自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

1、直流電動機(jī)為 PN=74kW,UN=220V In=378A, nN=1430r/min , Ra=Q。相控整流器內(nèi)阻 Rrec= Q。采用降壓D=20,靜差率35.955可以求得，KpKp KCeUn Un n/Ks , Kp 35.955*Un1515000.010.134/ 35 0.0113.76有一V-M調(diào)速系統(tǒng)：電動機(jī)參數(shù)PN=,Un=220V,I產(chǎn)，nn=1500r/min,電樞電阻R=Q,電樞回路電抗器電阻RL=Q,整流裝置內(nèi)阻RL=Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35o要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍S<=10%(1)計算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降nop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降。(2

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)圖。(3)調(diào)整該系統(tǒng)參數(shù)，使當(dāng)U*=15V時，匕=屋，n=nN,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a應(yīng)該是多少?(4)計算放大器所需的放大倍數(shù)。解：(1)nUnInR/CeCe22012.51.5/1500201.25/15000.134Vmin/rnUnInR/CenopINR/Ce12.53.3/0.134307.836r/minnNnNS/D1s150010%/(20*90%)8.33r/min所以，ncl8.33r/min(4)nKDKSUn1dR/Ce1KKUn/1KIdR/Ce1psneneKnop/nd1307.836/8.33135.95

3、5150035.95515/135.95512.53.3/0.13410.0096Vmin/rK*Ce35.955*0.134e14.34Ks*35*0.0096也可以用粗略算法:調(diào)速。當(dāng)生產(chǎn)機(jī)械要求s=20%寸，求系統(tǒng)的調(diào)速范圍。如果s=30%寸，則系統(tǒng)的調(diào)速范圍又為多少？解：Ce(UnlNRa),'nN(2203780.023),14300.1478V.rpmnInRCe378(0.0230.022),0.1478115rpmDnNS,n(1s)143002115(10.2)3.1DnNSn(1s)14300.3115(10.3)5.33某龍門刨床工作臺采用V-M調(diào)速系統(tǒng)。已知直流

4、電動機(jī)，主電路總電阻R=Q,Ce=?min/r,求：(D當(dāng)電流連續(xù)時，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)速時的靜差率SN多少？(3)若要滿足D=20,s05%勺要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落nN又為多少？解：(1)nNINRCe3050.18.0.2274.5r/min(2) SnnNn0274.5(1000274.5)21.5%(3) nnNS/D(1s)10000.05.200.952.63r/min一、.一.、一*有一晶閘管穩(wěn)壓電源，其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖所不，已知給定電壓Uu8.8V、比例調(diào)節(jié)器放大系數(shù)Kp2、晶閘管裝置放大系數(shù)Ks15、反饋系數(shù)丫=。求：(1

5、)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)減至丫=，當(dāng)保持同樣的輸出電壓一一*時，給JE電壓Uu應(yīng)為多少？解：(1)UdKpKsUu/(1KpKs)2158.8(12150.7)12V(2) Ud8.8215264V,開環(huán)輸出電壓是閉環(huán)的22倍(3) U；Ud(1KpKs).KpKs12(12150.35)(215)4.6V在一個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，已知電動機(jī)的額定數(shù)據(jù)為:電阻R=Q,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks=35o電磁時間常數(shù)丁=，機(jī)電時間常數(shù)Tm=，電流反饋濾波時間常數(shù)Toi=，轉(zhuǎn)速反饋濾波

6、時間常數(shù)T0n=。額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓(UnjN=10V,調(diào)節(jié)器ASRACR飽和輸出電壓*Um=8V,Ucm=。系統(tǒng)的靜、動態(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i05%，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量n<10%試求：(1)確定電流反饋系數(shù)B(假設(shè)起動電流限制在1.1IN以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。(2)試設(shè)計電流調(diào)節(jié)器ACR,計算其參數(shù)R、C、Q。畫出其電路圖，調(diào)節(jié)器輸入回路電阻R=40k。(3)設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,計算其參數(shù)R、Cn、Ccg(R0=40kQ)(4)計算電動機(jī)帶40炮定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量bno解：(1)(5)計算空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間。8V/

7、(1.1*In)8V/339A0.0236V/A10/10000.01V min/r(2)電流調(diào)節(jié)器設(shè)計確定時間常數(shù):a)Ts 0.00333sb)Toi0.0025sc)TiT0iTs0.00250.003330.00583s電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)確定:因為i 5%,可按典型Ki( iS 1)I型系統(tǒng)設(shè)計，選用PI調(diào)節(jié)器，Wacr(S)iS調(diào)節(jié)器參數(shù)確定：i Tl 0.012s,選KIT i 0.5,KI 0.5/T i 85.76s 1 ,KiKi iRKs85.760.012 0.180.224。35 0.0173校驗等效條件:1ci KI 85.76s 11 101.01cia）電力電子裝置傳

