運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)思考題課后習(xí)題答案

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1、思考題答案 1.1 直流電動(dòng)機(jī)有哪幾種調(diào)速方式？各有那些特點(diǎn)？ 答：a改變電樞回路電阻調(diào)速法外加電阻Radd的阻值越大，機(jī)械特性的斜率就越大， 相同轉(zhuǎn)矩下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低b減弱磁通調(diào)速法減弱磁通只能在額定轉(zhuǎn)速以上的范圍內(nèi) 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速c調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速法調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速所得的人為機(jī)械特性與電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性平行，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性好，能在基速以下實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。 1.2 為什么直流PWMe換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比相控整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài)性能？ 答：aPWM變換器簡(jiǎn)單來(lái)講調(diào)節(jié)的是脈沖串的寬度，直流成分沒(méi)有受到破壞，也就是說(shuō)其最大值=峰值是不變的，變的是平均值；b相控整流，是由交流整流

2、得到的直流，雖 然也是平均值在變，但是其最大值、峰值也是隨著導(dǎo)通角的大小時(shí)刻在變，且導(dǎo)通角越小波 形的畸變?cè)絿?yán)重。從而影響了電機(jī)的輸出特性。 答：直流PWM變換器和晶閘管整流裝置均可看作是一階慣性環(huán)節(jié)。其中直流PWM變換器的時(shí)間常數(shù)Ts等于其IGBT控制脈沖周期（1/fc）,晶閘管整流裝置的時(shí)間常數(shù)Ts通常取其最大失控時(shí)間的一半（1/（2mf）。因fc通常為kHz級(jí)，而f通常為工頻（50或60Hz）為一周內(nèi)），m整流電壓的脈波數(shù)，通常也不會(huì)超過(guò)20直流PWM變換器間常數(shù)通常比晶閘管整流裝置時(shí)間常數(shù)更小，從而響應(yīng)更快，動(dòng)態(tài)性能更好。 1. 3直流PWM變換器驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是什么？ 直流

3、PWM變換器采用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定，寬度可變的脈沖序列，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 1.4 簡(jiǎn)述直流PWM變換器電路的基本結(jié)構(gòu)。 答：直流PWM變換器基本結(jié)構(gòu)如圖，包括IGBT和續(xù)流二極管。三相交流電經(jīng)過(guò)整流濾波后送往直流PWM變換器，通過(guò)改變直流PWM變換器中IGBT的控制脈沖占空比，來(lái)調(diào)節(jié)直流PWM變換器輸出電壓大小，二極管起續(xù)流作用。 1.5 答：不會(huì) 1. 6PWM變換器主電路在什么情況下會(huì)出現(xiàn)直通？線路上可采取什么措施防止直 通現(xiàn)象？ 雙極性控制方式,四個(gè)開關(guān)在工作中都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在

4、切 換時(shí)容易發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為防止直通，在上下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之 間，應(yīng)設(shè)先邏輯延時(shí) 1.7 靜差率s與調(diào)速范圍D有什么關(guān)系？靜差率與機(jī)械特性硬度是一回事嗎？ 答：關(guān)系見書上公式。靜差率與機(jī)械特性硬度是不同的概念，硬度是指機(jī)械特性的斜率， 一般說(shuō)硬度大靜差率也大；但同樣硬度的機(jī)械特性，隨著起理想空載轉(zhuǎn)速的降低，其靜差率 會(huì)隨之增大。 1.8 直流PW般換器的開關(guān)頻率是否越高越好？為什么？ 答：不是。因?yàn)槿糸_關(guān)頻率非常高，當(dāng)給直流電動(dòng)機(jī)供電時(shí)，有可能導(dǎo)致電樞電流還未 上升至負(fù)載電流時(shí)，就已經(jīng)開始下降了，從而導(dǎo)致平均電流總小于負(fù)載電流，電機(jī)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)。 1.9 泵升電壓是

5、怎樣產(chǎn)生的？對(duì)系統(tǒng)有何影響？如何抑制？ 答：泵升電壓是當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作于回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由于二極管整流器的單向?qū)щ娦?，? 得電動(dòng)機(jī)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榈碾娔懿荒芡ㄟ^(guò)整流裝置反饋回交流電網(wǎng)，而只能向?yàn)V波電容充電，造成電容兩端電壓升高。泵升電壓過(guò)大將導(dǎo)致電力電子開關(guān)器件被擊穿。應(yīng)合理選擇濾波電 容的容量，或采用泵升電壓限制電路。 1.10 在晶閘管整流器電動(dòng)機(jī)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為什么轉(zhuǎn)速隨負(fù)載增加而降低？ 答：負(fù)載增加意味著負(fù)載轉(zhuǎn)矩變大，電機(jī)減速，并且在減速過(guò)程中，反電動(dòng)勢(shì)減小，于是電 樞電流增大，從而使電磁轉(zhuǎn)矩增加，達(dá)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡，電機(jī)不再減速，保持穩(wěn)定。故負(fù)載增加，穩(wěn)態(tài)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)較增加之

6、前降低。 1.11 調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？為神馬說(shuō)“脫離了調(diào)速范圍。要滿足給定的靜 差率也就容易的多了”？ 答：(1)生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載的情況下所需的最高轉(zhuǎn)速Nmax與最低轉(zhuǎn)速 Nmin之比稱為調(diào)速范圍；當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)轉(zhuǎn)速的變化率，稱為靜差率。(2)s與D是一對(duì)矛盾的指標(biāo)，要求D越大，則所能達(dá)到的調(diào) 速精度越大，s越大。 2.1 帶有比例放大器的轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng))特點(diǎn) a只有比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被調(diào)量仍是有靜差的；b反饋控制系統(tǒng)的作用 是抵抗擾動(dòng)，服從給定；c系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測(cè)

