電力拖動自動控制系統(tǒng)_第四版完整版_陳伯時

1、電力拖動自動控制系統(tǒng)第四版 課后答案習題二2-1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：先減小控制電壓，使IgU得正脈沖變窄，負脈沖變寬，從而使平均電樞電 壓dU降低。但是由于機械慣性，轉速和反電勢還來不及變化，因而造成dEU的局 而，很快電流cli反向，VD2截上，在oiittTWv期間2gU為正，于是VT2導通反向電流產生能耗制動作 用。在onTtTtWv+期間，VT2關斷，di-經VD1續(xù)流，向電源回饋能星。同時VD1兩端壓降鉗住VT1,使他不能導通。在制動狀態(tài)，VT2和VD1輪流導通，VT1始終關斷。在制動階段，VT1始終不導通。VT2導通期間，并能耗

2、制動：VT2不導通期間,VD1續(xù)流，并回饋制動。2.2系統(tǒng)的調速范圍是1000100r/niin ,要求靜差率s=2%,那么系統(tǒng)允許的靜 差轉速降是多少？1000 x0.02/(10 x 0.98) = 2.04rpm系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降為2.04rpm °2.3某一調速系統(tǒng)，在額定負載下，最高轉速特性為nomax =1500r/min ,最低轉 速特性為iioltun = 150r/niiii ,帶額定負載時的速度降落Aiin =15r/niin ,且在不 同轉速下額定速降不變，試問系統(tǒng)能夠達到的調速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜 差率是多少？=11om« 一加n =1500-1

3、5 = 1485= nun-皿=150-15 = 1350=/=1485/135=112) 靜差率 s = AnN/iio =15/150 = 10%2.4 直流電動機為 PN=74kW,UN=220V, In=378A, nN=1430r/min, Ra=0.023 Q。 相控整流器內阻Rrec=0.022Q。采用降壓調速。當生產機械要求8=20%時，求系 統(tǒng)的調速范圍。如果8=30%時，則系統(tǒng)的調速范圍乂為多少？ ？解：Ce=(UN-1鳳)/吋=(220-378x0.023)/1430 = 0.1478V/rpmAn =' * CB7 X x(0.0 2+30/. 0 2 2 )

4、0= 1 4/7D=屯乳 $1 - 9 = 1 4>0 / 0.2 |<1 1。(1 =D= 1打乳 01- 9卜 14 3X)/ 0.3 訊 13 (1 =(2.5某龍門刨床工作臺采用V-M調速系統(tǒng)。己知直流電動機，主電路總電阻R=0.18 Q ,Ce=0.2V*min/r,求：（1）當電流連續(xù)時，在額定負載下的轉速降落為多少？（2）開環(huán)系統(tǒng)機械特性連續(xù)段在額定轉速時的靜差率多少？（3若要滿足D=20,sW5%的要求，額定負載下的轉速降落ADn 乂為多少？解：(1)Ai1n = In x R/Ce = 305 x 0.18/0.2 = 274.5r /niin(2) Sn = A

5、nN /ng = 274.5/(1000 + 274.5) = 21.5%(3) Aii = nNS/D(l-s) = 1000 x0.05/20 x0.95 = 2.63r / mill2.6有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結構圖如圖所示，己知給定電壓U： = &8V、比 例調節(jié)器放大系數(shù)Kp=2、晶閘管裝置放大系數(shù)忑=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)時的輸出電壓是閉 環(huán)是的多少倍？(3)若把反饋系數(shù)減至Y =0.35,當保持同樣的輸出電壓時，給 定電壓U：應為多少？解：(1) = %3：/(1+KpK/) = 2x15 X8.8/

6、Q +2x15x0.7) = 12V(2) Ud = 8.8x2x15 = 264V環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍(3) U： = Q + KpKs/)/KpKs =12x(l + 2xl5x035)/(2x15) = 4.6V2.7某閉環(huán)調速系統(tǒng)的調速范圍是1500r/min150r/inin,要求系統(tǒng)的靜差率SS5%,那么系統(tǒng)允許的前態(tài)速降是多少？如果開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是 100r/miiB則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應有多大？解:1) D = nNs/AnN(l- s)10= 1500x2%/仏 x98%Aiijj =1500x2%/98%xlO = 3.06r / min2) K = (% /A