8、遞函數(shù)的近似條件：3Ts30.00333b）忽略反電勢的影響的近似條件：31-1-3.11二79.06S1TmTl0.120.012cic）電流環(huán)小時間常數(shù)的近似條件：1111115.52s3TsT0i30.003330.0025可見滿足近似等效條件，電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)：選R040K，則:RKiR00.22440K8.96K,取9K.Cii/R0.012/(9103)1.33F由此C0i4T0i/R040.0025/401030.25F(3)速度調(diào)節(jié)器設(shè)計確定時間常數(shù)：a)電流環(huán)等效時間常數(shù)1/KI:因為KITi0.5則1/KI2Ti20.005830.01166sb) Ton0.015sc)

9、Tn1/KITon0.011660.0150.02666s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，WASR ( s)Kn( ns 1)速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定:nsKnKnhT n,取hh 12h2T2n5, nhT n 0.1333s2 52 0.02 6 6622168.82s校驗 等效 條件(h 1) CeTm2h RT n6 0.0236 0.196 0.122 5 0.01 0.18 0.026666.94cnKn/ 1 Kn 1n 168.82 0.1333 22.5sa)電流環(huán)近似條件：1 KI185.7640.43s 13 T i 3 0.00583b)轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常

10、數(shù)近似：1 叵 L他運(yùn) 25.2s 3T0n3 0.015cn可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗（空載Z=0）n%2*(maxCbz)nN Tnz-n Tm2 81.2% 1.1308 0.180.026660.196 10000.1211.23%10%轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗結(jié)果表明，上述設(shè)計不符合要求。因此需重新設(shè)計查表，應(yīng)取小一些的h,選h=3進(jìn)行設(shè)計。按h=3,速度調(diào)節(jié)器參數(shù)確定如下：nhTn0.07998sKN(h1)/2h2T2n4/(290.026662)312.656s2Kn(h1)CeTm/2hRTn40.02360.1960.12/(230.010.180.02666)7.61

11、校驗等效條件：cnKn/1Knn312.6560.0799825sa)1/3(KI/Ti)1/21/3(85.76/0.00583)1/240.43s1cn-1/2-=1/2_1b)1/3(KI/Ton)1/3(85.76/0.015)25.2scn可見滿足近似等效條件。轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗：272.2%1.1(3080.18/0.1961000)(0.02666/0.12)9.97%10%轉(zhuǎn)速超調(diào)量的校驗結(jié)果表明，上述設(shè)計符合要求。速度調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)：選Ro40K,則RnKnR07.640304K,取310K。Cnn/Rn0.07998/3101030.258FCon4Ton/Ro40.015/4

12、01031.5F4）40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時n%272.2%(1.10.4)(3080.18/0.196100)(0.02666/0.12)63.5%5）空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間是：（書上無此公式）僅考慮起動過程的第二階段2,根據(jù)電機(jī)運(yùn)動方程： 嗎四 Te Tl, 375 dtdnCm(Idm IdL)R(Idm IdL)dtGD22c GD2RCe375CmCe375(I dmIdL)RCeTm_*0.385s+CeTmn0.196*0.12*1000所以：0dm1dL)R(1.1*3080)*0.18運(yùn)動控制系統(tǒng)由電動機(jī)，功率放大與變換裝置，控制器及相應(yīng)的傳感器等構(gòu)成PW度換器的作用

13、：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定，寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速。與V-M系統(tǒng)相比，直流PW蜩速系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：1.主電路簡單需要的電力電子器件少2.開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電動機(jī)損耗及發(fā)熱都較少3.低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬4.若與快速響應(yīng)的電動機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)5.電力電子開關(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，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高6.直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可

14、分別歸納如下1 .轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速n很快地跟隨2定電壓Un*變化，穩(wěn)態(tài)時可減少轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。2）對負(fù)載變化起抗擾作用3）其輸出限幅值決定電動機(jī)允許的最大電流。2 .電流調(diào)節(jié)器的作用1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓Ui*（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化2）對電壓電網(wǎng)的波動起及時抗擾的作用3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電動機(jī)允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。4）當(dāng)電動機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)

15、的可靠運(yùn)行來說是十分重要的雙閉環(huán)直流調(diào)節(jié)系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能分析1）抗電阻擾動。2）抗電網(wǎng)電壓擾動雙閉環(huán)直流調(diào)節(jié)系統(tǒng)的啟動過程有以下三個特點1）飽和非線性控制2）轉(zhuǎn)速超調(diào)3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制雙極式控制的橋式可逆PW度換器有以下優(yōu)點1）電流一定連續(xù)2）可使電動機(jī)四象限運(yùn)行3）電動機(jī)停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍大5）低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。雙極式控制方式不足之處是：在工作過程中，四個開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時可能發(fā)生上下橋臂直通的事故。異步電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)可分為三類1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)2）轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)3）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)2 2）比例控制的直流調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(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，為此需設(shè)置電壓放大器和轉(zhuǎn)速檢測裝置3 比例控制直流調(diào)速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)得改變電樞電壓