《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》答案(全)

------------------------------------------------------------------------《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》答案(全)1-1為什么PWM-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比晶閘管----電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài)性能？答：PWM開關(guān)頻率高，響應(yīng)速度快，電流容易連續(xù)，系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)。1-2試分析有制動(dòng)通路的不可逆PWM變換器進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，兩個(gè)VT是如何工作的？答：制動(dòng)時(shí)，由于的脈沖變窄而導(dǎo)致反向時(shí)，Ug2變正，于是VT2導(dǎo)通，VT2導(dǎo)通，VT1關(guān)斷。1-3調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？調(diào)速范圍，靜態(tài)速降和最小靜差之間有什么關(guān)系？為什么脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了？答：生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示，即：負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱為系統(tǒng)的靜差率S,即：調(diào)速范圍，靜差速降和最小靜差之間的關(guān)系為：由于在一定的下，D越大，越小又一定，則S變大。所以，如果不考慮D，則S的調(diào)節(jié)也就會容易，1-4．某一調(diào)速系統(tǒng)，測得的最高轉(zhuǎn)速特性為，最低轉(zhuǎn)速特性為，帶額定負(fù)載的速度降落，且不同轉(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)允許的靜差率是多大？解1-5閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500----150r/min，要求系統(tǒng)的靜差S<=2%,那末系統(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？1，2，1-6某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時(shí)，額定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)的速降為8r/min，如果將開環(huán)放大倍數(shù)他提高到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？同樣靜差率的條件下調(diào)速范圍與開環(huán)放大倍數(shù)加1成正比1-7某調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=20，額定轉(zhuǎn)速，開環(huán)轉(zhuǎn)速降落，若要求靜差率由10%減少到5%則系統(tǒng)的開環(huán)增益將如何變化？解：原系統(tǒng)在調(diào)速范圍D=20，最小轉(zhuǎn)速為：，

原系統(tǒng)在范圍D=20，靜差率為10%時(shí)，開環(huán)增益為：靜差率10%時(shí)原系統(tǒng)的開環(huán)增益為：1-8轉(zhuǎn)速單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點(diǎn)？改變給定電壓能否改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？答：1）閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍。為此，所需付出的代價(jià)是需增設(shè)電壓放大器以及檢測與反饋裝置。2）能。因?yàn)?，由公式可以看出，?dāng)其它量均不變化時(shí)，隨著的變化而變化3）能。因?yàn)檗D(zhuǎn)速和反饋電壓比有關(guān)。4）不，因?yàn)榉答伩刂葡到y(tǒng)只對反饋環(huán)所包圍的前向通道上的擾動(dòng)起抑制作用，而測速機(jī)勵(lì)磁不是。1-9在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流，電樞電流、電樞電阻、測速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁各量發(fā)生變化時(shí)，都會引起轉(zhuǎn)速的變化，問系統(tǒng)對于上述各量有無調(diào)節(jié)能力？為什么？答：系統(tǒng)對于上述各量中電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流，電樞電流、電樞電阻、有調(diào)節(jié)能力。因?yàn)樗鼈冊陂]環(huán)系統(tǒng)的前向通道中，對于測速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁各量發(fā)生變化，沒有調(diào)節(jié)能力。因?yàn)樗辉陂]環(huán)系統(tǒng)的前向通道中。1-10有一V-M調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：電樞電阻，整流裝置內(nèi)阻，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍Ｄ＝20，靜差率Ｓ≤10％。計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降。調(diào)整該系統(tǒng)能參數(shù)，使當(dāng)，，，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)。解：（１）電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢系數(shù)開環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)速降閉環(huán)靜態(tài)速降閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)（2）因?yàn)樗?407.4288==0.00961（3）運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)１－１１在題１－１０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，臨界截止電流,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阻的1/3，如果做不到，需要加電流反饋放大器，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）則0得：系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖(給它畫出圖)（2）顯然采樣電阻大于主電路2.7*1/3倍，所以增加電流反饋放大器后：新的采樣電阻：可選0.5歐姆電流反饋放大系數(shù)：新的比較電壓：所以加上的電流反饋放大器的放大倍數(shù)為3１－１２某調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖所示，已知數(shù)據(jù)如下：電動(dòng)機(jī)Ｐｎ＝18ＫＷ，Ｕｎ＝220Ｖ，In＝94Ａ，整流裝置內(nèi)阻,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。最大給定電壓，當(dāng)主電路電達(dá)到最大值時(shí)，整定電流反饋電壓。設(shè)計(jì)指標(biāo)：要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍Ｄ＝20，靜差率S≤10％，，。