運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)_課后習(xí)題答案

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1、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)_課后習(xí)題答案 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課后習(xí)題答案 2.2系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1000~100minr，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(1) nns nrpmDs?==??=- 系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為2.04rpm 2.3某一調(diào)速系統(tǒng)，在額定負(fù)載下，最高轉(zhuǎn)速特性為0max1500minnr=，最低轉(zhuǎn)速特性為 0min150minnr=，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落15minNnr?=，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變， 試問系統(tǒng)能夠到達(dá)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 maxmin Dnn=

2、(均指額定負(fù)載情況下〕 max0max1500151485Nnnn=-?=-=min0min15015135Nnnn=-?=-=maxmin148513511Dnn=== 2)靜差率 01515010%Nsnn=?== 2.4直流電動(dòng)機(jī)為PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=1430r/min，Ra=0.023Ω。相控整流器內(nèi)阻Rrec=0.022Ω。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。假如s=30%時(shí)，則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？？解：()(2203780.023)14300.1478NNaNCeUIRnVrpm=-=-?= 378(0.0

3、23 0.022)0.1478115NnIRCerpm ?==?+=[(1)]14300.2[115(10.2)]3.1NDnSns=?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33 NDnSns=?-=??-= 2.5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) 60,220,305,1000minNNNNPkWUVIAnr====，主電路總電阻R=0.18Ω,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Nn?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NS多少？ 〔3〕若要知足D=20,s≤

4、5%的要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落Nn?又為多少?解：(1)3050.180.2274.5/minNNnIRCer?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%NNSnn=?=+= (3) (1)]10000.05[200.95]2.63/minNnnSDsr?=-=??= 2.6有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)構(gòu)造圖如下圖，已知給定電壓* 8.8u UV=、比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù) 2PK=、晶閘管裝置放大系數(shù)15SK=、反應(yīng)系數(shù)γ=0.7。求：〔1〕輸出電壓dU；〔2〕若把反應(yīng)線斷 開，dU為何值？開環(huán)時(shí)的輸出電壓是閉環(huán)是的多少倍？〔3〕若把反應(yīng)系數(shù)減至γ=0.35

5、，當(dāng)保持同樣的輸出電壓時(shí)，給定電壓* uU應(yīng)為多少？解：〔1〕* (1)2158.8(12150.7)12dpsupsUKKUKKVγ=+=??+??= (2)8.8215264dUV =??=,開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍 (3) *(1)12(12150.35)(215)4.6udpspsUUKKKKV γ=+=?+???= 2.7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5%s≤，那么系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？假如開環(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〕()snsnD NN-?=1/ 1015

6、002%/98%Nn=??? 15002%/98%103.06/minNnr?=??= 2〕() 7.31106.3/1001/=-=-??=clopnnK 2.8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，假如將開環(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)速范圍能夠擴(kuò)大多少倍？解： ()()12881511=?+=?+=?clopnKn 假如將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30,則速降為： ()()rpmKnnopcl13.4301/1281/=+=+?=? 在同樣靜差率要求下，D能夠擴(kuò)大937 .1/21 =??clclnn倍 2

7、.9有一V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動(dòng)機(jī)參數(shù)PN=2.2kW,UN=220V,IN=12.5A,nN=1500r/min，電樞電阻Ra=1.5Ω，電樞回路電抗器電阻RL=0.8Ω，整流裝置內(nèi)阻Rrec=1.0Ω,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35。要求系統(tǒng)知足調(diào)速范圍D=20，靜差率S rVmin/0096.0=?α 能夠求得，*35.955*0.134 14.34*35*0.0096 epsKCKKα= == 可以以用粗略算法： nUUnn α=≈* ，01.01500 15 *===nUnα/pesKKCKα=，()35.9550.134/350.0113.76pK=??= 2

