电力拖动自动控制系统第四版课后规范标准答案Word文档下载推荐.docx
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R=0.18Q,Ce=0.2V?
min/r,求:
2.5某龙门刨床工作台采用V-M调速系统。
已知直流电动机,主电路总电阻
(1)当电流连续时,在额定负载下的转速降落
nN为多少?
(2)开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率
SN多少?
(3)若要满足
D=20,s<
5%的要求,额定负载下的转速降落
nN又为多少?
(1)
nN
INR/Ce3050.18/0.2274.5r/min
(2)
SN
□n/no274.5/(1000274.5)
21.5%
(3)
nNS/[D(1s)]10000.05/[20
0.95]
2.63r/min
2.6有一晶闸管稳压电源,其稳态结构图如图所示,已知给定电压
Uu
8.8V、
比例调节器放大系数KP2、晶闸管装置放大系数
KS15、反馈系数Y=0.7。
求:
(1)输出电压Ud;
(2)若把反馈线断开,U
为何值?
开环时的输出电压是闭环是的多少倍?
(
3)若
把反馈系数减至Y=0.35,当保持同样的输出电压时,给定电压
Uu应为多少?
(1)UdKpKsUU/(1KpKs)2158.8(12
150.7)12V
(2)Ud8.82
15264V,开环输出电压是闭环的22倍
(3)UuUd(1
KpKs)/KpKs12(1215
0.35)/(215)4.6V
2.7某闭环调速系统的调速范围是
1500r/min~150r/min,要求系统的静差率S5%,那么系统允许的静态速降是多少?
如果开环系统的静态
速降是100r/min,
则闭环系统的开环放大倍数应有多大?
1)D
nnS/nN1s
10
15002%/nN98%
□n
15002%/98%103.06r/min
nop/nci1100/3.06131.7
2.8某闭环调速系统的开环放大倍数为15时,额定负载下电动机的速降为8r/min,如果将开环放大倍数提高到30,它的速降为多少?
在同样静差
率要求下,调速范围可以扩大多少倍?
nop
1Kncl
1158
128
如果将开环放大倍数提高到30,
则速降为:
nci
nop/1K
128/130
4.13rpm
在同样静差率要求下,D可以扩大
nci1/
nci2
1.937倍
2.9
内阻
计算开环系统的静态速降Anop和调速要求所允许的闭环静态速降
△nci
有一V-M调速系统:
电动机参数Pn=2.2kW,Un=220V,In=12.5A,nn=1500r/min,电枢电阻Ra=1.5Q,电枢回路电抗器电阻RL=0.8Q,整流装置
Rrec=1.0Q,虫发整流环节的放大倍数Ks=35。
要求系统满足调速范围D=20,静差率S<
=10%
(4)
计算放大器所需的放大倍数
采用转速负反馈组成闭环系统,试画出系统的原理图和静态结构图
调整该系统参数,使当U„*=15V时,Id=lN,n=nN,则转速负反馈系数a应该是多少?
Un
Ra/Ce
Ce
220
12.51.5/1500201.25/15000.134Vmin/r
R/Ce
R/Ce12.53.3/0.134307.836r/min
□nS/
150010%/(20*90%)8.33r/min
所以,
ncl
8.33r/min
n十
ft
®
r
产■
+
(3)(4)n
pKsUnIdR/Ce
KUn/1
IdR/Ce1
1500
可以求得,
nop/ncl
35.95515/
0.0096Vmin/r
KP
K*Ce
Ks*
也可以用粗略算法:
UnUn
KpKCe/Ks
Kp
307.836/8.331
135.955
35.955*0.134
35*0.0096
14.34
15
0.01
35.955
0.134/
35
2.10在题2.9的转速负反馈系统中增设电流截止环节,要求堵转电流
Idbl
较电压和电流反馈采样电阻?
要求电流反馈采样电阻不超过主电路总电阻的
态结构图,并计算电流反馈放大系数。
这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多少?
