《電力拖動自動控制系統(tǒng)》第三版陳伯時課后標(biāo)準(zhǔn)答案文檔

第一章閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

1-1為什么PWM—電動機系統(tǒng)比晶閘管一電動機系統(tǒng)能夠獲得更好的動態(tài)性能？

答：PWM—電動機系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：

(1)主電路線路簡單，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，電機損耗及發(fā)熱都較小。

(3)低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達1：10000左右。

(4)若與快速響應(yīng)的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強。

(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，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。

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：在制動狀態(tài)中，-為負(fù)值，刃；就發(fā)揮作用了。這種情況發(fā)生在電動運行過程中需要降速的

時候。這時，先減小控制電壓，使〃刃的正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使平均電樞電壓〃〃降

低。但是，由于機電慣性，轉(zhuǎn)速和反電動勢還來不及變化，因而造成￡〉你，很快使電流乙反

向，丫。2截止，在vrvT時，”“變正，于是小導(dǎo)通，反向電流沿回路

3流通，產(chǎn)生能耗制動作用。在7</<T+3時，VT2關(guān)機門乙沿同路4經(jīng)續(xù)

流，向電源回饋制動，與此同時，同兩端壓降鉗?。ナ顾荒軐?dǎo)通。在制動狀態(tài)中，仙和〃、輪流

導(dǎo)通，而始終是關(guān)斷的。

在輕載電動狀態(tài)，這時平均電流較小，以致在孑彳關(guān)斷后乙經(jīng)昭續(xù)流時，還沒有達到

周期T,電流已經(jīng)衰減到零，這時昭兩端電壓也降為零，VT.便提前導(dǎo)通了，使電流反向，產(chǎn)生局

部時間的制動作用。

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

max

其中，刃喚和兒in一般都指電動機額定負(fù)載時的最高和最低轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負(fù)

我很輕的機械，可以用實際負(fù)載時的最高和最低轉(zhuǎn)速。

當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負(fù)載山理想空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理

△心

想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率s,即S=

或用百分比表示

在直流電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)中，一般以電動機的額定轉(zhuǎn)速勺作為最高轉(zhuǎn)速

△/A,An

n.ALi△_(!ns)△n

fflIY

max

umin△心(inS)

由上式可看出調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間的關(guān)系。對于同一個調(diào)速

系統(tǒng)，△心值一定，如果對靜差率要求越嚴(yán)，即要求S值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速

范圍也越小。一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范

圍。

1-4某一調(diào)速系統(tǒng)，測得的最高轉(zhuǎn)速特性為刃％=150()廠/min,最低轉(zhuǎn)速特性為

叼加〃=150廠/min,帶額定負(fù)載時的速度降落二15廠/min,且在不同轉(zhuǎn)速下額

定速降

△心?不變，試問系統(tǒng)能夠達到的調(diào)速范圍有多大？系統(tǒng)允許的靜差率是多少？

解系統(tǒng)能夠達到的調(diào)速范圍為n.

max

150□15

〃△心X100%11X15X100%=10%

系統(tǒng)允許的靜差率

心+〃△/?.V1500+11x

15

1-5某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500-150”min,要求系統(tǒng)的靜差率S<2%，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？

因為

幾八」50X0.02=3>06r/m.n

所以1口0.02

因為

z\100

"□1=□1=31.7

所以△3.06

1?6某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時，額定負(fù)載下電動機的速降為8r/min,如果

將開環(huán)放大倍數(shù)提高到3(),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？

解(1)因為

Ri(LA,HK)=k(

1+15)=128所以-A=(

RI128

則△N=---------------==4.13r/min

刀

Q(i+K)1+30

由〃口心S翻句大知不變的情況下，D只與△心?有關(guān)

(2)由〃==____________,可知在sc和小,

Zi%(1□

S)

調(diào)速范圍擴大1.94倍。

1-7某調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍”2(),額定轉(zhuǎn)速心二15()()r/min,開環(huán)轉(zhuǎn)速降

落

△刀如=240廠/min,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

解；當(dāng)s=l()%時，An

gso._______________

ZU-s)20x(l-o.1)

△彳Zx240

op

此時K=□1=一□1=27.8

58.331500x3.95r/min

0.05

八?

