電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)--運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第4版-習(xí)題答案

1、習(xí)題解答（供參考）習(xí)題二22 系統(tǒng)的調(diào)速范圍是 1000100r；min，要求靜差率s=2%,那么系統(tǒng)允許的靜差轉(zhuǎn)速降是 多少？解：m -nnSD（s） -1000 0.02（10 0.98）=2.04rpm系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為 2.04rpm。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n0max =1500r.；min，最低轉(zhuǎn)速特性為n°min =150r.min，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落厶n” =15r;'min，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D =n max： nmin （均指額定負(fù)載情況下）n

2、max =n0max匚 nN = 1500 - 15 =1485nmin 二 n0min -nN 150 _15 135D - nmax . nmin - 1485； 135 = 112） 靜差率 s 二汽 nN,n ° =15；150 =10%2.4 直流電動(dòng)機(jī)為 PN=74kW,UN=220V I n=378A, nN=1430r/min , Ra=0.023 Q。相控整流器內(nèi)阻Rrec=0.022 Q。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求 s=20%時(shí)，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。 如果s=30% 時(shí)，則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？解：Ce = (U N -I N Ra ) nN =(220 -37

3、8 0.023). 1430 = 0.1478V rpmrlNR.Ce =378 (0.023 0.022). 0.1478 =115rpmD=nnS：n(1-s)=1430 0.2115 (1一0.2)=3.1D=nNS.：n(1-s)=1430 0.3115 (1 一0.3) = 5.332.5 某龍門刨床工作臺(tái)采用 V-M調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動(dòng)機(jī)PN =60kW,U N =220V,I N =305代nN =1000r：min，主電路總電阻 R=0.18Q ,Ce=0.2V?min/r, 求:(1) 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落.nN為多少？(2) 開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)

4、速時(shí)的靜差率Sn多少？(3) 若要滿足D=20,s< 5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落.lnN又為多少？解：(1) :nN = I n ； RCe = 305 0.180.2 = 274.5r / min(2) SN 八nN . n0 二 274.5 (1000 274.5) = 21.5%(3) - n = nnS.'D(1-s) =1000 0.05 20 0.95 = 2.63r/min2.6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U； =8.8V、比例調(diào)節(jié)器 放大系數(shù)Kp =2、晶閘管裝置放大系數(shù) Ks =15、反饋系數(shù)丫 =0.7。求：(1 )輸出電壓

5、Ud ;(2)若把反饋線斷開，Ud為何值？開環(huán)時(shí)的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍？ (3)若把反饋系數(shù)減至丫 =0.35，當(dāng)保持同樣的輸出電壓時(shí)，給定電壓U；應(yīng)為多少？解：(1) Ud 二 KpKsU；'(1 KpKs ) =2 15 8.8, (1 2 15 0.7)=12V(2) Ud =8.8 2 15 = 264V,開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍(3) U； =Ud(1 KpKs ), KpKs =12 (1 2 15 0.35) (2 154.6V2.7 某閉環(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 s _ 5%，那么系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開

6、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？解：1 ) D 二 nNs/ nN 1 -s10 =1500 2%/ .tIn 98%.nN =1500 2% / 98% 10=3.06r/min2) K = :nop / 二nci -1 =100/3.06 -1 =31.72.8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8 r/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：=nop = 1 K L nci = 1 15 8 =128如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30,則速降為：n cl = ： no

7、p/1 K =128/ 1 30 = 4.13rpm在同樣靜差率要求下，D可以擴(kuò)大An雷/丄nci2 = 1.937倍2.9 有一 V-M 調(diào)速系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)參數(shù) PN=2.2kW, U n=220V, I n=12.5A, n n=1500 r/min，電樞 電阻Ra=1.5 Q,電樞回路電抗器電阻 RL=0.8 Q,整流裝置內(nèi)阻 Rec=1.0 Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放 大倍數(shù)Ks=35o要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍 D=20,靜差率S<=10%(1) 計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降A(chǔ)nop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降3d。(2 )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。(3)調(diào)整該

