电力拖动自动控制系统运动控制系统(阮毅陈伯时)课后思考题习题答案章完整版Word下载.docx

电力拖动自动控制系统运动控制系统(阮毅陈伯时)课后思考题习题答案章完整版Word下载.docx

《电力拖动自动控制系统运动控制系统(阮毅陈伯时)课后思考题习题答案章完整版Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力拖动自动控制系统运动控制系统(阮毅陈伯时)课后思考题习题答案章完整版Word下载.docx（46页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

对系统有何影响？

如何抑制？

对滤波电容充电的结果造成直流侧电压升高。

过高的泵升电压将超过电力电子器件的耐压限制值。

选取电容量较大且合适的电容。

2-9在晶闸管整流器-电动机开环调速系统中，为什么转速随负载增加而降低？

负载增加，负载转矩增大，电动机转速下降直到电磁转矩等于负载转矩时速度就不变了，达到稳态。

T-TL=J*dn/dt

2-10静差率和调速范围有何关系？

静差率和机械特性硬度是一回事吗？

举个例子。

不是一回事。

静差率是用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度的。

机械特性硬度是用来衡量调速系统在负载变化下转速的降落的。

是机械特性的斜率。

如：

变压调速系统在不同转速下的机械特性是相互平行的，机械特性硬度是一样的，但是静差率却不同，空载转速高的静差率小。

2-11调速范围与静态速降和最小静差率之间有何关系？

为什么必须同时提才有意义？

若只考虑一个量，其余两个量在一个量一定的情况下另一个量就会不满足要求。

2-12转速单闭环调速系统有哪些特点？

改变给定电压能否改变电动机的转速？

如果给定电压不变，调节转速反馈系数是否能够改变转速？

如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？

减小转速降落，降低静差率，扩大调速范围。

改变给定电压能改变电动机转速，因为改变给定电业会改变电压变化值，进而改变控制电压，然后改变输出电压，最后改变转速。

如果给定电压不变，调节转速反馈系数是能够改变转速，因为调节转速反馈系数会改变反馈电压，进而改变电压变化值，控制电压，输出电压，最终改变转速。

如果测速发电机的励磁发生了变化，会造成Ce的变化，会影响转速，被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小对稳态转速的影响。

系统有克服这种干扰的能力。

2-13为什么用积分控制的调速系统是无静差的？

在转速单闭环调速系统中，当积分调节器的输入偏差电压△U=0时，调节器的输出电压是多少？

它决定于哪些因素？

比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。

虽然到稳态时，只要历史上有过，其积分就有一定的数值，足以产生稳态运行所需要的控制电压UC。

2-14在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响？

受影响。

因为无静差转速单闭环调速系统若给定电源发生偏移或者测速发电机精度受到影响会导致转速改变，进而反馈电压改变，使电压偏差为零，所以转速的稳态精度会受影响。

2-15在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有调节作用？

（1）放大器的放大系数Kp。

（2）供电电网电压Ud。

（3）电枢电阻Ra。

（4）电动机励磁电流If。

（5）转速反馈系数α。

（1）放大器的放大系数Kp发生变化时系统有调节作用，因为Kp发生变化时，控制电压Uc就会改变，然后输出电压Ud0就会改变，转速改变，反馈电压随之改变，改变电压偏差进一步调节输出电压和转速达到调节作用。

（2）供电电网电压Ud发生变化时系统有调节作用，因为Ud发生变化时，会使Ks变化，进而改变输出电压和转速，反馈电压随之改变，改变电压偏差进一步调节输出电压和转速达到调节作用。

（3）电枢电阻Ra发生变化时系统有调节作用，因为Ra发生变化时，会使电枢电路总电阻变化，使得转速改变，反馈电压随之改变，改变电压偏差进一步调节输出电压和转速达到调节作用。

（4）电动机励磁电流If发生变化时系统有调节作用，因为If发生变化时，使得Ce变化，转速改变，反馈电压随之改变，改变电压偏差进一步调节输出电压和转速达到调节作用。