8、.10在題2.9的轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)中增設(shè)電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉(zhuǎn)電流N dbl II2≤，臨界截止電流 NdcrII2.1≥，應(yīng)該選用多大的比擬電壓和電流反應(yīng)采樣電阻？要求電流反應(yīng)采樣電阻不超過主電路總 電阻的1/3,假如做不到，需要增加電流反應(yīng)放大器，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)構(gòu)造圖，并計(jì)算電流反應(yīng)放大系數(shù)。這時(shí)電流反應(yīng)采樣電阻和比擬電壓各為多少？解：〔1〕 AIINdbl252=≤，AIINdcr152.1=≥scomscomdcrRURUI/15/=?= () ()Ω =?+=?+≈5.1/1525/* sscomscomndblRRURUUI， VUcom5.225.11

9、5=?= 〔2〕 ()(/3)1.01.50.8/31.1,(/3) 1.1, ssRRRR∑∑=++=Ω>=Ω不符合要求，取需加電流反應(yīng)放大器 由于需要的檢測電阻值大，講明要求的電流信號(hào)值也大。要同時(shí)知足檢測電阻小和電流信號(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1.1sR=Ω，則151.116.5comdcrsUIRV=?=?= 〔3〕當(dāng)dcrd II>時(shí)，有 ()[ ]()()[ ] ()[]() ()()[ ]( )()() [] KCIRKKKRKCUKUKKKCRIKCUIRKKKKCUKKnedsispecominspede

10、comdsispensp++-++=+-+--+=1/1/1/1/1/** 當(dāng)n=0時(shí)， ()()()**//dblpsnicompsisnicomisIKKUKURKKKRUKUKR=++≈+ ()()251516.5/1.115/22.513.51.36iiiKKK=+?=-= 2.11在題2.9的系統(tǒng)中，若主電路電感L=50mH，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量2 2GD =1.6Nm，整流裝置采 用三相零式電路，試判定按題2-9要求設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)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： mHL50=，226.1NmGD=，3.3R∑=Ω，0

11、.134/eCVrpm= ()()2/0.05/3.30.015/3751.63.3/3750.1340.13430/3.145.28/64.330.0820.00333lmemsTLRs TGDRCCsTs ∑∑=====????=== ()()222/0.0820.0150.003330.00333/0.0151*0.003330.00150.00333/0.0000498330.52 lmlsssKTTTTTT????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。2.12有一個(gè)晶閘-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)：kWPN8.2=，VUN220=，A

12、IN6.15=， 1500=Nnr/min，aR=1.5Ω，整流裝置內(nèi)阻recR=1Ω,電樞回路電抗器電阻LR=0.8Ω，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(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍30=D時(shí)的靜差率s值。(2)當(dāng)30=D，%10=s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)反應(yīng)有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求30=D，%10=s，在VUn10* =時(shí)NdII=，Nnn=，計(jì) 算轉(zhuǎn)速負(fù)反應(yīng)系數(shù)α和放大器放大系數(shù)pK。解： ()rVCemin/1311.01500/5.16.15220=?-= 〔1〕 ()min0min/15.63.3/0.1311392.68/mi

13、n1500/3050 /392.68/392.685088.7% opNeopnIRCrnsnn∑?=?=?====??=+= 〔2〕 ()min /56.59.0/550/1.0rnnn==?+??= 〔3〕 ()()?? ???=+-+=∑espedenspCKKKKCIRKCUKKn/1/1/*α()()()() ()?????=-=-??=+-+=∑5 .52156.5/48.2971/1/6.151/1500*clopeenspnnKKCRKCUKK 2.13旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)1024，倍頻系數(shù)4，高頻時(shí)鐘脈沖頻率MHz1f0 =，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù) 和

14、高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)均采用16位計(jì)數(shù)器，M法測速時(shí)間為0.01s，求轉(zhuǎn)速 min/r1500n=和 min/r150n=時(shí)的測速分辨率和誤差率最大值。 解： 〔1〕M法：分辨率min/465.101 .04102460 60rZTQ c=??== 最大誤差率：→= c ZTMn1 60 min/1500rn=時(shí)，102460 01 .0102441500601=???== cnZTM min/150rn=時(shí)，4.10260 01 .010*********=???==cnZTMmin/1500r時(shí)，%098.0%1001024 1%1001%1max=?=?=

