1、电力拖动自动控制系统运动控制系统第4版思考题答案精习题解答(供参考习题二2.2 系统的调速范围是 1000100min r ,要求静差率 s=2%,那么系统允许的静差转速降是 多少? 解:1000(100.98 2.04(1 n n s n rpm s =-系统允许的静态速降为 2.04rpm 。2.3 某一调速系统,在额定负载下,最高转速特性为 0max 1500min n r =,最低转速特性为 0min 150min n r =,带额定负载时的速度降落 15min N n r =,且在不同转速下额定速降 不变,试问系统能够达到的调速范围有多大?系统允许的静差率是多少?解:1调速范围 ma
2、x min D n n =(均指额定负载情况下max 0max 1500151485N n n n =-=-=min 0min 15015135N n n n =-=-=max min 11D n n =2 静差率 010%N s n n = 2.4 直流电动机为 P N =74kW,UN=220V, I N =378A, n N =1430r/min, Ra=0.023。相控整流 器内阻 Rrec=0.022。采用降压调速。 当生产机械要求 s=20%时,求系统的调速范围。如果 s=30%时,则系统的调速范围又为多少? 解:( (2203780.023 0.1478N N a N Ce U
3、I R n V rpm =-=-=378(0. 023022 0. 1478115N n I C er p m =+=(1 14300. 2115(10. 2 3. 1N D n n s =-=-=(1 14300. 3115(10. 3 5. 33N D n n s =-=-= 2.5 某 龙 门 刨 床 工 作 台 采 用 V-M 调 速 系 统 。 已 知 直 流 电 动 机60, 220, 305, 1000min N N N N P kW U V I A n r =,主电路总电阻 R=0.18,Ce=0.2V min/r,求:(1当电流连续时,在额定负载下的转速降落 N n 为多少?
4、(2开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率 N S 多少?(3若要满足 D=20,s 5%的要求,额定负载下的转速降落 N n 又为多少 ?解:(13050.180.2274.5/min N N n I R r =(2 0(1000274.5 21.5%N N S n n =+= (3 (110000.952.63/min N n n S D s r =-=2.6 有一晶闸管稳压电源,其稳态结构图如图所示,已知给定电压 *8.8u U V =、比例调节器 放大系数 2P K =、 晶闸管装置放大系数 15S K =、 反馈系数 =0.7。 求:(1 输出电压 d U ;(2若把反馈线断开,
5、 d U 为何值?开环时的输出电压是闭环是的多少倍?(3若把反馈 系数减至 =0.35,当保持同样的输出电压时,给定电压 *u U 应为多少?解:(1 *(1 215(12150.7 12d p s u p s U K K U K K V =+=+=(2 8.8215264d U V =, 开环输出电压是闭环的 22倍(3 *(1 12(12150.35 15 4.6u d p s p s U U K K K K V =+=+=2.7 某闭环调速系统的调速范围是 1500r/min150r/min,要求系统的静差率 5%s ,那么 系统允许的静态速降是多少?如果开环系统的静态速降是 100r/
6、min, 则闭环系统的开环放大 倍数应有多大?解: 1 (s n s n D N N -=1/1015002%/98%N n =15002%/98%103.06/min N n r =2 (7. 31106. 3/1001/=-=-=cl op n n K2.8 某闭环调速系统的开环放大倍数为 15时,额定负载下电动机的速降为 8 r/min,如果将 开环放大倍数提高到 30,它的速降为多少?在同样静差率要求下,调速范围可以扩大多少 倍?解: (12881511=+=+=cl op n K n如果将开环放大倍数提高到 30, 则速降为: (rpm K n n op cl 13. 4301/12
7、81/=+=+=在同样静差率要求下, D 可以扩大 937. 1/21=cl cl n n 倍2.9 有一 V-M 调速系统:电动机参数 P N =2.2kW, UN =220V, IN =12.5A, nN =1500 r/min,电枢 电阻 R a =1.5,电枢回路电抗器电阻 RL=0.8,整流装置内阻 R rec =1.0,触发整流环节的放 大倍数 K s =35。要求系统满足调速范围 D=20,静差率 S=不符合要求,取 需加电流反馈放大器由于需要的检测电阻值大, 说明要求的电流信号值也大。 要同时满足检测电阻小和电流 信号大的要求,则必须采用放大器,对电流信号进行放大。为此,取 1
8、.1s R =,则 151.116.5com dcr s U I R V = (3 当 dcr d I I 时,有(K C I R K K K R K C U K U K K K C RI K C U I R K K K K C U K K n e d s i s p e com i n s p e d e com d s i s p e n s p +-+=+-+-+=1/1/1/1/1/*当 n=0时,(*/dbl p s n i com p s i s n i com i s I K K U K U R K K K R U K U K R =+(251516.5/1.115/22.513
9、.51.36i i i K K K =+=-=2.11在题 2.9的系统中, 若主电路电感 L=50mH, 系统运动部分的飞轮惯量 22GD =1.6Nm, 整流装置采用三相零式电路, 试判断按题 2-9要求设计的转速负反馈系统能否稳定运行?如要保证系统稳定运行,允许的最大开环放大系数是多少?解: mH L 50=, 226. 1Nm GD =, 3.3R =, 0.134/eC V rpm =(2/0.05/3.30.015/3751.63.3/3750.1340.13430/3.145.28/64.330.0820.00333l m e m s T L R sT GD R C C s T
10、s=(222/0.0820.0150.003330.00333/0.0151*0.003330.00150.00333/0.0000498330.52l m l s s s K T T T T T T 35.955相矛盾,故系统不稳定。要使系统能够稳定运行, K 最大为 30.52。 2.12 有一个晶闸 -电动机调速系统, 已知:电动机:kW P N 8. 2=, V U N 220=, A I N 6. 15=, 1500=N n r/min, a R =1.5, 整流装置内阻 rec R =1, 电枢回路电抗器电阻 L R =0.8, 触发整流环节的放大倍数 35=s K 。(1系统开环
11、工作时,试计算调速范围 30=D 时的静差率 s 值。(2当 30=D , %10=s 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 30=D , %10=s ,在 V U n 10*=时 N d I I =,N n n =,计算转速负反馈系数 和放大器放大系数 p K 。解:(r V C e min/1311. 01500/5. 16. 15220=-=(1(min 0min /15.63.3/0.1311392.68/min 1500/3050/392.68/392.685088.7%op N e op n I R C r n s n n =+=(2(min/56.