(1)Idbl
Idcr
12.5
3.3/0.1341
0.0113.76
2IN,临界截止电流Ider1.2I
N,应该选用多大的比
1/3,如果做不到,需要增加电流反馈放大器,试画出系统的原理图和静
2IN25A,Idcr1.2IN15A
Ucom/Rs
15Ucom/Rs
dbl
25
15Ucom/Rs
Rs1.5
Ucom
1.522.5V
1.01.50.8/3
(R/3)
不符合要求,取Rs1.1
1.1
Rs(R/3)
需加电流反馈放大器
由于需要的检测电阻值大,说明要求的电流信号值也大。
要同时满足检测电阻小和电流信号大的要求,则必须采用放大器,对电流信号进行放
大。
为此,
取艮1.1,则UcomIdcrRs151.116.5V
(3)当IdIdcr时,有
nKpKsUn
/Ce1KKpKsKi
RsIdUcom/Ce1K
Rld/Ce1K
KpKsUn
KiUcom/Ce
RKpKsKjRsId/Ce1K
当n=0时,
IdblKpKsUn
KiUcom/R
KpKsKiRs
UnKiUcom/KiRs
251516.5Ki
/1.1KiKi
15/22.5
13.51.36
22
2.11在题2.9的系统中,若主电路电感
L=50mH,系统运动部分的飞轮惯量
GD=1.6Nm,整流装置采用三相零式电路,试判断按题2-9
要求设计的转速负反馈系统能否稳定运行?
如要保证系统稳定运行,允许的最大开环放大系数是多少?
L50mH,GD21.6Nm2,R3.3,Ce0.134V/rpm
TL/R0.05/3.30.015s
TmGD2R/375CeCm1.63.3/3750.1340.13430/3.14
5.28/64.330.082s
Ts
0.00333s
TmTTsTs2/TJs0.0820.0150.00333
0.003332/(0.0151*0.00333)
0.00150.003332/0.0000498330.52
见与前面的
K>
35.955相矛盾,故系统不稳定。
要使系统能够稳定运行,
K最大为30.52
2.12有一个晶闸-电动机调速系统,已知:
电动机:
PN2.8kW,UN220V,
15.6A‘nN1500r/min,Ra=1.5
Q,整流装置内阻Rrec=1Q,电枢回路电抗器电阻RL=0.8Q,触发整流环节的放大倍数
Ks
(1)系统开环工作时,试计算调速范围D30时的静差率s值
(2)当D30,S10%时,计算系统允许的稳态速降
IN,nnN,计算转速负反馈系数和
(3)如组成转速负反馈有静差调速系统,要求D30,s10%,在Un10V时Id
放大器放大系数
22015.61.5/15000.1311Vmin/r
INR/Ce15.63.3/0.1311392.68r/min
nmin
1500/30
nop/n0min
50
392.68/392.685088.7%
0.1
n/n
5/0.95.56r/min
KpKsUn/Ce1
KRId/Ce1
2.13
KKp
Ks/Ce
R15.6
1500KpKsUn/Ce
Knop/ncl1297.48/5.56
/Ce
52.5
旋转编码器光栅数1024,倍频系数4,高频时钟脉冲频率f01MHz
,旋转编码器输岀的脉冲个数和高频时钟脉冲个数均采用
16位计
数器,M法测速时间为0.01s,求转速n1500r/min和n150r/min时的测速分辨率和误差率最大值
(1)M法:
分辨率
60
ZTc
10244
1.465r/min
最大误差率:
60M1
zT?
n1500r/min时,M
nZTc
1500410240.011024
n150r/min时,M1
150410240.01
102.4
1500r/min时,
max%
M1
100%
1024
0.098%
150r/min时,
1
——100%
100%
0.98%
可见M法适合高速
(2)T法:
分辨率:
n1500r/min时,Q
Zn2
15002
60f0Zn
60110610254
171r/min
n150r/min时,Q
102441502
1061024
1.55r/min
4150
n空0,M2
ZM2
60fo
Zn
1500r/min时,M2
106
9.77
150r/min时,
1500r/min时,
可见T法适合低速
102441500
60106
97.7
10244150
M21100%
9.771
100%11.4%
97.71
100%1%
习题三
总电阻R=2Q,
3.1双闭环调速系统的asr和ACR均为PI调节器,设系统最大给定电压Unm=15V,Hn=1500r/min,IN=20A,电流过载倍数为2,电枢回路
Ks=20,Ce=0.127Vmin/r,求:
(1)当系统稳定运行在Un=5V,I肚=10A时,系统的n、Un、Ui、Ui和Uc
各为多少?