（5）转速反馈系数α发生变化时系统有调节作用，因为α发生变化时，使反馈电压改变，改变电压偏差进一步调节输出电压和转速达到调节作用。

2-16

（1）在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态，此时晶闸管整流装置的输出电压Ud较之负载变化前是增加、减少还是不变？

（2）在无静差调速系统中，突加负载后进入稳态时转速n和整流装置的输出电压Ud是增加、减少还是不变？

在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态，此时转速有所增大，反馈电压增大，电压偏差减小，控制电压减小，晶闸管整流装置的输出电压Ud较之负载变化前减小。

在无静差调速系统中，突加负载后引起动态速降时，产生电压偏差，控制电压Uc从Uc1不断上升，使电枢电压也由Ud1不断上升，从而使转速n在下降到一定程度后又回升。

达到新的稳态时，电压偏差又恢复为零，但Uc已从Uc1上升到Uc2，使电枢电压由Ud1上升到Ud2，以克服负载电流增加的压降。

所以转速是不变的，输出电压Ud是增加的。

2-17闭环调速系统有哪些基本特征？

它能减少或消除转速稳态误差的实质是什么？

基本特征：

闭环，有反馈调节作用，减小速降，降低静差率，扩大调速范围。

实质：

闭环调速系统中参数变化时会影响到转速，都会被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小它们对稳态转速的影响从而减小或消除转速稳态误差。

习题

2-1

有制动电流通路的不可逆PWM变换器-直流电动机系统进行制动时，VT1始终不导通。

VT2导通时，电动机处于能耗制动状态；

VT2不导通时，VD1续流，电动机处于回馈制动状态。

2.2系统的调速范围是1000~100，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？

解：

系统允许的静态速降为。

2.3某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为，最低转速特性为，带额定负载时的速度降落，且在不同转速下额定速降不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？

系统允许的静差率是多少？

1）调速范围（均指额定负载情况下）

2）静差率

2.4直流电动机为PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=1430r/min，Ra=0.023Ω。

相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。

采用降压调速。

当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。

如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？

？

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R=0.18Ω,Ce=0.2V•min/r,求：

（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落为多少？

（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率多少？

（3）若要满足D=20,s≤5%的要求，额定负载下的转速降落又为多少?

（1）

（2）

（3）

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、比例调节器放大系数、晶闸管装置放大系数、反馈系数γ=0.7。

求：

（1）输出电压；

（2）若把反馈线断开，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γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压应为多少？

（1）

（2）,开环输出电压是闭环的22倍

（3）

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，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）

2）

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？

如果将开环放大倍数提高到30,则速降为：

在同样静差率要求下，D可以扩大倍

2.9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=1.5Ω，电枢回路电抗器电阻RL=0.8Ω，整流装置内阻Rrec=1.0Ω,触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%。

（1）计算开环系统的静态速降Δnop和调速要求所允许的闭环静态速降Δncl。

（2）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。

（3）调整该系统参数，使当Un*=15V时，Id=IN，n=nN，则转速负反馈系数α应该是多少？

（4）计算放大器所需的放大倍数。

所以，

（2）

（3）（4）

可以求得，

也可以用粗略算法：

，

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，临界截止电流，应该选用多大的比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），

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，则

（3）当时，有

当n=0时，

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，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？

，，，

可见与前面的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：

，，，r/min，=1.5Ω，整流装置内阻=1Ω,电枢回路电抗器电阻=0.8Ω，触发整流环节的放大倍数。

（1）系统开环工作时，试计算调速范围时的静差率值。

（2）当，时，计算系统允许的稳态速降。

（3）如组成转速负反馈有静差调速系统，要求，，在时，，计算转速负反馈系数和放大器放大系数。

（3）

2.13旋转编码器光栅数1024，倍频系数4，高频时钟脉冲频率，旋转编码器输出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，求转速和时的测速分辨率和误差率最大值。

（1）M法：

分辨率

最大误差率：

时，

时，

可见M法适合高速。

（2）T法：

分辨率：

，，

当时，

可见T法适合低速

第三章作业

思考题

3-1在恒流起动过程中，电枢电流能否达到最大值Idm？

答：

不能达到最大值，因为在恒流升速阶段，电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它正是一个线性渐增的斜坡扰动量，所以系统做不到无静差，而是Id略低于Idm。

