電力拖動控制系統(tǒng)作業(yè)題解答

本文格式為Word版，下載可任意編輯——電力拖動控制系統(tǒng)作業(yè)題解答電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

1.某調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降為10r/min，試求轉(zhuǎn)速在1000r/min、100r/min、10r/min所占的百分比，并說明電機(jī)的工作狀態(tài)。解：10r/min?0.01只占1%高速轉(zhuǎn)動

1000r/min10r/min?0.1只占10%中速運(yùn)轉(zhuǎn)

100r/min10r/min?1占100%電動機(jī)停轉(zhuǎn)

10r/min2.某調(diào)速系統(tǒng)額定轉(zhuǎn)速ned=1430r/min，額定速降為?ned=115r/min。當(dāng)要求靜差率s?30%、s?20%時，試求允許的調(diào)速范圍。

解：若要求s≤30%，則調(diào)速范圍D?1430?0.3?5.3115??1?0.3?若要求s≤20%，則調(diào)速范圍D?1430?0.2?3.1115??1?0.2?3.某龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機(jī)：Ped=60KW，Ued=220V，Ied=305A，ned=1000r/min，要求D=20，s?5%。采用晶閘管電動機(jī)系統(tǒng)，已知主回路總電阻R=0.18?，電動機(jī)Ce=0.2V.min/r。試問：①當(dāng)電流連續(xù)時，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降為多少？

②開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率為多少？

③假使?jié)M足D=20，s?5%的要求，額定轉(zhuǎn)速時的靜差率應(yīng)當(dāng)時多少？解：①?ned?IedR305?0.18??27r5/minCe0.2②sed??ned275??0.216?21.6%，說明大大超過了5%的要求。

ned??ned1000?275neds1000?0.05??2.63r/minD?1?s?20?1?0.05?③系統(tǒng)要求的?ned?4.已知條件如上題，再增加兩個條件：晶閘管整流裝置的放大系數(shù)Ks=30，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)?=0.015V.min/r。試求滿足閉環(huán)系統(tǒng)指標(biāo)D=20，s?5%，?ncl?2.63r/min所要求的放大倍數(shù)K。解：

由于K??nop?ncl?1?275?1?103.6，2.63所以Kp?K103.6??46，放大器的放大系數(shù)要大于等于46

Ks?/Ce30?0.015/0.25.已知單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)，R=1.0?，Ks=44，Ce=0.1925V.min/r，根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)D=10，s?5%計(jì)算，系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)K≥53.3。試分析系統(tǒng)能否穩(wěn)定。

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電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

解：已知系統(tǒng)運(yùn)動部分的飛輪力矩GD2?10N?m2，按保證電流Idmin?10%Idmon時電流連續(xù)的條件計(jì)算電樞回路電感量，由于E2?E2l/3?230/3?132.8V，則

L?0.693E2Idmin?0.693?132.8?16.73mH，取L?17mH?0.017H。

10%?55計(jì)算系統(tǒng)各時間常數(shù)：

Tl?L0.017??0.017s，Ts?0.00167s（三相橋式）R1.0為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足Tm?Tl?Ts??Ts20.075?0.017?0.00167??0.001672K???49.4不穩(wěn)定

TlTs0.017?0.001676.有一晶閘管直流電動機(jī)系統(tǒng)，電動機(jī)參數(shù)為Ped=2.5KW，Ued=220V，Ied=15A，ned=1500r/min，Ra=2?，

整流裝置內(nèi)阻Rs=1?，放大系數(shù)Ks=30，要求D=20，s?10%。試求①計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)態(tài)速降和調(diào)速要求所允許的穩(wěn)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)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。

③調(diào)整該系統(tǒng)，使U*n=20V時轉(zhuǎn)速n=1000r/min。-此時轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)應(yīng)當(dāng)為多少？④計(jì)算所須的放大器放大系數(shù)。解：

①先計(jì)算電動機(jī)的Ce，然后在計(jì)算穩(wěn)態(tài)速降。?Ued?IedRa?Cened?Ce?Ued?IedRa220?15?2??0.127V?min/rned1500IedRIed?Ra?Rs?15??2?1????354.33r/minCeCe0.127開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為?nop?滿足調(diào)速要求所允許的穩(wěn)態(tài)速降為?ncl?neds1500?0.1??8.33r/minD?1?s?20??1?0.1?②采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖IRUgnUfnKpKs1Ce?③當(dāng)Ugn=20V時，n=1000r/min，則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為

XX科技大學(xué)電子信息學(xué)院2自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

??Ufnn?Ugnn?20?0.02V?min/r1000④閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為K?KpKs?/Ce??nop?ncl?1?354.33?1?41.54，則所需放大器的放大系數(shù)為8.33Kp?KCe41.54?0.127??8.79Ks?30?0.02

