運動控制系統(tǒng)陳伯時第4版課后習(xí)題答案完整版

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上2.2 系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1000100min r ,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:10000.02(100.98 2.04(1n n sn rpm D s =-系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為2.04rpm2.3 某一調(diào)速系統(tǒng),在額定負載下,最高轉(zhuǎn)速特性為0max 1500min n r =,最低轉(zhuǎn)速特性為0min 150min n r =,帶額定負載時的速度降落15min N n r =,且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變,試問系統(tǒng)能夠達到的調(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 max min D n n =(均指額定負載情況下max 0m

2、ax N n n n =-=-= min 0min N n n n =-=-= max min D n n =2 靜差率 %N s n n = 2.4 直流電動機為P N =74kW,UN=220V ,I N =378A ,n N =1430r/min ,Ra=0.023。相控整流器內(nèi)阻Rrec=0.022。采用降壓調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機械要求s=20%時,求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果s=30%時,則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少?解:(.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-= 378(0.0230.0220.N n I R C e r pm =+=(114300.2115(10.23

3、.1N D n S n s =-=-= (114300.3115(10.35.33 N D n S n s =-=-=2.5 某龍門刨床工作臺采用V-M 調(diào)速系統(tǒng)。已知直流電動機60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r =,主電路總電阻R=0.18,Ce=0.2Vmin/r,求:(1當(dāng)電流連續(xù)時,在額定負載下的轉(zhuǎn)速降落N n 為多少? (2開環(huán)系統(tǒng)機械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率N S 多少?(3若要滿足D=20,s 5%的要求,額定負載下的轉(zhuǎn)速降落N n 又為多少? 解:(13050.180.2274.5/min N N n I R Ce r

4、= (2 0274.5(.521.5%N N S n n =+=(3 (110000.05200.95 2.63/min N n n S D s r =-=2.6 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*8.8u U V =、比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù)2P K =、晶閘管裝置放大系數(shù)15S K =、反饋系數(shù)=0.7。求:(1輸出電壓d U ;(2若把反饋線斷開,d U 為何值?開環(huán)時的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍?(3若把反饋系數(shù)減至=0.35,當(dāng)保持同樣的輸出電壓時,給定電壓*u U 應(yīng)為多少?解:(1*(12158.8(12150.712d p s u p s U K K U K K

5、V =+=+= (2 8.d U V =,開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍(3 *(112(12150.35(215 4.6u d p s p s U U K K K K V =+=+=2.7 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5%s ,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?解: 1(s n s n D N N -=1/%/98%N n =15002%/98%10 3.06/min N n r =2(7.31106.3/1001/=-=-=cl op n n K2.8 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的

6、開環(huán)放大倍數(shù)為15時,額定負載下電動機的速降為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)速范圍可以擴大多少倍?解: (=+=+=cl op n K n如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30, 則速降為:(rpm K n n op cl 13.4301/1281/=+=+=在同樣靜差率要求下,D 可以擴大937.1/21=cl cl n n 倍2.9 有一V-M 調(diào)速系統(tǒng):電動機參數(shù)P N =2.2kW, U N =220V , I N =12.5A, n N =1500 r/min ,電樞電阻R a =1.5,電樞回路電抗器電阻RL=0.8,整流裝置內(nèi)阻R r

7、ec =1.0,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)K s =35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20,靜差率S<=10%。(1計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降n op 和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降n cl 。 (2采用轉(zhuǎn)速負反饋組成閉環(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)整該系統(tǒng)參數(shù),使當(dāng)U n *=15V 時,I d =I N ,n=n N ,則轉(zhuǎn)速負反饋系數(shù) 應(yīng)該是多少? (4計算放大器所需的放大倍數(shù)。 解:(1(/22012.5 1.5/.25/15000.134m in/N N a ee n U I R C C V r=-=-=(/12.5 3.3/0.836/m inN N eop N e n

