《電力拖動自動控制系統(tǒng)》答案(全)

1、1-1為什么PWM-電動機系統(tǒng)比晶閘管-電動機系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？答：PWM開關頻率高，響應速度快，電流容易連續(xù)，系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗擾能力強。1-2試分析有制動通路的不可逆PWM變換器進行制動時，兩個VT是如何工作的？答：制動時，由于的脈沖變窄而導致反向時，Ug2 變正，于是VT2導通，VT2導通，VT1關斷。1-3調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？調(diào)速范圍，靜態(tài)速降和最小靜差之間有什么關系？為什么脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了？答：生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速 和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示，即：負載由理想空載增加到額定值時，所對應的轉(zhuǎn)速降落

2、與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱為系統(tǒng)的靜差率S,即： 調(diào)速范圍，靜差速降和最小靜差之間的關系為： 由于在一定的下，D越大，越小 又一定，則S變大。所以，如果不考慮D，則S的調(diào)節(jié)也就會容易，1-4某一調(diào)速系統(tǒng)，測得的最高轉(zhuǎn)速特性為，最低轉(zhuǎn)速特性為，帶額定負載的速度降落，且不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問系統(tǒng)能夠達到的調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多大？解1-5閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500-150r/min，要求系統(tǒng)的靜差 S<=2%,那末系統(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)應有多大？ 1，2，1-6某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時，額定

3、負載下電動機的速降為8 r/min，如果將開環(huán)放大倍數(shù)他提高到30，它的速降為多少？在同樣靜差率要求下，調(diào)速范圍可以擴大多少倍？同樣靜差率的條件下調(diào)速范圍與開環(huán)放大倍數(shù)加1成正比1-7某調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=20，額定轉(zhuǎn)速，開環(huán)轉(zhuǎn)速降落，若要求靜差率由10%減少到5%則系統(tǒng)的開環(huán)增益將如何變化？ 解：原系統(tǒng)在調(diào)速范圍D=20，最小轉(zhuǎn)速為：，原系統(tǒng)在范圍D=20，靜差率為10%時，開環(huán)增益為：靜差率10%時原系統(tǒng)的開環(huán)增益為：1-8轉(zhuǎn)速單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點？改變給定電壓能否改變電動機的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變

4、化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？答：1）閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍。為此，所需付出的代價是需增設電壓放大器以及檢測與反饋裝置。2）能。因為，由公式可以看出，當其它量均不變化時，隨著的變化而變化3）能。因為轉(zhuǎn)速和反饋電壓比有關。4）不，因為反饋控制系統(tǒng)只對反饋環(huán)所包圍的前向通道上的擾動起抑制作用 ，而測速機勵磁不是。1-9在轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，當電網(wǎng)電壓、負載轉(zhuǎn)矩，電動機勵磁電流，電樞電流、電樞電阻、測速發(fā)電機勵磁各量發(fā)生變化時，都會引起轉(zhuǎn)速的變化，問系統(tǒng)對于上述各量有無調(diào)節(jié)能力？為什么？答：系統(tǒng)對于上述各量中電網(wǎng)電壓、負載轉(zhuǎn)

5、矩，電動機勵磁電流，電樞電流、電樞電阻、有調(diào)節(jié)能力。因為它們在閉環(huán)系統(tǒng)的前向通道中，對于測速發(fā)電機勵磁各量發(fā)生變化，沒有調(diào)節(jié)能力。因為它不在閉環(huán)系統(tǒng)的前向通道中。1-10有一V-M調(diào)速系統(tǒng)，電動機參數(shù)為：電樞電阻，整流裝置內(nèi)阻，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍20，靜差率10。（） 計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降。（） 調(diào)整該系統(tǒng)能參數(shù)，使當，則轉(zhuǎn)速負反饋系數(shù)應該是多少？（） 計算放大器所需的放大倍數(shù)。解：（）電動機的電動勢系數(shù)開環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)速降閉環(huán)靜態(tài)速降閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)（2）因為 所以=407.4288 =0.00961（3）運算放大器的放大倍數(shù)在題的轉(zhuǎn)

6、速負反饋系統(tǒng)中增設電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉(zhuǎn)電流，臨界截止電流,應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主電路總阻的1/3，如果做不到，需要加電流反饋放大器，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構圖，并計算電流反饋放大系數(shù)。這時電流反饋采樣電阻和比較電壓各為多少？解：（1） 則 0 得： 系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構圖(給它畫出圖)（2）顯然采樣電阻大于主電路2.7*1/3倍，所以增加電流反饋放大器后：新的采樣電阻：可選0.5歐姆電流反饋放大系數(shù)： 新的比較電壓： 所以加上的電流反饋放大器的放大倍數(shù)為3某調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖所示，已知數(shù)據(jù)如下：電動機18，220，In94，整流裝置內(nèi)阻,

