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1、精选优质文档-倾情为你奉上第1章 单环控制直流调速系统1-1 什么叫调速范围？什么叫静差率？调速范围与静态速降和最小静差率有什么关系？如何扩大调速范围？为什么？答：最高转速和最低转速之比叫做调速范围，。静差率是负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落nN与理想空载转速n0之比。调速范围、静差率和额定速降之间的关系是：只有设法减小静态速降nN才能扩大调速范围，减小静差率，提高转速的稳定度。1-2 在直流调速系统中，改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？若给定电压不变，调整反馈电压的分压比，是否能够改变转速？为什么？答：改变给定电压可以电动机的转速，因为系统对给定作用的变化唯命是从；调整反馈
2、电压的分压比可以改变转速，因为。1-3 转速负反馈系统的开环放大系数为10，在额定负载时电动机转速降为50r/min，如果将系统开环放大系数提高为30，它的转速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？解：，又，则开环放大系数提高为30，由，和不变，则所以，在同样静差率要求下，调速范围可以扩大2.82倍.1-4 某调速系统的调速范围是1001000 r/min，要求S=5%，系统允许的静态转速降是多少？如果开环系统的静态转速降为50 r/min，则闭环系统的开环放大系数应为多大？解： ，又，则1-5 某调速系统的调速范围D=10，额定转速nN=1000 r/min，开环转速降nN=
3、200 r/min，若要求系统的静差率由15%减小到5，则系统的开环放大系数将如何变化？解：，开环放大系数扩大3.58倍。1-6 在转速负反馈系统中，当电网电压、负载转矩、励磁电流、电枢电阻、测速发电机磁场各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对它们有无调节能力？为什么？答：见图。系统对反馈环内前向通道上的扰动作用能够调节，其它无能为力。测速发电机磁场发生变化不能调节。1-7 积分调节器有哪些主要功能特点？采用积分调节器的转速负反馈调速系统为什么能使转速无静差？答：积分调节器主要功能特点：（1）延缓作用；（2）积累作用；（3）记忆作用；（4）动态放大系数自动变化的作用。在动态过程中，当Un
4、变化时，只要其极性不变，积分调节器的输出Uc便一直增长；只有达到, Un =0时，Uc才停止上升；不到Un变负，Uc不会下降。Un=0时， Uc并不是零，而是一个终值；如果Un不再变化，这个终值便保持恒定而不再变化，这是积分控制的特点。因此，积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行，实现无静差调速。1-10 在无静差调速系统中，如果转速检测环节参数或转速给定电压发生了变化，是否会影响调速系统的稳态精度？为什么？答：受它们的影响。因为给定电源和测速发电机的扰动系统无法克服。因为闭环系统的运作是依靠给定的电源电压发号施令的，如果“指令”发生偏差，系统必然依令运作，偏离原来的给定值，可见系统的
5、精度有赖于给定电源的精度，高精度系统需要有高精度的给定电源。反馈检测装置的误差也是反馈控制系统无法克服的。比如测速发电机励磁不稳定，转速反馈回路中电位器阻值在运行中变大，直流测速发电机输出电压中出现纹波等，闭环系统对这些误差引起转速的变化是无法克服的。1-11 设某V-M调速系统，电动机参数为PN=2.5kW，UN=220V，IN=14A，nN=1500r/min，电动机内阻Ra=2，整流装置等电阻Rr=1，触发整流装置的放大系数Ks=30。要求调速范围D=20，静差率S8%。 （1）计算开环系统的静态速降和调速指标要求的静态速降。 （2）画出转速负反馈组成的单闭环有静差调速系统的静态结构图。
6、 （3）调整该系统参数，使得当=10V时，Id=IN，n=1500r/min，计算转速反馈系数。 （4）计算所需放大器放大倍数。解：（1）， =6.52（r/min）（2）单闭环有静差调速系统的静态结构图：（3）=0.0067（Vmin/r）（4）1-12 某调速系统如图1-8所示，已知数据如下：电动机的PN=30 kW，UN=220V，IN=160A，nN=1000r/min，Ra=0.1，整流装置内阻Rr=0.3，Ks=40，额定转速时给定电压=12V，主回路电流最大时电流反馈电压整定为10 V。 调速系统要求是D=40，S0.1，堵转电流Idbl=1.5IN，截止电流Idcr=1.1IN
7、。（1）试画出调速系统静态结构图。（2）计算转速反馈系数。（3）计算放大器的放大系数KP及其参数R0和R1。（4）计算稳压管的稳压值。解：（1）调速系统静态结构图：（2）=0.012（Vmin/r）（3）， =2.78（r/min），（4）1-13 某调速系统原理图如图1-26所示，已知数据如下：直流电动机PN=18kW，UN=220V，IN=94A，nN=1000r/min，Ra=0.15，整流装置内阻Rr=0.3，触发整流环节的放大倍数Ks=40。最大给定电压=15V，当主电路电流达到最大值时，整定电流反馈电压Uim=10V。设计指标：要求系统满足调速范围D=20，静差率S10%，堵转电流