8．有一可控硅直流調(diào)速系統(tǒng)，已知：

Ped=2.8KW，Ued=220V，Ied=15.6A，ned=1500rpm，Rs=1.5Ω，Ra=1Ω，Ks=37，給定電源為0~24V

求：1.計(jì)算系統(tǒng)開環(huán)工作時在D=30時，S=？2.計(jì)算D=30、S=0.1時允許的靜態(tài)速降3.設(shè)用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)2.的調(diào)速指標(biāo)，計(jì)算出當(dāng)Ugd=24V時調(diào)整電機(jī)在額定點(diǎn)工作所需的放大器放大倍數(shù)Kp與反饋系數(shù)?。解：1.Ce?Ued?IedRsIR?0.131,?nk?ed??297.7nedCeS?D??ned?0.8562?86%ned?D??ned2.由上式公式可得：?ned?5.53.K?IedR??1?53.13,Ce??ned??Ugd?ned??ned?K?1K?0.013Kp?K?Ce?12.54Ks??9．某雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流環(huán)ACR已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖，試選h=5，按

典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)ASR。-IL1000nU*n+2IdASR

0.02s?1s_U*n

0.005

U*n/0.00510n解:結(jié)構(gòu)圖可以進(jìn)一步簡化，如下所示：ASRs?0.02s?1?_典型Ⅱ型系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：

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電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

W??s??s?T2s?1?2k?T1s?1?，WASR?kp??is?1??iskp為PI調(diào)理器h?12h2T25?12?52?0.022且?i?h?T2?5?0.02?0.1，K??i?10??,kp=3。按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PI調(diào)理器ASR的傳遞函數(shù)為：WASR?30?0.1s?1?s10．有一V-M調(diào)速系統(tǒng)，電動機(jī)為：Ped=2.5KW，Ued=220V，Ied=15A，ned=1500rpm，Rs=2Ω，整流

裝置內(nèi)阻Rn=1Ω，Ks=30，要求系統(tǒng)調(diào)速范圍D=20，靜差率s=10%。求：1.計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降和調(diào)速要求所允許的靜態(tài)速降。

2.采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。

3.調(diào)整該系統(tǒng)，使當(dāng)Ugd=20V時，轉(zhuǎn)速n=1000rpm，則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)應(yīng)為多少？4.計(jì)算所需的放大器放大倍數(shù)。解：1.?Ued?IedRs?Cened?Ce?開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降為：?nk?Ied?RIed?Rs?Rn?15??2?1????355rpmCeCe0.127ned?s1500?0.1??8.33rpmD?1?s?20??1?0.1?Ued?IedRs?220?15?2?0.127?V/rpm?1500調(diào)速系統(tǒng)所允許的靜態(tài)速降為：?nb??ned?2.采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：IdRΣ__udugn+1/CeKpKs-

ufn?

3.當(dāng)Ued=20V，n=1000rpm，則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)為：??Ufn?Ugdn?20?0.02?V/rpm?1000n4.閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為：K?KpKs?/Ce??nk355?1??1?41.6，?nb8.33K?Ce41.6?0.127??8.8Ks??30?0.02所需放大器放大倍數(shù)為：Kp?11．某系統(tǒng)的傳遞函數(shù)Wd?s??3，用串聯(lián)校正使之成為典型Ⅰ型系統(tǒng)，試確定調(diào)

?0.25s?1??0.02s?1??0.005s?1?節(jié)器及其參數(shù)并畫出幅頻特性，要求校正后ωc=10.5。

解：對高頻小慣性環(huán)節(jié)做合并處理，原系統(tǒng)變?yōu)椋?/p>

??s??Wd?s??Wd33??0.25s?1???0.02?0.005?s?1??0.25s?1??0.025s?1?當(dāng)采用PI調(diào)理器時，PI調(diào)理器的傳遞函數(shù)為

WPI?s??KP?s?1,?s且令??0.25，則校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

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電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

W?s??WPI?s??Wd??s??K?0.25s?1?12KP3?P?，當(dāng)要求ωc=10.5?0.25s?1??0.025s?1?0.25ss?0.025s?1?即ωc=10.5=12KP，KP=10.5/12=0.875。因此所選用的調(diào)理器的傳遞函數(shù)為：WPI?s??0.875?0.25s?1?0.25s12．某可控硅雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)為：

電動機(jī)D：Ped=550KW、Ued=750V、Ied=780A、ned=375rpm、Ce=1.92V/rpm、λ=1.5

電樞回路總電阻：RΣ=0.1Ω、Ks=75、控制對象時間常數(shù)：Tl=0.03s，Tm=0.084s、反饋濾波時間常數(shù)：Toi=0.002s，Ton=0.02s，最大給定電壓和調(diào)理器輸出限幅電壓均取12V，調(diào)理器輸入電阻R0=40KΩ。

系統(tǒng)指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量?I%≤5%，空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量?n%≤10%，電流調(diào)理器按典型Ⅰ型系統(tǒng)，KT=0.5，試設(shè)計(jì)計(jì)算：