8、 U I R C n I R C r =-=(/%/20*90%8.33/m inN N n n s D s r =-=(所以,m in /33.8r n cl = (2 (3(4(K C R I K KUK C R I U K K n e d n e d n s p +-+=+-=*1/1/1/(/1307.836/8.33135.955op cl K n n =-=-=(.95515/135.95512.5 3.3/0.955=+-+r V m in/0096.0=可以求得,*35.955*0.13414.34*35*0.0096e ps K C K K =也可以用粗略算法: n U Un

9、 n=*,01.0150015*=nU n /p e s K KC K =,(35.9550.134/350.0113.76p K =2.10 在題2.9的轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié),要求堵轉(zhuǎn)電流N dbl I I 2,臨界截止電流N dcr I I 2.1,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,并計算電流反饋放大系數(shù)。這時電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多少? 解:(1 A I I N d b l 252=,A I I N dcr 152.1=s com s com

10、dcr R U R U I /15/= (=+=+5.1/1525/*s scoms com n dbl R R U R U UI ,V U com 5.225.115= (2(/3 1.0 1.50.8/3 1.1,(/31.1,s s R R R R =+=>=不符合要求,取需加電流反饋放大器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,則必須采用放大器,對電流信號進行放大。為此, 取 1.1s R =,則15 1.116.5com dcr s U I R V = (3 當(dāng)dcr d I I >時,有(KC I R K K K R K

11、C U K U K K KC RI KC U I R K K K KC UK K n e d s i s p e com i n s p e de com ds i s p e n s p +-+=+-+-+=1/1/1/1/1/* 當(dāng)n=0時,(*/dbl p s n i com p s i s n i com i sI K K U K U R K K K R U K U K R =+(.5/1.115/22.513.5 1.36i i i K K K =+=-=2.11在題2.9的系統(tǒng)中,若主電路電感L=50mH ,系統(tǒng)運動部分的飛輪慣量22G D =1.6N m ,整流裝置采用三相零式電

12、路,試判斷按題2-9要求設(shè)計的轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行?如要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行,允許的最大開環(huán)放大系數(shù)是多少?解: mH L 50=,226.1Nm GD=, 3.3R =,0.134/e C V rpm =(2/0.05/3.30.015/375 1.6 3.3/3750.1340.13430/3.145.28/64.330.0820.00333l m e m s T L R sT G D R C C s T s=(222/0.0820.0150.00333/0.0151*0.00150.00333/0.52l m l s s s K T T T T T T <+=+=+=(可見與前面

13、的K>35.955相矛盾,故系統(tǒng)不穩(wěn)定。要使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行,K 最大為30.52。 2.12 有一個晶閘-電動機調(diào)速系統(tǒng),已知:電動機:kWP N8.2=,VU N220=,AI N6.15=,1500=N n r/min ,a R =1.5,整流裝置內(nèi)阻rec R =1, 電樞回路電抗器電阻L R =0.8, 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)35=sK 。(1系統(tǒng)開環(huán)工作時,試計算調(diào)速范圍30=D 時的靜差率s 值。(2當(dāng)30=D,%10=s時,計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。(3如組成轉(zhuǎn)速負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng),要求30=D,%10=s,在VU n10*=時NdI I =,Nn n =,計算轉(zhuǎn)速負反饋

14、系數(shù)和放大器放大系數(shù)p K 。解:(r V C e m in/1311.01500/5.16.15220=-=(1(m in 0m in /15.6 3.3/0.68/m in 1500/3050/392.68/392.7%op N e op n I R C r n s n n =+=(2(min/56.59.0/550/1.0r n n n =+=(3(=+-+=e s p e d e n s p C K K K K C I R K C U K K n /1/1/* (=-=-=+-+=5.52156.5/48.2971/1/6.151/1500*cl op e e n s p n n K

15、K C R K C U K K 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MHz 1f 0=,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位計數(shù)器,M 法測速時間為0.01s ,求轉(zhuǎn)速m in /r 1500n =和m in /r 150n =時的測速分辨率和誤差率最大值。解:(1M 法:分辨率min /465.101.60r ZT Q c =最大誤差率:=cZT M n 160m in /1500r n =時,01.01=cnZT Mm in /150r n =時,4.1026001.1=cnZT Mm in /1500r 時,%098.0%1001%1max =