當(dāng)s=5%時，

"A1-s)20x(1-0.05)

△IA

?p

240

此時K=-----□1=—□1=59.8

Anc!3.95

則若要求系統(tǒng)的靜差率由10%減少到5%,則系統(tǒng)的開環(huán)增益將變大。

1-8轉(zhuǎn)速單閉環(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)有以下三個基本特征

①只用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被被調(diào)量仍是有靜差的。

②反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動，服從給定。擾動性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特征

之一。

③系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度。

(2)改變給定電壓會改變電動機的轉(zhuǎn)速，因為反饋控制系統(tǒng)完全服從給定作用。

(3)如果給定電壓不變，調(diào)節(jié)測速反饋電壓的分壓比或測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，它不

能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤差。反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)

包圍的前向通道上的擾動。

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、電動機勵磁電流、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)對上述各量有無調(diào)節(jié)能力？為什么？答：

當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時，系統(tǒng)對其有調(diào)節(jié)能力。因為電網(wǎng)電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng)完全服

從給定。

負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電動機勵磁電流、電樞電阻變化時系統(tǒng)對其有調(diào)節(jié)能力。因為他們的變化最終會

影響到轉(zhuǎn)速，都會被測速裝置檢測出來。再通過反饋控制作用，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影響。

測速發(fā)電機勵磁各量發(fā)生變化時，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤

差。反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。

110杓一V—M調(diào)速系統(tǒng)。電動機參數(shù)為：Rv=2.2W；UN=220/,/A-=12.54

n,v=I500r/min,電樞電阻心二1.2Q,整流裝置內(nèi)阻心”=1.5Q,觸發(fā)整流環(huán)

節(jié)的放

人倍數(shù)二35o要求系統(tǒng)滿足調(diào)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)〃口=15K時，/=/,n=n,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a應(yīng)

ndNN

該是

多少？

(4)計算放大器所需的放大倍數(shù)。

解：(1)先計算電動機的電動勢系數(shù)

C-你口IX心

220□12.5x1.21500

0.1367PDmin/r

則開環(huán)系數(shù)額定速降為

(1.2+1.5)

Anop=_Ld?=12.5=246.9廠/min

Ce0.1367

額定負(fù)載時的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為

An=n<150()x=8.33r/min

7Q<------------------

0.1

6僅I-s)20x(1-0.I)

(2)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下所示

oc

轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)的原理圖

U

(3)當(dāng)Ult=〃時，療=/臚仁叭》則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a應(yīng)

15K”該是

□□

cx_Z-15

=0.01

n/7v1500

(4)閉環(huán)系統(tǒng)的開方放大系數(shù)應(yīng)為

A/7246.9

叩□1=□1=28.64

58.33

運算放大器所需的放大倍數(shù)

28.64=11.19

aK"0701x35/

0.1367

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/他＜2/,I■臨

界

截止電流/血.〉1.2Z”,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，需要噌加電流反饋放人器，試附出系統(tǒng)的原理圖

和靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，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？

〃口+〃<21

COffl

I二R

解：因為"

s

/_Ueg>1?2/

L---------

R

s

且U口=15V,計算可得/?=1.50,=22.5V

U

nscom

<21

com

I=一

dbl

S

=Ucom1.2Z

dcrKRs'

1-12某調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖1-58所示，已知數(shù)據(jù)如下：電動機：P,=18MU=220人

IN=944nN=lOOOr/min，出二0八50,整流裝置內(nèi)阻心”=0.30,觸發(fā)整

流環(huán)節(jié)

的放大倍數(shù)心=40.最大給定電壓伽口=15/,當(dāng)主電路電流達到最大值時，整定電

反饋電壓/沏二ior

設(shè)計指標(biāo)：耍求系統(tǒng)滿足調(diào)速范圍D-20,靜差率s<10%,Idb!=1.5ZA.,0hicr-

1?IINo

試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并計算：

(1)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。

(2)調(diào)節(jié)器放大系數(shù)斤八

(3)電阻人的數(shù)值。(放大器輸入電阻尺廠20人。)

(4)電阻心的數(shù)值和穩(wěn)后管VS的擊穿電壓值。解：(1)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a應(yīng)該是

□□

化化=0.015

a、二......

