運(yùn)控習(xí)題答案.doc

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=15V，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器限幅值為=15V， nN1500r/min，=20A，電流過載倍數(shù)為2，電樞回路總電阻=2，=20，=0.127Vmin/r，求：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行在=5V，=10A時(shí)，系統(tǒng)的、和各為多少？（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載過大而堵轉(zhuǎn)時(shí)，和各為多少？解：（1）（2）堵轉(zhuǎn)時(shí)， 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)：=3.7kW， =220V， =20A， =1000 r/min ,電樞回路總電阻=1.5,設(shè) =8V，電樞回路最大電流=40A,電力電子變換器的放大系數(shù)=40。試求：（1）電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的值。解:1） 2) 這時(shí)： ，ASR處于飽和，輸出最大電流給定。 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輸出達(dá)到 =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：（1） 應(yīng)如何變化？（2）應(yīng)如何變化？（3）值由哪些條件決定？解: 1) 就是電流的給定，因此當(dāng)電流從40A到70A時(shí)， 應(yīng)從4V到7V變化。 2) 要有所增加。 3) 取決于電機(jī)速度和負(fù)載大小。因?yàn)?3.5 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10。（1） 系統(tǒng)的開環(huán)增益。（2） 計(jì)算過渡過程時(shí)間 和上升時(shí)間 ；（3） 繪出開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間 0.25s, 則K=?，=?（3）繪出開環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性。如果要求上升時(shí)間，求K, .解：取(1) 系統(tǒng)開環(huán)增益：(2) 上升時(shí)間過度過程時(shí)間：（3）如要求，則應(yīng)取這樣,超調(diào)量=16.3%。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：kW , V , A , r/min , 電動(dòng)勢系數(shù)=0.196 Vmin/r , 主回路總電阻=0.18,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)=35。電磁時(shí)間常數(shù)=0.012s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)=0.12s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.0025s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)=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5% ,空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%。試求：（1）確定電流反饋系數(shù)(假設(shè)起動(dòng)電流限制在以內(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)Ri, 、Ci 、COi。畫出其電路圖,調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R0=40。（3）設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,計(jì)算其參數(shù)Rn 、Cn 、COn。(R0=40k)（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n。（5）計(jì)算空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間。解：（1） （2）電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 確定時(shí)間常數(shù)：電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)椋砂吹湫虸型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器，,電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定: 。校驗(yàn)等效條件：滿足近似條件滿足近似條件滿足近似條件可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選,則：,取9K.（3）電流環(huán)等效時(shí)間常數(shù)則速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：按照無靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器， 速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益ASR的比例系數(shù)校驗(yàn)等效條件：轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率滿足簡化條件滿足簡化條件轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn) (空載Z=0）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：校驗(yàn)等效條件：滿足簡化條件滿足簡化條件轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗(yàn)：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,則,取310K。4) 40%額定負(fù)載起動(dòng)到最低轉(zhuǎn)速時(shí)(最低轉(zhuǎn)速為1000/10=100r/min)5) 空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速的時(shí)間是：(書上無此公式）3.10 有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),主電路采用三相橋式整流電路。已知電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：PN =500kW，UN =750V，IN =760A，nN=375 r/min，電動(dòng)勢系數(shù)Ce =1.82Vmin/r, 電樞回路總電阻R=0.14,允許電流過載倍數(shù)=1.5,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=75,電磁時(shí)間常數(shù)=0.031s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)=0.112s,電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.002s,轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)=0.02s。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓Unm*=Uim*= Unm =10V,調(diào)節(jié)器輸入電阻R0=40k。設(shè)計(jì)指標(biāo):穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量5%，空載起動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%。電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì),并取參數(shù)KT=0.5。（1）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),并計(jì)算其參數(shù)。（2）計(jì)算電流環(huán)的截止頻率和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率，并考慮它們是否合理?