16、M m in /150r 時,%98.0%1004.1021%1001%1max =M 可見M 法適合高速。 (2T 法: 分辨率:m in /1500r n =時,min /4606202r Zn f ZnQ =-=-=m in /150r n =時,min /55.1150606202r Znf ZnQ =-=-=最大誤差率:2060ZMf n =,Znf M0260=,當(dāng)m in /1500r n =時,77.06062=M當(dāng)m in /150r n =時,7.971506062=Mm in /1500r n =時,%4.11%100177.91%10011%2max =-=-=Mm i

17、n /150r n =時,%1%10017.971%10011%2max =-=-=M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ASR 和ACR 均為PI 調(diào)節(jié)器,設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓*nm U =15V ,N n =1500r/min ,N I =20A ,電流過載倍數(shù)為2,電樞回路總電阻R =2,s K =20,e C =0.127V ·min/r ,求:(1當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行在*n U =5V ,dL I =10A 時,系統(tǒng)的n 、n U 、*i U 、i U 和c U 各為多少?(2當(dāng)電動機負載過大而堵轉(zhuǎn)時,*i U 和c U 各為多少?解:(1*0*/15/15000.01/

18、55,5000.01/150.375/400.375*10 3.750.127*50010*24.17520500,5, 3.75,nm N nnim dmi d i d dL e N dL C sssn i i c U n V rpm V rpmU V UV n rpmV rpmU V V AI AU I V U U E I R C n I RU VK K K n rpm U V U U V U =+=當(dāng)轉(zhuǎn)速即4.175v=(2堵轉(zhuǎn)時,V I U dm i 15*=,(040*2420e d d dm c sssC n I R U I R U VK K K +=3.2 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速

19、系統(tǒng)中,兩個調(diào)節(jié)器ASR ,ACR 均采用PI 調(diào)節(jié)器。已知參數(shù):電動機:N P =3.7kW ,N U =220V ,N I =20A ,N n =1000 r/min ,電樞回路總電阻R =1.5,設(shè)cmim nmU U U =*=8V ,電樞回路最大電流dm I =40A,電力電子變換器的放大系數(shù)s K =40。試求:(1電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 (2當(dāng)電動機在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的,0d U ci i U U U ,*值。解:1*880.2/0.008/im nm dmNU V U V V A V rpmI An rpm=2 040*1.560d dl e N dl U E I R

20、C n I R A V =+=+=這時:*8,0n n U V U =,ASR 處于飽和,輸出最大電流給定值。*8,8,i i U V U V =06040 1.5C d S U U K V =3.3 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 輸出達到*im U =8V 時,主電路電流達到最大電流80A 。當(dāng)負載電流由40A 增加到70A 時,試問:(1*i U應(yīng)如何變化?(2c U 應(yīng)如何變化?(3c U 值由哪些條件決定? 解: 1 *80.1/80im dmU V V A I A=因此當(dāng)電流從40A 70A 時, *iU 應(yīng)從4V 7V 變化。2

21、 C U 要有所增加。3 C U 取決于電機速度和負載大小。因為 0d dl e N dl U E I R C n I R =+=+(0e d d c ssC n I R U U K K +=3.5 某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型I 型系統(tǒng)。已知時間常數(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。(2 計算過渡過程時間s t 和上升時間r t ;(3 繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時間r t <0.25s, 則K=?,%=? 解:取0.69,0.6,%9.5%K T =(1 系統(tǒng)開環(huán)增益:0.69/0.69/0.1 6.9(1/K T s = (2 上升時間 3.30