7、iicl)-l = 100/3.06-1 = 31.72.8某閉環(huán)調速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時，額定負載下電動機的速降為8 r/niin,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, 調速范圍可以擴大多少倍？解：Al® =(1+K)ziicl =(1 + 15)x8 = 128如果將開環(huán)放大倍數(shù)提高到30,則速降為：Ancl = An /(1+K)=128/(l + 30)= 4.13rpm在同樣靜差率要求下，D可以擴大Aiicll /Aiic12 =1.937倍2.9 有一 VM 調速系統(tǒng)：電動機參數(shù) PN=2.2kW, UN=220V, IN=12.5A,

8、 nN=1500 r/min,電樞電阻Ra=1.5Q,電樞回路電抗器電阻RL=0.8Q,整流裝置內阻Riec=10Q, 觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)K尸35。要求系統(tǒng)滿足調速范圍D=20,靜差率S<=10%«(1) 計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降Anop和調速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降Ann o(2) 采用轉速負反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結構圖。(3) 調瘵該系統(tǒng)參數(shù)，使當Un*=15V時，2In，n=nN .則轉速負反饋系數(shù)a 應該是多少？(4) 計算放大器所需的放大倍數(shù)。解：(1)=> Cc = (220 -12.5 X1.5) /1500 = 201.25 /150

9、0 = 0.134Vmin/ rn = (UN-INxRs)/Ce>Anop = INxR/C =12.5x3.3/0.134 = 307.83& /minAnN 二nNs/(D(l-s) = 1500x 10%7(20*90%)二8.33r /mm所以，ci =8.33r/min(2)(3) (4) n =(KpK,U； -IdR)/(Ce(l+ K)= KU；/«(L+ K)-ldR/(Ce(l+ K)K =(Anop/Ancl)-l = 307.836 / 8.33 -1 = 35.9551500 = 35.955 xl5/a(l+ 35.955) - 125 x

10、 3.3 / ( 0.134(1 + 35.955)n a = 0.0096V mill/r可以求得,止= 35.955 9134 十 34Ks35*0.0096也可以用粗略算法：U： »Un = 601 f CL = = 0.01n 1500金=KCc / K”Kp = 35.955 x 0.134/(35 x 0.01) = 13.762.10在題2.9的轉速負反饋系統(tǒng)中增設電流截止環(huán)節(jié)，要求堵轉電流I血<2In , 臨界截止電流>1.2In，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電阻的1/3，如果做不到，需要增加電流反饋放 大

11、器，試畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結構圖，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床各為多少？解：(1) I曲 <2In =25A, 1 >1.2In =15AIdci=UC01u/Rs15=UC0m/RsIdbi«>Ucora)/Rs25 = (15+Ucom)/RsRs=1.5Q,Ucom= 15x1.5 = 22.5V(2)(&/3) = (1.0 + 1.5 + 0.8)/3 = l.lG,R >(1/3)不符合要求，取R=1.1G, 需加電流反饋放大器由于需要的檢測電阻值大，說明要求的電流信號值也大。要同時滿足檢測電 阻小和電流信號大

12、的要求，則必須采用放大器，對電流信號進行放大。為此，取 R = 11C,則 = b xR=15x1 1 = 165V+(3) 當->1如時，有=|KpK血 + K1Ucom)/(Ce(l+K)-|(R+ %匕匕&>d /(Ce(l+K)當n=0時，IA1 = KpKs(U； + K1Ucmn)/(R+KpKsK1RJ)«(U；4-K1U£an)/K1Rs 25 = (15 + 16 5)/1 1=> = 15/(22.5-13 5) = 1 362.11在題2.9的系統(tǒng)中，若主電路電感L=50mH,系統(tǒng)運動部分的E輪慣量GD:=1.6Nm2,整流裝

