電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)(第三版)_陳伯時(shí)_習(xí)題答案(全部)

1、第一章：閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)000001-1 為什么PWM-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)比晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)能夠獲得更好的動(dòng)態(tài)性能？ 答：PWM系統(tǒng)與V-M系統(tǒng)相比，在很多方面有較大的優(yōu)越性： （1） 主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少； （2） 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較?。?（3） 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達(dá)1：10000左右； （4） 若與快速響應(yīng)的電動(dòng)機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)； （5） 功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開關(guān)損耗也大，因而裝置效率較高； （6） 直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高； 1

2、-2 試分析有制動(dòng)通路的不可逆PWM變換器進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，兩個(gè)VT是如何工作的。答：如圖P13，1-17，制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，先減小控制電壓，使Ug1的正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使平均電樞電壓Ud降低。但是，由于機(jī)電慣性，轉(zhuǎn)速和反電動(dòng)勢(shì)還來不及變化，因而造成EUd，很快使電流id反向，VD2截止，在tontT時(shí)，Ug2變正，于是VT2導(dǎo)通，反向電流沿回路3流通，產(chǎn)生能耗制動(dòng)作用。在TtT+ton(即下一周期的0tTon)時(shí)，VT2關(guān)斷，-id沿回路4經(jīng)VD1續(xù)流，向電源回饋制動(dòng)，與此同時(shí)，VD1兩端壓降鉗住VT1使它不能導(dǎo)通。在制動(dòng)狀態(tài)中，VT2和VD1輪流導(dǎo)通，而VT1始終是關(guān)斷的。 有一種特殊狀態(tài)，

3、即輕載電動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)平均電流較小，以致在VT1關(guān)斷后id經(jīng)VD2續(xù)流時(shí)，還沒有達(dá)到周期，電流已經(jīng)衰減到零，這時(shí)VD2兩端電壓也降為零，VT2便提前導(dǎo)通了，使電流反向，產(chǎn)生局部時(shí)間的制動(dòng)作用。1-3 調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間有什么關(guān)系?為什么說“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(jī)械要求電動(dòng)機(jī)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： 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)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落nN與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差率s，即。調(diào)速范圍、靜態(tài)速降和最小靜差率之間的關(guān)系是：按上述關(guān)系可得出：D

4、越小，s越小，D越大，s越大；D與s相互制約，所以說“脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了”。1-4 某一調(diào)速系統(tǒng)，測(cè)得的最高轉(zhuǎn)速特性為，最低轉(zhuǎn)速特性為，帶額定負(fù)載時(shí)的速度降落，且在不同轉(zhuǎn)速下額定速降不變，試問系統(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：思路一：系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍為：系統(tǒng)允許的靜差率：思路二：系統(tǒng)允許的靜差率： 系統(tǒng)能夠達(dá)到的調(diào)速范圍為： 1-5 某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率，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：因?yàn)椋?，所以系統(tǒng)允許的靜

5、態(tài)速降：又：，故閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)：1-6 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：因?yàn)椋?所以： K=30時(shí)，電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下的速降為： 又因?yàn)椋核栽谕瑯屿o差率要求下，且不變，D的變化只與有關(guān)，即調(diào)速范圍D擴(kuò)大了8/4.13=1.49倍。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，若要求系統(tǒng)的靜差率由10%減少到5%，則系統(tǒng)的開環(huán)增益將如何變化？解：當(dāng)靜差率s=10%時(shí)， 當(dāng)靜差率s=5%時(shí)， 因此，若要求系統(tǒng)的靜差率由10%減少到5%，

6、則系統(tǒng)的開環(huán)增益將從27.8變化到59.8。1-8 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點(diǎn)？改變給定電壓能否改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測(cè)速反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？ 答：（1）轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有以下三個(gè)基本特征： 只用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被調(diào)量仍是有靜差的。 抵抗擾動(dòng)，服從給定。 系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測(cè)的精度。（2）改變給定電壓會(huì)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因?yàn)榉答伩刂葡到y(tǒng)完全服從給定作用。（3）如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測(cè)速反饋電壓的分壓比會(huì)改變轉(zhuǎn)速，因?yàn)榉答佇盘?hào)與給定信號(hào)的比較值發(fā)生了變化，破壞了原

7、先的平衡，調(diào)速系統(tǒng)就要繼續(xù)動(dòng)作，使反饋信號(hào)與給定信號(hào)達(dá)到新的平衡為止。（4）如果測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)沒有克服這種干擾的能力。因?yàn)榉答伩刂葡到y(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)。1-9 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、電樞電阻、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，問系統(tǒng)對(duì)上述各量有無調(diào)節(jié)能力？為什么？答：當(dāng)電網(wǎng)電壓、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流、電樞電阻變化時(shí)，系統(tǒng)對(duì)其均有調(diào)節(jié)能力。當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁各量發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)沒有調(diào)節(jié)能力。因?yàn)榉答伩刂葡到y(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)。1-10 V-M系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：=2.