15

n1000

(2)先計算電動機的電動勢系數(shù)

f/n/=220n94x().15

vv=0.2059K□min/

1000

心

則開環(huán)系數(shù)額定速降為

(0.15+0.3)

△門譏「91=205.4”min

0.2059

△n=/7?.1000x=5.56r/min

"N°C

0.1

Z(1-s)20x(1-0.1)

閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為

/n205.4

°P1=□1=35.9

△%5.56

運算放大器所需的放大倍數(shù)

Kp=K35.9=12.3

。/0.015x40/

cc0.2059

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)生變化時系統(tǒng)是否有調(diào)節(jié)作用，為

什么？

(I)放大器的放大系數(shù)；

(2)供電電網(wǎng)電壓；

(3)電樞電阻&；

(4)電動機勵磁電流；

(5)電壓反饋系數(shù)Yo

答：在電壓負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)放大器的放大系數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)

節(jié)作用再通過反饋控制作用，因為他們的變化最終會影響到轉(zhuǎn)速，減小它們對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影

響。

電動機勵磁電流、電樞電阻心發(fā)生變化時仍然和開環(huán)系統(tǒng)一樣，因為電樞電阻處于反饋環(huán)

外。

當(dāng)供電電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時系統(tǒng)有調(diào)節(jié)作用。因為電網(wǎng)電壓是系統(tǒng)的給定反饋控制系統(tǒng)完

全服從給定。

當(dāng)電壓反饋系數(shù)Y發(fā)生變化時，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)量的誤

差。反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。

1一13有一個V—M系統(tǒng)，已知I：電動機：&=2.8W,U那片22OK/&=15.6X

nN=1500r/min,R=1.5Q,整流裝置內(nèi)阻=IQ,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，試計算調(diào)速范圍030時的靜差率s值。

(2)當(dāng)D=30,s=10%,計算系統(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D=30,s=10%，在〃口=10T時,

Id=/臚n=nN,計算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)a和放大器放大系數(shù)斤°。

(4)如將上述調(diào)速

系統(tǒng)改為電壓

負(fù)反饋仃靜差

調(diào)速系統(tǒng)，仍

要求〃口二ior

時，n

Id=/臚n=g并保持系統(tǒng)原來的開環(huán)放大系數(shù)K不變，試求在D=30時靜

差率。

解：（1）系統(tǒng)開環(huán)工作師

220□15.6x1.5

=0.1311Tnmin/r

1500

則開環(huán)系數(shù)額定速降為

(L5+1)

An_7,15.6=297.S"min

op一□-----

0.1311

閃30x297.5

則s=-----------x100%=-----------------------X100%=85.6%

nN+DAnN1500+30x297.5

(2)當(dāng)D=30,s=10%,系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降

□□

=0.007

a

10

△刃=Ss1500K二5-56廠/min

0.I

Al-s)30x(1-0.1)

(3)當(dāng)〃口=時,Lri心,則轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)ex應(yīng)該

iorn=nN是

nnv1500

閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為

297.5

nK二如口1=□1=52.51

Ane5.56

運算放大器所需的放大倍數(shù)

Kn=K52.51=30.6

aKS/0.007x35/

30.1311

(4)在電壓負(fù)反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)中，開環(huán)與閉環(huán)的速降是一樣的，所以△刃門=△%=297./

min

/7vx100%=30xx100%=85.6%

s------------------

為，+門、-297.5

1500+30X

297.5

1-15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

GW=1.6”口分，整流裝置采用三相零式電路，試判斷按題1-10要求設(shè)計的轉(zhuǎn)速

反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行？如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)K是多少？

解：計算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時間

常數(shù)：

L0.05

電磁時間常數(shù)T==0.01855

R1.2+1.5

機電時間常數(shù)

375G&375x0.1367x30x

0.1367

7T

三相橋式整流電路，晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為7,=0.00167s

為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：

7(7+7)+0.065x(0.0185+0.00167)+0.001672

T1

K<-------L——J------------------#------------------------------------=42.5

=0.00167

因為23.>28.75,所以該系統(tǒng)不可以穩(wěn)定運行，

如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)K最大為23.1.