13、置采用三相零式電路，試判斷按題29要求設計的轉速負 反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行？如要保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)是多 少？解： L= 50niH , GD2 =1.6Nnr , & = 3.3G , Cc =0.134V/rpm11 = 1/ = 0.05/3.3 = 0 01581； = GD2PI/(375CeCM) = l 6x3 3/(375x0 134x0.134x30/3.14)= 5 28/64 33 = 0 082sI； = 0.00333sK <ACI；+H)+I；2/TI； =0 082x(0 015 + 0 00333) + 0 00333訂/(0 0

14、151 *0 00333)= 00015 + 0 00333? 10 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)定運行，K最 大為30.52o2.12有一個晶閘-電動機調速系統(tǒng)，已知：電動機：PN = 2.8kW , UN = 220V ,In=15.6A, nN=1500r/min, &二1.5Q,整流裝置內阻1=10,電樞回路電抗 器電阻二0. 8Q ,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35o(1) 系統(tǒng)開環(huán)匸作時，試計算調速范圍D = 30時的靜差率s值。(2) 當D = 30, s = 10%時,計算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。(3

15、) 如組成轉速負反饋有靜差調速系統(tǒng)，要求D = 30 , s = 10% ,在U； = 10V時Id=IN，n = nN,計算轉速負反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù)Kp。解：Ce =(220-15.6 X 1.5)/1500 = 0.131 IV min/r(1)An = IN x / Ce = 15.6 x 33 / 0.1311 = 392.68r / min11 = 1500/30 = 50s =/ AiiOmin = 392.68 /(392.68 + 50)= 88.7%0.1 = A11/(A11 + 5O)Ail = 5/0.9 = 5.56r / mill(3)fn = KpKsU*/

16、Ce(l+K)- RIa/Ce(l+K)|K二耳座冬1500 = KpK$U；心1+ K)(兔15.6)心1+ K)K = (An /Ancl)-1 =(297.48/5.56)-1 = 52.52. 13旋轉編碼器光柵數(shù)1024,倍頻系數(shù)4,高頻時鐘脈沖頻率f0=lMHz,旋轉 編碼器輸出的脈沖個數(shù)和高頻時鐘脈沖個數(shù)均采用16位計數(shù)器，M法測速時間 為0.01s,求轉速n = 1500i7min和n = 150r/min時的測速分辨率和誤差率最大值。 解：(1) M 法：分辨率 Q =邑-=1.465r / niinZTc 1024x4x0.01最大誤差率:60M, ->n = 150

17、0r/nmi 時， 11ZT 1500x4xl024x 0.01Mi =6060= 1024n = 150i / niin 時,150X4X1024X001 =102.460 601500r/mii】時,max%=x!00% =x 100% =0.098%1024150r/niin 時,%=xl00% = Mix 100% =0.98%102.4可見M法適合高速。(2) T法：分辨率：n = 1500r/inin 時,q = -5£_60 fg - Z111024x4x1500?60xlxl06 -1025x4x1500= 1711 /milln = 150r/niiii 時,Q=6

18、0 爲 一 Zu1024x4x150?60x1x10& 1024x4x150= 1.55r/niiii最大誤差率："躋M廠警,當 11 = 1500r / niin 時»60x10°1024x4x1500= 977當 n = 150r/niiii 時,60xl061024x4x150= 97.7n = 150r/niiii 時,maxZ5005曲時，=xl00%=-Ixl00% = 11.4%x 100% =xlOO% = 1%-197.7-1可見T法適合低速習題三3. 1雙閉環(huán)調速系統(tǒng)的ASR利ACR均為PI調節(jié)器，設系統(tǒng)最大給定電床U二二15V, nN

19、=1500r/min, IN =20A,電流過載借數(shù)為2,電樞回路總電阻R=2Q, K5 =20,Ct=0. 127V-min/r,求：(1)當系統(tǒng)穩(wěn)定運行在U；二5V, IdL=10A時，系統(tǒng)的n、U：、U】和口各為多少？(2)當電動機負載過大而堵轉時，U：和Uc齊為多少?解：(1)q=U 二/1切=15V / 1500rpm = 0.01V /rpin當 U： = 5V,轉速 n = -=500rpma 0.01V/rpm0 =也= 0.375V / A G 40 AU： = 01d =0.375 *10 = 3.75V =U£U _ U<io _ E + IdL _ K.