8、Idbl=1.5IN，截止电流Idcr=1.1IN。（1）试画出调速系统静态结构图。（2）计算转速反馈系数。（3）计算放大器的放大系数KP。（4）计算电阻R1的数值（放大器输入电阻R0=20k）。（5）计算电阻R2的数值和稳压管VS的击穿电压值。解：（1）调速系统静态结构图：（2）（3） = =5.56（r/min），取K=36，取Kp=13（4）取,则（5）第2章 多环控制直流调速系统2-1 在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大系数行不行？改变触发整流装置的放大系数行不行？改变转速反馈系数行不行？答：改变电动机的转速,应调节给定电压。改变转
9、速调节器的放大系数和触发整流装置的放大系数不可以。改变转速反馈系数可以。2-2 在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器在动态过程中起什么作用？电流调节器起什么作用？答：1.转速调节器的作用（1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它能使转速n很快地跟随给定电压的变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。（2）对负载变化起抗扰作用。（3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。2.电流调节器的作用（1）作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出量）的变化。（2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。（3）在转速动态过程中，保证
10、获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。2-3 转速、电流双闭环调速系统起动过程的3个阶段中，转速调节器是不是都在起调节作用？电流调节器呢？答：恒流升速阶段转速调节器不起调节作用；电流调节器3个阶段均起作用。2-6 在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器与电流调节器为什么采用PI调节器？它们的输出限幅如何整定？答：为了获得良好的静态和动态性能，通常转速调节器ASR和电流调节器ACR均采用PI调节器，两个调节器的输出均带有限幅。转速调节器（AS
11、R）的输出限幅值：电流调节器（ACR）的输出限幅值：2-9 转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，转速调节器与电流调节器输入偏差各为多大？答：系统稳定运行时，两个调节器都不饱和，它们的输入偏差电压都是零。2-10 转速、电流双闭环调速系统的转速调节器在哪些情况下会出现饱和？电流调节器在启动过程中能否饱和？为什么？答：转速调节器在启动过程的恒流升速阶段、电动机突然失磁、转速反馈突然断线等情况下会出现饱和。电流调节器在启动过程中不能饱和：启动时，ACR应保证获得电机允许的最大电流恒定，从而加快转速动态过程。2-11 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器ASR、ACR均采用PI调节器。已知参数UN
12、=220V，IN=20A，nN=1000r/min，电枢回路总电阻R=1，设=10V，电枢回路最大电流Idm=40A，触发整流装置的放大系数Ks=40。试求如下问题。（1）电流反馈系数和转速反馈系数；（2）当电动机在最高转速发生堵转时的Ud0、Ui、Uc值。解：（1）电流反馈系数 转速反馈系数 （2）电机在最高转速发生堵转时，转速为，则 ASR输出电压为，则 ACR 输出电压为 2-12 在转速、电流双闭环调速系统中，出现电网电压波动与负载扰动时，哪个调节器起主要作用？答：转速调节器对负载变化起抗扰作用；电流调节器对电网电压波动起及时抗扰作用。2-13 试从下述几方面来比较双闭环调速系统和带电
13、流截止负反馈的单闭环调速系统。（1）静特性。（2）动态限流特性。（3）起动快速性。（4）抗负载扰动性能。（5）抗电源电压波动的性能。答：（1）调速系统的静态特性一样。 （2）动态限流性能，双闭环调速系统好。 （3）起动的快速性，双闭环调速系统好。 （4）抗负载扰动的性能，双闭环调速系统好。（5）抗电源电压波动的性能，双闭环调速系统好。2-14 某反馈控制系统已校正成典型型系统，已知时间常数T =0.1s，要求阶跃响应超调量10%。 （1）求系统的开环增益。（2）计算过渡过程时间ts和上升时间tr。（3）绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间trci=86.2 s-1s-1ci=86.2 s-1
14、满足近似等效条件。计算调节器电阻和电容取R0=40k，则Ri= KiR0=0.172440 k=6.896k，取7kF=1.7F，取2.0FF=0.25F，取0.3F按上述参数，电流环可达到的动态跟随性能指标为i=4.3%cns-1cn满足近似等效条件校核转速超调量当h=5时，查表得 ，10%转速超调量的检验结果表明，上述设计不符合要求，因此需重新设计。按h=3速度调节器参数确定如下：检验等效条件转速环截止角频率为s-1s-1cns-1cn满足近似等效条件转速超调量检验：当h=3时，查表得 10%转速超调量的检验结果表明，上述设计符合要求。计算调节器电阻和电容取R0=40k，则k，取Rn=32
