《54419《电力拖动自动控制系统——运动控制系统（第5版）》阮毅、杨影、陈伯时（习题解答）第2-5章习题解答.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《54419《电力拖动自动控制系统——运动控制系统（第5版）》阮毅、杨影、陈伯时（习题解答）第2-5章习题解答.doc（20页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、习题解答（供参考）2.1试分析有制动电流通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的？解：减小控制电压，使Ug1得正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压Ud降低，使得EUd，电机流过反向电流，电机进入制动状态。0t ton时，通过二极管VD1续流，在tont36.8满足系统稳定条件。3.7 有一个PWM变换器供电的直流调速系统，已知：电动机：，r/min，=1.5，整流装置内阻=0.2， PWM变换器的放大倍数。(1)系统开环工作时，试计算调速范围时的静差率值。(2)当，时，计算系统允许的稳态速降。(3)如组成转速负反馈有静差调速系统，要求，在时，计算转速负反馈系数和放大器放大
2、系数。解：（1），静差率（2）当，时，（3）估算习题四4.1双闭环调速系统的ASR和ACR均为PI调节器，设系统最大给定电压=15V，转速调节器限幅值为=15V， nN=1500r/min，=20A，电流过载倍数为2，电枢回路总电阻=2，=20，=0.127Vmin/r，求：（1）当系统稳定运行在=5V，=10A时，系统的、和各为多少？（2）当电动机负载过大而堵转时，和各为多少？解：（1）（2）堵转时， 4.2 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：电动机：=3.7kW， =220V， =20A， =1000 r/min ,电枢回路总电阻=1.5,设
3、 =8V，电枢回路最大电流=40A,电力电子变换器的放大系数=40。试求：（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值。解:1） 2) 这时： ，ASR处于饱和，输出最大电流给定。 4.3 在转速、电流双闭环调速系统中，调节器ASR，ACR均采用PI调节器。当ASR输出达到 =8V时，主电路电流达到最大电流80A。当负载电流由40A增加到70A时，试问：（1） 应如何变化？（2）应如何变化？（3）值由哪些条件决定？解: 1) 就是电流的给定，因此当电流从40A到70A时， 应从4V到7V变化。 2) 要有所增加。 3) 取决于电机速度和负载大小。因为 4.4 在转速
4、、电流双闭环调速系统中，电流过载倍数为2，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行，现因某种原因功率变换器供电电压上升5%，系统工作情况将会如何变化？写出及n在系统重新进入稳定后的表达式。解： 双闭环系统中，由于有电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节。重新稳定后，4.5 某反馈控制系统已校正成典型I型系统。已知时间常数T=0.1s, 要求阶跃响应超调量10。（1） 系统的开环增益。（2） 计算过渡过程时间 和上升时间 ；（3） 绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间 0.25s, 则K=?，=?（3）绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间，求K, .解：取(1) 系统开环增益：
5、(2) 上升时间过度过程时间：（3）如要求，则应取这样,超调量=16.3%。4.6 有一个系统，其控制对象的传递函数为，要求设计一个无静差系统，在阶跃输入下系统超调量5%（按线性系统考虑）。试对该系统进行动态校正，决定调节器结构，并选择其参数。解：可选择积分调节器，设其传递函数为：，则校正成新系统的传递函数为：，将原系统校正成型系统以实现无静差，按5%要求查表取：KT=0.5即：10Ki0.01=0.5，得：Ki=5。4.7 有一个闭环系统，其控制对象的传递函数为，要求校正为典型型系统，在阶跃输入下系统超调量%30%（按线性系统考虑）。试决定调节器结构，并选择其参数解：应选择PI调节器，校正后
6、系统开环传递函数，对照典型型系统，K=KPIK1/，=hT，选h=8，查表得：%=27.2%，满足设计要求。=hT=8*0.02=0.16 s。K=（h+1）/（2h2T2）=175.78，KPI=K/K1=2.81。4.8在一个由PWM变换器供电的转速、电流双闭环调速系统中，PWM变换器的开关频率为8kHz。已知电动机的额定数据为：kW , V , A , r/min , 电动势系数=0.196 Vmin/r , 主回路总电阻=0.1,变换器的放大倍数=35。电磁时间常数=0.01s,机电时间常数=0.12s,电流反馈滤波时间常数=0.0025s,转速反馈滤波时间常数=0.015s。额定转速