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△〃二0時，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它取決于那些因素？答；在動態(tài)過程中，

當(dāng)^〃“變化時，只要其極性不變，積分調(diào)節(jié)器的輸出〃。便一直增長；只有達到〃口;“，

△/=()時，〃才停止上升；不到變負(fù)，〃不會下降。當(dāng)

nitnrnrn

A/=0

時，并不是零，而是一個終值；如果不再變化，這個終值要保持恒定而不再變

化，

這是積分控制的特點。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行，實現(xiàn)無靜

差調(diào)速。比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏

差量的全部歷史。雖然現(xiàn)在二0,但歷史上有過△〃八其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運行

時需要的控制電壓〃C。

L17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速發(fā)電機精度

的影響？并說明理由。答：系統(tǒng)的精度依賴

于給定和反饋檢測的精度。

因此轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度還受給定電源和測速發(fā)電機精度的影響。

1-18采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(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：采用比例積分調(diào)節(jié)器控制的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運行時的速度是無靜差的。電壓負(fù)

反饋實際是一個自動調(diào)壓系統(tǒng)，只有被包圍的電力電子裝置內(nèi)阻引起的穩(wěn)態(tài)速降被戒小到

1/(1+K),它的穩(wěn)態(tài)性能比帶同樣放大器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)要差。但基本控制原理與轉(zhuǎn)速負(fù)反

饋類似。它與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋一樣可以實現(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)。

第二章轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法

2-1在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動機的轉(zhuǎn)速，應(yīng)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)心行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)心行不行？改變

轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a行不行？若耍改變電動機的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？

答：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關(guān)系

U=U=an=annno

因此轉(zhuǎn)速刀是由給定電壓〃□決定的；改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)也可以改變電動機轉(zhuǎn)速。改變轉(zhuǎn)

速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)心和電力電子變換器的放大倍數(shù)心不可以。

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：當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，它們的輸

入偏差電壓都是零

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓〃口決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR

ini

的輸出限幅電壓U5限制了電力電子變換器的最大輸出電壓U掰。

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：改為P調(diào)節(jié)器時其輸出量總是正比于輸入量，PI調(diào)節(jié)器的輸出量在動態(tài)過程中決定于輸

入量的積分，到達穩(wěn)態(tài)時，輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)而是山它后面環(huán)節(jié)的需要決定

的。

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)：

(1)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性；

(2)動態(tài)限流性能；

(3)起動的快速性；

(4)抗負(fù)載擾動的性能；

(5)抗電源電壓波動的性能。答：(1)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)

速刀是由給定電壓〃口決定的。

ASR的輸出量處i是由負(fù)載電流7dL決定的?？刂齐妷菏系拇笮t同時取決于〃和幣，或者

說，同時取決于〃”和TdL。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相

似。

帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性特點：電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路

中串入一個大電阻炸胚心、因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂；比較電壓”m與給定電壓

臨*的作用一致，好象把理想空載轉(zhuǎn)速提高了。這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機特

性。

(2)

(3)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點：飽和非線性控制、轉(zhuǎn)速超調(diào)、準(zhǔn)時

間最優(yōu)控制。

(4)由動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR

來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動的作用。在設(shè)計ASR時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。

(5)在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)量較遠，調(diào)節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié)

的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動的性能要差一些。雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流

內(nèi)環(huán)，阻壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回

來，抗擾性能大有改善.