22、.33r t T S = 過度過程時間:3660.10.6s nt T s =(3 如要求0.25r t s <,查表3-1則應(yīng)取 1,0.5K T = , 2.4 2.4*0.10.24r t T s = 這時1/10K T =,超調(diào)量=16.3%。3.6有一個系統(tǒng),其控制對象的傳遞函數(shù)為101.0101(1+=+=s s K s W obj ,要求設(shè)計一個無靜差系統(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)進行動態(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,選0.5,0.707,3-1% 4.3%K T =查表,得。選I調(diào)節(jié)器,1(,W s s=校正

23、后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為110(,T 0.01(0.011W s s s =+這樣,=, K=10/,已選KT =0.5, 則K =0.5/T=50, 所以10/10/500.2K S =,積分調(diào)節(jié)器:11(0.2W s ss=。3.7有一個閉環(huán)系統(tǒng),其控制對象的傳遞函數(shù)為102.0(101(1+=+=s s Ts s K s W obj ,要求校正為典型型系統(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)器結(jié)構(gòu),并選擇其參數(shù)。解:應(yīng)選擇PI 調(diào)節(jié)器,1(1(1(,(1PI PI PI K s K s K W s W s sss Ts +=+校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) ,對照典型型系

24、統(tǒng), 1/,h 83-4PI K K K hT =,選=, 查表, %=27.2%,滿足設(shè)計要求。 這樣8*0.020.16hT s =,12222.78,/175.78*0.16/10 2.8122*8*0.02PI h K K K K h T+=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,已知電動機的額定數(shù)據(jù)為:60=N P kW ,220=N U V ,308=N I A ,1000=N n r/min , 電動勢系數(shù)eC =0.196 V·min/r , 主回路總電阻R =0.18,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)s K =35。電磁時間常數(shù)l T =0.01

25、2s,機電時間常數(shù)m T =0.12s,電流反饋濾波時間常數(shù)i T 0=0.0025s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)n T 0=0.015s 。額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓(U n *N =10V,調(diào)節(jié)器ASR ,ACR 飽和輸出電壓U im *=8V,U cm =6.5V 。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i 5% ,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n 10%。試求:(1確定電流反饋系數(shù)(假設(shè)起動電流限制在1.1N I 以內(nèi)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 (2試設(shè)計電流調(diào)節(jié)器ACR,計算其參數(shù)R i, 、C i 、C Oi 。畫出其電路圖,調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R 0=40k 。(3設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

26、器ASR,計算其參數(shù)R n 、C n 、C On 。(R 0=40k (4計算電動機帶40%額定負載起動到最低轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n 。 (5計算空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間。解:(1*/8/(1.1*8/3390.0236/im dm N U I V I V A V A = 10/10000.01min/V r =(2電流調(diào)節(jié)器設(shè)計確定時間常數(shù):0.00333s a T s =0.0025oi b T s =00.00250.00583i i s c T T T s =+=+=電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定:因為5%i ,可按典型I 型系統(tǒng)設(shè)計,選用PI 調(diào)節(jié)器,(1(i i AC R i K S W S S

27、+=,電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定: 10.012,0.5,0.5/85.76i l I i I i T s K T K T s -=選,85.760.0120.180.0173I i i s K R K K =。校驗等效條件:185.76ci I K s -=110111101.01330.060.120.0121111115.52330.0025ciS cim l cis ia Tb ST T c sT T -=>=<=>電力電子裝置傳遞函數(shù)的近似條件:忽略反電勢的影響的近似條件: 電流環(huán)小時間常數(shù)的近似條件:可見滿足近似等效條件,電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn):選040R K =,則:00.9

28、6i i R K R K K =, 取9K.由此33000/0.012/(910 1.334/40.0025/40100.25i i i i i C R F C T R F=(3速度調(diào)節(jié)器設(shè)計 確定時間常數(shù):a 電流環(huán)等效時間常數(shù)1/I K :因為0.5I i K T =則 1/220.01I i K T s = b 0.015on T s =c 1/0.0150.02666n I on T K T s =+=+= 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,(1(n n A SR n K s W s s+=, 速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:,5,0.1333n n n n hT h hT