1.電流反饋系數(shù)?和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)?；2.選擇轉(zhuǎn)速調(diào)理器的結(jié)構(gòu)并說明理由；設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)理器的R、C參數(shù)。3.計(jì)算電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率?ci和?cn，檢驗(yàn)是否合理。解：首先畫出系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：Ifz*EUn111111nASRACRTss?1Tois?1Tons?1Tls?1TsCme

Ufi-Ufn

?Tois?1

?Tons?1

1.??Ufnn?Ugnmned?UfiUgim12V12V?0.032V/rpm?????0.0103V/A375rpmIdIdm1.5?780A2.電流環(huán)按典型Ⅰ型系統(tǒng)，KT=0.5設(shè)計(jì)，電流環(huán)等效傳遞函數(shù)

1/?，其中，T?i?Ts?Toi?0.00167s?0.002s?0.00367s

2T?is?1為保證系統(tǒng)無靜差，則ST系統(tǒng)采用PI調(diào)理器，這樣由于ST的積分作用，可使轉(zhuǎn)速無靜差。因此轉(zhuǎn)速閉環(huán)是Ⅱ二型系統(tǒng)，按典型Ⅱ二型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，取h=5，則：

?nmax?812.%?2??1.5?780?0????nmax?81.2%?2?1170?R?T?n,T?n?2T?i?Ton?0.00374?0.02?0.02734sCeTm0.1?0.02367?32.2rpm，此時超調(diào)量為：1.92?0.084?n%??nmax32.2?100%??100%?8.6%?10%，因此選h=5是適合的。此時PI調(diào)理器的參數(shù)為：ned375?n?5T?n?5?0.02734?0.137s,?KN?KnR?h?1?2?n?CeTm2h2T?n?Kn?h?1?CeTm6?0.0103?1.92?0.084???11.32h?RT?n2?5?0.032?0.1?0.02734?R1n?R0?Kn?40?11.3?450K?,C1n??nRR1n?0.103450?103?106?0.3?fCon4T4?0.02?on??106?2?f3R040?10轉(zhuǎn)速調(diào)理器原理圖如下圖：

XX科技大學(xué)電子信息學(xué)院5自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

3.電流環(huán)截止頻率?ci?KI?RinUgnR0/2R0/2UfnR0/2ConR0/2Con⊕Cin0.50.5??136s?1T?i0.00367轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率?cn?h?16??22s?1，?cn???ci，外環(huán)截止頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于

2hT?n2?5?0.02734內(nèi)環(huán)截止頻率，設(shè)計(jì)是合理的。

13．如下圖直流調(diào)速系統(tǒng)方框圖，ACR為電流調(diào)理器。已知電樞電路時間常數(shù)

Tl?0.09s,Ts?0.0017s,Ks?30,Toi?0.003s,電樞電阻R?0.4?，??0.06V/A，無靜差，電機(jī)在啟動過程

中，使電流無超調(diào)。試求：

1.選擇ACR調(diào)理器結(jié)構(gòu)。2.求調(diào)理器參數(shù)。3.求開環(huán)放大倍數(shù)。4.若將調(diào)理器本身的放大倍數(shù)提高一倍，其超調(diào)量為多大？U+Id?1/RKsgiACRTois?1Tls?1Tss?1?

解：1.要穩(wěn)態(tài)無靜差，應(yīng)選用PI調(diào)理器；要使啟動無超調(diào)，應(yīng)按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并取ξ=1.0，KT=0.25，由以上理由，選LT為：K??s?1?WPI?s??ii?is2.調(diào)理器系數(shù)：?i?Tl?0.09sT?i?Toi?Ts?0.003?0.0017?0.0047ski?0.25?iRKK?1.064?30?0.060.25?0.09?0.4??1.064,KI?Is??53.2Ks?T?i30?0.06?0.0047?iR0.09?0.4??c?KI?53.2s?1,1111??147.6s?13Toi?Ts30.003?0.0017??c?11，滿足近似條件。

3Toi?Ts3.KI=53.2

4.若將調(diào)理器本身的放大倍數(shù)提高一倍，則KITΣI=0.5，超調(diào)量為4.3%。

14．一個由三相零式可控硅裝置供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，基本數(shù)據(jù)如下：直流電機(jī)：Ped=60KW、Ued=220V、Ied=305A、ned=1000rpm、Ce=0.2V/rpm、λ=1.5

電樞回路總電阻：RΣ=0.18Ω、Ks=30、控制對象時間常數(shù)：Tl=0.012s，Tm=0.12s、反饋濾波時間常數(shù)：Toi=0.0025s，Ton=0.0141s，額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓：（Ugn）ed=15V，調(diào)理器飽和輸出電壓：12V，調(diào)速范圍：D=10。

A：確定電流反饋系數(shù)?和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)?，設(shè)最大啟動電流Idm=300A

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電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

B：系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標(biāo)為：無靜差；電流超調(diào)量?I%≤5%，空載啟動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量?n%≤10%，試設(shè)計(jì)電流調(diào)理器，畫出電路圖并計(jì)算R、C參數(shù)；調(diào)理器輸入電阻R0=40KΩ。

