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 1000100 r ,要求静差率 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 s 系统允许的静态速降为 2.04 。2.3 某一调速系统,在额定负载下,最高转速特性为 0 1500 n r =,最低转速特性为 0 150 n r =,带额定负载时的速度降落 15 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 D n n =(均指额定负载情况下 0 1500151485N
2、 n n n 0 15015135N n n n 11D n n 2 静差率 010 s n n = 2.4 直流电动机为 P N =74220V, I N =378A, n N =1430, 0.023。相控整流 器内阻 0.022。采用降压调速。 当生产机械要求 20%时,求系统的调速范围。如果 30%时,则系统的调速范围又为多少? 解:( (2203780.023 0.1478N N a N U I R n V =378(0. 023022 0. 1478115N n I C er p m (1 14300. 2115(10. 2 3. 1N D n n s =(1 14300. 311
3、5(10. 3 5. 33N D n n s = 2.5 某 龙 门 刨 床 工 作 台 采 用 调 速 系 统 。 已 知 直 流 电 动 机60, 220, 305, 1000 N N N N P U V I A n r ,主电路总电阻 0.180.2V ,求:(1当电流连续时,在额定负载下的转速降落 N n 为多少?(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 20 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 N N n I R r =(2 0(1000274.5 21.5 N S n n = (3 (110
4、000.952.63 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, 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
5、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 1500150,要求系统的静差率 5 ,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 100, 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 -=1/101500298 n =1500298%103.06 N n r =2 (7. 31106. 3/1001 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 ,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
6、求下,调速范围可以扩大多少 倍?解: (12881511= n K n如果将开环放大倍数提高到 30, 则速降为: ( K n n 13. 4301/1281=在同样静差率要求下, D 可以扩大 937. 1/21= n n 倍2.9 有一 调速系统:电动机参数 P N =2.2, =220V, =12.5A, =1500 ,电枢 电阻 R a =1.5,电枢回路电抗器电阻 0.8,整流装置内阻 R =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 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
7、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 1.1s R =,则 151.116.5 s U I R V = (3 当 d I I 时,有(K C I R K K K R K C U K U K K K C K C U I R K K K K C U K K n e d s i s p e i n s p e d e d s i s p e n s p 1/1/1/1/1/*当 0时,(* p s n i p s i s n i i s I K K U K U R K K K R U K U K R +(251516.5/1.115/22.513.51.36i i
8、 i K K K 2.11在题 2.9的系统中, 若主电路电感 50, 系统运动部分的飞轮惯量 22 =1.6, 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: L 50=, 226. 1 =, 3.3R =, 0.134C V =(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 R C C s T s(222/0.0820.0150.003330.00333/0.0151*0
9、.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 P N 8. 2=, V U N 220=, A I N 6. 15=, 1500 n , a R =1.5, 整流装置内阻 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 K 。(1系统开环工作时,试计算调速范围 30 时的静差率 s 值。(2当 30 , %10 时,计算系统允许的稳态速降。(3如组
10、成转速负反馈有静差调速系统,要求 30 , %10 ,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 1311. 01500/5. 16. 15220=(1( 0 /15.63.3/0.1311392.68 1500/3050/392.68/392.685088.7% N e n I R C r n s n n =(2(/56. 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.
11、5/48. 2971/1/6. 151/1500* 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 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 1500n =和 m 150n =时的测速分辨率和误差率最大值。解:(1 M 法:分辨率 /465. 101. 0410246060r Q c =最大误差率:=c M n 160 m /1500r n =时, 10246001. 01=c M m /150r n =时, 4. 1026001.
12、 1=c Mm /1500r 时, %098. 0%10010241%1001%1 =M m /150r 时, %98. 0%1004. 1021%1001%1 =M 可见 M 法适合高速。(2 T 法: 分辨率:m /1500r n =时, /171166202r f Q =- m /150r n =时, /55. 1150410241016202r f Q =-最大误差率:2060 f n =, f M 0260=, 当 m /1500r n =时, 77. 96062=M 当 m /150r n =时, 7. 9715041024106062=M m /1500r n =时, %4. 1
13、1%100177. 91%10011%2 =M m /150r n =时, %1%10017. 971%10011%2 =M 可见 T 法适合低速习题三3.1双闭环调速系统的 和 均为 调节器,设系统最大给定电压 * U =15V,N n =1500, 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 =0.127V,求:(1当系统稳定运行在 *n U =5V, 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 和 c U 各为多少?解:(1*0*/
14、15/15000.01/55,5000.01/150.375/400.375*103.750.127*50010*24.17520500, 5, 3.75, N nn i d i d e N C s s s n i i c U n V V U VU V n V U V V AI AU I V U U E I R C n I R U V K K K n U V U U V U =当 转速 即4.175v=(2堵转时, V I U i 15*,(040*2420e d d c s 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 , 均采用
15、 调节器。 已知参数:电动机 P =3.7, N U =220V, N I =20A, N n =1000 ,电枢回路总电阻 R =1.5,设 U U U * =8V,电枢回路最大电流 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 *880.2/0.008/401000 N U VU V V A V I An =2 040*1.560d e N U E I R C n I R A V = 这时:*8, 0n n U V U , 处于饱和,输出
16、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 , 均采用 调节器。当 输出达到 * 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 U 应如何变化?(3 c U 值由哪些条件决定?解 : 1 *80.1/80 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 e N U E I R C n I R
17、(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 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 ?, ? 解:取 0.69, 0.6, %9.5 (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
18、: 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 1.334/40.0025/40100.25i i i i i C R F C T R F=(3速度调节器设计 确定时间常数:a 电流环等效时间常数 1 K :因为 0.5I i K T =则 1/220. 005830. 01I i K T s =b 0.015 T s =c 1/0.011660.0150.02666n I T K T s 速度调节器结构确定:按照无静差的要求,应选用 调节器,(1( n n n K
19、 s W s s, 速度调节器参数确定:, 5, 0.1333n n n n h s 取2222216168.822250.02666(1 60.02360.1960.126.942250.010.180.02666N n e m n n h K s h T h C T K h -+=校 验 等 效 条 件 :11/168.820.133322.5 N N n K K s =11 40.43 25.2 a s b s 可见满足近似等效条件。转速超调量的校验 (空载 0 *3080.180.02666%2*( 281.2%1.10.19610000.1211.23%10%n N n b m T
20、C n z C n T = 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。查表,应取小一些的 h ,选 3进行设计。按 3,速度调节器参数确定如下:0.07998n n s 2222(1 /24/(290.02666 312.656(1 /240.02360.1960.12/(230.010.180.02666 7.6N n n e m n K h h T sK h C T h -=校验等效条件:11/312.6560.0799825 N N n K K s =1/21/211/21/211/3(/ 1/3(85.76/0.00583 40.431/3(/1/3(85.76/0.01525.2I i I a K T s b K T s -可见满足近似等效条件。 转速超调量的校验:272.2%1.1(3080.18/0.1961000 (0.02666/0.12 9.97%10 =转速超调量的校验结果表明,上述设计符合要求。速度调节器的实现:选 040R K =, 则 07.640304n n R K R K =, 取 310K 。330/0.07998/310100.2584/40.015/40101.5n n n C R F C