7、觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。最大給定電壓，當主電路電達到最大值時，整定電流反饋電壓。設計指標：要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍20，靜差率S10，。試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構框圖，并計算：（） 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。（） 調(diào)節(jié)器放大系數(shù)。（） 電阻的數(shù)值。（放大器的輸入電阻）（） 電阻的數(shù)值和穩(wěn)壓管的擊穿電壓值。解：(1) 同1-10可得a=0.0145(2) (3)（4）A；A；當主電路電流最大即為時，而當主電路電流為時，為： V此時電流反饋起作用，穩(wěn)壓管的擊穿電壓可根據(jù)確定取稍大值：當主電路的電流增大到時，為起到保護作用應使流過的電流等于流過的電流，以使電機轉(zhuǎn)速迅速降落。此時：mA ; k(取3.5k)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構框

8、圖在電壓負反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當下列參數(shù)發(fā)生變化時，系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用，為什么？（）放大器的放大倍數(shù)（）供電電網(wǎng)電壓（）電樞電阻（）電動機勵磁電流（）電壓反饋系數(shù)a答：3）電樞電阻，）電動機勵磁電流，（）電壓反饋系數(shù)a無調(diào)節(jié)作用。因為反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋包圍的前向通道上的擾動。有一個V-M系統(tǒng),已知:電動機: （15分）,Ra=1.5,整流裝置內(nèi)阻,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。（15分）(1) 系統(tǒng)開環(huán)工作時,試計算調(diào)速范圍D=30時的靜差率s值;(2) 當D=30, 時,計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降;(3) 如組成轉(zhuǎn)速負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng),要求D=30,在,計算轉(zhuǎn)速負反饋系數(shù)a 和

9、放大器放大系數(shù)Kp;（4）如將上述調(diào)速系統(tǒng)改為電壓負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng),仍要求在,并保持系統(tǒng)原來的開環(huán)放大系數(shù)不變，試求在30時的靜差率。解：（）（原來多加了1）（）當30，10時計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降（）求取的方法同1-10 可得=0.00652 （4）改為電壓負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)轉(zhuǎn)速降落為：當調(diào)速D范圍不變時靜差率為：顯然比速度反饋系統(tǒng)在調(diào)速范圍不變的情況下靜差率大的多，但比無反饋系統(tǒng)靜差率小了在題1-10的系統(tǒng)中,若主電路電感L=50mH,系統(tǒng)運動部分的飛輪慣量,整流裝置采用三相零式電路,試判斷按題1-10要求設計的轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行?如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行,允許的最大開懷放大

10、系數(shù)K是多少?電磁時間常數(shù) 機電時間數(shù) （查表全波為0.00167） 在1-10題中如要系統(tǒng)穩(wěn)定須保證則系統(tǒng)不穩(wěn)定。如要系統(tǒng)穩(wěn)定，允許的最大的開環(huán)放大系數(shù)為但調(diào)速范圍不滿足了16.為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的?在轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)中,當積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓時,調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少?它取決于那些因素?答： 使用積分控制時可以借助積分作用，使反饋電壓與給定電壓相等，即使為零一樣有輸出，不再需要來維持，由此即可使輸出穩(wěn)定于給定值使調(diào)速系統(tǒng)無靜差。 當時調(diào)節(jié)器的輸出為電壓，是對之前時刻的輸入偏差的積累。 它取決于的過去變化，當為正增加，當為負下降，當為零時不變。17.在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)

11、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速發(fā)電機精度的影響?試說明理由;答： 在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度同樣受給定電源和測速發(fā)電機精度的影響。無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只是消除了誤差，使輸出的轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定于給定的轉(zhuǎn)速。但是，這種系統(tǒng)依然屬于反饋控制系統(tǒng)，只能抑制被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動，對于其他環(huán)節(jié)上的精度影響無可奈何。18.采用比例調(diào)節(jié)器控制的電壓負反饋系統(tǒng),穩(wěn)態(tài)運行時的速度是否有靜差?為什么?試說明理由;答：有靜差。電壓負反饋系統(tǒng)中是在轉(zhuǎn)速較高時，忽略了轉(zhuǎn)速的降落認為 電樞電壓正比于轉(zhuǎn)速，而實際上是電樞電壓無靜差，從公式中可以看出速度的降落是不能消除的。因為調(diào)節(jié)器

12、的輸出是電力電子變換器的控制電壓。所以只要電動機在運行，就必須有控制電壓因而也必須有轉(zhuǎn)速偏差電壓。第二章 習題答案2-1在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若改變電動機的轉(zhuǎn)速，應調(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)行不行？若要改變電動機的堵轉(zhuǎn)電流，應調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？答：改變轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)給定電壓，改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器放大倍數(shù) 不行，改變也不行，改變行。改變堵轉(zhuǎn)電流調(diào)節(jié)電流反饋系數(shù).2-2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，兩個調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么？答：兩個調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓均為0，如果不為0則和繼續(xù)變化，就