15、 Mδmin/150r時(shí)，%98.0%1004 .1021%1001%1max=?=?= Mδ可見M法合適高速?！?〕T法：分辨率： min/1500rn=時(shí)，min/171150041025101601500410246062 02rZnfZnQ=??-????=-= min/150rn=時(shí)，min/55.1150 410241016015041024606 2 02rZnfZnQ=??-????=-= 最大誤差率：2 060ZMfn = ，Zn fM02 60= ， 當(dāng)min/1500rn=時(shí)，77.915004102410606 2=???= M當(dāng)m

16、in/150rn=時(shí)，7.97150 4102410606 2=???= Mmin/1500rn=時(shí)，%4.11%1001 77.91 %10011%2max=?-= ?-= Mδ min/150rn=時(shí)，%1%1001 7.971 %1001 1 %2max=?-= ?-= Mδ 可見T法合適低速 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* nmU=15V，Nn=1500r/min，NI=20A，電流過載倍數(shù)為2，電樞回路總電阻R=2Ω，sK=20，eC=0.127V·min/r，求：〔1〕當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在* nU=

17、5V， dLI=10A時(shí)，系統(tǒng)的n、nU、*iU、i U和cU各為多少？〔2〕當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，* iU和c U各為多少？解：(1) * ** **0*/15/15000.01/55, 5000.01/150.375/400.375*103.750.127*50010*2 4.17520500,5,3.75,nmNn n imdmididdLeNdLCsssniicUnVrpmVrpm UV UVnrpm Vrpm UVVA IA UIVUUEIRCnIRUVKKKnrpmUVUUVUαα ββ===== = ========+++=======

18、==當(dāng)轉(zhuǎn)速即 4.175v = 〔2〕堵轉(zhuǎn)時(shí)，VIUdmi15* ==β， ()040*2420 edddmcsssCnIRUIRUVKKK+===== 3.2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)：NP=3.7kW， NU=220V，NI=20A，Nn=1000r/min,電樞回路總電阻R=1.5Ω,設(shè)cmimnm UUU==* *=8V，電樞回路最大電流dmI=40A,電力電子變換器的放大系數(shù)sK=40。試求： 〔1〕電流反應(yīng)系數(shù)β和轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)α。 〔2〕當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的,0dUciiUUU,,*值。

19、 解:1〕 * *880.2/0.008/401000imnmdmNUVUVVAVrpmIA nrpm βα====== 2) 040*1.560ddleNdlUEIRCnIRAV ∑∑=+=+=Ω= 這時(shí)：*8,0nnUVU==，ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。 *8,8,iiUVUV== 060401.5CdSUUKV=== 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輸出到達(dá)* imU=8V時(shí)，主電路電流到達(dá)最大電流80A。當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時(shí)，試問：〔1〕*iU 應(yīng)怎樣變化？〔2〕cU應(yīng)怎樣變化？〔3〕c

20、U值由哪些條件決定？解:1) * 80.1/80imdmUVVAIA β=== 因而當(dāng)電流從40A?70A時(shí)，*iU應(yīng)從4V?7V變化。 2)CU要有所增加。 3) CU取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。由于0ddleNdlUEIRCnIR ∑ ∑ =+=+ ()0eddcss CnIRUUKK+==3.5某反應(yīng)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σ≤10％。〔1〕系統(tǒng)的開環(huán)增益。 〔2〕計(jì)算過渡經(jīng)過時(shí)間st和上升時(shí)間rt； 〔3〕繪出開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性。假如要求上升時(shí)間rt 10/10/500.2KSτ===，積分調(diào)節(jié)器：11()0.