解：（1）電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：確定時(shí)間常數(shù)： 電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：因?yàn)?5%，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用PI調(diào)節(jié)器， 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：， 校驗(yàn)等效條件：可見滿足近似等效條件。電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K，則 取36K速度調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定：則電流環(huán)時(shí)間常數(shù)按照無靜差的要求，應(yīng)選用PI調(diào)節(jié)器， 速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益ASR的比例系數(shù)校驗(yàn)等效條件：轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率滿足簡化條件滿足簡化條件速度調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)：選R0=40K，則 2) 電流環(huán)的截止頻率是： 速度環(huán)的截止頻率是： 從電流環(huán)和速度環(huán)的截止頻率可以看出，電流環(huán)比速度環(huán)要快，在保證每個(gè)環(huán)都穩(wěn)定的情況下，再求系統(tǒng)的快速性，充分體現(xiàn)了多環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。3.11 在一個(gè)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)V-M系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。（1）在此系統(tǒng)中,當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)最大值Unm*=15V時(shí),n=nN=1500 r/min;電流給定信號(hào)最大值Uim*=10V時(shí),允許最大電流Idm=30A,電樞回路總電阻R=2,晶閘管裝置的放大倍數(shù)Ks=30 ,電動(dòng)機(jī)額定電流IN =20A ,電動(dòng)勢系數(shù)Ce =0.128Vmin/r。現(xiàn)系統(tǒng)在Un*=5V ,Idl=20A時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行。求此時(shí)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=? ACR的輸出電壓Uc =?（2）當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運(yùn)行時(shí),電動(dòng)機(jī)突然失磁(=0) , 系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象? 試分析并說明之。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來,則穩(wěn)定后n=? Un=? Ui*=? Ui=? Id=? Uc =? （3）該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型型系統(tǒng)設(shè)計(jì), 且按Mrmin準(zhǔn)則選擇參數(shù),取中頻寬h=5, 已知轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)Tn =0.05s ,求轉(zhuǎn)速環(huán)在跟隨給定作用下的開環(huán)傳遞函數(shù),并計(jì)算出放大系數(shù)及各時(shí)間常數(shù)。（4）該系統(tǒng)由空載(=0)突加額定負(fù)載時(shí),電流和轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)過程波形是怎樣的?已知機(jī)電時(shí)間常數(shù)=0.05s,計(jì)算其最大動(dòng)態(tài)速降和恢復(fù)時(shí)間。1) 2) 在上述穩(wěn)定運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)突然失磁（=0）則電動(dòng)機(jī)無電動(dòng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速迅速下降到零，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快達(dá)到飽和，要求整流裝置輸出最大電流Idm 。因此，系統(tǒng)穩(wěn)定后， 3) 在跟隨給定作用下，轉(zhuǎn)速環(huán)處于線性狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：4) 空載突加額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速有動(dòng)態(tài)降落。習(xí)題五5.8兩電平PWM逆變器主回路，采用雙極性調(diào)制時(shí)，用“1”表示上橋臂開通，“0”表示上橋臂關(guān)斷，共有幾種開關(guān)狀態(tài)，寫出其開關(guān)函數(shù)。根據(jù)開關(guān)狀態(tài)寫出其電壓空間矢量表達(dá)式，畫出空間電壓矢量圖。解：兩電平PWM逆變器主回路：采用雙極性調(diào)制時(shí)，忽略死區(qū)時(shí)間影響，用“1”表示上橋臂開通，“0”表示下橋臂開通，逆變器輸出端電壓：，以直流電源中點(diǎn)為參考點(diǎn)00001001100100110011011110空間電壓矢量圖：5.9當(dāng)三相電壓分別為、，如何定義三相定子電壓空間矢量、和合成矢量，寫出他們的表達(dá)式。解：A,B,C為定子三相繞組的軸線，定義三相電壓空間矢量：合成矢量：5.10忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量與定子磁鏈的關(guān)系，當(dāng)三相電壓、為正弦對(duì)稱時(shí)，寫出電壓空間矢量與定子磁鏈的表達(dá)式，畫出各自的運(yùn)動(dòng)軌跡。解：用合成空間矢量表示的定子電壓方程式：忽略定子電阻的影響，：，即電壓空間矢量的積分為定子磁鏈的增量。（圖示）當(dāng)三相電壓為正弦對(duì)稱時(shí)，定子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量電壓空間矢量：5.11采用電壓空間矢量PWM調(diào)制方法，若直流電壓恒定，如何協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。解：直流電壓恒定則六個(gè)基本電壓空間矢量的幅值一定。，零矢量作用時(shí)間增加，所以插入零矢量可以協(xié)調(diào)輸出電壓與輸出頻率的關(guān)系。5.12 兩電平PWM逆變器主回路的輸出電壓矢量是有限的，若期望輸出電壓矢量的幅值小于直流電壓，空間角度任意，如何用有限的PWM逆變器輸出電壓矢量來逼近期望的輸出電壓矢量。解：兩電平PWM逆變器有六個(gè)基本空間電壓矢量，這六個(gè)基本空間電壓矢量將電壓空間矢量分成六個(gè)扇區(qū)，根據(jù)空間角度確定所在的扇區(qū)，然后用扇區(qū)所在的兩個(gè)基本空間電壓矢量分別作用一段時(shí)間等效合成期望的輸出電壓矢量。習(xí)題六61 按磁動(dòng)勢等效、功率相等的原則，三相坐標(biāo)系變換到兩相靜止坐標(biāo)系的變換矩陣為現(xiàn)有三相正弦對(duì)稱電流，求變換后兩相靜止坐標(biāo)系中的電流和，分析兩相電流的基本特征與三相電流的關(guān)系。解：兩相靜止坐標(biāo)系中的電流其中，兩相電流與三相電流的的頻率相同，兩相電流的幅值是三相電流的的倍，兩相電流的相位差。62 兩相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換陣為將上題中的兩相靜止坐標(biāo)系中的電流和變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流和，坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)速度。分析當(dāng)時(shí)，和的基本特征，電流矢量幅值與三相電流幅值的關(guān)系，其中是三相電源角頻率。解：兩相靜止坐標(biāo)系中的電流兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流當(dāng)時(shí)，兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的電流電流矢量幅值64籠型異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)為：額定功率，額定電壓，額定電流，額