7、的精度。 如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測(cè)速反饋電壓的分壓比或測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)增大被調(diào)量的誤差，因?yàn)榉答伩刂乒δ芤种频闹皇潜环答伃h(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)。 2.2 為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無(wú)靜差的？ 答：在積分調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)車t速偏差電壓等于零時(shí)Uc并不是零，而是一個(gè)終止Uf, 如果轉(zhuǎn)速偏差電壓不變?cè)挘@是積分調(diào)節(jié)控制不同于比例環(huán)節(jié)的特點(diǎn)。正應(yīng)為如此，積分環(huán)節(jié)可以使系統(tǒng)在無(wú)靜差的條件下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。 2.3 在無(wú)靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度是否還受給定電源和測(cè)速發(fā)電機(jī) 精度的影響？是說(shuō)明理由。 答：閉環(huán)系統(tǒng)的

8、精度依賴于給定和反饋檢測(cè)的精度，因此轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定精度還受給定電源和測(cè)速發(fā)電機(jī)精度的影響。 (1)在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)晶閘管整流裝置的輸出電壓Ud較之負(fù)載變化前減少了 (2)在無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速n不變，整流裝置的輸出電壓 Ud增減 (3)在采用PI調(diào)節(jié)器的單環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)對(duì)象包含有積分環(huán)節(jié)，突加給定電壓后PI調(diào)節(jié)器沒(méi)有飽和，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)速前被調(diào)量不會(huì)出現(xiàn)超調(diào)。 2.4 —XR At4—Un—UniUn=ctxntUc=Kpx^Uni力。=KsxUCtn=— (l)放大器的放大系數(shù)/發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作

9、用，因?yàn)樾陌l(fā)生龕化時(shí)，控制電壓”就會(huì)改變，然后輸出電壓U加就會(huì)改變，轉(zhuǎn)速改變，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進(jìn)?一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用■, (2)供電電網(wǎng)電壓山發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因?yàn)?發(fā)生變化肘，會(huì)使凡變化,進(jìn)而改變輸出電壓和轉(zhuǎn)速，反饋電壓隨之改變，改變電壓偏差進(jìn)■一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用口 (3)電樞電阻Ra發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用.因?yàn)镽a發(fā)生變化時(shí)，會(huì)使電樞電路總電阻變化，使得轉(zhuǎn)速改變，反饋電壓隨之改變，改變也壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用。 (4)電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流If發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，因?yàn)镮f發(fā)生變化時(shí)，使得值變化，轉(zhuǎn)速改變，反饋電

10、壓隨之改變，改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)節(jié)輸 出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用, (5)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，因?yàn)榭诎l(fā)生變化時(shí)，使反饋電壓改變.改變電壓偏差進(jìn)一步調(diào)?在輸出電壓和轉(zhuǎn)速達(dá)到調(diào)節(jié)作用. 2.5 2-16(1)在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突減負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)品閘管整流裝置的輸出電樂(lè)ud較之負(fù)載變化前是增加、誠(chéng)少還是不變？ C)在無(wú)都差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)線后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速n和整流裝置的輸出電壓Ud是增加、減少還是不變？ =[/；-Un,Un=。xnrUc=Kp艾口=&義uc,n=內(nèi)。二"*' 在物速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突誠(chéng)負(fù)載后又進(jìn)入穩(wěn)定

11、運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)轉(zhuǎn)速有所增大，反饋電壓增大，電壓偏差減小，控制電樂(lè)減小，品閘管整流裝苴的輸出電至Ud較之負(fù)載變化前減小口 在無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)中,突加負(fù)載后引起動(dòng)態(tài)速降時(shí)，產(chǎn)生電壓偏差?控制電壓Uc從Ud不斷上升，使電樞電壓也由Udi不斷上升，從而使轉(zhuǎn)速n在下降到一定程度后乂回升，達(dá)到新的穩(wěn)密時(shí)，電壓偏差又恢復(fù)為零，但Uc已從Ucl上升到Uc2,使電樞電壓由Udi上升到Ud2,以克服負(fù)載電流增加的壓降,所以轉(zhuǎn)速是不變的.輸出電壓Ud是增加的e (3)在采用PI調(diào)節(jié)器的單環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)對(duì)象包含有積分環(huán)節(jié)，突加給定電壓后PI調(diào)節(jié)器沒(méi)有飽和，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)速前被調(diào)量不會(huì)出現(xiàn)超調(diào)。 2.6 采用P

12、I調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，為什么能夠較好地解決系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性之間的矛盾？ 答：采用比例積分控制的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，其輸出有比例和積分兩部分組成，比例 部分快速響應(yīng)輸入信號(hào)的變化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速控制，發(fā)揮了比例控制的長(zhǎng)處，同時(shí)，可以 滿足穩(wěn)態(tài)精度的要求。此后，隨著電容電壓的電壓不斷變化，輸出電壓逐步增長(zhǎng)，直到穩(wěn)態(tài)， 可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，又可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，采用PI調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)能夠較好地解決系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性之間的矛盾。 2.7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，給定電壓Un*不變，增加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a,系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓Un和實(shí)際轉(zhuǎn)速n是增加、減小還

13、是不變? 答：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)”增加，則轉(zhuǎn)速反饋電壓Un增加，給定電壓Un*,則轉(zhuǎn)速偏差電壓減小，則ASR給定電壓Ui*減小，則控制電壓Uc減小，則轉(zhuǎn)速n減??；轉(zhuǎn)速n減小，則轉(zhuǎn)速反饋電壓Un減小，直到轉(zhuǎn)速偏差電壓為零；故穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速反饋電壓Un不變，且實(shí)際轉(zhuǎn) 速n減小。 2.8 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，遇到下列情況會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ (1)電流反饋極性接反(2)轉(zhuǎn)速極性接反 (3)啟動(dòng)時(shí)ASR未達(dá)到飽和，轉(zhuǎn)速還處于閉合狀態(tài) (4)啟動(dòng)時(shí)ACR達(dá)到飽和，速度環(huán)開環(huán)2.13是從下述5個(gè)方面來(lái)比較轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 (1)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性：a單閉環(huán)在