21、2Wsss τ= =。 3.7有一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為) 102.0(10 )1()(1+= += ssTssKsWobj，要求校正為典型Ⅱ型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量σ％≤30％〔按線性系統(tǒng)考慮〕。試決定調(diào)節(jié)器構(gòu)造，并選擇其參數(shù)。解：應(yīng)選擇PI調(diào)節(jié)器，1 (1)(1)(),()(1) PIPIPIKsKsKWsWssssTsττττ++==+校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，對(duì)照典型Ⅱ型系統(tǒng)，1/, h83-4PIKKKhTττσ==,選＝，查表，%=27.2%，知足設(shè)計(jì)要求。這樣 8*0.020.16hTsτ===， 12222 181 175.78,/

22、175.78*0.16/102.8122*8*0.02PIhKKKKhTτ++= ===== 3.8在一個(gè)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(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：60=NPkW,220=NUV,308=NIA,1000=Nnr/min,電動(dòng)勢(shì)系數(shù)eC=0.196V· min/r,主回路總電阻R=0.18Ω,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)sK=35。電磁時(shí)間常數(shù)lT=0.012s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)mT=0.12s,電流反應(yīng)濾波時(shí)間常數(shù)iT0=0.0025s,轉(zhuǎn)速反應(yīng)濾波時(shí)間常數(shù)nT0=0.015s。額定轉(zhuǎn)速時(shí)的給定電壓(Un* )N=10V, 調(diào)節(jié)器ASR，ACR飽和輸出

23、電壓Uim* =8V,Ucm=6.5V。 系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)指標(biāo)為:穩(wěn)態(tài)無靜差,調(diào)速范圍D=10,電流超調(diào)量iσ≤5%,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量nσ≤10%。試求： 〔1〕確定電流反應(yīng)系數(shù)β(假設(shè)起動(dòng)電流限制在1.1NI以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反應(yīng)系數(shù)α。 〔2〕試設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器ACR,計(jì)算其參數(shù)Ri,、Ci、COi。畫出其電路圖,調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R0=40Ωk?！?〕設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,計(jì)算其參數(shù)Rn、Cn、COn。(R0=40kΩ)〔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σn?！?〕計(jì)算空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。解：〔1〕* /8/(1.1*)8/3390.023

24、6/imdmNUIVIVAVAβ==== 10/10000.01min/Vrα== 〔2〕電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)：)0.00333s aTs= )0.0025oibTs= 0)0.00250.003330.00583iiscTTTs∑=+=+= 電流調(diào)節(jié)器構(gòu)造確定：由于5%i σ≤，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器，(1) ()iiACRiKSWSS ττ+= , 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定: 1 0.012,0.5,0.5/85.76ilIiIiTsKTKTsτ-∑∑=====選， 85.760.0120.18 0.224350.0173 IiisKRKKτβ

25、??= ==?。 校驗(yàn)等效條件：185.76ci IKsω-== 1111)1101.01330.00333)79.06)115.52ci Sci ci aT bS csωωω--==>?==電力電子裝置傳遞函數(shù)的近似條件：忽略反電勢(shì)的影響的近似條件： 可見知足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選0 40RK =,則： 00.224408.96iiRKRKK==?=,取9K. 由此 33 000/0.012/(910)1.334/40.0025/40100.25iiiiiCRFCTRF τμμ==?===??= 〔3〕速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)確定時(shí)間常數(shù)

26、：a)電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)1/ IK:由于0.5IiKT∑= 則1/220.00583 0.011 IiKTs∑==?=b)0.015onTs= c) 1/0.011660.0150.02666nIonTKTs∑=+=+= 速度調(diào)節(jié)器構(gòu)造確定： 根據(jù)無靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器， (1) ()nnASRnKsWss ττ+= ,速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定： ,5,0.1333nnnnhThhTsττ∑∑====取 2 222216 168.822250.02666 (1)60.02360.1960.12 6.94 2250.010.180.02666 NnemnnhKshThCTKhRTβα-∑∑+===??+???= ==????校驗(yàn)等效條件： 11/168.820.133322.5cnNNnKKsωωτ-===?=