，。校驗(yàn)等效條件：可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選,那么：, 取9K.由此〔3〕速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時間常數(shù)：電流環(huán)等效時間常數(shù):因?yàn)槟敲此俣日{(diào)節(jié)器構(gòu)造確定：按照無靜差的要求，應(yīng)選用調(diào)節(jié)器，,速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：校驗(yàn)等效條件：可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)(空載0〕轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果說明，上述設(shè)計(jì)不符合要求。因此需重新設(shè)計(jì)。查表，應(yīng)取小一些的h，選3進(jìn)展設(shè)計(jì)。按3，速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定如下：校驗(yàn)等效條件：可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果說明，上述設(shè)計(jì)符合要求。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選,那么,取310K。4)40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時:5)空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間是：(書上無此公式〕僅考慮起動過程的第二階段。所以：3.10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。電動機(jī)參數(shù)為：=500，=750V，=760A，375，電動勢系數(shù)·,電樞回路總電阻Ω,允許電流過載倍數(shù)λ=1.5,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)75,電磁時間常數(shù)=0.031s,機(jī)電時間常數(shù)=0.112s,電流反應(yīng)濾波時間常數(shù)=0.002s,轉(zhuǎn)速反應(yīng)濾波時間常數(shù)。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓**==10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40kΩ。設(shè)計(jì)指標(biāo):穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量≤5%，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量≤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)。〔1〕選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器構(gòu)造,并計(jì)算其參數(shù)?！?〕計(jì)算電流環(huán)的截止頻率和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率，并考慮它們是否合理?解：〔1〕電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：確定時間常數(shù)：電流調(diào)節(jié)器構(gòu)造確定：因?yàn)棣?≤5%，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用調(diào)節(jié)器，(s)(τ1)/τ，∑0.031/0.00367=8.25<10電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：τ0.031s，∑∑136.241校驗(yàn)等效條件：ω136.241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，那么取36K速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時間常數(shù)：電流環(huán)等效時間常數(shù)1：因?yàn)椤?.5那么12T∑c)T∑速度調(diào)節(jié)器構(gòu)造確定：按照無靜差的要求，應(yīng)選用調(diào)節(jié)器，(s)(τ1)/τ速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：τ∑n，選5，那么τ∑0.1367s,(1)/〔2h2T2∑n2=160.542

(1)β〔2hα∑n校驗(yàn)等效條件：ωω1τ160.54*0.1367=21.9462a)1/3(∑i)1/2=1/3(136.24/0.00367)1/21>ωb)1/3()1/2=1/3(136.24/0.02)1/21>ω可見滿足近似等效條件。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K，那么*R0=10.5*40=420K由此τ0.1367/420*103μμFC04T00=4*0.02/40*103=2μF2)電流環(huán)的截止頻率是：ω136.241

速度環(huán)的截止頻率是：ω21.9462從電流環(huán)和速度環(huán)的截止頻率可以看出，電流環(huán)比速度環(huán)要快，在保證每個環(huán)都穩(wěn)定的情況下，再求系統(tǒng)的快速性，充分表達(dá)了多環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。3.11在一個轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，電流調(diào)節(jié)器均采用調(diào)節(jié)器?！?〕在此系統(tǒng)中,當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號最大值*=15V時1500;電流給定信號最大值*=10V時,允許最大電流30A,電樞回路總電阻2Ω,晶閘管裝置的放大倍數(shù)30,電動機(jī)額定電流=20A,電動勢系數(shù)·。現(xiàn)系統(tǒng)在*=5V20A時穩(wěn)定運(yùn)行。求此時的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速?的輸出電壓=?〔2〕當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運(yùn)行時,電動機(jī)突然失磁(=0),系統(tǒng)將會發(fā)生什么現(xiàn)象?試分析并說明之。假設(shè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來,那么穩(wěn)定后??*=???=?〔3〕該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì),且按準(zhǔn)那么選擇參數(shù),取中頻寬5,轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)T∑n=0.05s,求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開環(huán)傳遞函數(shù),并計(jì)算出放大系數(shù)及各時間常數(shù)?！?〕該系統(tǒng)由空載(=0)突加額定負(fù)載時,電流和轉(zhuǎn)速的動態(tài)過程波形是怎樣的?機(jī)電時間常數(shù)=0.05s,計(jì)算其最大動態(tài)速降和恢復(fù)時間。1)α=U*=15/1500=0.01

β=U*=10/30=0.33

U*n=5V，*α=5/0.01=500

0(∑)(∑)(0.128*500+20*2)/30=3.467V

2)在上述穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電動機(jī)突然失磁〔Φ=0〕那么電動機(jī)無電動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速下降到零，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快到達(dá)飽和，要求整流裝置輸出最大電流。因此，系統(tǒng)穩(wěn)定后，

0，0

U**=10，*i=10

30A

0(∑)(0+30*2)/30=2V3)在跟隨給定作用下，轉(zhuǎn)速環(huán)處于線性狀態(tài)，此時系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：τ∑T∑(1)/2h2T2=6/2*25*0.052=4824)空載突加額定負(fù)載時，轉(zhuǎn)速有動態(tài)降落?！瞤93,94)

Δ2(λ)Δ∑2*(1-0)*20*2/0.128*(0.05/0.05)=625[222∑2*20*2*0.05/0.128*0.05=625]最大動態(tài)速降：Δ(Δ)*Δ81.2%*625=507.5

恢復(fù)時間：8.88.8*0.05=0.44s(p81表〕習(xí)題五5.8兩電平逆變器主回路，采用雙極性調(diào)制時，用“1〞表示上橋臂開通，“0〞表示上橋臂關(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)寫出其電壓空間矢量表達(dá)式，畫出空間電壓矢量圖。解：兩電平逆變器主回路：采用雙極性調(diào)制時，忽略死區(qū)時間影響，用“1〞表示上橋臂開通，“0〞表示下橋臂開通，逆變器輸出端電壓：，以直流電源中點(diǎn)為參考點(diǎn)00001001100100110011011110空間電壓矢量圖：、、，如何定義三相定子電壓空間矢量、、和合成矢量，寫出他們的表達(dá)式。解：為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量：合成矢量：5.10忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量與定子磁鏈的關(guān)系，當(dāng)三相電壓、、為正弦對稱時，寫出電壓空間矢量與定子磁鏈的表達(dá)式，畫出各自的運(yùn)動軌跡。解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式：忽略定子電阻的影響，，即電壓空間矢量的積分為定子磁鏈的增量。當(dāng)三相電壓為正弦對稱時，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量電壓空間矢量：5.11采用電壓空間矢量調(diào)制方法，假設(shè)直流電壓恒定，如何協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。解：直流電壓恒定那么六個根本電壓空間矢量的幅值一定，，零矢量作用時間增加，所以插入零矢量可以協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。5.12兩電平逆變器主回路的輸出電壓矢量是有限的，