完整版电力拖动自动控制系统第四版课后答案文档格式.docx

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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，Ud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U：

应为多少?

（1）Ud

KpKsU：

/（1KpKs）2158.8（12150.7）12V

（2）Ud8.8215264V，开环输出电压是闭环的22倍

（3）U：

Ud（1KpKs）.KpKs12（12150.35）（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）DnNs/nN1s

1015002%/nN98%

nN15002%/98%103.06r/min

2）Kn°

p/nci1100/3.06131.7

率要求下，调速范围可以扩大多少倍?

nop1Kncl

115

128

如果将开环放大倍数提高到30,

则速降为：

ncinop/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有一V-M调速系统：

电动机参数Pz=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,整流装置内阻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%。

（1）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An。

」。

（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=lN,n=nN，则转速负反馈系数a应该是多少？

（4）计算放大器所需的放大倍数。

（1）

nUN1NRa/Ce

Ce22012.51.5/1500201.25/15000.134Vmin/r

nUnInR/Ce

nopINR/Ce12.53.3/0.134307.836r/min

nNnns/D1s150010%（20*90%）8.33r/min

所以，nc|8.33r/min

（2）

4）n55Id

R/Ce

1KKUn/

KIdR/Ce1

nop/nd

307.836/8.33

35.955

1500

15/

135.955

12.5

3.3/0.1341

0.0096Vmin/r

可以求得，Kp

也可以用粗略算法：

K*Ce

35.955*0.134

14.34

Ks*

35*0.0096

UnUn

n，

0.01

KpKCe/2

，Kp

0.134/

350.0113.76

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Idbl21N，临界截止电流Idcr1.2IN，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）1dbl2IN25A，Idcr1.2IN15A

IdcrUcom/Rs

15Ucom/Rs

Idbl

UnUgm/Rs

2515Ucom/Rs

Rs1.5

Ucom151.522.5V

1.1,Rs（R/3）

（R/3）1.01.50.8/3

需加电流反馈放大器

不符合要求，取Rs1.1,

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,

UPF

（3）当IdIder时，有

nKpKsU；

KpKsU：

/Ce1KKpKsKj

RsIdUcom/Ce1K

Rldd

当n=0时,

IdblKpKsUn

251516.5K

2.11在题2.9的系统中，若主电路电感

KjUcom/Ce

KiUcom/R

/1.1KKi

KpKsKiRs

15/22.5

L=50mH，系统运动部分的飞轮惯量

R心心/Id/Ce1K

UnKiUeom

13.51.36

GD=1.6Nm

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?

，整流装置采用三相零式电路，试判断按题

2-9

L50mH，GD21.6Nm2，R3.3，Ce0.134V/rpm

TlL/R0.05/3.30.015s

TmGD2R/375CeCm1.63.3/3750.1340.13430/3.14

5.28/64.330.082s

Ts0.00333s

KTmTlTsTs2/TlTs0.0820.0150.003330.003332（/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，IN

15.6A，nN1500r/min，Ra=1.5

Q,整流装置内阻Ryc=i◎，电枢回路电抗器电阻RL=0.8Q,触发整流环节的放大倍数Ks35。

⑴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。

（3）如组成转速负反馈有静差调速系统，要求

D30，s10%，在U；

10V时Id

IN，nnN，计算转速负反馈系数

放大器放大系数Kp。

Ce22015.61.5/15000.1311Vmin/r

nopINR/Ce15.63.3/0.1311392.68r/min

nmin1500/3050

snop/n0min392.68/392.685088.7%

0.1n/n50

n5/0.95.56r/min

（3）

nKpKsUn/Ce1K

RId/Ce1s/Ce

KpK

KpKsUn*

/Ce1

KR15.6

/Ce1K

nop/ncl

297.48/5.56

152.5

2.13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0.0is，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Q

ZTC

1.465r/min

102440.01

最大误差率：

60Mi

n1500r/min时，M1

nZTc1500410240011024

6060

n150r/min时，M1

nZTc

150410240.01

102.4

1500r/min时，max%

100%

1024

0.098%

150r/min时，max%

0.98%

可见M法适合高速。

（2）T法:

分辨率:

n1500r/min时，Q

Zn2

10244

15002

6OfoZn

60110610254

171r/min

n150r/min时，Q

102441502

60foZn

1061024

1.55r/min

4150

n空0，M2

ZM2

60f。

1500r/min时，M2

106

9.77

102441500

150r/min时,

60106

97.7

10244150

n1500r/min时，max%

11.4%

M21

9.771

n150r/min时，max%

97.71

可见T法适合低速

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,nN=1500r/min,|N=20A，电流过载倍数为2,电枢回路

总电阻R=2Q,Ks=20,Ce=0.127Vmin/r，求：

（1）当系统稳定运行在Un=5V,|ql=10A时，系统的n、

各为多少？

（2）

当电动机负载过大而堵转时，Ui

和Uc各为多少?