C：設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)理器并計(jì)算參數(shù)；

D：在額定負(fù)載下，啟動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量

解：A：由于調(diào)理器的飽和輸出電壓為12V，即電流環(huán)最大給定電壓Ugim=12V，又最大啟動電流為300A，所以電流反饋系數(shù)為：??速反饋系數(shù)??Ufn?UgnUfimIdm?UgimIdm?12?0.04V/A，額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓（Ugn）ed=15V，所以轉(zhuǎn)30015?0.015V/rpmnn1000B：為保證電流超調(diào)量?I%≤5%，應(yīng)將電流環(huán)效正成典型?型系統(tǒng)，因此電流調(diào)理器應(yīng)采用PI調(diào)理器，

?其電路如下圖：其傳遞函數(shù)為：K??s?1?WLT?s??ii?isRiUi*R0/2R0/2CoiR0/2??IdR0/2oiCi_A??ACRUct根據(jù)要求將電流環(huán)校正成典型?型系統(tǒng)C且超調(diào)量?I%≤5%，調(diào)理器的參數(shù)為：K?K1?i?Tl?0.012s,KI?is?,T?i?Toi?Ts，對于三相零式，Ts=0.0033?iR2T?iT?i?0.0025?0.0033?0.0058,Ki??iR0.012?0.18??0.1552?KsT?i2?0.04?30?0.0058?i4Toi4?0.00250.012R1i?KiR0?0.155?40K??6.2K?,C1i???2?F,Csi???0.25?F3R1i6.2K?R040?10C：為保證系統(tǒng)無靜差，速度調(diào)理器也選PI調(diào)理器結(jié)構(gòu)，其傳遞函數(shù)為K??s?1?WsT?s??nn，因此速度環(huán)中有兩個積分環(huán)節(jié)，速度環(huán)校正成典型??型系統(tǒng)，且取h=5，速

?ns度調(diào)理器的參數(shù)為：?n?hT?n,T?n?Ton?2T?i?0.0141?2?0.0058?0.0257?n?5?0.0257?0.1285,KN??h?1??TmCe?KnRh?16?0.04?0.12?0.2?,Kn??8.32??nTmCe2h2T?2h?Rt2?5?0.015?0.18?0.0257?nn?nR1n?0.1285330?103?0.4?f,Con?4Ton4?0.0141??1.41?fR040?103?R1n?KnR0?8.3?40k??330K?,C1n?D：在額定負(fù)載下啟動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量為：?n%?81.2%?Z?81.2%?2T?nR??Idm??81.2%2?0.0257?0.18??300??9.4%nnomTmCe1000?0.12?0.215．雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采用晶閘管三相橋式全控整流電路供電，基本數(shù)據(jù)如下：

直流電機(jī)：220V，136A，1460r/min，電樞電阻Ra?0.2?，過載系數(shù)??1.5；晶閘管裝置：放大系數(shù)Ks?40；電樞回路總電阻：R?0.5?；

m；電樞回路總電感：L?15mH；電動機(jī)總飛輪力矩：GD?22.5N?min/r；電流反饋系數(shù)：??0.05V/A；轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)??0.007V?濾波時間常數(shù)：T0i?0.002s，T0n?0.01s；設(shè)計(jì)要求：

XX科技大學(xué)電子信息學(xué)院7自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

22電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：轉(zhuǎn)速無靜差；

動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量?i?5%；空載起動到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速超調(diào)量?n?10%。設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：*1UnASRTs?1on

-Ufn

⑴電流環(huán)的設(shè)計(jì)：確定時間常熟：

Ifz1Tois?1ACR1Tss?11Tls?11TmsEUfi?Tois?11nCe?Tons?1①整流裝置滯后時間常數(shù)Ts?0.001s6;7②電流環(huán)小時間常數(shù)：T?i?Ts?T0i?0.00167s?0.002s?0.00367s；③電磁時間常數(shù)：Tl?L0.015??0.03s；R0.5確定電流調(diào)理器結(jié)構(gòu)和參數(shù)：

①結(jié)構(gòu)選擇

根據(jù)性能指標(biāo)要求：?i?5%，而且：Tl0.03??8.17?10T?i0.00367因此電流環(huán)按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電流調(diào)理器選PI調(diào)理器，其傳遞函數(shù)為

WACR(s)?②參數(shù)計(jì)算

Ki(?is?1)?is為了將電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)，電流調(diào)理器的微分時間常數(shù)?i應(yīng)對消控制對象中的大慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)Tl，即?。?/p>

?i?Tl?0.03s；為了滿足?i?5%要求，應(yīng)取KIT?i?0.5，因此

KI?11??136.2s?1，于是可以求得ACR的比例放大系數(shù)為：2T?I2?0.00367KI?iR136.2?0.03?0.5??1.022?Ks0.05?40Ki?校驗(yàn)近似條件：

①晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)近似條件：?ci?13TsXX科技大學(xué)電子信息學(xué)院8自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

?ci?KI?136.2，11??199.6s?1，所以滿足近似條件。3Ts3?0.00167②電流環(huán)小時間常數(shù)的近似條件：?ci?1111??182.4s?1??ci，滿足近似條件。

3TsT0i30.00167?0.0021，而由于：TmTl③忽略反電動勢對電流環(huán)影響的條件

?ci?3Ce?Unom?InomRa220?136?0.2??0.132V?min/r。所以

nnom1460GD2R22.5?0.5??Tm???0.18s，因此：

375CeCm375?0.1322?30311?3??40.82s?1??ci，滿足近似條件。TmTl0.18?0.03設(shè)計(jì)后電流環(huán)可以達(dá)到的動態(tài)指標(biāo)為?i?4.3%?5%滿足設(shè)計(jì)要求。⑵轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計(jì)

確定時間常數(shù)：

①電流環(huán)等校等效時間常數(shù)：由于電流環(huán)是按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，且參數(shù)選擇為KIT?i?0.5，因此電

流環(huán)等效時間常數(shù)為：2T?i?2?0.00367?0.00734s。②轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)T?n

已知轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)為T0n?0.01s，因此轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)為：

T?n?2T?i?Ton?0.00734?0.01?0.1734s

確定轉(zhuǎn)速調(diào)理器結(jié)構(gòu)和參數(shù)：①結(jié)構(gòu)選擇

由于設(shè)計(jì)要求無靜差，因此轉(zhuǎn)速調(diào)理器必需含有積分環(huán)節(jié)，有考慮到動態(tài)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)理器應(yīng)采用PI調(diào)理器，按典型II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)。轉(zhuǎn)速調(diào)理器的傳遞函數(shù)為：WASR(s)?Kn(?ns?1)?ns②參數(shù)計(jì)算

考慮到動態(tài)抗擾性能和啟動動態(tài)性能，取中頻寬度h?5較好，則有：

?n?hT?5?0.01734?0.0867s，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)放大系數(shù)：

XX科技大學(xué)電子信息學(xué)院9自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

KN?h?16?2，則ASR的比例放大系數(shù)：??399.1s2222hT?n2?25?0.01734(h?1)?CeTm6?0.05?0.132?0.18??11.72h?RT?n2?5?0.007?0.5?0.01734Kn?校驗(yàn)近似條件和性能指標(biāo)：①電流環(huán)傳遞函數(shù)等效條件：?cn?15T?i11??54.5s?1??cn，可知滿足等效條5T?i5?0.00367可知?cn?KN?n?399.1?0.0867?34.6s?1；而件。

②轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：?cn?1132T?iT0n1111???38.9s?1??cn，滿足近似條件。

32T?iT0n32?0.00367?0.01③轉(zhuǎn)速超調(diào)量?n

?n?81.2%?2(??z)?nnom??nnomT?n??100%nTmIdnomR136?0.5??515.2r/minCe0.132所以：?n?81.2%?2(??z)?nnomT?n515.20.01734??81.2?2?1.5???8.3%nTm14600.1816．某雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)確定參數(shù)關(guān)系。一直系統(tǒng)的機(jī)電時間常數(shù)Tm?0.15s，

電機(jī)在額定負(fù)載時的穩(wěn)態(tài)速降?nnom?0.3nnom，轉(zhuǎn)速環(huán)的小時間常數(shù)T?n?0.015s，電動機(jī)允許的過載系數(shù)??1.5，直流電機(jī)：220V，136A，1460r/min，Ce?0.18。求1電動機(jī)在理想空載下起動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量；2電動機(jī)在額定負(fù)載下起動到額定轉(zhuǎn)速時的超調(diào)量解：假使按Mrmin準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系，并取中頻寬度h?5。查表可知：?Cmax?81.2%Cb所以：1?n?81.2%??2?(z?nnomT?n)??nTm0.3n0.0158?1.?2?21.5no?m?nnom0.157.3%XX科技大學(xué)電子信息學(xué)院10自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

2T?nR?2?0.015?0.52?n?81.2%?Z?81.2?(Idm?Idl)?81.2??68nnomTmCe1460?0.15?0.18?2.1%

17．有一V-M調(diào)速系統(tǒng)，如下圖，已知數(shù)據(jù)如下：

直流電動機(jī)：Pnom?10kW,Unom?220V,Inom?55A,nnom?1000r/min，Ra?0.5?整流裝置：觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大系數(shù)Ks?44，整流裝置的內(nèi)阻Rrec?0.5?生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)為：D?10,S?5%。

求：⑴計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降?nop和調(diào)速指標(biāo)所允許的穩(wěn)態(tài)速降?ncl；

⑵畫出該系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖；

*⑶若當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓Un?20V，計(jì)算此時的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；