3-2由于机械原因，造成转轴堵死，分析双闭环直流调速系统的工作状态。

转轴堵死，则n=0，，比较大,导致比较大，也比较大，然后输出电压较大，最终可能导致电机烧坏。

3-3双闭环直流调速系统中，给定电压Un*不变，增加转速负反馈系数α，系统稳定后转速反馈电压Un和实际转速n是增加、减小还是不变？

反馈系数增加使得增大，减小，减小，减小，输出电压减小，转速n减小，然后会有所减小，但是由于α增大了，总体还是增大的。

3-4双闭环直流调速系统调试时，遇到下列情况会出现什么现象？

（1）电流反馈极性接反。

（2）转速极性接反。

（1）转速一直上升，ASR不会饱和，转速调节有静差。

（2）转速上升时，电流不能维持恒值，有静差。

3-5某双闭环调速系统，ASR、均采用PI调节器，ACR调试中怎样才能做到Uim*=6V时，Idm=20A；

如欲使Un*=10V时，n=1000rpm，应调什么参数？

前者应调节，后者应调节。

3-6在转速、电流双闭环直流调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？

改变转速调节器的放大倍数Kn行不行？

改变电力电子变换器的放大倍数Ks行不行？

改变转速反馈系数α行不行？

若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？

转速n是由给定电压决定的，若要改变电动机转速，应调节给定电压。

改变Kn和Ks不行。

改变转速反馈系数α行。

若要改变电动机的堵转电流，应调节或者。

3-7转速电流双闭环直流调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少？

均为零。

因为双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，作用是使输入偏差电压在稳态时为零。

各变量之间关系如下：

3-8在双闭环系统中，若速度调节器改为比例调节器，或电流调节器改为比例调节器，对系统的稳态性能影响如何？

稳态运行时有静差，不能实现无静差。

稳定性能没有比例积分调节器作用时好。

3-9从下述五个方面来比较转速电流双闭环直流调速系统和带电流截止负反馈环节的转速单闭环直流调速系统：

（1）调速系统的静态特性。

（2）动态限流性能。

（3）起动的快速性。

（4）抗负载扰动的性能。

（5）抗电源电压波动的性能。

转速电流双闭环调速系统的静态特性，动态限流性能，起动的快速性，抗负载扰动的性能，抗电源电压波动的性能均优于带电流截止负反馈环节的转速单闭环直流调速系统。

3-10根据速度调节器ASR、电流调节器ACR的作用，回答下面问题（设ASR、ACR均采用PI调节器）：

（1）双闭环系统在稳定运行中，如果电流反馈信号线断开，系统仍能正常工作吗？

（2）双闭环系统在额定负载下稳定运行时，若电动机突然失磁，最终电动机会飞车吗？

（1）系统仍能正常工作，但是如果有扰动的话，系统就不能稳定工作了。

（3）电动机突然失磁，转子在原有转速下只能产生较小的感应电动势，直流电机转子电流急剧增加，可能飞车。

习题：

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=15V，=1500r/min，=20A，电流过载倍数为2，电枢回路总电阻=2Ω，=20，=0.127V·

min/r，求：

（1）当系统稳定运行在=5V，=10A时，系统的、、、和各为多少？

（2）当电动机负载过大而堵转时，和各为多少？

（2）堵转时，，

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：

=3.7kW，=220V，=20A，=1000r/min,电枢回路总电阻=1.5Ω,设=8V，电枢回路最大电流=40A,电力电子变换器的放大系数=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值。

解:

1）

2）

这时：

，ASR处于饱和，输出最大电流给定值。

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输出达到=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：

（1）应如何变化？

（2）应如何变化？

（3）值由哪些条件决定？

1）

因此当电流从40A70A时，应从4V7V变化。

2）要有所增加。

3）取决于电机速度和负载大小。

因为

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≤10％。

（1）系统的开环增益。

（2）计算过渡过程时间和上升时间；

（3）绘出开环对数幅频特性。

如果要求上升时间<

0.25s,则K=?