13、不是穩(wěn)態(tài)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出電壓為：電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓為：2-3如果轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不是PI調(diào)節(jié)器，而改為P調(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能將會產(chǎn)生什么影響？答：穩(wěn)態(tài)精度變差，但跟隨性和抗干擾能力都不會得到改善，使系統(tǒng)成為不穩(wěn)定系統(tǒng)。 答：靜特性 1）閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性變軟 2）存在靜差率相對較大。 動特性：跟隨性和抗干擾能力不會得到改善，動態(tài)穩(wěn)定性降低，而快速性卻提高了。2-4試從下述五個方面來比較轉(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)：（） 調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性;（） 動態(tài)限流性能;（） 起動的快速性;（） 抗負載擾動的性能;（） 抗電源電壓波動的性能;

14、答：（1）單閉環(huán)：在系統(tǒng)穩(wěn)定時實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。 雙閉環(huán)：可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差和電流無靜差。（2）單閉環(huán)：只能在超過臨界電流后，限制電流沖擊 雙閉環(huán)：電流調(diào)節(jié)器通過電流反饋系數(shù)隨時調(diào)節(jié)控制電流（3）單閉環(huán)：快、不平穩(wěn) 雙閉環(huán)：起動快、平穩(wěn)（4）單閉環(huán)：差 雙閉環(huán)：強、靠ASR單閉環(huán)：差雙閉環(huán)：由電流內(nèi)環(huán)ACR及時調(diào)節(jié)2-5在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)。當系統(tǒng)帶額定負載運行時，轉(zhuǎn)速線突然斷線，系統(tǒng)重新進入后，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓是否為零？為什么？答：轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的輸出達到飽和為止，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓不為零，因為穩(wěn)定后電流反饋依然為只能增加電動機的 轉(zhuǎn)速達到新的平

15、衡2-6在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速給定信號未改變，若增大轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓是增加、減少還是不變？為什么？答：不變。因為增大，在達到新的穩(wěn)定運行時，依然要是無靜差系統(tǒng)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速下降，在達到同樣的時穩(wěn)定運行。2-7在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù)：電動機：電樞回路總電阻R=1.5 ，設，電樞回路最大電流，電力電子變換器的放大系數(shù)。試求：（） 電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù);（） 當電動機在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的、值。解：（1）電流反饋系數(shù) 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) （2） （負反饋） 由于堵轉(zhuǎn)電流 n0 2-8在轉(zhuǎn)速、電流比閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，

16、調(diào)節(jié)器ASR,ACR 均采用PI調(diào)節(jié)器。當ASR輸出達到時，主電路電流達到最大電流80A。當負載電流由40A增加到70A時，試問： （1）應如何變化？（2）應如何變化？（3）值由哪些條件決定？解：（1）應增加。因為當負載電流由40A增加到70A時增加，是確定的。 由40A 增加到70A時，由4V增加到7V（2）略有增加。因為；的增加使增加，使得增加（3） 由n和決定。2-9在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載在額定工作點正常運行，現(xiàn)因某種原因使電動機勵磁電源電壓突然下降一半,系統(tǒng)工作情況將會如何變化？寫出、及n在系統(tǒng)重新進入穩(wěn)定后的表達式。答：當磁通下降一半時但電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負

17、載運行所以2-10某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型I型系統(tǒng)。已知時間常數(shù)T0.1S，要求階躍響應超調(diào)量（） 求系統(tǒng)的開環(huán)增益;（） 計算過渡過程時間和上升時間;（） 繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果上升時間，則K=?， 解：（1）系統(tǒng)開環(huán)增益 （參見表2-2）（2）調(diào)節(jié)時間 上升時間(3) KT=1 K=10 (4)用MATLAB 仿一個為好： 2-11 有一個系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為 ,要設計一個無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量（按線性系統(tǒng)考慮）。試對該系統(tǒng)進行動態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構，并選擇其參數(shù)。解：校正成典型I型系統(tǒng)，調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 取 查表得： 2-12有一個

18、閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為，要求校正為典型型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量（按線性系統(tǒng)考慮）。決定調(diào)節(jié)器結(jié)構，并選擇其參數(shù)。解： 選用PI型調(diào)節(jié)器系統(tǒng)開環(huán)傳函為 h=7 2-13調(diào)節(jié)對象的傳遞函數(shù)為，要求用調(diào)節(jié)器分別將其校正為典型型和型系統(tǒng)，求調(diào)節(jié)器的結(jié)構與參數(shù)。解：校正成典型型系統(tǒng)選擇PI調(diào)節(jié)器： 校正后的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 令 K=100 (2)校正成典型系統(tǒng)，選擇PI調(diào)節(jié)器： h=5 2-14 在一個三相零式晶閘管整流裝置供電的轉(zhuǎn)速-(1) 電流反饋系數(shù) 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) （2）設計電流調(diào)節(jié)器ACR 1 確定時間常數(shù)整流裝置滯后時間常數(shù) 電流環(huán)小時間常數(shù)之和2.選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構 按典型型設計，電流環(huán)控制對象是雙慣性型的可用PI型電流調(diào)節(jié)器。 檢查對電源電壓的抗擾性能： 各項指標可以接受。3.計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù) 電流開環(huán)增益：要求 4.校驗近似條件 電流截止頻率 （1）晶閘管裝置傳遞函數(shù)的近似條件 滿足近似條件（2）忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響的條