20、K.CeiiN + UR _ 0.127 *500 + 10*21?5yK.20即n = 500rpni.Un = 5V,U： =U, = 3.75V,Uc = 4.175v（2）堵轉時，U： = 5=12,U =險=（5 + 1尺=聾二竺=4Vc K<Ks瓦20sss3.2在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，兩個調節(jié)器ASR, ACR均采用PI調節(jié)器。 已知參數(shù)：電動機：Pn 二3. 7kW, UH =220V, IH =20A, nN =1000 r/min，電樞回 路總電阻R=1.5Q,設U二=U二二U® =8V,電樞回路最大電流Idm=40A,電力電子 變換器的放大系數(shù)瓦二4

21、0。試求：（1）電流反饋系數(shù)0和轉速反饋系數(shù)°。（2）當電動機在最高轉速發(fā)生堵轉時的Udo.U：U,.Uc值。解.）/3 = -= = Q2V / A a = = = 0.0087/i*pmG 40A氏 lOOOrpmr2） UdohE + RE = C.iiH +=40AH.5C = 60V這時：U； = 8V,Un = 0, ASR處于飽和，輸出最大電流給定值。U； = 8V,Ux = 8V,%= %/© =60/40 = 1"3.3在轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，調節(jié)器ASR, ACR均采用PI調節(jié)器。當ASR輸出達到U二二8V時，主電路電流達到最大電流80A

22、。肖負載電流由40A增加到70A時，試問：（l）U：應如何變化? 些條件決定？tj* cnr解.卩=亠= 0.1V/A解1）卩1血80A因此當電流從40A二>70A時，U；2）Uc要有所增加。3）Uc取決于電機速度和負載大小。（2） uc應如何變化？（3）叭值由哪應從4VR7V變化。因為 udo = E + IRj. = CjiN + IRj.v _Ud0_(Ceii4-IdR) c KK3.5某反饋控制系統(tǒng)己校正成典型I型系統(tǒng)。己知時間常數(shù)T=O.ls,要求階躍響 應超調量（7 W10%。(1)系統(tǒng)的開環(huán)增益。(2)計算過渡過程時間.和上升時間;(3)繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升

23、時間tr <0.25s,則K=?, <7%=?解：取 KT = 069< = 06o%=95%(1)系統(tǒng)開環(huán)增益：K = 0.69 /T = 0.69/0.1 = 6.9(1 / s)上升時間-=3.3T = 0.33S過度過程時間：6T = 6 xO.l = 0.6s這時 K = l/T = 10,超調量=16.3%o3.6有一個系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為j（s） =旦二要求設計一個 K + 10 Ols+1無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調量o%W5% （按線性系統(tǒng)考慮）。試對系統(tǒng) 進行動態(tài)校正，決定調節(jié)器結構，并選擇其參數(shù)。解：按典型I型系統(tǒng)設計，選KT = 0.5,&

24、lt; = 0.707,査表31,得亦=4.3%選I調節(jié)器，W(s癥校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為w(s手三兄分I，這f羊5(K=10yrl已選KT = 05,則K = 0.5/T=50,所以t=10K= 10/40 SU 積分調節(jié)器:W(s)= rs102s3.7有一個閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為弘金)=孟了二扁，要求 校正為典型II型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調量c%W30% (按線性系統(tǒng)考慮)。 試決定調節(jié)器結構，并選擇其參數(shù)。解：應選擇PI調節(jié)器，WJs)=Kpi(k + 1)校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)w(s)=Kpg + l) $ rsrssfTs + 1)'對照典型【型系統(tǒng)，K