，％=?

取

（1）系统开环增益：

（2）上升时间

过度过程时间：

如要求，查表3-1则应取,这时,超调量=16.3%。

3.6有一个系统，其控制对象的传递函数为，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。

选I调节器，校正后系统的开环传递函数为，已选KT＝0.5,则K＝0.5/T=50,所以，积分调节器：

。

3.7有一个闭环系统，其控制对象的传递函数为，要求校正为典型Ⅱ型系统，在阶跃输入下系统超调量％≤30％（按线性系统考虑）。

试决定调节器结构，并选择其参数。

应选择PI调节器，，对照典型Ⅱ型系统，，满足设计要求。

这样，

3.8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：

kW,V,A,r/min,电动势系数=0.196V·

min/r,主回路总电阻=0.18Ω,触发整流环节的放大倍数=35。

电磁时间常数=0.012s,机电时间常数=0.12s,电流反馈滤波时间常数=0.0025s,转速反馈滤波时间常数=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≤5%,空载起动到额定转速时的转速超调量≤10%。

（1）确定电流反馈系数β（假设起动电流限制在以内）和转速反馈系数α。

（2）试设计电流调节器ACR,计算其参数Ri,、Ci、COi。

画出其电路图,调节器输入回路电阻R0=40。

（3）设计转速调节器ASR,计算其参数Rn、Cn、COn。

（R0=40kΩ）

（4）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σn。

（5）计算空载起动到额定转速的时间。

（2）电流调节器设计

确定时间常数：

电流调节器结构确定：

因为，可按典型I型系统设计，选用PI调节器，,

电流调节器参数确定:

，。

校验等效条件：

可见满足近似等效条件，电流调节器的实现：

选,则：

取9K.

由此

（3）速度调节器设计

a）电流环等效时间常数:

因为

则

b）

c）

速度调节器结构确定：

按照无静差的要求，应选用PI调节器，

速度调节器参数确定：

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：

转速超调量的校验：

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,则,取310K。

4）40%额定负载起动到最低转速时:

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。

所以：

3.10有一转速、电流双闭环调速系统,主电路采用三相桥式整流电路。

已知电动机参数为：

PN=500kW，UN=750V，IN=760A，nN=375r/min，电动势系数Ce=1.82V·

min/r,电枢回路总电阻R=0.14Ω,允许电流过载倍数λ=1.5,触发整流环节的放大倍数Ks=75,电磁时间常数=0.031s,机电时间常数=0.112s,电流反馈滤波时间常数=0.002s,转速反馈滤波时间常数=0.02s。

设调节器输入输出电压Unm*=Uim*=Unm=10V,调节器输入电阻R0=40kΩ。

设计指标:

稳态无静差，电流超调量≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量≤10%。

电流调节器已按典型I型系统设计,并取参数KT=0.5。

（1）选择转速调节器结构,并计算其参数。

（2）计算电流环的截止频率和转速环的截止频率，并考虑它们是否合理?

电流调节器已按典型I型系统设计如下：

确定时间常数：

因为σ%≤5%，可按典型I型系统设计，选用PI调节器，WACR（s）=Ki（τis+1）/τis，Tl/T∑i=0.031/0.00367=8.25<

10

电流调节器参数确定：

τi=Tl=0.031s，KIT∑i=0.5，KI=0.5/T∑i=136.24s-1

ωci=KI=136.24s-1

电流调节器的实现：

选R0=40K，则

取36K

速度调节器设计

确定时间常数：

a）电流环等效时间常数1/KI：

因为KIT∑i=0.5则1/KI=2T∑i=2*0.00367=0.00734s

b）b）Ton=0.02s

c）c）T∑n=1/KI+Ton=0.00734+0.02=0.02734s

WASR（s）=Kn（τns+1）/τns

速度调节器参数确定：

τn=hT∑n，选h=5，则τn=hT∑n=0.1367s,

KN=（h+1）/（2h2T2∑n）=6/2*25*0.027342=160.54s-2

Kn=（h+1）βCeTm/（2hαRT∑n）=6*0.00877*1.82*0.112/2*5*0.0267*0.14*0.0