29、 s =取2222216168.02666(160.02360.1960.12 6.942250.010.180.02666N ne m n nh K sh Th C T K h R T -+=+=校驗等效條件:11/168.820.5cn N N n K K s-=1101185.7640.43330.185.7625.2330.015I cniI cnnK a sT K b sT -=>=>電流環(huán)近似條件:轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似:可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗 (空載Z=0 m ax *3080.180.02666%2*(281.2% 1.10.0.1211.23%10%

30、n N n bmT C n z C nT =-=>轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗結(jié)果表明,上述設(shè)計不符合要求。因此需重新設(shè)計。 查表,應(yīng)取小一些的h ,選h=3進行設(shè)計。按h=3,速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定如下:0.07998n n hT s =2222(1/24/(290.656(1/240.02360.1960.12/(230.010.180.6N n n e m n K h h T sK h C T h R T -=+=+=校驗等效條件:11/ N N n K K s -=1/21/211/21/211/3(/1/3(85.76/0.431/3(/1/3(85.76/0.01525.2I i cnI o

31、n cna K T sb K T s-=>=>可見滿足近似等效條件。 轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗:272.2% 1.1(3080.18/0.(0.02666/0.129.97%10%n =<轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗結(jié)果表明,上述設(shè)計符合要求。速度調(diào)節(jié)器的實現(xiàn):選040R K =,則07.n n R K R K =,取310K 。330/0.07998/.2584/40.015/4010 1.5n n n on on C R F C T R F=4 40%額定負載起動到最低轉(zhuǎn)速時:%272.2%(1.10.4(3080.18/0.(0.02666/0.1263.5%n =-=5 空載起動到額定轉(zhuǎn)

32、速的時間是:(書上無此公式 僅考慮起動過程的第二階段。222(,(375m dm dL dm dL e L dm dL e mem eG D dndn C I I R I I R T T I I G DG D R dtdtC T C C C -=-=-根據(jù)電機運動方程:所以:*0.196*0.12*10000.385(1.1*3080*0.18e m dm dL C T nt sI I R=-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。已知電動機參數(shù)為:P N =500kW ,U N =750V ,I N =760A ,n N =375 r/min ,電動勢系數(shù)C e

33、=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)K s =75,電磁時間常數(shù)lT =0.031s,機電時間常數(shù)m T =0.112s,電流反饋濾波時間常數(shù)i T 0=0.002s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)n T 0=0.02s 。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓U nm *=U im *= U nm =10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻R 0=40k 。 設(shè)計指標(biāo):穩(wěn)態(tài)無靜差,電流超調(diào)量i 5%,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(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,并取參數(shù)KT=0.5。 (1選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),并計算其參數(shù)。(2計算電流環(huán)的截止

34、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:(1*100.00877/1.5*.0267m in/375im dm nmNU V AI UV rn =電流調(diào)節(jié)器已按典型I 型系統(tǒng)設(shè)計如下:確定時間常數(shù):0.0020.00367S oi i a T sb T sc T s=電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定:因為%5%,可按典型I 型系統(tǒng)設(shè)計,選用PI 調(diào)節(jié)器, W ACR (s=K i (i s+1/i s , T l /T i =0.031/0.00367=8.25<10電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:i =T l =0.031s , K I T i = 0.5, K I = 0.5/T i =1

35、36.24 s -1/136.240.0310.14/750.899i I I s K K T R K =校驗等效條件:ci =K I =136.24 s -111/21/211/21/211/31/30.6(1/3(1/0.1120.03150.91/3(1/1/3(1/0.002182.39s ci m l ci s oi cia T sb T T sc T T s-=>=<=>可見滿足近似等效條件。電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn):選R 0=40K ,則00.96i i R K R = 取36K 33000/0.031/36100.864/40.002/40100.2i i i i i