25、 = KPIKi/r, r = hT,選h=8, 查表34, o%二27. 2% ,滿足設計要求。這樣r=hT = 8*0.02 = 0.16s,錯誤！ ！應選用h=7!K = =175.78, K = Kr / K =175.78 * 0.16/10 = 2.8121rT22*82 *0.022hH3. 8在一個由三相零式晶閘管整流裝置供電的轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)中，已 知電動機的額定數(shù)據(jù)為：PN =60kW, UN = 220V, IN = 308A, nN = lOOOr/niin ,電 動勢系數(shù)C°=0. 196 V miiVr ,主回路總電阻R二0. 18Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)

26、的放大倍 數(shù)&二35。電磁時間常數(shù)T產0.012s,機電時間常數(shù)g二0. 12s,電流反饋濾波時間 常數(shù)T伍二0.0025s,轉速反饋濾波時間常數(shù)Tg二0.015s。額定轉速時的給定電床 (U?).二 10V,調節(jié)器 ASR, ACR 飽和輸出電圧 U：8V, U“ =6. 5V。系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標為:穩(wěn)態(tài)無靜差，調速范I韋ID二10,電流超調崑空載起 動到額定轉速時的轉速超調星召W10%。試求：（1）確定電流反饋系數(shù)B （假設起動電流限制在1.1IN以內）和轉速反饋系數(shù)a。（2）試設計電流調節(jié)器ACR,計算其參數(shù)&、C,、Cz畫岀其電路圖，調節(jié)器 輸入回路電阻Ro=40kQo

27、（3）設計轉速調節(jié)器ASR,計算其參數(shù)Rn、Cn、Co.。（Ro=4Ok0）（4）計算電動機帶40%額定負載起動到最低轉速時的轉速超調量a no（5）計算空載起動到額定轉速的時間。解：（1）= U/1 = 8V / （1.1 IN ） = 8V / 339 A= 0.0236V / Aa = l0/1060 V.0 1 r（2）電流調節(jié)器設計確定時間常數(shù)：a）T = 0.00333s嘰=0.0025 sc）E 嚴 TJh+1 = 0.0025 + 0.00333 = 0.00583s電流調節(jié)器結構確定：因為qS5%,可按典型I型系統(tǒng)設計，選用PI調節(jié)器，%溟（切='（嚇+ 1）,電流調

28、節(jié)器參數(shù)確定：= 0.012色選叫抵=0.5,兀=0.5 /£ = 85.76s-1 ,_K込R_ 85.76x0.012x0.18 _o 中» K" 35x0.0173 °校驗等效條件：越=% = 85.76 s-1a）電力電子裝置傳遞函數(shù)的近似條件:= 1 = 101.01 他3g 3x0.00333°b）忽略反電勢的影響的近似條件：3 P- = 3 /1- = 79.06S-1 V0.12x0.012c）電流環(huán)小時間常數(shù)的近似條件二匚二1 匚= 115.52s-嗎3 YIX 3 V0.00333 X 0.0025可見滿足近似等效條件，電流

29、調節(jié)器的實現(xiàn)：選=40匕則:R =瓦 = 0.224 x 40K = &96K、取 9KC = r /R = 0.012/(9xl03) = 1.33/zFC0i = 4T)1/Ro = 4x0- 0025/40x103 = 0. 25/F(3) 速度調節(jié)器設計確定時間常數(shù)：a) 電流環(huán)等效時間常數(shù)1 / K:因為瓦比=0.5貝 ij 1/K=2 0.0 Z83 Osb) 監(jiān)=0.015 sc）gn = l/Ki +7 = 0.01166 + 0.015 = 0.02666s速度調節(jié)器結構確定：按照無靜差的要求，應選用PI調節(jié)器，%R（s） =,速度調節(jié)器參數(shù)確定:r sJ = hUZ

30、h = 5.rn = h咯=0.1333s2x52x0.026662 i6S S2s一 (h + l)0C入 f2h°R 抵效條件：6x0.0236x0.196x0.122x5x0.01x0.18x0.02666o>n = KN /ft| = KNrn = 16&82x0.1333 = 22.5s'1町電流環(huán)近似條件丄 E = 1 I 85 76 = 40.43s-1 >3TZl 3 V0.00583cnb）轉速環(huán)小時間常數(shù)近似弓匱 =i| = 25.2 s'1 >猛 可見滿足近似等效條件。轉速超調量的校驗（空載Z=0）鏟（號）心）爺若2x8