(2)
当电动机负载过大而堵转时,
Ui
和Uc各为多少?
Uc
Unm/
5V,
Uim
Idm
Ud0
15V/1500rpm
转速
空0.375V/A
40A
0.375*10
EIdLR
n500rpm,U
(2)堵转时,Ui
3.75V
CeM
5V,U
15V,
0.01V/rpm
5V
500rpm
IdLR
iUi
0.127*50010*2
3.75V,U
20
4.175V
Ud0
Cen
IdR
IdmR
40*2
4V
3.2在转速、电流双闭环调速系统中,两个调节器
ASR,ACR
均采用PI
调节器
已知参数:
PN=3.7kW,UN=220V,IN=20A,Hn
=1000r/min,电枢回路总电阻
R"
5Q,设UnmUim
Ucm
=8V,电枢回路最大电流Idm=40A,电力电子变换器的放大系数Ks=40。
试求:
(1)电流反馈系数和转速反馈系数
(2)当电动机在最高转速发生堵转时的Ud0,Uj,Uj,u
1)
8V
d0
0.2V/A
Unm
1000rpm
0.008V/rpm
dlR
CenNIdlR
40A*1.5
60V
这时:
*
8/,Un
0,
8/,Ui
8V,
asr处于饱和,输岀最大电流给定值
UcUdo/Ks60/40
1.5V
3.3在转速、电流双闭环调速系统中,调节器
ASR,ACR均采用PI调节器。
当ASR输岀达到Uim=8V时,主电路电流达到最大电流80A。
当负
载电流由40A增加到70A时,试问:
Ui应如何变化?
(2)Uc应如何变化?
(3)
Uc值由哪些条件决定?
3)
Um
因此当电流从40A
要有所增加
80A0.5
70A时,
应从4V
7V变化
取决于电机速度和负载大小
因为
EIdiR
CsHn
IdiR
dR
3.5某反馈控制系统已校正成典型
I型系统。
已知时间常数
T=0.1s,要求阶跃响应超调量
系统的开环增益
计算过渡过程时间ts
和上升时间tr;
绘出开环对数幅频特性
如果要求上升时间
tr<
0.25s,则K=?
%=?
KT0.69,
0.6,%9.5%
系统开环增益:
K
0.69/T0.69/0.16.9(1/s)
上升时间
tr3.3T
0.33S
过度过程时间:
ts
6T6
0.10.6s
tr
2.4T2.4*0.1
0.24s这时
K1/T10,超调量=16.3%
3.6有一个系统,其控制对象的传递函数为Wobj(s)
K1
s10.01s
10_,要求设计一个无静差系统,在阶跃输入下系统超调量
%<
5%
(按线性系统考虑)。
试对系统进行动态校正,决定调节器结构,并选择其参数
按典型I型系统设计,选kt
0.5,
0.707,
查表3-1,得
%4.3%
选I调节器,W(s)
校正后系统的开环传递函数为W(s)
s(0.01s
1)'
这样,T=0.01,K=10/,已选
KT=0.5,贝UK=0.5/T=50,所以
10/K10/500.2S,积分调节器
W(s)
3.7有一个闭环系统,其控制对象的传递函数为
WObj(s)
调量%<
30%(按线性系统考虑)
应选择PI调节器,WPI(s)
KpK/
s(Ts1)
s(0.02s1)
试决定调节器结构,并选择其参数
0.2s
,要求校正为典型n型系统,在阶跃输入下系统超
Kpl(sD,校正后系统的开环传递函数W(s)
hT,选h=8,查表3-4,
Kpi(s1)K1
%=27.2%,
3.8
hT
8*0.020.16s
181
2h2T22*82*0.022
175.78,
KpiK/K1175.78*0.16
在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中,已知电动机的额定数据为:
,对照典型n型系
S仃S1)
足设计要求
/102.81
PN60kW,UN
220V,
IN308a,nN1000r/min,电动势系数Ce=0.196V-min/r,主回路总电阻R=0.18Q,触发整流环节的放大倍数Ks=35o电磁时
间常数Tl=0.012s,机电时间常数Tm=0.12s,