7、时的给定电压(Un*)N =10V,调节器ASR，ACR饱和输出电压Uim*=8V,Ucm =8V。系统的静、动态指标为:稳态无静差,调速范围D=10,电流超调量5% ,空载起动到额定转速时的转速超调量15%。试求：（1）确定电流反馈系数(假设起动电流限制在以内)和转速反馈系数。（2）试设计电流调节器ACR,计算其参数Ri, 、Ci 、COi。画出其电路图,调节器输入回路电阻R0=40。（3）设计转速调节器ASR,计算其参数Rn 、Cn 、COn。(R0=40k)（4）计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量n。（5）计算空载起动到额定转速的时间。解：（1）V/A （2）电流调节
8、器设计 确定时间常数：(a)(b) ,因此取=0.0006。(c)=0.000725s。电流调节器结构确定：因为，可按典型I型系统设计，选用PI调节器，,电流调节器参数确定: =0.01s。电流环开环增益：要求时，按表4-1，应取，因此 于是，ACR的比例系数为校验等效条件：电流环截止频率： （1）校验整流装置传递函数的近似条件 满足近似条件（2）校验忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件 满足近似条件（3）校验电流环小时间常数近似处理条件 满足近似条件可见满足近似等效条件，电流调节器的实现：选,则：,取9K.（3）电流环等效时间常数则速度调节器结构确定：按照无静差的要求，应选用PI调节器，
9、速度调节器参数确定：转速环开环增益ASR的比例系数校验等效条件：转速环截止频率满足简化条件满足简化条件转速超调量的校验 (空载Z=0）转速超调量的校验结果表明，上述设计不符合要求。因此需重新设计。4.9 有一转速、电流双闭环调速系统,主电路采用三相桥式整流电路。已知电动机参数为：PN =500kW，UN =750V，IN =760A，nN=375 r/min，电动势系数Ce =1.82Vmin/r, 电枢回路总电阻R=0.14,允许电流过载倍数=1.5,变换器的放大倍数Ks=75,电磁时间常数=0.031s,机电时间常数=0.112s,电流反馈滤波时间常数=0.0006s,转速反馈滤波时间常数
10、=0.02s。设调节器输入输出电压Unm*=Uim*= Unm =10V,调节器输入电阻R0=40k。设计指标:稳态无静差，电流超调量5%，空载起动到额定转速时的转速超调量10%。电流调节器已按典型I型系统设计,并取参数KT=0.5。（1）选择转速调节器结构,并计算其参数。（2）计算电流环的截止频率和转速环的截止频率，并考虑它们是否合理?解：（1）电流调节器已按典型I型系统设计如下：确定时间常数：确定时间常数：(a)(b) ,因此取=0.0006。(c)=0.000725s。电流调节器结构确定：因为%5%，可按典型I型系统设计，选用PI调节器， ，=42.76。抗扰性能满足要求。 电流调节器参
11、数确定：， 校验等效条件：，可见满足近似等效条件。电流调节器的实现：选R0=40K，则 取36K速度调节器设计速度调节器结构确定：则电流环时间常数按照无静差的要求，应选用PI调节器， 速度调节器参数确定：转速环开环增益ASR的比例系数校验等效条件：转速环截止频率满足简化条件满足简化条件速度调节器的实现：选R0=40K，则 2) 电流环的截止频率是： 速度环的截止频率是： 从电流环和速度环的截止频率可以看出，电流环比速度环要快，在保证每个环都稳定的情况下，再求系统的快速性，充分体现了多环控制系统的设计特点。4.10 在一个转速、电流双闭环直流调速系统中，采用PWM变换器供电，转速调节器ASR，电
12、流调节器ACR均采用PI调节器。（1）在此系统中,当转速给定信号最大值Unm*=15V时,n=nN=1500 r/min;电流给定信号最大值Uim*=10V时,允许最大电流Idm=30A,电枢回路总电阻R=1.4,PWM变换器的放大倍数Ks=30 ,电动机额定电流IN =20A ,电动势系数Ce =0.128Vmin/r。现系统在Un*=5V ,Idl=20A时稳定运行。求此时的稳态转速n=? ACR的输出电压Uc =?（2）当系统在上述情况下运行时,电动机突然失磁(=0) , 系统将会发生什么现象? 试分析并说明之。若系统能够稳定下来,则稳定后n=? Un=? Ui*=? Ui=? Id=?
13、 Uc =? （3）该系统转速环按典型型系统设计, 且按Mrmin准则选择参数,取中频宽h=5, 已知转速环小时间常数Tn =0.05s ,求转速环在跟随给定作用下的开环传递函数,并计算出放大系数及各时间常数。（4）该系统由空载(=0)突加额定负载时,电流和转速的动态过程波形是怎样的?已知机电时间常数=0.05s,计算其最大动态速降和恢复时间1) 2) 在上述稳定运行情况下，电动机突然失磁（=0）则电动机无电动转矩，转速迅速下降到零，转速调节器很快达到饱和，要求整流装置输出最大电流Idm 。因此，系统稳定后， 3) 在跟随给定作用下，转速环处于线性状态，此时系统的开环传递函数是：4) 空载突加额定负载时，转速有动态降落。习题五:5.1旋转编码器光栅数1024，倍频系数4，高频时钟脉冲频率，旋转编码器输出的脉冲个数和高频时钟脉冲个数均采用16位计数器，M法测速时间为0.01s，求转速和时的测速分辨率和误差率最大值。解：（1）M法：分辨率最大误差率：时， 时，时，时，可见M法适合高速。（2）T法：分辨率：时，时，最大误差率：，当时，当时，时，时，可见T法适合低速