14、系統(tǒng)穩(wěn)時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差b雙閉環(huán)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn) 速無(wú)靜差和電流無(wú)靜差。 (2)動(dòng)態(tài)限流性能a單閉環(huán)只能在超過(guò)臨屆電流Idcr后，限制電流沖擊b雙閉環(huán)電流調(diào)節(jié)器通過(guò)電流反饋系統(tǒng)隨時(shí)調(diào)節(jié)控制電流。 (3)啟動(dòng)的快速性a單閉環(huán)快，不平穩(wěn)b雙閉環(huán)快，平穩(wěn) (4)抗負(fù)載擾動(dòng)的性能a單閉環(huán)差b雙閉環(huán)強(qiáng) (5)抗電源電壓波動(dòng)的性能 2.9 某雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，ASRACR均采用PI調(diào)節(jié)器，調(diào)試中怎樣才能做到Uim*=6V 時(shí)，Idm=20A;欲使Un*=10V時(shí)，n=1000rpm,應(yīng)調(diào)什么參數(shù)？ 答：(1)調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)”0.3;(2)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a=0.01o 2.10 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)

15、直流調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)節(jié)什么參 數(shù)？改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)Kn行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)Ks行不行？ 改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a行不行？若要改變電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參 數(shù)？ 答：通常可以調(diào)節(jié)Z^定電壓。改變Kn和Ks都不行，因?yàn)檗D(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)前向通道內(nèi)的階躍擾動(dòng)均有能力克服。也可以改變a,但目的通常是為了獲得更理想的 機(jī)械特性。若要改變堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù)3 2.11 2-2轉(zhuǎn)速，電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么？ 答；當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零。

16、 若輸入偏差電壓不為零,PI調(diào)節(jié)器的輸出就會(huì)繼續(xù)變化,達(dá)不到穩(wěn)態(tài)& P1調(diào)節(jié)器的輸出電壓決定于后續(xù)環(huán)節(jié)的需要士 對(duì)ASR：q="『供小 對(duì)ACR*也二卷土弛」⑹匕+&K) 」0KKKea也 2.12 在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，若速度調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器，或電流調(diào)節(jié)器改為比例調(diào)節(jié)器， 對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能影響如何？ 答：有靜差。速度調(diào)節(jié)器^?階躍擾動(dòng)的靜差由0變?yōu)?/(1+Kn),或電流調(diào)節(jié)器對(duì)階 躍擾動(dòng)的靜差由0變?yōu)?/(1+Kc),而對(duì)斜坡擾動(dòng)的靜差變得更大。 2.13 從下述五個(gè)方面來(lái)比較轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié) 的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)：（1）調(diào)速系統(tǒng)的靜

17、態(tài)特性。（2）動(dòng)態(tài)限流性能。（3）起動(dòng) 的快速性。（4）抗負(fù)載擾動(dòng)的性能。（5）抗電源電壓波動(dòng)的性能。 答：（1）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓* nU決定的。ASR的輸出量*iU是由負(fù)載電流IdL決定的。控制電壓UC的大小則同時(shí)取決于n和Id,或者說(shuō)，同時(shí)取決于*nU和IdL。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算是和無(wú)靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似。帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性特點(diǎn)：電流負(fù)反饋 的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻KpKsRs,因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下 垂；比較電壓Ucom與給定電壓*nU的作用一致，好象把理想空載轉(zhuǎn)速提高了。這樣的兩段

18、式靜特性常稱作下垂特性或挖土機(jī)特性。 （2）二方面均具有動(dòng)態(tài)限流性能，性能相似的。 （3）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：飽和非線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)、準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。 （4）由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)計(jì)ASR時(shí)，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。 （5）在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個(gè)環(huán)節(jié) 的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電 流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反 饋回來(lái)

19、，抗擾性能大有改善。 2.14 2-5在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中.兩個(gè)調(diào)節(jié)器均果用PI調(diào)節(jié)器，當(dāng)系統(tǒng)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速反饋戰(zhàn)突然斷線，系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓是否為蜜？為什幺？答！分析過(guò)程如下. ,轉(zhuǎn)速反饋線斷線后.4=0,.ASR即可進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出限幅值巴而邛 ? 電機(jī)加速，UPE輸出電壓心和控制電壓Uh也跟著同步上升； ? 當(dāng)If升高到飽和值時(shí)，輸出電壓達(dá)到最大輸出值U如，但此時(shí)電流仍大于負(fù)載電流，電機(jī)繼續(xù)加速； ? 隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步升高.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)升高.電樞電流下降，但只要電樞電流大于負(fù)載電流.電機(jī)就一直升速C直到電樞繞組電流等于負(fù)載電流時(shí)，

20、達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)重新役定下來(lái)，電機(jī)以較高轉(zhuǎn)速運(yùn)行0 ?進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)后,電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓不等于零，輸出始終是限幅值■時(shí)對(duì)應(yīng)UPE始終輸出最大電壓 u：=U：m=仆5豐02.34U2c^ffmin-IdLR打= C 2.15在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速給定信號(hào)Un※未改變，若增大轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) “，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓Un是增加還是減少還是不變？為什么？ 答：Un不變，因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)靜差，即：Un^=Un,Un^未改變，則，Un也不變。 4.1 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，為何要電壓協(xié)調(diào)控制？在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，保持電壓恒定 是否可行？為何在基頻以下時(shí)，采用恒壓