8、系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)Un*=15V時(shí)，I d=l N, n=nN，則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a應(yīng)該是多少？(4 )計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。解: (1)n 二 Un -In & /Ce=Ce 二 220 -12.5 1.5 /1500 =201.25/1500 =0.134Vmin/ rn 二 Un -In RRCe=、nOp=lN Rt/C12.5 3.3/0.134 =307.836r/minnN = nNS/ D 1-s i；i=1500 10% /(20*90% ) 8.33r / min所以，二 nci =8.33r/min(2)4-(3) (4)KpKsUn -IdR/Cel KKUn/：

9、 1 K L 忙 R/ C° 1 K 1KF，nop / 譏 -1 二 307.836/8.33 -1 二 35.9551500 = 35.955x15/ct(1 +35.955 - 12.5咒 3.3/(0.134(1 + 35.955)15= 0.01一 - - 0.0096V min/ r可以求得，KUn1500Kp=KCe/Ks: , Kp =35.955 0.134/ 35 0.01 =13.762.10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 Idbi - 2In，臨界截止電流Idcr -1.2I n，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

10、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C.955* O.134*p Ks *35* 0.0096也可以用粗略算法: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） Idbi 乞 2lN =25A，Ider _1.2In =15A1 dercom/Rs 二 15 二 Ucom/Rs-可編輯修改-Idbl ： U； Ucom /Rs二 25二 15 Ucom R 二 Rs =価U com =15 1.5= 22.5V(R#3) = 1.0 1.5 0.8 /3 =1.1Rs (0/3)不符合要求，取R

11、s =1.11,需加電流反饋放大器由于需要的檢測(cè)電阻值大，說明要求的電流信號(hào)值也大。要同時(shí)滿足檢測(cè)電阻小和電流信號(hào)大的要求，則必須采用放大器，對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行放大。為此，取Rs亠1則匕呦 Rs =15 1.1=16.5V(3)當(dāng) Id Ider 時(shí)，有n 二 KpKsU：/Ce 1 K LKpKsK RsIdQ 1 K L 宓心 K 1-KpKsU nKiU com / Ce 1 K LR KpKsKiRs Id / Ce V K 1當(dāng)n=0時(shí)，Idbi =KpKs U； KiU com / R KpKsKi 艮：U； KiU com /KiRs25p15 16.5K /1.1 Ki = Ki

12、=15/ 22.5-13.5j=1.362.11在題2.9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GD2 = 1.6Nm2 ,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)是多少？解：L=50mH，GD2 =1.6Nm2， R= 3.3，C 0.134V / rpmT =L/R=0.05/3.3=0.015sTm 二GD2RT 375CeCm =1.6 3.3/ 375 0.134 0.134 30 /3.14=5.28/64.33 =0.082sTs =0.00333sK “ Tm T Ts )+T

13、s2 / TJs = 0.082 匯(0.015 + 0.00333 )+0.003332 /(0.0151* 0.00333=0.0015 0.003332 / 0.00004983 = 30.52可見與前面的K>35.955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30.52。2.12 有一個(gè)晶閘-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)：Pn =2.8kW , Un = 220V , I N =15.6A ,；n =1500r/min , Ra=1.5 Q,整流裝置內(nèi)阻Rrec =1 Q ,電樞回路電抗器電阻Rl =0.8 Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks =35。(1) 系統(tǒng)開環(huán)工作

14、時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍D =30時(shí)的靜差率s值。(2) 當(dāng)D =30 , s =10%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, s =10%，在U；=n =nN，計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù):和放大器放大系數(shù) K p。解：Ce h220 -15.6 1.5 /1500 =0.1311V min/ r(1).:nop = In R/Ce =15.6 3.3/ 0.1311 = 392.68r / minnmin -1500 / 30 =50s = - ：nop / .'：n0min =392.68/1 392.68 ' 50 = 88.7%(2)0.1 -