⑷計(jì)算滿足穩(wěn)態(tài)要求所需放大器的放大系數(shù)Kp；

＋+?U放大器觸發(fā)器UdM——__u+f＋usf——+解：⑴先計(jì)算電動機(jī)得電動勢轉(zhuǎn)速比Ce由于：Unom?InomRa?Cennom所以：Ce?Unom?InomRa220?55?0.5??0.1925V?min/rnnom1000開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為：?nop?InomRInom(Ra?Rrec)55(0.5?0.5)???285.71r/minCeCe0.1925閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為：?ncl??nnom?nnomS100?00.05??5.2r6/minD(1?S)1?0?(10.05)⑵該系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：

XX科技大學(xué)電子信息學(xué)院11自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

IdR*Un?UnUn—KpKsUnUd0＋n—1nCe?*⑶若當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行于額定轉(zhuǎn)速時的給定電壓Un?20V，計(jì)算此時的轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為：

*UnUn20?????0.02V?min/rnnomnnom1000⑷閉環(huán)系統(tǒng)的開還放大倍數(shù)為：

K?KpKs?Ce??nop?ncl?1?285.71?1?53.35.26則所需的放大器放大系數(shù)為：

Kp?KCe53.3?0.1925??11.7，若放大器的R0?40k?，所以：Ks?44?0.02R1?KpR0?11.7?40k??468k?，取規(guī)范值R1?470k?

18．如下圖，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，已知數(shù)據(jù)為：

電動機(jī)：

22晶閘管裝置：P?2.2kW,U?220V,I?12.5A,n?1500r/mn，R?1?，GD?1.5N?mnomnomnomnoma采用三相橋式全控整流電路，電樞回路總電阻Ra?1?，總電感L?42mH,Ks?40；額定轉(zhuǎn)速時

*Un?15V；要求的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)：D?15,S?5%。

問：⑴該系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行？為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的臨界開環(huán)放大倍數(shù)為多大？

⑵當(dāng)開環(huán)放大倍數(shù)為滿足穩(wěn)態(tài)要求的數(shù)值時，若系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行，對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)校正，是系統(tǒng)的相角裕量??60。

18.在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，ASR和ACR均采用PI調(diào)理器，已知電動機(jī)額定參數(shù)為Unom，Inom，

?nnom，Ra，功率放大器放大系數(shù)Ks和內(nèi)阻Rrec，電動機(jī)的允許過載倍數(shù)為??1.5。

*（1）若ASR,ACR的限幅輸出分別為Uim和Uctm，如何確定轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)?和電流反饋系數(shù)?；

（2）設(shè)系統(tǒng)在額定狀況下正常運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速反饋線突然斷線，系統(tǒng)的運(yùn)行狀況如何？寫出此時系統(tǒng)中

Ui*，Uct，Id，Ud和n的表達(dá)式；

（3）設(shè)系統(tǒng)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在額定狀況下正常運(yùn)行，若由于某種原因勵磁電流減小使磁通?下降一

XX科技大學(xué)電子信息學(xué)院12自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

半，系統(tǒng)工作狀況如何變化？寫出Ui*，Uct，Id，Ud及n在穩(wěn)定后的表達(dá)式；

系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下帶額定負(fù)載正常運(yùn)行，電流反饋線突然斷線，系統(tǒng)的運(yùn)行狀況如何變化？若系統(tǒng)最終仍趨于穩(wěn)定，則穩(wěn)定后系統(tǒng)的Ui*，Uct，Ud，Id及n比原來有何變化？

*解：（1）按最大給定電壓Unm對應(yīng)電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速nnom來確定轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，因ASR采用PI調(diào)理器，***穩(wěn)態(tài)時Un?Un?an，因此有Unm?annom，所以??Unm/nnom。

*按電動機(jī)最大允許過載電流Idm對應(yīng)于ASR輸出限幅值Uim來確定電流反饋系數(shù)?，而ACR又采**用PI調(diào)理器，則有Uim?Uim??Idm???1.5Inom，所以有??Uim/1.5Inom。

*（2）若系統(tǒng)在額定狀況下正常運(yùn)行，則有Un?Un，Ui*?Ui，且極性均相反。若轉(zhuǎn)速反饋線斷線，**則Un?0，ASR只有輸入Un而使其很快進(jìn)入飽和，輸出為限幅值Uim；由于Ui尚未變化使ACR輸出Uct

上升而達(dá)到限幅值Uctm，功率放大器輸出電壓達(dá)到最大值Udm，Id上升，使電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩Te大于負(fù)載

*轉(zhuǎn)矩TL，電動機(jī)加速，n上升，電動勢E上升。最終當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定下來后，Id?IdL（負(fù)載電流），，Ui*?UimUct?Ucm，Ud?KsUctm，n?(KsUctm?IdL(負(fù)載電流)R)/Ce。

（3）系統(tǒng)在額定狀況下正常運(yùn)行，n?nnom，Id?Inom。若磁通?下降一半，則E?Ke?n下降，

Id和Ui將隨之增加，但因Ui*未變，在電流環(huán)調(diào)理作用下使Ud，Uct下降以維持Id?Inom暫時不變，

從而使Te?Km?Inom下降為原來的一半。電動機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，TL不變；所以Te?TL，電動機(jī)減速，