21、頻比控制，而在基頻以上保持電壓恒定？ 答：因?yàn)槎ㄗ与妷侯l率變化時(shí)，將導(dǎo)致氣隙磁通變化，影響電動(dòng)機(jī)工作。在整個(gè)調(diào)速范 圍內(nèi)，若保持電壓恒定，則在基頻以上時(shí)，氣隙磁通將減少，電動(dòng)機(jī)將出力不足；而在基頻以下時(shí)，氣隙磁通將增加，由于磁路飽和，勵(lì)磁電流將過(guò)大，電動(dòng)機(jī)將遭到破壞。因此保持電壓恒定不可行。在基頻以下時(shí)，若保持電壓不變，則氣隙磁通增加，由于磁路飽和，將使勵(lì)磁電流過(guò)大，破壞電動(dòng)機(jī)，故應(yīng)保持氣隙磁通不變，即保持壓頻比不變，即采用恒壓頻比 控制；而在基頻以上時(shí)，受繞組絕緣耐壓和磁路飽和的限制，電壓不能隨之升高，故保持電 壓恒定。 4.2 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)，基頻以下和基頻以上分別屬于恒功

22、率還是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式？為什么？所謂恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，是否指輸出功率或轉(zhuǎn)矩恒定？若不是，那么恒功率和恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速究竟是指什么？ 答：在基頻以下調(diào)速，采用恒壓頻比控制，則磁通保持恒定，又額定電流不變，故允許輸出轉(zhuǎn)矩恒定，因此屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。在基頻以下調(diào)速，采用恒電壓控制，則在基頻以 上隨轉(zhuǎn)速的升高，磁通將減少，又額定電流不變，故允許輸出轉(zhuǎn)矩減小，因此允許輸出功率 基本保持不變，屬于恒功率調(diào)速方式。恒功率或恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式并不是指輸出功率或輸出轉(zhuǎn)矩恒定，而是額定電流下允許輸出的功率或允許輸出的轉(zhuǎn)矩恒定。 4.3 基頻以下調(diào)速可以是恒壓頻比控制，恒定子磁通。ms恒氣隙磁通。m和恒轉(zhuǎn)子磁

23、 通。mr的控制方式，從機(jī)械特性和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面分析與比較四種控制方法的優(yōu)缺點(diǎn)。 答：恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，其機(jī)械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能滿足一 般調(diào)速要求，低速時(shí)需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。恒定子磁通。ms＞恒 氣隙磁通jm和恒轉(zhuǎn)子磁通。mr的控制方式均需要定子電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。恒定子 磁通。ms和恒氣隙磁通。m的控制方式雖然改善了低速性能，機(jī)械特性還是非線性的，仍受 到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。恒轉(zhuǎn)子磁通。mr控制方式可以獲得和直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械 特性，性能最佳。 恒壓頻比控制：恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，它的變頻機(jī)械特性基本上是平行下移，

24、硬度 也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時(shí)需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。在對(duì)于相同的電磁轉(zhuǎn)矩，角頻率越大，速降落越大，機(jī)械特性越軟，與直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速 相似。在基頻以下運(yùn)行時(shí)，采用恒壓頻比的控制方法具有控制簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，但負(fù)載變化時(shí)定 子壓降不同，將導(dǎo)致磁通改變，因此需采用定子電壓補(bǔ)償控制。根據(jù)定子電流的大小改變定 子電壓，以保持磁通恒定。 恒定子磁通：雖然改善了低速性能，但機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。頻率變化時(shí)，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定不變。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)差率大于恒 壓頻比控制方式。恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩也大于恒壓頻比控制方式?？刂品?/p>

25、式均需要定 子電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。 恒氣隙磁通：雖然改善了低速性能，但機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。保持氣隙磁通恒定，除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償定子漏抗壓降。與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)矩更大，機(jī)械特性更硬?？刂品绞? 均需要定子電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。 恒轉(zhuǎn)子磁通：機(jī)械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的穩(wěn)態(tài)性能。 4.4 常用的交流PWMI"三種控制方式，分別為SPWMCFPWMRSVPWM論述它們的基本特征、各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 答： SPWM特征：以頻率與期望

26、的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波，以頻率比期望波高 得多的等腰三角波作為載波。由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得幅值 相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列。優(yōu)缺點(diǎn)：普通的SPW歐頻器輸出電壓帶有一定的 諧波分量，為降低諧波分量，減少電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，可以采用直接計(jì)算各脈沖起始與終了相位的方法，以消除指定次數(shù)的諧波。 CFPWM特征：在原來(lái)主回路的基礎(chǔ)上，采用電流閉環(huán)控制，使實(shí)際電流快速跟隨給定值。優(yōu)缺點(diǎn)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，盡可能使實(shí)際電流接近正弦波形，這就能比電壓控制的SPWME得更好的性能。精度高、響應(yīng)快，且易于實(shí)現(xiàn)。但功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率不定。 SVPWM:特征：把逆變器

27、和交流電動(dòng)機(jī)視為一體，以圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為目標(biāo)來(lái)控制逆變器 的工作，磁鏈軌跡的控制是通過(guò)交替使用不同的電壓空間矢量實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)缺點(diǎn)：8個(gè)基本輸 出矢量，6個(gè)有效工作矢量和2個(gè)零矢量，在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，每個(gè)有效工作矢量只作用1 次的方式，生成正6邊形的旋轉(zhuǎn)磁鏈，諧波分量大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。 用相鄰的2個(gè)有效工作矢量，合成任意的期望輸出電壓矢量，使磁鏈軌跡接近于圓。 開關(guān)周期越小，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)越接近于圓，但功率器件的開關(guān)頻率將提高。用電壓空間矢量直接生成三相PW瞰，計(jì)算簡(jiǎn)便。與一般的SPWM目比較，SVPW肺制方式的輸出電壓最多可提高15% 4.5 分析電流滯環(huán)跟蹤PW配制中，環(huán)寬h對(duì)電流波動(dòng)于開