15、，n K -n 50 n = 5/ 0.9 = 5.56r / min(3)n = KpKsU： /Ce(1 +K )-Ry|d /Ce(1 +K )K = KpGKs/Ce；1500 = KpKsU；/Ce(1 +K )(Rfl5.6 yCe(1 +K )K =仏n°p/Anci )1 =(297.48/5.56 )1 =52.5-，旋轉(zhuǎn)編碼器輸0.01s，求轉(zhuǎn)速2.13旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù) 1024,倍頻系數(shù)4,高頻時(shí)鐘脈沖頻率f0 =1MHz 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)數(shù)器，M法測(cè)速時(shí)間為n =1500r/min和n =150r/min時(shí)的測(cè)速分辨率和誤差率最大值

16、。解：(1)M法：分辨率 Q =一1.465r /minZTc 1024 X40.01最大誤差率:60M1ZTcn = 1500r / min 時(shí)，M 1nZTc601500 4 1024 0.0160= 1024n = 150r / min 時(shí),nZTc = 150 4 1024 0.0160 60= 102.41500r/min 時(shí)，、max% 100% 100% =0.098%M i1024150r/min 時(shí)，、max% 100%1100% =0.98%M1102.4可見M法適合高速。(2) T 法：分辨率：n = 1500r / min 時(shí)，QZn26Of0 -Zn21024x4x1

17、500260 1 106 -1025 4 1500=171r/minn =150r / min 時(shí),Zn260f° - Zn1024漢 4"50260 1 106 -1024 4 150=1.55r / min當(dāng) n =1500r/min 時(shí)，M 260 1069.771024 4 1500當(dāng) n =150r/min 時(shí),M260 1061024 4 150= 97.7n -1500r / min 時(shí),1100%M2 -11100% =11.4%9.771n =150r/min 時(shí),100%197.71100% =1%最大誤差率：60 f °60 f°n

18、, M2：ZM2Zn可見T法適合低速習(xí)題二3.1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U；m=15V,nN =1500r/min ， I n =20A，電流過載倍數(shù)為2，電樞回路總電阻R =2Q, Ks =20 , Ce =0.127V min/r，求：(1)當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在 Un=5V, ldL=10A時(shí)，系統(tǒng)的 n、Un、Ui >U i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: (1):-二 Unm/ nN = 15V/1500rpm = 0.01V / rpm5V*U當(dāng) Un =5V,轉(zhuǎn)速 n -500rpm0.01V /

19、 rpm土 =空 0.375V / AI dm 40 AUi= 1：ld =0.375*10-3.75V 二UjUcU d0 E 1 dLRKsKsCenN IdLR 0.127*50010* 2 = 4.175VKs20(2)Ucn =500rpm,Un=5V,Uj =5= 3.757 ,Uc =4.175v堵轉(zhuǎn)時(shí)，U： =2ldm =157 ,U d0Cenld R 1 dmR40*2KsKsKs3.2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 ACF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 =1000 r/min , 電樞回路

20、總電阻 R=1.5 Q , 設(shè)U：m二um =U cm =8V,電樞回路最大電流ldm=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)1和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：。(2) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的Ud0, UUj'Uc值。解：1=Ui =-8V0.2V /A :二如8V = 0.008V/ rpmIdm 40AnN 1000rpm2)Ud0=E Idi R =Ce nNldiR» = 40AT.5h -60V這時(shí):U； =8V,Un =0, ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。Ui* =8V,Uj =8V,Uc 二Udo； Ks =60. 40 =

21、1.5V3.3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) U * 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)"：=土 8V0.1V/AI dm 80A因此當(dāng)電流從40A= 70A時(shí)，U；應(yīng)從4V : 7V變化。2)Uc要有所增加。3)Uc取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因?yàn)閁d0 = E I di Rv = CenN1 dl RUd0CenIdRKsKs3.5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=