31、1.2%xl lx308x0.180.196x10000.026660.12=11.23% >10%轉速超調量的校驗結果表明，上述設計不符介要求。因此需重新設計。査表，應取小一些的h,選h=3進行設計。按h=3,速度調節(jié)器參數(shù)確定如下：rn = hTn = 0.07998sKw =(li+l)/ 21rn = 4/(2x9x 0.026662) = 312.656s-2+= 4x0.0236x0.196x0.12/(2x3x0.01x0.18x0.02666) = 7.6校驗等效條件：ft = KN /= KNrn = 312.656x0.07998 = 25s-1a) l/3(Kj=1

32、/3(85.76/0.00583)" = 40.43s_ > 氓口b) l/3(0=1/3(85.76/0.015)" = 25.2s-1 > cocn可見滿足近似等效條件。轉速超調量的校驗：crn = 2 x72.2%xl.lx (308x0.18/0.196 xl000)x(0.02666/0.12) = 9.97%<10%轉速超調最的校驗結果表明，上述設計符合要求。速度調節(jié)器的實現(xiàn)：選 = 40K，則 =瓦x% = 7.6x40 = 304K，取310K。Cn=rn/Rh = 0.07998 / 3 1 0X103 = 0.258/zF0 = 41/

33、! =4x0.015/40x103 = 1.5/zF4) 40%額定負載起動到最低轉速時：crt%=2x72.2%x (1.1-0.4)x(308x0.18/0.196x100)x(0.02666/0.12) = 63.5%5) 空載起動到額定轉速的時間是：(書上無此公式)僅考慮起動過程的第二階段。根據(jù)電機運動方程:專罟血一 CJG 如IJRdt - GD2 _廠 GD:RnC入Itse 375cmce所以:0.196*0.121000 = 0385g(L.l*308-0)*0.183.10有一轉速、電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，主電路采用三相橋式整流電路。己知電動 機參數(shù)為：Pi =500kW, U,

34、 =750V, I. =760A, m二375 r/min,電動勢系數(shù) C. =1. 82V-min/r,電樞回路總電阻R=0. 14 Q,允許電流過載倍數(shù)入=1. 5,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)&二75,電磁時間常數(shù)T】=0. 03Is,機電時間常數(shù)幾=0. 112s,電流反饋濾波時間常數(shù)比二0. 002s,轉速反饋濾波時間常數(shù)T0n=0. 02s。設調節(jié)器輸入 輸岀電壓UJ=UJ= LL二10V,調節(jié)器輸入電阻Ro=4Ok Q。設計指標:穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調量qW5%,空載起動到額定轉速時的轉速超調 量 W10%。電流調節(jié)器己按典型I型系統(tǒng)設計，并取參數(shù)KT=0.5o(1) 選擇轉速調

35、節(jié)器結構，并計算其參數(shù)。9 禺A(2) 計算電流環(huán)的截止頻率和轉速環(huán)的截止頻率,并考慮它們是否合理?解:丄dm(1)a -= 0.0267V min/ rnN 375電流調節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設計如下：a) E = 0.00176s確定時間常數(shù):b)TV= 0.002sc)l = 0.00367 s電流調節(jié)器結構確定：因為o%<5%,可按典型I型系統(tǒng)設計，選用PI調節(jié)器,WACRGKHes+lO/Tis, TiZTZ1=0.031/0.00367=&25<10電流調節(jié)器參數(shù)確定：u=Ti=0031s,KiTZ1=0.5,Ki=0.5/TZ1=136.24 s4Kj = Kj

36、 R/ KSZ? = 136.24 x 0.031 x 0.14 / 75 x 0.00877 = 0.899校驗等效條件：Wa=Ki=136.24 s 1a) l/3T =1/3x0.00167 =199.6s_1 > arb) (l/殆)"=3(1 /0.112x0.031)2 = 50 9s-i <c) l/3(1 /TTV)1/3 = 1 /3Q /0.00167 x0.002)山=182.39s'1 >可見滿足近似等效條件。電流調節(jié)器的實現(xiàn)：選Ro=4OK,則K, = K, x Pq = 0.899 x40 = 35.96 取 36KC, = 1；