电流反馈滤波时间常数T0i=0.0025s,转速反馈滤波时间常数T0n=0.015s。
额定转速时的给定电压
(Un)N=10V,调节器ASR,ACR饱和输出电压
Uim=8V,Ucm=6.5V
系统的静、动态指标为:
稳态无静差,调速范围
D=10,电流超调量i<
5%,空载起动到额定转速时的转速超调量
n<
10%o试求:
确定电流反馈系数P(假设起动电流限制在
1.1IN以内)和转速反馈系数a
试设计电流调节器
ACR,计算其参数Ri,、Ci、COio画出其电路图,调节器输入回路电阻Rd=40k
设计转速调节器ASR,计算其参数Rn、Cn、Con。
(R0=40kQ)
计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量a
(5)
计算空载起动到额定转速的时间
Uim/1dm8V/(1.1*In)8V/339A0.0236V/A
10/10000.01Vmin/r
(2)电流调节器设计
确定时间常数:
a)Ts
b)Toi
0.0025s
c)Ti
T0i
Ts0.00250.003330.00583s
电流调节器结构确定:
因为i5%,可按典型I型系统设计,
选用
PI调节器,
Wacr(S)
Ki(iS1)
电流调节器
参数确定
0.012s,选KITi0.5,KI0.5/Ti85.76s1
WKiiR
Ki
85.760.012
0.18
350.0173
0.224。
校验等效条件:
.
Ci
Ki85.76s1
可见满足近似等效条件,电流调节器的实现:
选R040K,则
RKiR00.22440K8.96K,取9k.
40.0025/401030.25F
Cii/R0.012/(9103)1.33F由此
C0i4T0i/R0
速度调节器设计
确定时间常数:
a)
电流环等效时间常数1/
K|:
因为K|Ti
0.5
b)
C)
则1/K|
2Ti
20.00583
0.01166s
Ton0.015s
Tn1/KITon0.01166
0.0150.02666s
速度调节器结构确定:
按照无静差的要求,应选用PI调节器,
Wasr(s)
K^^,速度调节器参数确定:
ns
nhTn,取h5,nhTn0.1333s
Kn
2520.026662168.82s'
(h1)CeTm
2hRTn
60.02360.1960.126.94
250.010.180.02666
cn
Kn/1Kn
n168.820.133322.5s1
可见满足近似等效条件转速超调量的校验(空载Z=0)
转速超调量的校验结果表明,上述设计不符合要求。
因此需重新设计
查表,应取小一些的h,选h=3进行设计
按h=3,速度调节器参数确定如下:
nhTn0.07998s
Kn(h
1)CeTm/2hRTn40.02360.1960.12/(2
30.010.180.02666)7.6
校验等效条件:
cnKN
/1Knn312.6560.07998
25s
1/2
a)1/3(KI/TJ
b)1/3(KI/Ton)1/2
1/3(85.76/0.00583)40.43s
1/3(85.76/0.015)1/2
25.2s1
1)/2h2r2n4/(290.026662)312.656s2
可见满足近似等效条件
转速超调量的校验:
n272.2%1.1(3080.18/0.196
1000)(0.02666/0.12)9.97%10%
转速超调量的校验结果表明,上述设计符合要求
速度调节器的实现:
选R040K,则尺Kn
7.640304K,取310K
Cnn/Rn0.07998/3101030.258F
Con4T)n/R04
0.015/401031.5F
4)40%额定负载起动到最低转速时
n%272.2%
(1.10.4)(3080.18/0.196100)(0.02666/0.12)63.5%
5)空载起动到额定转速的时间是:
(书上无此公式)
仅考虑起动过程的第二阶段
根据电机运动方程:
t
所以:
CeTmn
3.10
系数