22、0.1s,要求階躍響應(yīng)超調(diào)量二< 10 %。(1) 系統(tǒng)的開環(huán)增益。(2) 計(jì)算過渡過程時(shí)間ts和上升時(shí)間tr ;(3) 繪出開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間tr <0.25s,則K=?,匚 =?解：取 KT =0.69,=0.6,二 =9.5%(1) 系統(tǒng)開環(huán)增益：K =0.69/T =0.69/0.1 =6.9(1/s)(2) 上升時(shí)間 tr =3.3t = 0.33s過度過程時(shí)間：3ts6T =6 0.1 二 0.6sn(3)如要求 tr ： 0.25s，查表 3-1 貝U應(yīng)取 KT =0.5 , tr =2.4T =2.4*0.1 = 0.24s 這時(shí) K =1/T =1

23、0,超調(diào)量=16.3%。3.6有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為W°bj(s)=些 10，要求設(shè)計(jì)一個(gè)無靜差毛+10.01s+1系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量 c %< 5% (按線性系統(tǒng)考慮)。試對(duì)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：按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選 KT =0.5,：=0.707, 查表3-1，得二 =4.3%W(s) = 11節(jié)器，W(s-校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為10,這樣，T = 0.01,K=10/ E ,.s (0.01s 1)已選KT=0.5,則 K = 0.5/T=50,所以1.s 0.2s °1=10 /K = 10 / 50

24、S.2 積分調(diào)節(jié)器： W(s)=3.7有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為 W°bi(s)10，要求校正為J s(Ts+1)s(0.02s + 1)典型n型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量；w 30 % (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，WPI (s Kpi ( s 1)，校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)W(s) =Kpi ( s 1) 仏jsjss(Ts+1)對(duì)照典型n型系統(tǒng)，K二KpiQ/.,.二hT,選h = 8，查表3-4， ；=27.2%,滿足設(shè)計(jì)要求。這樣 =hT = 8*0.02 = 0.16s，h +18+1K - 22- =175.7

25、8, KPI =K . / 心=175.78* 0.16/10 =2.812h2T22*8 2* 0.0223.8在一個(gè)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，已知電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：Pn =60kW , Un =220 V , In=308A , n” =1000r/min ,電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce =0.196 V min/r , 主回路總電阻R =0.18 Q ,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù) Ks=35。電磁時(shí)間 常數(shù)T|=0.012s,機(jī)電時(shí)間常數(shù) Tm =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

26、(U；)n =10V,調(diào)節(jié)器ASR ACR飽和輸出電壓Um =8V,Ucm =6.5V。系統(tǒng)的靜、動(dòng)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G < 5%,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn) 速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量；n < 10%試求：(1) 確定電流反饋系數(shù)B(假設(shè)起動(dòng)電流限制在1.1I n以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。(2) 試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR計(jì)算其參數(shù) R,、C、Coi。畫出其電路圖，調(diào)節(jié)器輸入回路電阻 R)=40g。(3) 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR,計(jì)算其參數(shù) R、G、Com (Ro=40kQ )(4 )計(jì)算電動(dòng)機(jī)帶40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量bno(5)計(jì)算空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的

27、時(shí)間。解：(1 )1 二U；/ldm =8V/(1.1* In) =8V/339A = 0.0236V/A:=10/1000 = 0.01V min/r(2)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：a)Ts =0.00333sb)Toi = 0.0025sc）Tf 二 T0i Ts =0.0025 0.00333 = 0.00583s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：i 二T = 0.012s,選KlTi =0.5,K0.5/Tj -85.76s1 ,K （丁 S +1）因?yàn)槎豈5%，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用 Pl調(diào)節(jié)器，Wacr（S）1 -TiSKiKi iRJ85.76 0.012 0.18

28、35 0.0173二 0.224。校驗(yàn)等效條件：cK85.76sJa）電力電子裝置傳遞函數(shù)的近似條件:13Ts13 0.003331 = 101.01 匕b）忽略反電勢(shì)的影響的近似條件:c）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)的近似條件:310.12 0.012= 79.06S1 13、0.00333 0.0025=115.52s，可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選局=40K ,則:R =KiR0 =0.224 40K =8.96K ,取 9K.Ci = j / R =0.012/(9 103) =1.33F由此i iV )3編=4T°j/R0 =4 0.0025/ 40 10 =0.25lF(