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)器。當(dāng)系統(tǒng)帶額定負(fù)

載運

行時，轉(zhuǎn)速反饋線突然斷線，系統(tǒng)重新進入穩(wěn)態(tài)后，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓△乞是否

為零？為什么？

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)

n

系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓〃〃是增加還是減少？為什么？

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:Ps=3.7般,你劫機長,//7=201郎=1000〃11±1,電樞回路總電阻

=1.5Q,設(shè)〃口.二|1口二〃=8K,電樞回路最大電流/

nmtmomdm

=40，電力電子變換器的

放大系數(shù)心二40。試求：

(1)電流反饋系數(shù)D和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a;

(2)當(dāng)電動機在最高速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的UdUP、"、/值。

解：（1）穩(wěn)態(tài)時

〃口

因為/血=一莎

□

〃2

所以|J-=0.2K/4

=40

/如

〃匚8=0.008K□min/

ry=nm

1000

(2)電動機在最高速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時n=0

U沁=吸誦+A斤=40x1.5=60Au-=口耳=P4/=8r

1.5K

2?8在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR輸出達

到〃口=8時，主電路電流達到最大電流80A”當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時，試

im

問：

(1)〃口應(yīng)如何變化？

1

(2)〃應(yīng)如何變化？

(3)“°值由哪些條件決定？

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(fù)載在額定，作點正常運行，現(xiàn)因果種

原因使電動機勵磁電源電壓突然下降一半，系統(tǒng)1：作情況將會如何變化？寫出/口、

U你及n在系統(tǒng)重新進入穩(wěn)定后的表達式。

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)T=0.氐要求階躍響應(yīng)超調(diào)量

(1)求系統(tǒng)的開環(huán)增益；

(2)計算過度過程時間八和上升時間tT；

(3)繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時間r,<0.25s，則K=？，cy二？

241有一個系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為俗3)二二------------------，要求設(shè)計一個

咖TS+10.01S+1

無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量OV5%(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(gòu)，并選擇其參數(shù)。

⑸二￡5(75+

2126一個閉環(huán)系統(tǒng)，具控制對象的傳遞函數(shù)為"舄

，要求

0

5(0.

02s

+1)

校正為典型n型系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量0<30%(按線性系統(tǒng)考慮)。試決定調(diào)

節(jié)

器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。

(s)18

2-13調(diào)節(jié)對象的傳遞函數(shù)為必林，要求用調(diào)節(jié)器分別將其校

=(0.25s+1)(0.005s

+D

正為典型i型和n型系統(tǒng)，求調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。

2?14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，已知電司機的額定

數(shù)據(jù)為：。$二60￡俗，U=2207,1O=308A,=1000r/min,電動勢系數(shù)

G=0.196/0min/，?，主回路總電阻0.180,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)心=

35。電

磁時間常數(shù)7；=0.012s,機電時間常數(shù)石=0.12s,電流反饋濾波時間常數(shù)必二

0.0025s,

轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)乙二0.015s。額定轉(zhuǎn)速時的給定電(，:口)二10K,調(diào)節(jié)器ASR、

壓

ACR飽和輸出電壓〃口=8K,(/=6.5V°

imom

系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標(biāo)為：穩(wěn)態(tài)無靜差，調(diào)速范圍410,電流超調(diào)量o；＜5%,空載

起

動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量?！皏10%。試求：

(1)確定電流反饋系數(shù)0(假設(shè)起動電流限制在339A以內(nèi))和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)OC;

(2)試設(shè)計電流調(diào)節(jié)器ACR,計算其參數(shù)心、:、C,”?“畫出其電路圖，調(diào)節(jié)器輸

入回路電阻心=40￡Q;

(3)設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,計算其參數(shù)心、玖、①。(幾二40W);

(4)計算電動機帶40%額定負(fù)載起動到最低轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。八

(5)計算空栽起動到額定轉(zhuǎn)速的時間。

解：1.電流反饋系數(shù)口和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a分別為

〃口二二0.0236K/A

Ph8

%339

Uu==0.01Anmin/r

a=10

%1000

2.(1)確定時間常數(shù)

①整流裝置滯后時間常數(shù)Ts.按表1-2，三相零式電路的平均失控時間Ts=O.0033s.

②電流濾波時間常數(shù)陶?三相橋式電路每個波頭的時間是3.3ms,為了基本濾平波頭，應(yīng)有

(1-2)T°i=3.33ms，因此取T-2.5ms=0.0025s.