37、 / R = 0.031 /36xl03 = 0.86/FC01 = 4%1/R0 = 4x 0.002 / 40xl03 = 0.2/z f速度調節(jié)器設計確定時間常數(shù)：a) 電流環(huán)等效時間常數(shù) 1/Ki：因為 KiTO.5 貝lj l/Ki=2TZ1=2*0.00367=0.00734sb) b)Ton=0.02sc) c)T£n=l/Ki+Ton=0.00734-K).02=0.02734s速度調節(jié)器結構確定：按照無靜差的要求，應選用PI調節(jié)器，WASR(S)=Kn(2H )/bS速度調節(jié)器參數(shù)確定：Tn=hTZn，選 h=5,則 T=hTn=0.1367s,KN=(h+l)/

38、(21rT2yn) =6/2*25*0.02734160.54 LKn=(ll+l)PCeTm/(2h«RTn)=6*0.00877*1.82*0.112/2*5*0.0267*0.14*0.02734=10.5校驗等效條件：(0Cn=KN/wi=KNTn=160.54*0.1367 =21.946 Qa) l/3(Ki/TZ1)1/2=l/3(136.24/0.00367)1/3=64.22s1>Wcnb) l/3(Ki/Toll)1/2=l/3(136.24/0.02)1/2=27.51s-1>Wcn可見滿足近似等效條件。速度調節(jié)器的實現(xiàn)：選Ro=4OK,則Rn=Kn

39、*Ro=10.5*40=420K由 此CiWRn=0.1367/420 *103=0.325 gF取 0.33pFCon=4T0nRo=4*0.02/40 *103=22) 電流環(huán)的截止頻率是：3滬KR136.24 0速度環(huán)的截止頻率是：3=21.946 S'2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 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)的設計特點。3. 11在一個轉速、電流雙閉環(huán)VM系統(tǒng)中，轉速調節(jié)器ASR,電流調節(jié)器ACR 均采用PI調節(jié)器。（1）在此系統(tǒng)中，當轉速給定信號最大值Unm*=15V時,n=nN=1500 r/min;電流

40、給定 信號域大值UJ=1OV時，允許最大電流I30A,電樞回路總電阻R二2Q,晶閘管裝 置的放大倍數(shù)二30 ,電動機額定電流I. =20A ,電動勢系數(shù)Ce =0. 128V-min/ro 現(xiàn)系統(tǒng)在U/=5V , Iai=20A時穩(wěn)定運行。求此時的穩(wěn)態(tài)轉速n=? ACR的輸出電床 Uc=?（2）當系統(tǒng)在上述情況下運行時，電動機夫然失磁（。=0）,系統(tǒng)將公發(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=? U二？ U；=? U-? Ia=? Uc =?（3）該系統(tǒng)轉速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設計，且按Mmun準則選擇參數(shù)，取中頻寬h=5, 已知轉速環(huán)小時間常數(shù)=0. 05s ,求轉速環(huán)

41、在跟隨給定作用下的開環(huán)傳遞函數(shù), 并計算出放大系數(shù)及各時間常數(shù)。（4）該系統(tǒng)由空載（IdL=0）突加額定負載時，電流和轉速n的動態(tài)過程波形是怎 樣的？已知機電時間常數(shù)Tm=0.05s,計算其最大動態(tài)速降An喚和恢復時間1） a= U*mt/nN =15/1500=0.01 Vmin/rP= U*mi/Idm = 10/30=033 V/AU*n=5 V, n=U*n/a=5/0.01=500 r/minUc=Udo/Ks=(E4-IdRi)/Ks=(Ceii+IdLiRz)/Ks=(0.128*500+20*2)/30=3.467 V2)在上述穩(wěn)定運行情況下，電動機突然失磁(<D=0)則