29、3 )速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：a)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/ Kl :因?yàn)?0.5貝U 1/ Kl =2"7 =2 0.00583 = 0.01166sb) Ton = 0.015sc） Tn =1/K| En =0.01166 0.015 = 0.02666s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(nS 1)速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:nS-n = hT% ,取 h - 5, n二 hT、n = 0.1333sKnh 162h2Tln 2 52 0.026662=168.82s-(h 1)-CeTm6 0.0236 0.196 0.12=6.942

30、h: RTn2 5 0.01 0.18 0.02666校驗(yàn)等效條件;.-：cn = KN / ；門=KN n -168.82 0.1333 = 22.5s -a）電流環(huán)近似條件：1 叵=丄J 85.76 =40.43s>ocn3也 3也00583b）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似：1 Ki85.76 = 25.2s-cn3#T0n3此.015可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)（空載Z=0）6% =2*(£)( 一 z)NT2 81.2% 1.1308 °18 進(jìn)聖Cbn Tm0.196 10000.12= 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

31、需重新設(shè)計(jì)。 查表，應(yīng)取小一些的 h，選h=3進(jìn)行設(shè)計(jì)。按h=3,速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定如下：.n =hTn = 0.07998sKn -(h 1)/2h2T?n =4/(2 9 0.026662) =312.656s，Kn =(h 1) ：CeTm/2h： RTn =4 0.0236 0.196 0.12/(2 3 0.01 0.18 0.02666) = 7.6校驗(yàn)等效條件：，cn 二 Kn/ j 二 Kn .n =312.656 0.07998 = 25s1/2 1/2 二a) 1/3(KI /Ti)=1/ 3(85.76/0.00583) = 40.43s cnb) 1/3(K| /Ton

32、)=1/3(85.76/0.015)1Z= 25.2s- cn可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：5=2 72.2% 1.1 (308 0.18/0.196 1000) (0.02666 /0.129.97% < 10%轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)結(jié)果表明，上述設(shè)計(jì)符合要求。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選 Rj =40K ,則尺二Kn Ro =7.6 40 = 304K,取310K。Cn =/& =0.07998/310 103 =0.258F3C°n =4T°n /R。=4 0.015/40 10 -1.5T4) 40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)：6% =2 72.2% (1.

33、1 -0.4) (308 0.18/0.196 100) (0.02666/0.1263.5%5) 空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間是：(書上無此公式)僅考慮起動(dòng)過程的第二階段。2 t根據(jù)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程：二Te -Tl,375 dtdn Cm(Idm - IdL)dtGD2375R(I dm - Jl)RdL)CTm375CmCe= 0.385s丄 CeTmn*0.196*0.12*1000t 所以： (ldm-ldL)R(1.1*308 -0)*0.183.10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。已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：R =500kW UN =750V, In =760A, nn=3

34、75 r/min ，電動(dòng)勢(shì)系數(shù) Ce =1.82V min/r, 電樞回路總電阻R=0.14 Q ,允許電流過載倍數(shù)入=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,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0i =0.002s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)T0n=0.02s。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓Um=Um = Um=10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻 R)=40kQo設(shè)計(jì)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量 門< 5%空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量匚n < 10%o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 o(1) 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并計(jì)算其參數(shù)。

35、(2) 計(jì)算電流環(huán)的截止頻率.cj和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率-，cn，并考慮它們是否合理 ？解：(1)1 dm100.00877V / A1.5*760U nmCt =nN丄0 0.0267V min/ r375電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下:a)Ts =0.00176s確定時(shí)間常數(shù)：b)Toi = 0.002 sc) Ki = 0.00367 s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)?5%可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器,WcF(s)=Ki( TS+1)/ ts, T l/T刀=0.031/0.00367=8.25<10電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：t=T=0.031s , KiT2 = 0.5 , Ki=