**未變，而使ASR飽和，輸出為Uim，在電流環(huán)調(diào)理作用下，電流上升達(dá)到n下降，Un隨之下降，因UnIdm?1.5Inom并維持不變，Te因電流變大而上升，但也只能為原來轉(zhuǎn)矩的0.5?1.5?0.75，依舊小于負(fù)

**載轉(zhuǎn)矩TL，電動機(jī)轉(zhuǎn)速將繼續(xù)下降，直至n?0。這時，Ui?Uim，Id?Idm?1.5Inom，

Ud?IdmR?1.5InomR，Uct?Ud/Ks?1.5InomR/Ks。

（4）若電流反饋斷線，則因Ui?0，Ui*未變而使ACR飽和，Uct?Uctm，Ud上升，Id上升，n上升，

*未變，因而使Ui*下降。由于速度環(huán)的自動調(diào)整作用，在系統(tǒng)最終穩(wěn)定下來后，n不變，Un上升。但UnId不變，因而Ud，Uct都不會變，只有Ui*下降為零，即Ui*?0。

XX科技大學(xué)電子信息學(xué)院13自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

19.設(shè)控制對象的傳遞函數(shù)為Wobj(s)?K1，式中，K1?2，T1?0.43s，

(T1s?1)(T2s?1)(T3s?1)(T4s?1)T2?0.06s，T3?0.008s，T4?0.002s。要求階躍輸入時系統(tǒng)的超調(diào)量??5%。

1.分別用P,I,PI和PID調(diào)理器將系統(tǒng)校正成典型I型系統(tǒng)，設(shè)計(jì)各調(diào)理器參數(shù)并計(jì)算調(diào)理時間ts。2.能否用上述調(diào)理器將系統(tǒng)校正成典型II型系統(tǒng)？解：1.校正成典型I型系統(tǒng)時調(diào)理器參數(shù)計(jì)算：

（1）控制對象為0型系統(tǒng)，用P調(diào)理器校正時，調(diào)理器傳遞函數(shù)為WP(s)?KP，需作近似處理后才能校正成典型I型系統(tǒng)。令

11?T1s?1T1s則校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為

W(s)?KPK1K?T1s(T2s?1)(T3s?1)(T4s?1)s(Ts?1)式中，K?KPK1/T1，T?T2?T3?T4?0.07s。

為使??5%，可取KT?0.5，因此KP?0.5T10.5?0.43??1.54，調(diào)理時間K1T2?0.07ts?6T?6?0.07?0.42s

下面需校驗(yàn)近似條件。①?c?3？T1因?c?K?1133??7.14s?1，而??6.98s?1，滿足近似條件。2T2?0.07T10.43②?c?11？

3T2?T31111??15.2s?1滿足近似條件。

3T2T330.06?0.008（2）用I調(diào)理器校正時，調(diào)理器傳遞函數(shù)為WI(s)?1校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為?isXX科技大學(xué)電子信息學(xué)院14自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

W(s)?K1K??is(T1s?1)(T2s?1)(T3s?1)(T4s?1)s(Ts?1)K1，取KT?0.5，則

式中，T?T1?T2?T3?T4?0.5s，K??i?i?調(diào)理時間ts?6T?6?0.5?3s。

因?c?K?1s?1，而

K1T2?0.5??2s0.50.51111??2.08s?1，滿足近似條件。

3T1T230.43?0.06（3）用PI調(diào)理器校正時，調(diào)理器傳遞函數(shù)為WPI(s)?KPI?1s?1，取?1?T1?0.43s，且令?1sT?T2?T3?T4?0.07s，校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為

W(s)?KPIK1KPIK1K??1s(Ts?1)s(Ts?1)同樣，取KT??1T?0.5，則

0.5?10.5?0.43??1.54K1T2?0.07KPI?調(diào)理時間ts?6T?6?0.07?0.42s。

（5）

用PID調(diào)理器校正時，調(diào)理器傳遞函數(shù)為

WPID(s)?(?1s?1)(?2s?1)

?s取?1?T1?0.43s，?2?T2?0.06s，令T3?T4?0.008?0.002?0.01s?T，則校正后系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為W(s)?KK1K，仍取KT?1T?0.5，則???s(Ts?1)s(Ts?1)??調(diào)整時間ts?6T?6?0.01?0.06s。

K1T2?0.01??0.04s0.50.5XX科技大學(xué)電子信息學(xué)院15自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

校驗(yàn)近似條件：?c?K?50s?1，而

1111??83.3s?1，滿足近似條件。

3T3T430.008?0.002比較采用不同調(diào)理器時的ts，可知采用PID調(diào)理器調(diào)理時間最短，效果最好；采用I調(diào)理器調(diào)理時間最長，效果最差；采用P調(diào)理器和PI調(diào)理器雖然有一致的ts，但采用P調(diào)理器時系統(tǒng)是有差的，因此兩者的穩(wěn)態(tài)性能截然不同。