28、關(guān)頻率的影響。 答：當(dāng)環(huán)寬h選得較大時(shí)，開關(guān)頻率低，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬小，電流跟蹤性能好，但開關(guān)頻率卻增大了。 4.6 三相異步電動(dòng)機(jī)丫聯(lián)結(jié)，能否將中性點(diǎn)與直流側(cè)參考點(diǎn)短接？為什么？ 答：能。雖然直流電源中點(diǎn)和交流電動(dòng)機(jī)中點(diǎn)的電位不等，但合成電壓矢量的表達(dá)式相 等。因此，三相合成電壓空間矢量與參考點(diǎn)無(wú)關(guān)。可以將中性點(diǎn)與直流側(cè)參考點(diǎn)短接。 4.7 當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)由正弦對(duì)稱電壓供電，并達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，可以定義電壓向量J電 流向量I等，用于分析三相異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作狀態(tài)，4.2.4節(jié)定義的空間矢量與向量有 何區(qū)別？在正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)，兩者有何聯(lián)系？ 答：相量是從時(shí)間域

29、的三角函數(shù)到復(fù)指數(shù)函數(shù)的映射，空間矢量是從空間域的三角函數(shù) 到復(fù)指數(shù)函數(shù)的映射。 相量的正弦性表現(xiàn)為時(shí)間域的正弦性，空間矢量的正弦性表現(xiàn)為空間域的正弦性。從本 質(zhì)看它們都是正弦性，但從形式上看，相量的正弦性還表現(xiàn)為復(fù)數(shù)在旋轉(zhuǎn)，而空間矢量的正弦性則僅表示原象在空間按正弦規(guī)律變化。當(dāng)然，也有旋轉(zhuǎn)的空間矢量，但此時(shí)空間矢量的旋轉(zhuǎn) 性也是由于電流在時(shí)間上按正弦規(guī)律變化而引起的，并不起因于空間矢量本身的正弦性。 4.8 采用SVPW臟制，用有效工作電壓矢量合成期望的輸出電壓矢量，由于期望輸出電 壓矢量是連續(xù)可調(diào)的，因此，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E可以是圓，這種說(shuō)法是否正確？為什么？ 答：實(shí)際的定子磁

30、鏈?zhǔn)噶寇壽E在期望的磁鏈圓周圍波動(dòng)。N越大，磁鏈軌跡越接近于圓， 但開關(guān)頻率隨之增大。由于N是有限的，所以磁鏈軌跡只能接近于圓，而不可能等于圓。 4.9 總結(jié)轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)的控制規(guī)律，若Us=f3，設(shè)置不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生什么影響？一般說(shuō)來(lái)，正反饋系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，而轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制系統(tǒng)具有正反饋的內(nèi)環(huán)，系統(tǒng)卻能穩(wěn)定，為什么？ 答：轉(zhuǎn)差頻率控制的規(guī)律為：（1）在切sE^sm范圍內(nèi)，如果氣隙磁通保持不變，轉(zhuǎn)矩 Te基本上與cos成正比。（2）定子電流不同時(shí)，按照一定的Us=f（81，Is）函數(shù)關(guān)系控制 定子的電壓和頻率，可以保持氣隙磁通恒定。若Us=f（01,Is）設(shè)置不當(dāng)，則氣隙磁

31、通 無(wú)法保持恒定，控制將出現(xiàn)紊亂。因?yàn)檗D(zhuǎn)差頻率控制的被控量是頻率差cos,在外環(huán)通過(guò)負(fù) 反饋控制已經(jīng)實(shí)現(xiàn)控制要求，在內(nèi)環(huán)控制中，因?yàn)檩敵隽恳刂贫ㄗ拥膶?shí)際頻率，而0s+切 才能得到實(shí)際的頻率值31,因此需采用正反饋相加，由于內(nèi)環(huán)調(diào)解器不是普通的PI調(diào)解器,輸出不受正反饋的影響，引起的擾動(dòng)可通過(guò)外環(huán)進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定要求。 習(xí)題習(xí)題一 1.1試分析有制動(dòng)電流通路的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，兩個(gè)VT是 如何工作的？ 【解答】先減小控制電壓，使1gU得正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使平均電樞電壓d U降低。但是由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速和反電勢(shì)還來(lái)不及變化，因而

32、造成dEU>的局面，很快電 流di反向， VD2截止，在onttTW〈期間2gU為正，于是VT2導(dǎo)通反向電流產(chǎn)生能耗制動(dòng)作用。在onTtTtw<+期間，VT2關(guān)斷，di-經(jīng)VD1續(xù)流，向電源回饋能量。同時(shí)VD1兩端壓降鉗住VT1,使他不能導(dǎo)通。在制動(dòng)狀態(tài)，VT2和VD1輪流導(dǎo)通，VT1始終關(guān)斷。 1.3 2-5在曳流脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止不動(dòng)時(shí),電樞兩端是否還有電壓？電路中是否還有電流？為什么？ 電樞兩端還有電壓，因?yàn)樵谥绷髅}寬調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓僅取決于直流.電路中無(wú)電流，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)處已斷開，構(gòu)不成通路. 1.4 系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1000~100r/min,要求靜

33、差率s=2%,那么系統(tǒng)允許的靜差轉(zhuǎn)速降是 多少? 解: = nns 一 .D(1-s) = 1000 0.02 (10 0.98) = 2.04rpm 系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為2.04rpm 1.5 某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為n°max=1500r/min,最低轉(zhuǎn)速特性為 n0min=150r/min,帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落AnN=15r/min,且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降 不變，試問(wèn)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=nmax/nmin（均指額定負(fù)載情況下） nmax=n0max」nN=1500-15=1485 nm

34、in=n0min-nN=150-15=135 D=nmax,nmin=1485135=11 2)靜差率s=AnN/n0=15/150=10% 1.6 直流電動(dòng)機(jī)為PN=74kW,UN=220V,In=378A,nN=1430r/min,Ra=0.023◎。相控整流器內(nèi)阻Rrec=0.022Q。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=(UN—INRa)/nN=(220—3780.023)1430=0.1478Vrpm n-INRCe378(0.0230..022)0.=147r8)m115 D=小$[

35、△n1—$]=143毛/0.2[115(1=0.2)]3.1 D=小S[:Q1-$]=1430..0.3[115(1Q3)]5.33 1.7 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,UN=220V,In=305A,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AnN為多少？ (2)開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率SN多少？ (3)若要滿足D=20,sw5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落AnN又為多少？ 解：⑴nN=INRCe=3050.180.2=274.5