試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并計(jì)算：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)ａ。調(diào)節(jié)器放大系數(shù)。電阻的數(shù)值。（放大器的輸入電阻）電阻的數(shù)值和穩(wěn)壓管ＶＳ的擊穿電壓值。解：(1)同1-10可得a=0.0145(2)(3)（4）A；A；當(dāng)主電路電流最大即為時(shí)，而當(dāng)主電路電流為時(shí)，為：V此時(shí)電流反饋起作用，穩(wěn)壓管的擊穿電壓可根據(jù)確定取稍大值：當(dāng)主電路的電流增大到時(shí)，為起到保護(hù)作用應(yīng)使流過的電流等于流過的電流，以使電機(jī)轉(zhuǎn)速迅速降落。此時(shí)：mA;kΩ(取3.5kΩ)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖１－１３在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用，為什么？（１）放大器的放大倍數(shù)Ｋｐ（２）供電電網(wǎng)電壓（３）電樞電阻Ｒａ（４）電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流（５）電壓反饋系數(shù)a答：3）電樞電阻，４）電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流，（５）電壓反饋系數(shù)a無調(diào)節(jié)作用。因?yàn)榉答伩刂葡到y(tǒng)所能抑制的只是被反饋包圍的前向通道上的擾動(dòng)。１－１４有一個(gè)V-M系統(tǒng),已知:電動(dòng)機(jī):（15分）,Ra=1.5,整流裝置內(nèi)阻,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。（15分）系統(tǒng)開環(huán)工作時(shí),試計(jì)算調(diào)速范圍D=30時(shí)的靜差率s值;當(dāng)D=30,時(shí),計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降;如組成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng),要求D=30,,在,,計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a和放大器放大系數(shù)Kp;（4）如將上述調(diào)速系統(tǒng)改為電壓負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng),仍要求在,并保持系統(tǒng)原來的開環(huán)放大系數(shù)Ｋ不變，試求在Ｄ＝30時(shí)的靜差率。解：（１）（原來多加了1）（２）當(dāng)Ｄ＝30，Ｓ＝10％時(shí)計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降（３）求取的方法同1-10可得=0.00652（4）改為電壓負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)轉(zhuǎn)速降落為：當(dāng)調(diào)速D范圍不變時(shí)靜差率為：顯然比速度反饋系統(tǒng)在調(diào)速范圍不變的情況下靜差率大的多，但比無反饋系統(tǒng)靜差率小了１－１５在題1-10的系統(tǒng)中,若主電路電感L=50mH,系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量,整流裝置采用三相零式電路,試判斷按題1-10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?如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,允許的最大開懷放大系數(shù)K是多少?電磁時(shí)間常數(shù)機(jī)電時(shí)間數(shù)（查表全波為0.00167）在1-10題中如要系統(tǒng)穩(wěn)定須保證則系統(tǒng)不穩(wěn)定。如要系統(tǒng)穩(wěn)定，允許的最大的開環(huán)放大系數(shù)為但調(diào)速范圍不滿足了16.為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的?在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中,當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓時(shí),調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少?它取決于那些因素?答：使用積分控制時(shí)可以借助積分作用，使反饋電壓與給定電壓相等，即使為零一樣有輸出，不再需要來維持，由此即可使輸出穩(wěn)定于給定值使調(diào)速系統(tǒng)無靜差。當(dāng)時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出為電壓，是對之前時(shí)刻的輸入偏差的積累。它取決于的過去變化，當(dāng)為正增加，當(dāng)為負(fù)下降，當(dāng)為零時(shí)不變。17.在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測速發(fā)電機(jī)精度的影響?試說明理由;答：在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度同樣受給定電源和測速發(fā)電機(jī)精度的影響。無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只是消除了誤差，使輸出的轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定于給定的轉(zhuǎn)速。但是，這種系統(tǒng)依然屬于反饋控制系統(tǒng)，只能抑制被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)，對于其他環(huán)節(jié)上的精度影響無可奈何。18.采用比例調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)反饋系統(tǒng),穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的速度是否有靜差?為什么?試說明理由;答：有靜差。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)中是在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，忽略了轉(zhuǎn)速的降落認(rèn)為電樞電壓正比于轉(zhuǎn)速，而實(shí)際上是電樞電壓無靜差，從公式中可以看出速度的降落是不能消除的。因?yàn)檎{(diào)節(jié)器的輸出是電力電子變換器的控制電壓。所以只要電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行，就必須有控制電壓因而也必須有轉(zhuǎn)速偏差電壓。第二章習(xí)題答案2-1在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)？改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)Kn行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)Ks行不行？改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)行不行？若要改變電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？答：改變轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)給定電壓，改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)不行，改變也不行，改變行。改變堵轉(zhuǎn)電流調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù).2-2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么？