2.校正成典型II型系統(tǒng)時調(diào)理器參數(shù)計(jì)算：

（1）由于控制對象傳遞函數(shù)中不含領(lǐng)先環(huán)節(jié)，P和I兩種調(diào)理器也不含領(lǐng)先環(huán)節(jié)，因此采用P調(diào)理器和I調(diào)理器無法將控制對象校正成典型II型系統(tǒng)，采用PI調(diào)理器或PID調(diào)理器才有可能將控制對象校正成典型II型系統(tǒng)。又由于控制對象傳遞函數(shù)中不含積分環(huán)節(jié)，需作近似處理后才能采用PI或PID調(diào)理器將系統(tǒng)校正成典型II型系統(tǒng)。令

11?T1s?1T1s33??6.98s?1T10.43將慣性環(huán)節(jié)近似為積分環(huán)節(jié)，近似條件為?c?（2）采用PI調(diào)理器校正后系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

W(s)?K1KPI(?1s?1)K(?1s?1)??1T1s2(T2s?1)(T3s?1)(T4s?1)s2(Ts?1)式中，K?K1KPI，T?T2?T3?T4?0.07s。?1T111h?1??14.3s?1，則?c??,當(dāng)h?5時，T0.072h如按Mmin準(zhǔn)則確定系數(shù)，此時，???c?6?14.3?8.58s?1；又101111??15.2s?1

3T2T330.06?0.008因8.58>6.98，8.58電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

靜差率：s??nN15??100%?10%n0min150

1-5某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)得調(diào)速范圍是1500~150r/min，要求系統(tǒng)的靜差率s?2%，那么系統(tǒng)允許的靜差速降師多少？假使開環(huán)系統(tǒng)得靜差速降師100r/min，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)有多大？解：調(diào)速范圍：D=nmax1500??10nmin150由公式：D=nNsnNs得?nN?D(1?s)?nN(1?s)則?ncl?nNsns1500?2%?max??3.06r/minD(1?s)D(1?s)10(1-2%)由公式：?ncl??nop1?k得

k=?nop?ncl?1=100?1=31.73.06

1-6某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)得開環(huán)放大倍數(shù)為15時，額定負(fù)載下電動機(jī)的速降為8r/min，假使將開環(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：由公式：?ncl??nop1?k得?nop??ncl(1?k)

r/min128）248r/min當(dāng)k=15時，?nop??ncl(1?k)?8?(1?15?)'（當(dāng)k=30時，?nop??ncl(1?k)?8?(1?30?)?ncl??nopk?1?128?4.13r/min30?1由公式：Dcl?(1?k)Dop得調(diào)速范圍的擴(kuò)大倍數(shù)為：k?'D'opDop?1+3031??1.941+1516k?

'?ncl8??1.93?ncl4.13XX科技大學(xué)電子信息學(xué)院21自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

1-7某調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=20，額定轉(zhuǎn)速nN?1500r/min，開環(huán)轉(zhuǎn)速下降?nNop=240r/min，若要求系統(tǒng)的靜差率由10%減少到5%，則系統(tǒng)得開環(huán)增益將如何變化？解：當(dāng)靜差率為10%時由公式：D=nNs得

?nN(1?s)Dop=nNs1500?10%??0.6944?nop(1?s)240(1-10%)由公式：Dcl?(1?k)Dop得開環(huán)增益：k=Dcl20?1??1=27.8Dop0.6944當(dāng)靜差率為5%時由公式：D=nNs得

?nN(1?s)D'op=nNs1500?5%??0.3289?nop(1?s)240(1-5%)由公式：Dcl?(1?k)Dop得開環(huán)增益：k='Dcl20?1=?1=59.8Dop0.3289系統(tǒng)得開環(huán)增益K由27.8增加到59.8。

1-10有一V—M調(diào)速系統(tǒng)，電動機(jī)參數(shù)為PN?2.2kW，UN?220V，IN?12.5A，nN?1500r/min，電樞電阻Ra?1.2?，整流裝置內(nèi)阻Rrec?1.5?，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)Ks?35。要求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D=20，靜差率s?10%。

（1）計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的靜差速降?nop和調(diào)速要求所允許的閉環(huán)靜態(tài)速降?ncl。（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)U*則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)?應(yīng)當(dāng)是多少？Id?IN，n?nN，n?15V時，

（4）計(jì)算放大器所需的放大倍數(shù)。

解：（1）

由公式：UN?INRa?CenN得

XX科技大學(xué)電子信息學(xué)院22自動控制系統(tǒng)習(xí)題解答

電力拖動自動控制系統(tǒng)習(xí)題答案

Ce?UN?INRa220?12.5?1.2??0.137V?min/rnN1500開環(huán)系統(tǒng)得靜態(tài)速降為：?nop?INRIN(Ra?Rrec)12.5(1