36、r/min (2) SN=：nN,n0=2745(1000274.5)=21.5% _ _ * _ __ _ Uu =8.8V、比例調(diào)節(jié)器 (3) nn-nNS/[D(1-s)]-10000.05[200.95]=2.63r/min 1.8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 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7E電壓Uu應(yīng)為多少？ 解：(1)Ud=KpKsU；/(1+

37、KpKs?)=2父15M8.8(1+2父15Mo.7)=12V (2) Ud=8.8x2x15=264V,開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍 *_一」」 (3) Uu=Ud(1KpKs),KpKs=12(12150.35).,(215)=4.6V 2.1 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500r/min~150r/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=nNs/.：nN1-s 10=15002%/nN98% ?4=15002%/98%10=3.06r/min 2) K=

38、：nop/：ncl-1=100/3.06-1=31.7 2.2 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8r/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：n0P=1Kncl=1158=128 如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30,則速降為： ncl=.；nop/1K)=128/130)=4.13rpm 在同樣靜差率要求下，D可以擴(kuò)大△ncl1/&ncl2=1.937倍 1唱在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)電壓，負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流、電樞電SL測(cè)速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁各量發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起轉(zhuǎn)速的變化，問(wèn)系統(tǒng)對(duì)

39、上述各量?有無(wú)調(diào)節(jié)能力？為什么？答：當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)對(duì)其有調(diào)節(jié)能力。因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓的波動(dòng)招導(dǎo)致電力電子變換器輸出電壓的變化，該變化或撓動(dòng)處在反饋環(huán)包國(guó)的前向通道上，(先意響電機(jī)的轉(zhuǎn)速，被測(cè)速裝置拴測(cè)出來(lái)，再通過(guò)反饋控制作用，減小它們對(duì)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響)□ 負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流、電樞電阻變化時(shí)系統(tǒng)對(duì)也具有調(diào)節(jié)能力C因?yàn)樗甑淖兓驌蟿?dòng)都處于反饋環(huán)包圍的前向通道上， 測(cè)速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁各量發(fā)生變化時(shí)，宣不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)增大被謔量的誤差.反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)，時(shí)與反饋通道上的撓動(dòng),得不到抑制, 2.5 有一V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)參數(shù)P

40、N=2.2kW,Un=220V,In=12.5A,nn=1500r/min,電樞電阻Ra=1.5Q,電樞回路電抗器電阻RL=0.8Q,整流裝置內(nèi)阻Rrec=1.0◎觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放 大倍數(shù)Ks=35。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)n0P和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降A(chǔ)ncl。 (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)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)Un*=i5V時(shí)，id=iN,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=Un-InRa/Ce 二Ce=220-

41、12.51.5/1500=201.25/1500=0.134Vmin/r n=Un—InRt/Ce =Rp=InR^/Ce=12.53.3/0.134=307.836r/min ncl=1s/D1-s)：)；=150010%/(20*90%)=8.33r/min 所以，.ncl=8.33r/min Cl (2) ⑶(4)n=(KpKsUn—IdR)(Ce(1+K))=kUn/c((1+K)LUdR/(Ce(1+K))] K=nop/nd-1=307.836/8.33-1=35.955 1500-||35.95515/：135.955)-112

42、.53.3/0.134135.955 二=-0.0096Vmin/r 可以求得, Kp K*Ce 35.955*0.134 = Ks* : = 35*0.0096 = 14.34 也可以用粗略算法: * Un&Un=otn,a=--==0.01 n1500 Kp=KCe/KsOf,Kp=35.955M0.134/(35M0.01)=13.76 2.6 在題2.5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Idbl<2IN,臨界截止 電流Idcr21.2In,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(guò)主電路總電阻的1/3，如果做不到，

43、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(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)Idb|M2lN=25A,Idcr之1.2In=15A I dcr 二 U com / Rs = 15=Ucom/Rs Idbl：U：Ucom/Rs=25=15Ucom/Rs=Rs=15」 Ucom-151.5-22.5V (2) (R三/3)=：［1.01.50.8/3=1.1,,Rs(Rt/3) 不符合要求，取Rs=1.1C,需加電流反饋放大器 由于需要的檢測(cè)電阻值大，說(shuō)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

44、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=1.1Q,則Ucom—IdcrRs=151.1=16.5V （3）當(dāng)IdAlder時(shí)，有 n=KpKsU：/Ce1KLKpKsKiRsId-Ucom/Ce1K1-Rld/Ce1K1 =KpKsU：KiUcom/Ce1KL[rKpKsKiRsId/Ce1K1 當(dāng)n=0時(shí)， Idbl=KpKs(Un+KUcomy(R+KpKsKiRs憐(Un+KUcom)/KiRs 25=1516.5Ki/1.1Ki=Ki=15/22.5—13.5=1.362_ 2.7 在題2.5的系統(tǒng)中，若主電路電感L=5

45、0mH,系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量GD=1.6Nm 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^=3.3Q,Ce=0.134V/rpm T=L/R：=0.05/3.3=0.015s 2二 Tm=GDRJ375CeCm=1.63.3/3750.1340.13430/3.14 =5.28/64.33=0.082s Ts=0.00333s Kc^mfT+Ts)+Ts2]/TTs=0.082x(0.015+0.00333)+0.0033321/(0.015

46、1*0.00333) -||0.00150.003332/0.00004983=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。 1-13某調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖1-26所示，已知數(shù)據(jù)如下:直流電動(dòng)機(jī)Fn=1曲W.日產(chǎn)220V,A=94R,?w=]D00i/inin.乩二0一15~，整流裝區(qū)內(nèi)阻跖=0.30觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)位二40.最大給定電壓U；=15V,當(dāng)主電路電流達(dá)到最大值時(shí)，整定電流反饋電壓4^lOVs 設(shè)計(jì)指標(biāo)：要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20,群差率SW1O%,堵轉(zhuǎn)電流加尸15幾，截止電流加產(chǎn)L1品。m試畫出調(diào)速系統(tǒng)降態(tài)