答：兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓均為0，如果不為0則和繼續(xù)變化，就不是穩(wěn)態(tài)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出電壓為：電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓為：2-3如果轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不是PI調(diào)節(jié)器，而改為P調(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能將會產(chǎn)生什么影響？答：穩(wěn)態(tài)精度變差，但跟隨性和抗干擾能力都不會得到改善，使系統(tǒng)成為不穩(wěn)定系統(tǒng)。答：靜特性1）閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性變軟2）存在靜差率相對較大。動(dòng)特性：跟隨性和抗干擾能力不會得到改善，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性降低，而快速性卻提高了。2-4試從下述五個(gè)方面來比較轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)：調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性;動(dòng)態(tài)限流性能;起動(dòng)的快速性;抗負(fù)載擾動(dòng)的性能;抗電源電壓波動(dòng)的性能;答：（1）單閉環(huán)：在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。雙閉環(huán)：可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差和電流無靜差。（2）單閉環(huán)：只能在超過臨界電流后，限制電流沖擊雙閉環(huán)：電流調(diào)節(jié)器通過電流反饋系數(shù)隨時(shí)調(diào)節(jié)控制電流（3）單閉環(huán)：快、不平穩(wěn)雙閉環(huán)：起動(dòng)快、平穩(wěn)（4）單閉環(huán)：差雙閉環(huán)：強(qiáng)、靠ASR單閉環(huán)：差雙閉環(huán)：由電流內(nèi)環(huán)ACR及時(shí)調(diào)節(jié)2-5在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速線突然斷線，系統(tǒng)重新進(jìn)入后，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓是否為零？為什么？答：轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的輸出達(dá)到飽和為止，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓不為零，因?yàn)榉€(wěn)定后電流反饋依然為只能增加電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到新的平衡2-6在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速給定信號未改變，若增大轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓是增加、減少還是不變？為什么？答：不變。因?yàn)樵龃螅谶_(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，依然要是無靜差系統(tǒng)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速下降，在達(dá)到同樣的時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。2-7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(dòng)機(jī)：電樞回路總電阻R=1.5，設(shè)，電樞回路最大電流，電力電子變換器的放大系數(shù)。試求：電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù);當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的、、、值。解：（1）電流反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)（2）（負(fù)反饋）由于堵轉(zhuǎn)電流n＝02-8在轉(zhuǎn)速、電流比閉環(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）應(yīng)如何變化？（2）應(yīng)如何變化？（3）值由哪些條件決定？解：（1）應(yīng)增加。因?yàn)楫?dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時(shí)增加，是確定的。由40A增加到70A時(shí)，由4V增加到7V（2）略有增加。因?yàn)?；的增加使增加，使得增加?）由n和決定。2-9在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在額定工作點(diǎn)正常運(yùn)行，現(xiàn)因某種原因使電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電源電壓突然下降一半,系統(tǒng)工作情況將會如何變化？寫出、、、及n在系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)定后的表達(dá)式。答：當(dāng)磁通下降一半時(shí)但電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行所以2-10某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型I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)量求系統(tǒng)的開環(huán)增益;計(jì)算過渡過程時(shí)間和上升時(shí)間;繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果上升時(shí)間，則K=?，解：（1）系統(tǒng)開環(huán)增益（參見表2-2）（2）調(diào)節(jié)時(shí)間上升時(shí)間(3)KT=1K=10(4)用MATLAB仿一個(gè)為好：2-11有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為,要設(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（按線性系統(tǒng)考慮）。試對該系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：校正成典型I型系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：取查表得：2-12有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為，要求校正為典型型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量（按線性系統(tǒng)考慮）。決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：選用PI型調(diào)節(jié)器系統(tǒng)開環(huán)傳函為h=72-13調(diào)節(jié)對象的傳遞函數(shù)為，要求用調(diào)節(jié)器分別將其校正為典型型和型系統(tǒng)，求調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。解：校正成典型型系統(tǒng)選擇PI調(diào)節(jié)器：校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為：令K=100(2)校正成典型系統(tǒng)，選擇PI調(diào)節(jié)器：h=5