36、0.5/T 刃=136.24 s -Kj 二 KRR/KJ =136.24 0.031 0.14/75 0.00877 =0.899校驗(yàn)等效條件：g=K=136.24 s -11a) 1/3Ts=1/3 0.00167 =199.6s匕b) (1/TmTJ =3(1/0.112x 0.031) = 50.9s vcic) 1/3(1/TsToi)1/2 -1/3(1/0.00167 0.002)1/ 182.39sJci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,貝UR = Kj Ro = 0.899 40 = 35.96 取 36KG =T /R =0.031/36漢103 =0

37、.86»FC0i =41；/Ro =4 0.002/ 40 103 =02M速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：a) 電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù) 1/Ki :因?yàn)?KT刃=0.5 貝U 1/Ki =2Ti =2*0.00367=0.00734sb) b)Ton=0.02sc) c)T 工 n=1/Ki+Ton=0.00734+0.02=0.02734s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,Wsp(s) = K n( tS+1)/ ts速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：T=hTxn，選 h=5，則 T=hT口=0.1367s,&=(h+1)/(2h2T"口) =6/2*25*0.

38、02734 2=160.54 sK,=(h+1) Tn/ (2h oRTd) = 6*0.00877*1.82*0.112/2*5*0.0267*0.14*0.02734=10.52校驗(yàn)等效條件：wcn=K7 CO1=KN 75=160.54*0.1367 =21.946 s -1/2 1/2 1a) 1/3(K i/T x)=1/3(136.24/0.00367)=64.22s - >阿1/2 1/2 1b) 1/3(K i/Ton)=1/3(136.24/0.02)=27.51s - >wcn可見滿足近似等效條件。速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R)=40K,貝U Rn=K*R0=10.5

39、*40=420K 由此 Cn= TRn=0.1367/420*10 3=0.325 尸 取 0.33 pF C on=4T(WRo=4*O.O2/4O*1O 3=212)電流環(huán)的截止頻率是：g=K=136.24 s -2速度環(huán)的截止頻率是：伽=21.946 s -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(gè)環(huán)都穩(wěn)定的 情況下，再求系統(tǒng)的快速性，充分體現(xiàn)了多環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。3.11在一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)V-M系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR電流調(diào)節(jié)器 ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。(1) 在此系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)最大值UU=15V時(shí),n=n n=1500 r/min;電流給定信

40、號(hào)最大值Um*=10V時(shí)，允許最大電流ldm=30A,電樞回路總電阻 R=2Q ,晶閘管裝置的放大倍數(shù)Ks=30 ,電動(dòng)機(jī)額定電流In =20A ,電動(dòng)勢(shì)系數(shù) Ce =0.128V min/r?，F(xiàn)系統(tǒng)在 U=5V ,I dl=20A時(shí)穩(wěn)定運(yùn) 行。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=? ACR的輸出電壓 UC=?(2) 當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)突然失磁(門=0),系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象 ？試分析并說明之。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來，則穩(wěn)定后n=? U n=? U i =? U i=? I d=? Uc =?(3) 該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型n型系統(tǒng)設(shè)計(jì) ,且按Mkn準(zhǔn)則選擇參數(shù),取中頻寬h=5,已知轉(zhuǎn)速 環(huán)小時(shí)間常數(shù)Te

41、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(shí)間常數(shù)。(4) 該系統(tǒng)由空載(ldL=0)突加額定負(fù)載時(shí)，電流Id和轉(zhuǎn)速n的動(dòng)態(tài)過程波形是怎樣的？已 知機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm =0.05s，計(jì)算其最大動(dòng)態(tài)速降 ®max和恢復(fù)時(shí)間。1) a= U*nn/ nN =15/1500=0.01 Vmi n/r護(hù) U* im/I dm = 10/30=0.33 V/AU* n =5 V , n=U*n/ a=5/0.01=500 r/minU c=Udo/Ks=(E+l dRz)/K s=(Cen+l dLlRo)/Ks=(0.128*500+20*2)/30=3