42、電動機無電動轉矩，轉 速迅速下降到零，轉速調節(jié)器很快達到飽和，要求整流裝置輸出最大電流1血。 因此，系統(tǒng)穩(wěn)定后，n=0 9 UfOU*t=u*im =10, U 訐 U%=10IcIdm=30 AUc=Udo/Ks=(E+IdRx)/Kr=(0+30*2)/30=2 V3) 在跟隨給定作用卜，轉速壞處于線性狀態(tài)，此時系統(tǒng)的開壞傳遞函數(shù)是:Kn (涇 + 1) s?Cl£s + l)Ttl=hTZn=5*O.O5=O.25sTn=0.05sKN=(h4-l)/21rT2=6/2*25*0.052=48s-24) 空載突加額定負載吋，轉速有動態(tài)降落。(p93,94)Anb=2(k-z)A

43、iiNTZn/Tltt=2*(1 -0)*20*2/0.12 8*(0.05/0.05)= 625 r/min Cb=2FK2T=2IdNRTZn/CeTm=2*20*2*0.05/0.128*0.05=625 r/min 最大動態(tài)速降：Aiimax=(ACmax/Cb)*Aiib=81.2%*625 =507.5 r/niin 恢復時間：tv=&8T=&8*0.05=0.44s(p81 表)習題五5. 8兩電平PWM逆變器主回路，采用雙極性調制時，用“1”表示上橋臂開通，“0” 表示上橋臂關斷，共有兒種開關狀態(tài)，寫出其開關函數(shù)。根據(jù)開關狀態(tài)寫出其電 圧空間矢量表達式，畫出空間

44、電壓矢量圖。解：兩電平PWM逆變器主回路：采用雙極性調制時，忽略死區(qū)時間影響，用“1”表示上橋臂開通，“0”表示下橋臂開通，逆變器輸出端電床：Sx = 02 _Ud .2u 嚴 ¥(2Sx_1)以直流電源中點。'為參考點Ms=(UA + UBeJZ+UCej2Z)SaSbScUAUBuc«0000Ud2Ud2520«1100Ud222110ud25252»3010Ud2Ud2Ud2“4011Ud2U£2S2加“5001_U£2_U£2El2»6101El22ILl2«?11152匹2ud20空間電

45、床矢最圖:5. 9當三相電斥分別為口山、Ubo、o,如何定義三相定子電床空間矢最Ua。、Ur。、Uc。和合成欠量叫，寫出他們的表達式。解：A,B,C為定子三相繞組的軸線，定義三相電圧空間矢最：UAO _ UAO11 BO UBOeJUCO 合成欠量:Us = UAO + UBO+ %o= UAO+UBOeJ/ +UCOej2/B(e”)A(占)5. 10忽略定子電阻的影響，討論定子電壓空間矢量兒與定子磁鏈V，的關系，當 三相電壓口2、Ubo、。為正弦對稱時，寫出電壓空間矢量與定子磁鏈屮的 表達式，畫出各白的運動軌跡。解：用合'成空間矢臺表示的定子電床方程式：忽略定子電阻的影響,憶町&#

46、169;dt，即電床空間欠星的積分為定子磁鏈的增雖。當三相電壓為正弦對稱時，定子磁鏈旋轉欠量嘰=seJ(w)電壓空間矢量:j(G>1t+_+(p)比« 3屮f-5. 11采用電壓空間矢S：PWM調制方法，若直流電壓叫恒定，如何協(xié)調輸出電壓 與輸出頻率的關系。解：直流電床恒定則六個基本電壓空間矢最的幅值一定，輸出頻率W開關周期耳=713NW心'0丄工-耳-0丁，零矢量作用時間增加，所以插入零矢量可以協(xié)調輸出電壓與輸出頻率的關系。5.12兩電平PWM逆變器主回路的輸出電圧矢量是有限的，若期望輸出電斥矢量心的幅值小于直流電壓叫，空間角度&任意，如何用有限的PWM逆變器輸出電 壓矢量來逼近期里的輸出電床矢量。解：兩電平PWM逆變器有六個基本空間電壓矢量，這六個基本空