36、 C T R F C T R f=速度調(diào)節(jié)器設(shè)計 確定時間常數(shù):a 電流環(huán)等效時間常數(shù)1/K I :因為K I T i = 0.5 則1/K I =2T i =2*0.00367=0.00734s b bT on =0.02sc cT n =1/K I +T on =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, W ASR (s=K n (n s+1/n s 速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:n =hT n ,選h=5,則n =hT n =0.1367s,K N =(h+1/(2h 2T 2n =6/2*25*0.=160.54 s -2K n =(

37、h+1C e T m /(2h RT n = 6*0.00877*1.82*0.112/2*5*0.0267*0.14*0.02734=10.5 校驗等效條件:cn =K N /1=K N n =160.54*0.1367 =21.946 s -2a 1/3(K I /T i 1/2=1/3(136.24/0./2=64.22s -1>cn b 1/3(K I /T on 1/2=1/3(136.24/0.021/2=27.51s -1>cn 可見滿足近似等效條件。速度調(diào)節(jié)器的實現(xiàn):選R 0=40K ,則 R n =K n *R 0=10.5*40=420K由此 C n =n /R

38、 n =0.1367/420*103=0.325F 取0.33F C 0n =4T 0n /R 0=4*0.02/40*103=2F 2 電流環(huán)的截止頻率是:ci =K I =136.24 s -1速度環(huán)的截止頻率是: cn =21.946 s -2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,充分體現(xiàn)了多環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計特點。 3.11 在一個轉(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)速給定信號最大值U nm *=15V 時,n=n N =1500 r/min;電流給定

39、信號最大值U im *=10V 時,允許最大電流I dm =30A,電樞回路總電阻R=2,晶閘管裝置的放大倍數(shù)K s =30 ,電動機額定電流I N =20A ,電動勢系數(shù)C e =0.128V ·min/r 。現(xiàn)系統(tǒng)在U n *=5V ,I dl =20A 時穩(wěn)定運行。求此時的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=? ACR 的輸出電壓U c =?(2當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運行時,電動機突然失磁(=0 , 系統(tǒng)將會發(fā)生什么現(xiàn)象? 試分析并說明之。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 =? U c =?(3該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型型系統(tǒng)設(shè)計, 且按M rmin 準(zhǔn)則選擇

40、參數(shù),取中頻寬h=5, 已知轉(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),并計算出放大系數(shù)及各時間常數(shù)。(4該系統(tǒng)由空載(dL I =0突加額定負載時,電流d I 和轉(zhuǎn)速n 的動態(tài)過程波形是怎樣的?已知機電時間常數(shù)m T =0.05s,計算其最大動態(tài)速降m ax n 和恢復(fù)時間v t 。1 = U*nm /n N =15/1500=0.01 Vmin/r = U*im /I dm = 10/30=0.33 V/AU*n =5 V ,n=U*n /=5/0.01=500 r/minU c =U d0/K s =(E+I d R /K s =(C e n+I dL

41、l R /Ks=(0.128*500+20*2/30=3.467 V2 在上述穩(wěn)定運行情況下,電動機突然失磁(=0則電動機無電動轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)速迅速下降到零,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快達到飽和,要求整流裝置輸出最大電流I dm 。因此,系統(tǒng)穩(wěn)定后, n=0,U n =0U*i =U*im =10, U i =U*i =10 I d =I dm =30AU c =U d0/K s =(E+I d R /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),此時系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是:(112+=s T ss K s W n n N n n =hT n =5*0.05=0.25s T n =

42、0.05sK N =(h+1/2h 2T 2=6/2*25*0.052=48s-2 4 空載突加額定負載時,轉(zhuǎn)速有動態(tài)降落。(p93,94n b =2(-zn N T n /T m =2*(1-0*20*2/0.128*(0.05/0.05= 625 r/min C b =2FK 2T=2I dN RT n /C e T m =2*20*2*0.05/0.128*0.05=625 r/min 最大動態(tài)速降:n max =(C max /C b *n b =81.2%*625 =507.5 r/min 恢復(fù)時間:t v =8.8T=8.8*0.05=0.44s(p81表 習(xí)題五5.8兩電平PWM