47、結(jié)構(gòu)圖。 C2)沖算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 (3) H算放大器的放大系數(shù)用收 3)計(jì)停電阻刷的數(shù)值(放大器輸入電阻&=20gK (5)計(jì)停電阻鼻的數(shù)位和超東管VS的擊穿電壓值。 解：(1)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖： (3) c 二 u k -1 貫 R0 220-94x0,15 …… = 二 0 2059P imn/ r 1OOO 二四二竺932 二 2。"/皿 0.2059 nNS1000x0.1 二一-——--=5.56(r/inin) DQ-S)20x(1-0.1) An勵(lì)與44 K=-^―1=——1=35.979,取心36 55.56 aKs/Cf

48、i0.015x40/0.2059 =12 354 .取 K=13 (4)取入=20K,則Rj="o=13x20K=260K (5) /J6j=1,5/v=L5x94=141J 5=1,1底=1,1x94==103.4/) P=沁=10/141=0,07IF；A%=*―/?—OSlxl034-73W 由靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以得到<嵋=%/公)； …g：>CJl十用)一人:父,《一匕%+C-LR!J{1+A) =krW；十號(hào)匕%bcu+K)_(K/N0+加JCU+r) 博轉(zhuǎn)時(shí)，h一/眼 -—K國(guó)配+號(hào)5寫歡FK禺"亦①:_&U喀)/Ktfl4.咯R) 通助+55/3-〃加-10

49、U：=15,L%=7.33,代入. 15+7J3^=IOJTPK,=15/2.67=5.618 ￡_//陽(yáng),&/匕-20*，5-61@_3布黛.也餐一生 2.9有一個(gè)V-M系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)：Pn=2.8kW,UN=220V,In=15.6A,nN=1500r/min, Ra=1.5Q,整流裝置內(nèi)阻Rrec=1Q,電樞回路電抗器電阻Rl=0.8Q,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。 (3)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；=10

50、V時(shí)Id=In, n=nN,計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a和放大器放大系數(shù)Kp。 解： (1)Ce=(220-15.6黑1.5y1500=0.1311Vmin/r e (2) (3) 2.10 △noD=IN RJCe=15.6 3.3/0.1311 =392.68r/min op N 二 e nmin =1500/30 =50 SK.nop / . ：n0min =392.68/ 392.68 50)=88.7% D . nN or s = nN D . nN 0.1 -. ：n/ . ：n 50 = 5/0.9 =5.56r/min * 一 一 一 一 = Kp

51、KsUn/Ce 1 K -Rdd/Ce1 K K =Kp：Ks/Ce ■ * 一 一 1500 = KpKsUn/Ce 1 K )T,R三 15.6 /Ce 1 K K = .Tiop/ Eci -1 = 297.48/5.56 -1 =52.5 雙閉環(huán)倜速系統(tǒng)的 ASR和ACR均為PI倜節(jié)器，設(shè)系統(tǒng)最大給定電壓 Unm=15V, nN =1500r/min , I N =20A,電流過(guò)載倍數(shù)為2,電樞回路總電阻R=2" Ks =20 , Ce =0.127V min/r ,求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在 U n =5V, IdL=10A 時(shí)，系統(tǒng)的 n、Un、Ui、 _ _ _

52、_ _ 一 _ * _ _ _ 一 --- Ui和Uc各為多少？ （ 2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)大而堵轉(zhuǎn)時(shí)， Ui和Uc各為多少? 解：⑴ * :二Unm/nN = 15V /1500rpm = 0.01V / rpm * * Uc 當(dāng)Un=5V, 轉(zhuǎn)速 n=W a 5V 二500rpm 0.01V / rpm * Uim * Ui Uc I dm =:Id U d0 15V 0.375V / A 40 A =0.375*10 -3.75V 二5 (2) Uc 2.11 E /R Ks n =500rpm,Un 堵轉(zhuǎn)時(shí), U d0

53、 Ks C^J^,127*500 10* 2 = 4.175V Ks * = 5V,Ui =Ui Ui = PIdm =15V ， Cen IdR IdmR Ks Ks 20 = 3.75V,Uc =4.175v c 40*2 20 4V 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, ACR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 , 電樞回路總電阻 R=1.5 Ks=40。 "設(shè)Unm=Uim=Ucm=8V,電樞回路最大電流Idm=40A,電力電子變換

54、器的放大系數(shù) 試求： (1)電流反饋系數(shù)P和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。 (2)當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最局轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的Ud0,Ui,Ui,Uc值。 ** -Uim8VUnm8V 解：1)P=」m=——=0.2V/Aa=-m==0.008V/rpm Idm40AnN1000rpm 2)Ud0=E1d艮=CenN1dlR,=40A*15,「60V 這時(shí)： __*______.... Un=8V,Un=0,ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。* Ui=8V,Ui=8V, UC-Ud0.KS-6040-1.5V 2.12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)AS

55、R輸出 達(dá)到Ui*n=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(wèn): (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) 「Uim=8V=0.1V/A Idm80A 因此當(dāng)電流從 40A =70A時(shí), Ui*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*IdlRg=CenN+IdlRg Uc Ud0 Ks Cen IdR K 2.14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=0.1s,要求階躍響應(yīng)超調(diào)量仃 W10%。

56、 (1)系統(tǒng)的開環(huán)增益。 (2)計(jì)算過(guò)渡過(guò)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=?,仃%=? 解：取KT=0.69,=0.6,。％=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(guò)度過(guò)程時(shí)間： ts =6T =6 0.1 =0.6s (3) 如要求tr<0.25s,查表3-1則應(yīng)取KT=1d=0.5,tr=2.4T=2.4*0.1=0.24s這時(shí) K=1/T=10,超調(diào)量=16.3%。 2-13調(diào)節(jié)對(duì)象的傳遞函數(shù)為叱^G