③電流環(huán)小時間常數(shù)之和口按小時間常數(shù)近似處理，取7人.二■+￡??=0.0058s

(2)選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)計要求o<5%,并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流調(diào)節(jié)器?電流

式控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)見式(2-57)-

T0.012s

檢查對電源電壓的抗擾性能：_==2.07,參照表2.3的典型I型系統(tǒng)動態(tài)

T0.0058s

抗擾性能,各項指標(biāo)都是可以接受的.

(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)：T=T=0.012s.

/1

電流環(huán)開環(huán)增益：要求O<5%時，按表2-2,應(yīng)取攵廠=0.5,因此

TO.0058s

Kr/?86X0.012X0.18

于是,ACR的比例系數(shù)=一一」-=0.225

為：

K,35x0.0236

電流環(huán)截止頻率：=K=86盧1

①晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件

11=1OU01>3

343x

滿足近似條件?0.0033s占

②忽略反電動勢變化對對電流環(huán)動態(tài)影響的條件

滿足近似條件.

③電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件

116.15(),

3TSTN30.0033sx0.0025s

滿足近似條件.

(5)計算調(diào)節(jié)器電阻電容

由圖2-25,按所用運算放大器取兒=40kQ,各電阻和電容值為

R：=K.R=0.225x402Q=%。

].33Xion6F=i.33p尸，取1.33y/

C=T^=Q>012F=

R：9x103

4F.4xO.0025,

-oi.F=0.25X!0O6F=0.25口尸，取0.2n產(chǎn)

40Xio*s

按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為o廠4.3%<5%(見表2-2),滿足設(shè)

要求.

3.(1)確定時間常數(shù)

1=27=2x0.()()58A=

?電流環(huán)等效時間常數(shù)1/心?已取K避.=0.5,刀().0116s

K/

1

②轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)Ton?根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取Ton=0.01S.

③轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)7-按小時間常數(shù)近似處理，取

E〃

L+J

=0.0116s+0.015s=0.026T

2+1)

K」

(2)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)吊帑結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求，選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)S)=TnS

(3)計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取治3,則ASR的超前時間常數(shù)

為7"=3x0.0266s=0.0798s

=hTn--------------

S

K產(chǎn)力+14c32=314io02

山式(2-75)nJ得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益：入

2處22x32X

0.02662

7是，由式(2?76)可得ASP的比例系數(shù)為:

(力+1)|3

。I2x3x0.01x0.18x

2力aRnr7T

0.0266

(4)檢驗近似條件3_(廠“=314.1x0.07985。1=25-1嚴(yán)

由式(2-33)得轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為：c“3〃

①電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為：

1KJ=8c01=40.6$d、

,滿足簡化條件

330.0058cn

E,

②轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為:

=25.2嚴(yán)

,滿足近似條件.

(5)計算調(diào)節(jié)器訶和電容=7.73x40WQ=309.2￡Q，取310￡0

根據(jù)圖2-27,取心二40kQ,

a6

rzj=F=0.257x10F=0.257口尸，取0.257y尸

0.0798

310x

103

474x0.015

onF=1.5x10U6Z7=1.5inF,MX1.5PF

R。40x103

(6)校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量當(dāng)h=3時，由表2-6查得,

o“=52.6%,不能滿足設(shè)計要求.實際上，由于表2-6是按線性系統(tǒng)

計算的，而突加階躍給定時,ASR飽和，不符合線性系統(tǒng)的前提,應(yīng)該按ASR退飽和的情況重新

計算超調(diào)量v

(7)由表2-7查得，由力=3得，△:x/=72.2%

339

—=L1

308x0.18

r308

An0266

刀〃=2x72.2%xl.lx0L196X°-

n9.96%<10%

-z)

10000.12

4.如果只起動

5?空載起動到額定轉(zhuǎn)速的時間

06口7.73xx0.0266=0.386s

10

□()刀”口4&□0.0236x308

?KU

〃口f□

□QUndi.°口

2?15有一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)謊速系統(tǒng)，主電路采用三相橋式整流電路。已知電動機參數(shù)為:

P,二555凰，U=750P,r=7604nf=375F/min,電動勢系數(shù)Q=582K□min/廠,電樞回

路總電阻R=0.14Q,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)

斤$=75。電磁時間常數(shù)7；=0.0315,機電時間常數(shù)石=0.112s,電流反饋濾波時間常數(shù)