8、2kW，=220V,=12.5A,=1500r/min,電樞電阻=1.2，整流裝置內(nèi)阻=1.5，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)=35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率s10%。 （1）計(jì)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。 （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)框圖。 （3）調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)Un*=15V時(shí)，Id=IN，n=nN,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)應(yīng)該是多少？ （4）計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。解：（1）先計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)： Ce=0.137 故開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降=246.35r/min調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降 =8.33r/min (2)系統(tǒng)的原

9、理圖如下：系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下： (3)當(dāng)Un*=15V時(shí)，Id=IN，n=nN, 則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)： =0.01(4) 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K=28.57放大器所需放大倍數(shù)Kp=11.18，取Kp=121-11 在題1-10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，臨界截止電流，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主電路總電阻的1/3，如果做不到，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)框圖，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：所以 ，因?yàn)橹麟娐房傠娮?，要求電流反饋采樣電阻不超過主電路總電阻的1/3，即要求

10、電流反饋采樣電阻不超過，而求得的，需要增加電流反饋放大器。系統(tǒng)原理圖如下：系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下：？因?yàn)椴荒艹^，令，故有所以電流反饋放大系數(shù)為這時(shí)的電流反饋采樣電阻，比較電壓1-12 某調(diào)速系統(tǒng)原理圖見教材P51，1-58，已知數(shù)據(jù)如下：電動(dòng)機(jī)；， ，整流裝置內(nèi)阻，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。最大給定電壓，當(dāng)主電路電流達(dá)到最大值時(shí)，整定電流反饋電壓。設(shè)計(jì)指標(biāo)：要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率s10%，,。試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并計(jì)算： （1） 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。 （2） 調(diào)節(jié)器放大系數(shù)。（3） 電阻的數(shù)值。（放大器輸入電阻） （4） 電阻的數(shù)值和穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓值。解：（1）因?yàn)?所以 系

11、統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下：？（2）電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)為開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降為 閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降為 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為 調(diào)節(jié)器放大系數(shù)為，取 （3）取，則 （4）求解的核心應(yīng)放在運(yùn)放上，利用虛地點(diǎn)求解電流： 對(duì)特殊點(diǎn)：當(dāng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，,故，； 且此時(shí)，電樞回路中 又 , 將上式帶入式即可得到： 當(dāng)VS被擊穿時(shí)， 又， 所以，1-13 在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列參數(shù)發(fā)生變化時(shí)系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用，為什么？ 放大器的放大系數(shù)Kp； 供電電網(wǎng)電壓； 電樞電阻Ra； 電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流； 電壓反饋系數(shù)。 答：當(dāng)放大器的放大系數(shù)、供電電網(wǎng)電壓、電樞電阻、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用，

12、當(dāng)電壓反饋系數(shù)發(fā)生變化時(shí)，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)榉答伩刂葡到y(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)。1-14 有一個(gè)V-M系統(tǒng)，已知：電動(dòng)機(jī)：，,整流裝置內(nèi)阻，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)。（1）系統(tǒng)開環(huán)工作時(shí)，試計(jì)算調(diào)速范圍時(shí)的靜差率s值。（2）當(dāng)，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，在時(shí)，計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)和放大器放大系數(shù)。（4）如將上述調(diào)速系統(tǒng)改為電壓負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，仍要求在時(shí)，并保持系統(tǒng)原來的開環(huán)放大系數(shù)不變，試求在時(shí)的靜差率。解：（1）先計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)： 則開環(huán)系統(tǒng)的額定速降： 所以系統(tǒng)開環(huán)工作時(shí)，

13、調(diào)速范圍時(shí)的靜差率：（2）當(dāng)，時(shí)，系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降 （3）在時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)為 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為調(diào)節(jié)器放大系數(shù)為，?。?）在電壓負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)中， 故當(dāng)時(shí)，并保持原開環(huán)放大系數(shù)K不變，在 時(shí)nmin=50r/min，靜差率：1-15 在題1-10的系統(tǒng)中，主電路電感,系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分飛輪慣量，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題1-10要求設(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：計(jì)算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)：電磁時(shí)間常數(shù) 機(jī)電時(shí)間常數(shù) 對(duì)于三相零式電路（即三相半波整流電路），晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿

14、足穩(wěn)定條件：而題1-10中計(jì)算得到的閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為 K=28.5722.86因此，此轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行。1-16 為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的？在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它取決于那些因素？答：在動(dòng)態(tài)過程中，當(dāng)變化時(shí)，只要其極性不變，即只要仍是，積分調(diào)節(jié)器的輸出便一直增長(zhǎng)；只有達(dá)到，時(shí)，才停止上升；不到變負(fù)，不會(huì)下降。特別要注意的是，當(dāng)時(shí)，并不是零，而是一個(gè)終值；如果不再變化，這個(gè)終值便保持恒定而不再變化，這是積分控制的特點(diǎn)。因此，積分控制可以使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。 當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓不是零，而是一個(gè)終值，它取決于輸入偏差量的全部歷史。1-17 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)精度是否還受給定電源和測(cè)速發(fā)電機(jī)精度的影響？并說明理由。 答：轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度還受給定電源和測(cè)速發(fā)電機(jī)精度的影響，因?yàn)橄到y(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測(cè)的精度，。