12、 59. 0/550/1. 0r n n n =+=(3(=+-+=e s p e d e n s p C K K K K C I R K C U K K n /1/1/* (=-=-=+-+=5. 52156. 5/48. 2971/1/6. 151/1500*cl op e e n s p n n K K C R K C U K K 2.13旋转编码器光栅数 1024,倍频系数 4,高频时钟脉冲频率 MHz 1f 0=,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m in /r 1500n =和 m in /r 150n =时的
13、测速分辨率和误差率最大值。解:(1 M 法:分辨率 min /465. 101. 0410246060r ZT Q c =最大误差率:=cZT M n 160 m in /1500r n =时, 10246001. 0102441500601=c nZT M m in /150r n =时, 4. 1026001. 010244150601=c nZT Mm in /1500r 时, %098. 0%10010241%1001%1max =M m in /150r 时, %98. 0%1004. 1021%1001%1max =M 可见 M 法适合高速。(2 T 法: 分辨率:m in /15
14、00r n =时, min /17115004102510160150041024606202r Zn f Zn Q =-=-= m in /150r n =时, min /55. 1150410241016015041024606202r Zn f Zn Q =-=-=最大误差率:2060ZM f n =, Znf M 0260=, 当 m in /1500r n =时, 77. 9150041024106062=M 当 m in /150r n =时, 7. 9715041024106062=M m in /1500r n =时, %4. 11%100177. 91%10011%2max
15、=-=-=M m in /150r n =时, %1%10017. 971%10011%2max =-=-=M 可见 T 法适合低速习题三3.1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 *nm U =15V,N n =1500r/min, N I =20A, 电 流 过 载 倍 数 为 2, 电 枢 回 路 总 电 阻 R =2, s K =20,e C =0.127Vmin/r,求:(1当系统稳定运行在 *n U =5V, dL I =10A时,系统的 n 、 n U 、 *i U 、i U 和 c U 各为多少?(2当电动机负载过大而堵转时, *i U
16、和 c U 各为多少?解:(1*0*/15/15000.01/55,5000.01/150.375/400.375*103.750.127*50010*24.17520500, 5, 3.75, nm N nnim dm i d i d dL e N dL C s s s n i i c U n V rpm V rpmU VU V n rpmV rpmU V V AI AU I V U U E I R C n I R U V K K K n rpm U V U U V U =+=当 转速 即4.175v=(2堵转时, V I U dm i 15*=,(040*2420e d d dm c s
17、s s C n I R U I R U VK K K +=3.2 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:N P =3.7kW, N U =220V, N I =20A, N n =1000 r/min ,电枢回路总电阻 R =1.5,设 cm im nm U U U =* =8V,电枢回路最大电流 dm I =40A,电力电子变换器的放大系数 s K =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 , 0d U c i i U U U , , *值。解 :1 *880.2/0.008
18、/401000im nm dm N U VU V V A V rpm I An rpm=2 040*1.560d dl e N dl U E I R C n I R A V =+=+= 这时:*8, 0n n U V U =, ASR 处于饱和,输出最大电流给定值。 *8, 8, i i U V U V =0401.5C d S U U K V =3.3 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 *im U =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 *i U应如何变化?(2 c
19、U 应如何变化?(3 c U 值由哪些条件决定?解 : 1 *80.1/80im dm U VV A I A= 因此当电流从 40A 70A 时, *i U 应从 4V 7V 变化。 2 C U 要有所增加。3 C U 取决于电机速度和负载大小。因为 0d dl e N dl U E I R C n I R =+=+(0e d d c s sC n I R U U K K += 3.5 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 s t 和上升时间 r t ;(3 绘 出开环对数幅频特性。如果要求上升时间 r t 0.25s, 则 K=?, %=? 解:取 0.69, 0.6, %9.5%KT =(1 系统开环增益:0.69/0.69/0.16.9(1/ K T s = (2 上升时间 3.30.33r t T S = 过度过程时间:3660.10.6s nt T s =(3 如要求 0.25r t s =忽略反电势的影响的近似条件: 可见满足近似等效条件,电流调节器的实现:选 040R K =, 则:00.224408.96i i R K R K K =, 取 9K.由此33000/0.012/(910 1.334/40.0025/40100.2