43、 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式,畫出空間電壓矢量圖。 解:兩電平PWM 逆變器主回路:2dU 2d U ACB'O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:1202dx x d x U S u U S =-= (212d x x U u S =-,以直流電源中點'O 為參考點2(j j A B C u u eu e=+s uA SB SC S A uB uC u s u0u0 0 0 2d U - 2d

44、 U -2d U -1u1 0 02d U 2d U - 2d U -23dU2u1 1 0 2d U2d U 2d U -323jd U e3u 0 1 02d U - 2d U 2d U -2323jd U e4u0 1 12d U -2d U2d U23j d U e5u0 0 12d U - 2d U - 2d U4323jd U e6u 1 0 12d U 2d U - 2d U5323jd U e7u 1 1 1 2d U2d U 2d U 0空間電壓矢量圖:1u 2u 3u 70,u u 6u 5u 4u5.9當(dāng)三相電壓分別為AOu 、BOu 、COu ,如何定義三相定子電壓空間

45、矢量AOu 、BOu 、COu 和合成矢量su ,寫出他們的表達式。解:A,B,C 為定子三相繞組的軸線,定義三相電壓空間矢量:2A O j B O j C O u u e u e=A OB OC O u u u合成矢量:2j j AO BO C O u u eu e=+=+s A O B O C O u u u u(0j e A (j e B (2j e C AOu BOu COu su BOu COu5.10忽略定子電阻的影響,討論定子電壓空間矢量su 與定子磁鏈s的關(guān)系,當(dāng)三相電壓AOu 、BOu 、COu 為正弦對稱時,寫出電壓空間矢量su 與定子磁鏈s的表達式,畫出各自的運動軌跡。解

46、:用合成空間矢量表示的定子電壓方程式:dtd R s s s s i u +=忽略定子電阻的影響,dtd s s u dt s su ,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(1+=t j s es 電壓空間矢量:1(21j t s e+s u1s 2s 3s 1s u 2s u 3s u 14s 4s u 1s u 2s u 3s u 14s u5.11采用電壓空間矢量PWM 調(diào)制方法,若直流電壓du 恒定,如何協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。解:直流電壓恒定則六個基本電壓空間矢量的幅值一定,3,js s d dT N w w t t t t t t

47、u U U e T T T T T T =+=+開關(guān)周期輸出頻率u u u1212,t t T t t -,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。1u 2u su 202T t u 101T t u 35.12 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su 的幅值小于直流電壓du ,空間角度任意,如何用有限的PWM 逆變器輸出電壓矢量來逼近期望的輸出電壓矢量。 解:兩電平PWM 逆變器有六個基本空間電壓矢量,這六個基本空間電壓矢量將電壓空間矢量分成六個扇區(qū),根據(jù)空間角度確定所在的扇區(qū),然后用扇區(qū)所在的兩個基本空間電壓矢量分別作用一段時間

48、等效合成期望的輸出電壓矢量。習(xí)題六61 按磁動勢等效、功率相等的原則，三相坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為 C3 / 2 = 1 1 2 2 3 3 0 2 1 2 3 2 現(xiàn)有三相正弦對稱電流 iA = I m co s(t ， iB = I m co s(t 2 2 ， iC = I m cos(t + ，求 3 3 變換后兩相靜止坐標(biāo)系中的電流 is 和 is ，分析兩相電流的基本特征與三相電流的關(guān)系。 解：兩相靜止坐標(biāo)系中的電流 1 1 i 1 2 2 A i A is 2 i = 2 B i = 3 3 3 3 s 0 2 2 iC 0 3 0 0 iA 2 2 = 3 3 3 iB iC 0 2 2 其中， iA + iB + iC = 0 3 i is 2 2 A = i 3 s 0 2 = Im 3 1 iB 2 3 iB 2 1 iC 2 3 iC 2 3 co s(t 2 2 = Im 3 3 3 3 2 2 iB iC 2 co s(t 3 co s(t + 3 2 2 3 cos(t 2 2 2 2 2 j ( t