42、.467 V2) 在上述穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)突然失磁(=0)則電動(dòng)機(jī)無電動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速下降到零，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快達(dá)到飽和，要求整流裝置輸出最大電流Idm。因此，系統(tǒng)穩(wěn)定后，n=0, Un=0U* i =U*im =10 , Ui=U*i =10Id=I dn=30AU c=Udo/Ks=(E+l dRx)/K s=(0+30*2)/30=2 V3) 在跟隨給定作用下，轉(zhuǎn)速環(huán)處于線性狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是:KN ns12s Ts1T=hTzn=5*0.05=0 25sTi=0 05sKN=(h+1)/2h 2=6/2*25*0.052=48s-24) 空載突加額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速有動(dòng)態(tài)降落

43、。(p93,94)Anb=2( Az) AtinTea/T m=2*(1-0)*20*2/0.128*(0.05/0.05)= 625 r/min C b=2FK2T=2I dNR!E?/CeTm=2*20*2*0.05/0.128*0.05=625 r/min 最大動(dòng)態(tài)速降：Anmax=( ACmax/Cb)* Anb=81.2%*625 =507.5 r/min恢復(fù)時(shí)間：t v=8.8T=8.8*0.05=0.44s(p81 表)習(xí)題五5.8兩電平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，“ 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

44、空間矢量表達(dá)式， 畫出空間電壓矢量圖。解：兩電平PWM逆變器主回路：采用雙極性調(diào)制時(shí)，忽略死區(qū)時(shí)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:UdUx2Sx =0Ud2UdUx(2Sx -1)2以直流電源中點(diǎn) O為參考點(diǎn),. jY + j2Y比二(UaUbUce )SASBSCUaUbUcU sUo000Ud2Ud2Ud20Ui100Ud2Ud2Ud2U2110Ud2Ud2Ud24Ude'U3010Ud2Ud2Ud2U4011Ud 2Ua22U5001Ud2Ud2L2U6101UdUdUd2 j導(dǎo)V3Ude222U71112魚2巴20空間電壓矢量圖:15.

45、9當(dāng)三相電壓分別為 Uao、Ubo、Uco，如何定義三相定子電壓空間矢量Uao、Ubo、UC。和合成矢量U s，寫出他們的表達(dá)式。解：A,B,C為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量：UAO = UAOUBO 一 UBOeUCO = ucoe合成矢量:UsUaoUB°ejUcoej2UAOUBOUCOA(ej0)5.10忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量Us與定子磁鏈嘰的關(guān)系，當(dāng)三相電壓Uao、Ub。、Uco為正弦對(duì)稱時(shí)，寫出電壓空間矢量Us與定子磁鏈"s的表達(dá)式，畫出各自的運(yùn)動(dòng)軌跡。解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式:Us = Rsis d"sdt

46、忽略定子電阻的影響,d "sUsdt7s %dt，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(duì)稱時(shí)，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量se電壓空間矢量:Usr se5.11采用電壓空間矢量 PWM調(diào)制方法，若直流電壓Ud恒定，如何協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。.開關(guān)周期T-3Nwi輸出頻率w1 -,t1解：直流電壓恒定則六個(gè)基本電壓空間矢量的幅值一定,To Ul tit-T -ti -t-，零矢量作用時(shí)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。t 2015.12兩電平PWM逆變器主回路的輸出電壓矢量是有限的，若期望輸出電壓矢量 Us的幅值小于直流電壓Ud，空間角度二任意，如何用有限的 出電壓矢量。解：兩電平PWM逆變器有六個(gè)基本空間電壓矢量， 分成六個(gè)扇區(qū)，根據(jù)空間角度二確定所在的扇區(qū), 分別作用一段時(shí)間等效合成期望的輸出電壓矢量。PWM逆變器輸出電壓矢量來逼近期望的輸這六個(gè)基本空間電壓矢量將電