15、0kF，取Cn=0.2FF，取Con=1F（4）， 查表，h=5， 所以，（5）2-19 有一转速、电流双闭环调速系统，采用三相桥式整流电路，已知电动机参数：PN=550kW，UN=750V，IN=775A，nN=375r/min， Ce=1.92Vmin/r，电枢回路总电阻R=0.12，允许电流过载倍数=1.5，触发整流装置的放大系数Ks=75，电磁时间常数Tl=0.03s，机电时间常数Tm=0.09s，电流反馈滤波时间常数Toi=0.002s，转速反馈滤波时间常数Ton=0.02s。设调节器输入输出电压=12V，调节器输入电阻R0=40k。设计指标：稳态无静差，电流超调量i5%，空载起动到
16、额定转速时的转速超调量n10%。电流调节器已按典型型系统设计，并取参数KT=0.5。试求如下问题。（1）选择转速调节器结构，并计算其参数。（2）计算电流环的截止角频率ci和转速环的截止角频率cn，并考虑它们是否合理。解：（1）采用PI调节器，i5%，取KITi=0.5，则按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5，则，转速超调量检验：当h=5时，查表得 ，ci=136.2 s-1s-1ci=136.2 s-1 s-1满足近似等效条件s-1cns-1cn满足近似等效条件第3章直流电机可逆调速及直流斩波调速系统3-1.环流分为哪几类？有什么优缺点？答：环流分为两大类：静态环流和动态环流。静态环流又分为
17、直流平均环流和瞬时脉动环流。优点：在保证晶闸管安全工作的前提下，适度的环流能使晶闸管-电动机系统在空载或轻载时保持电流连续，避免电流断续对系统性能的影响。可逆系统中的少量环流，可以保证电流无换向死区，加快过渡过程。缺点：环流的存在会显著地加重晶闸管和变压器负担，消耗无用功率，环流太大时甚至会损坏晶闸管，为此必须予以抑制。3-5 配合控制可以消除直流平均环流，为什么还需要环流电抗器？答：由于整流器电压和逆变器电压瞬时值不相等从而产生瞬时脉动环流。在环流回路串入环流电抗器，可以抑制瞬时脉动环流。3-10.试简述瞬时脉动环流及其抑制方法。答：由于整流器电压和逆变器电压瞬时值不相等从而产生瞬时脉动环流
18、。在环流回路串入环流电抗器，可以抑制瞬时脉动环流。3-11. 两组晶闸管反并联调速时为什么要限制最小逆变角？答：为了防止晶闸管装置在逆变状态工作中逆变角太小而导致环流失败，出现“逆变颠覆”，必须在控制电路中进行限幅，形成最小逆变角min保护。3-13无环流逻辑控制环节的任务是什么？答：当需要切换到正组晶闸管工作时，封锁反组触发脉冲而开放正组脉冲，当需要切换到反组工作时，封锁正组而开放反组。3-15.试分析逻辑无环流直流调速系统正向电动和制动时晶闸管的状态。答：正向电动：VF整流；VR封锁。 正向制动：本组逆变阶段，VF逆变回馈电能，封锁它组；它组反接制动状态，VR整流，封锁正组；它组回馈制动阶
19、段，VR逆变回馈电能，封锁正组。3-17.一个逻辑无环流调速系统在某一速度稳定工作时，速度给定信号，速度调节器ASR输出，现在突然把由8V降至4V，稳定后速度调节器输出？试分析此过程逻辑切换装置是否改变？为什么？在这种情况下（由8V降至4V） ，系统中晶闸管经过几种状态？答：稳态运行时， ，ASR的输出量是由负载电流决定的。所以，稳定后速度调节器输出仍然为。 转速、电流曲线 ASR输出此过程逻辑切换装置发生改变：因为正向制动开始时极性由负变正，且检测到了零电平信号；正向制动结束时极性由正变负，且检测到了零电平信号。由8V降至4V，为正向减速过程。首先进入本组逆变阶段，VF逆变回馈电能，封锁它组
20、；它组反接制动状态，VR整流，封锁正组；它组回馈制动阶段，VR逆变回馈电能，封锁正组。当-Id反向过0后，封锁反组，开放正组，VF整流，电机电动运行。3-24.如何限制泵升电压？答：采用泵升电压抑制电路：开关器件VTb 在泵升电压达到允许数值时接通，镇流电阻Rb消耗掉部分动能。第4章MATLAB简介22及直流调速系统仿真4-2在直流调速系统仿真中，常用到PI模块、Synchronized 6-Pluse Generator模块、Discrete PWM Generator模块等，试说明这些模块的作用。答：PI模块：用于转速、电流的比例积分控制。Synchronized 6-Pluse Gene
21、rator模块：为整流桥提供相位可控的六路触发脉冲。Discrete PWM Generator模块：生成PWM波形。4-4双闭环直流脉宽可逆调速系统定量仿真中，试改变不同给定信号，仿真出转速结果。仿真实例：给定数据如下：直流电动机：220V，136A，1460r/min，Ce=0.132Vmin/r，允许过载倍数=1.5；晶闸管装置放大系数Ks=40； 电枢回路总电阻R=0.5；Tl= 0. 03 s, Tm=0. 075s;= 0.05 V/A (10V/1.5IN)。=0.0067 Vmin/r (10V/nN) , 电流滤波时间常数Toi=0.002s，转速滤波时间常数Ton=0.01s。仿真模型建立如下：仿真结果： 专心-专注-专业