57、)=要求用調(diào)節(jié)器分別將其校正為典型I (0.25^-I-1)(0.0055+1) 型和I1型系統(tǒng)，求調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。 解?,■II- 18^/0.25 j(0.005s+1) (1)典型1系統(tǒng)：用P1調(diào)節(jié)器，/,=取工曰一25 ，取&T6SPl!lK-l/(2*0.005)=100.也25門和13日戶 典型2型系虢士把大慣性環(huán)節(jié)做積分環(huán)節(jié)近似處理, 用PI調(diào)節(jié)器.取b=5,r.=hT=5*0.0650、02￡=2二=480。. b = 3,6艙 2ftT1 rIS1i025rL, 2.17 有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為Wobj(s)=^1-=一10—,要求設(shè)

58、計(jì)一個(gè)無(wú)靜差 s10.01s1 系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量<1%w5%(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=0.707,查表2-1,得仃％=4.3% O 1 選I調(diào)節(jié)器，W(s)=~,校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 110 W(s)10—,這樣，T=0.01,K=10/T,已選KT=0.5,則K=0.5/T=50,所以 1 1 W(s)FF。 s(0.01s1) .=10/K=10/50SOy即分調(diào)節(jié)器: 2.18 有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為Wobj⑸=K1=——-一，要求校

59、正 s(Ts1)s(0.02s1) 為典型n型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量仃％430%(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(等+1),校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)W(s)=Kpi()s+1)— s.ss(Ts1) 對(duì)照典型n型系統(tǒng)，K=KpiK1/t,E=hT,選h=8,查表3-4,仃％=27.2%,滿足設(shè)計(jì)要 求。這樣T=hT=8*0.02=0.16s,h181 K22=22=175.78,KPI=K./K1=175.78*0.16/10=2.81 2hT2*8*0.02 2.20 在一個(gè)由三相零式晶閘管整流裝置供

60、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=220V,In=308A,nN=1000r/min,電動(dòng)勢(shì)系數(shù) Ce=0.196Vmin/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)Ks=35。電磁時(shí)間 常數(shù)Tl=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(Un)N=10V,倜節(jié)器ASR,ACR飽和輸出電壓Uim*=8V,Ucm=6.5V。 系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)為：穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，調(diào)速范圍D=10，電流超調(diào)量5W5%，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速

61、超調(diào)量onw10%。試求： (1)確定電流反饋系數(shù)3(假設(shè)起動(dòng)電流限制在1.1IN以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)”。 (2)試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR,計(jì)算其參數(shù)R,、Ci、COio畫出其電路圖，調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R0=40kQ。 (3)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,計(jì)算其參數(shù)Rn.Cn.COno(R0=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bn。 (5)計(jì)算空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。 解：(1)p=Uim/Idm=8V/(1.1*In)=8V/339A=0.0236V/A ?=10/1000=0.01Vmin/r (2)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 確定時(shí)間常數(shù)：a)Ts=0

62、.00333s b)%=0.0025s c)Ti=T0iTs=0.00250.00333=0.00583s 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定: 因?yàn)榈穑?% ,可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用 PI調(diào)節(jié)器，Wacr(S)= Ki( iS 1) iS 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定： & =T = 0.012s,選KITS =0.5,KI =0.5/叼=85.76s, Ki Ki iR Ks： 85.76 0.012 0.18 = 0.224° 35 0.0173 校驗(yàn)等效條件: ._ 1 ci =KI 85.76s a)電力電子裝置傳遞函數(shù)的近似條件 b)忽略反電勢(shì)的影響

63、的近似條件: c)電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)的近似條件: ci 」「ci 可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選 R =40K，則: R =KiR0 =0.224父40K =8.96K,取 9K. Ci =」/ R =0.012/(9 103) =1.33-F 由此 3 C°i =4T°i/Ro =4 0.0025/40 10 =0.25」F (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/ KI :因?yàn)镵ITg =0.5 則 1 /KI = Ti = 2 0. 00583 0.sO1 b) Ton = 0.015s c) T、n =1/Ki Ton

64、 =0.01166 0.015 = 0.02666s 速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定： 按照無(wú)靜差的要求，應(yīng)選用 PI調(diào)節(jié)器， K( °s 1) WASR (s)= 321——), 速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定: ns In=hTS，Mh=5,Tn =hTS = 0.1333s Kn Kn h212=——2—62=168.82s- 校驗(yàn)等效條件 2hTxn250.02666 (h1).CeTm60.02360.1960.12… ===6.94 2h:RTn250.010.180.02666 1 ；.-?cn=KN/；：:1KKN.n=168.820.1333=22.

65、5s a）電流環(huán)近似條件：1KIJ85.76=40.43s」.「cn3\Ti30.00583 b）轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似：1叵=1,叵I=25.2s」＞8cn31T°n3\0.015 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） 二n%=2*（'）（，.z）jt=281.2%1.13080.18^2666 CbnTm0.19610000.12 =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：卻=hTn=0.07998s KN=(h1)/2h2T：n=4

66、/(290.026662)=312.656s^ 7.6 Kn=(h1>CeTm/2h：RTn=40.02360.1960.12/(230.010.180.02666) 校驗(yàn)等效條件：cn=KN/1=KNn=312.6560.07998=25s」 a)1/3(KI/Ti)1/2-1/3(85.76/0.00583)1/2=40.43s,《 b)1/3(Ki/Ton)1/2-1/3(85.76/0.015)1/2=25.2s,官 可見滿足近似等效條件。 轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)： "272.2%1.1(3080.18/0.1961000)(0.02666/0.12)=9.97%：二10% 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R0=40K惻Rn=KnMR0=7.6M40=304K，取310K。 Cn=n/Rn-0.07998/310103-0.258JF Con=4Ton/R。=40.015/40103=1.5」F 4)40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)： 二n%=272.2%(1.1-0.4)(3080.18/0.196100)(0.02666