Toi=，轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(shù)焉二o設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓

0.00250.025

廣二廠二U=10K,調(diào)節(jié)器輸入電阻斤=40W.

nmmiom1)

設(shè)計指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量O；<5%,空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量

0/?<1()%0電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計，并取參數(shù)KT=0.5o

(1)選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并計算其參數(shù)；

(2)計算出流環(huán)的截止頻率3c和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率3紉，并考慮它們是否合理。

2-16在一個轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)V—M系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR,電流調(diào)節(jié)器ACR均采用

PT調(diào)節(jié)器。

(1)在此系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號最大值〃口=15K時，n=a=1500r/

nmN

min；電

流給定信號最大值〃角二ior時，允許最大電液/>30〃，電樞回路總電阻&二2Q,晶

聞管裝置的放大倍數(shù)Ks=,電動機額定電流IN=2。，電動勢系數(shù)

30A

C=0.128PDmin/r,現(xiàn)系統(tǒng)在〃口=5K,7=20/(時穩(wěn)定運行.求此時的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n=?cnal

ACR的輸出電壓〃。T

(2)當(dāng)系統(tǒng)在上述情況下運行時，電動機突然失磁(①=0),系統(tǒng)將會發(fā)生什么現(xiàn)象？

試分析并說明。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來，則穩(wěn)定后尸？uJUJIdJucA-n?-

□

(3)該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型n型系統(tǒng)設(shè)計，且按財血準(zhǔn)則選擇參數(shù)，取中頻寬25,

已知轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)P=0.05s,求轉(zhuǎn)速環(huán)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(/血二0)效額定負(fù)我時，電流公和轉(zhuǎn)速n的動態(tài)過程波形是

怎樣的？已知機電時間常數(shù)刀尸0.055,計算其最大動態(tài)速降△/?嘶和恢復(fù)時間?。

2/7有?轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的H性形雙極式PWM直流調(diào)速系統(tǒng)，已知電動機參數(shù)為：

=2()0H',UN=48P,人=3.7人/四二久乂萬八口^^電樞電阻凡=6.5Q,電樞回路總電阻冗二

8Q,允許電流過載倍數(shù)入二2，電勢系數(shù)Q=0.12K□min/r,電磁時間常數(shù)

Tf=0.015s，機電時間常數(shù)乙=0.2s,，電流反饋濾波時間常數(shù)=0.（X）I5，轉(zhuǎn)速

反饋

波波時間常數(shù)砂二0.005s。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓伽口幣〃口。"一U=10K,調(diào)節(jié)

器輸入

電阻心=40>CQ。已計算出晶體管D202的開關(guān)頻率仁1kHz,PWM環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)

心=4.80

試對該系統(tǒng)進行動態(tài)參數(shù)設(shè)計，設(shè)計指標(biāo)：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量o.<5%;空戰(zhàn)起

引到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量o“v20%;過載過程時間一<0-Iso

第3章直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制

34直流電機額定轉(zhuǎn)速?=375P/min,電樞電流額定值為/洲=760，允許過流倍

數(shù)

入=1.5,計算機內(nèi)部定點數(shù)占一個字的位置（16位），試確定數(shù)字控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速反饋

存

儲系數(shù)和電流反饋存儲系數(shù)，適當(dāng)考慮余量。

解：定點數(shù)長度為1個字（16位），但最高位須用作符號位，只有15位可表示量值，故最大存

儲值Dmax=2凡1。電樞電流最大允許值為1.5卜,考慮到調(diào)節(jié)過程中瞬時值可能超過此值，故

取WI.SIN0因此，電樞電流存儲系數(shù)為

□1=23.95/'

2二32768

Kp二

1.8/.v1.8x760

額定轉(zhuǎn)速nN=375r/min,取nmax=l.3nN,則轉(zhuǎn)速存儲系數(shù)為

2,5□132768

Ka=--------=k~3-*—min/r=67.21min/r

1.3/?、375

對上述運算結(jié)果取整得心，=23〃巴K==67min/八

Pa

3?2旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)為1024,倍頻系數(shù)為4,高