Unm/

5V,

Uim

1dm

Ud0

15V/1500rpm

0.01V/rpm

500rpm

空0.375V/A

40A

0.375*10

EIqlR

n500rpm,U

*堵转时，Ui

3.75V

CenN

5V,U

15V,

IdLR

iUi

0.127*50010*2

3.75V,U

4.175v

4.175V

Ud0

Cen

idR

IdmR

40*2

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,|n=20A,n”

=1000r/min

电枢回路总电阻R=1.5Q,设U；

mUm

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,U*UiUc值。

d0，i，i，c

1）

0.2V/A

u：

m8V

u.008v/rpm

40A

nN1000rpm

2）U

d0E

IdiR

CenN1dlR

40A*1.560V

这时：

8V,Un

0，

ASR处于饱和，输出最大电流给定值。

8V,Ui

8V,

UcUdoKs60401.5V

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输出达到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：

（1）Ui

应如何变化？

（2）Uc应如何变化？

（3）

Uc值由哪些条件决定?

Um8V

0.1V/A

Idm80A

因此当电流从40A70A

时，u*

应从4V

7V变化。

要有所增加。

3）

取决于电机速度和负载大小。

因为

EIdlRCenN

IdlR

Ud0CenI

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%。

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=?

%=?

取

KT0.69,

0.6,%

9.5%

（i）系统开环增益：

K0.69/T0.69/0.16.9（1/s）

⑵上升时间tr3.3T0.33S

过度过程时间:

如要求tr0.25s，查表3-1则应取KT1,0.5,tr2.4T2.4*0.10.24s这时

3.6有一个系统，其控制对象的传递函数为Wobj（S）

按典型I型系统设计，选KT0.5,

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）

110

s（0.01s1）

这样，T=0.01,K=10/，已选

要求设计一个无静差系统，在阶跃输入下系统超调量

0.01s1

（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。

KT=0.5，则K=0.5/T=50,所以10/K10/500.2S，积分调节器：

s0.2s

3.7有一个闭环系统，其控制对象的传递函数为

Wobj（s）

s（Ts1）

，要求校正为典型n型系统，在阶跃输入下系统超

s（0.02s1）

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，Wpi（s）

Kpi（sD,校正后系统的开环传递函数

心（s1）&

ss（Ts1）

对照典型"

型系

KKpK/

hT,选h=8，杳表3-4，%=27.2%，满足设计要求

8*0.02

0.16s，

2h2T22*8

22175.78,

2*0.02

KPIK/K1175.78*0.16/102.81

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：

PN60kW,UN220V

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=35。

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<

（1）确定电流反馈系数B（假设起动电流限制在1.1IN以内）和转速反馈系数a

（2）试设计电流调节器ACR,计算其参数R,、C、COi。

画出其电路图,调节器输入回路电阻Fb=40k

（3）设计转速调节器ASR,计算其参数Rn、Cn、C。

。

（R0=40kQ）

（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a

（5）计算空载起动到额定转速的时间

（1）Um/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）Ts0.00333s

b）Toi

0.0025s

c）Ti

T0iTs0.00250.003330.00583s

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）

K（iS1）

电流调节器

参数确定

0.012s,选K,Ti0.5,K,0.5/Ti

85.76s

dKiiR

85.760.012

0.18

350.0173

0.224。

校验等效条件：

K,85.76s

可见满足近似等效条件，电流调节器的实现：

选Rj40K，则:

RKiR00.22440K8.96K，取瞅

Cii/R0.012/（910）1.33F

由此

C°

j4T0i/R040.0025/401030.25F

（3）速度调节器设计

a）电流环等效时间常数1/K,:

因为K,Ti0.5

则1/K,2Ti20.005830.01166s

b）Ton0.015s

c）Tn1/K,Ton0.011660.0150.02666s

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）

Kn（ns1）

速度调节器参数确定:

hTn,取h5,

hTn0.1333s

2h2T2n

2520.026662

168.82s

（h1）CeTm

2hRTn

60.02360.1960.12

250.010.180.02666

6.94

Kn/1

Knn168.820.133322.5s

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）/2h2T2n

4/（290.026662）312.656s2

1）CeTm/2h

RTn40.02360.1960.12/（2

30.010.180.02666）7.6

校验等效条件:

cnKN

1Knn312.6560.07998

25s

1/2

a）1/3（KI/Ti）

b）1/3（K/「n）1/2

1/3（85.76/0.00583）40.43s

1/3（85.76/0.015）"

25.2s1

转速超调量的校验:

n272.2%1.1（3080.18/0.196

1000）

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RnKnR0

7.640

Cnn/Rn0.07998/3101030.258F

0.015/401031.5F

Con4Ton/R04

4）40%额定负载起动到最低转速时

n%272.2%

（1.10.4）（3080.18/0.196

5）空载起动到额定转速的时间是：

（书上无此公式）

（0.02666/0.12）9.97%10%

304K,取310K。

100）（0.02666/0.1

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