运动控制系统习题集解(直流部分)2Word格式.doc
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④改变转速反馈系数α,能改变转速。
转速反馈系数α的影响不在转速负反馈环内的前向通道上,它引起的转速变化,系统没有调节和抑制能力。
因此,可以通过改变转速反馈系数α来改变转速,但在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行最终的转速还是服从给定。
⑤若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的参数有:
转速的给定U*n、转速调节器的放大倍数Kn、转速调节器的限幅值、转速反馈系数α等,因为它们都在电流环之外。
2-2在转速、电流双闭环调速系统稳态运行时,两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是多少?
为什么?
在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行时,转速调节器退饱和,PI的作用使得转速调节器的输入偏差电压为0,转速调节器的输出电压由于维持在U*im(n*)。
在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行时,电流调节器不饱和,PI的作用使得电流调节器的输入偏差电压为0,形成一个电流随动子系统,力图使Id尽快跟随其给定U*i.电流调节器的输出电压UC又后面的环节决定。
2-3在转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器,而是P调节器,对系统的静、动态性能将会产生什么影响?
在转速、电流双闭环调速系统中,转速调节器采用P调节器,整个系统成为一个有静差的系统。
转速调节器不饱和,一直处于主导地位;
电流调节器不饱和,形成一个电流随动子系统,无法形成在最大电流下在最短时间内使速度上升/下降最快,动态响应较慢。
2-4试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环调速系统:
①调速系统的静态性能;
②动态限流性能;
③启动的快速性
④抗负载扰动的性能;
⑤抗电源波动的性能
①调速系统的静态性能:
在转速、电流双闭环调速系统中,转速调节器采用PI调节器,整个系统成为一个无静差的系统。
带电流截止环节的转速单闭环调速系统中,转速调节器采用PI调节器,整个系统成为一个无静差的系统。
②动态限流性能:
在转速、电流双闭环调速系统中,电流调节器采用PI调节器,将电流限制在Idm内。
带电流截止环节的转速单闭环调速系统中,将电流限制在Idcr-Idbl内。
③启动的快速性:
在转速、电流双闭环调速系统在启动/制动过程中,转速调节器饱和,电流调节器在最大电流Idm附近进行PI调节,时间最短,提高了启动/制动的快速性。
带电流截止环节的转速单闭环调速系统中,在启动/制动过程中,当电流大于截止电流Idcr时,电流调节器起作用,并不是在最大电流附近进行调节,启动/制动的快速性较差。
④抗负载扰动的性能:
在转速、电流双闭环调速系统中,负载扰动在转速外环中,负载扰动作用在电流环之后,因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。
在设计ASR时,应要求有较好的抗扰性能指标。
带电流截止环节的转速单闭环调速系统中,负载扰动立即引起电流变化,当电流大于截止电流Idcr时,电流调节器起作用,可以进行调节。
在转速、电流双闭环调速系统中,由于增设了电流内环,电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节,不必等它影响到转速以后才能反馈回来,抗电源波动的性能大有改善。
在电流截止环节的转速单闭环调速系统中,电网电压扰动的作用点离被调量较远,调节作用受到多个环节的延滞,因此单闭环调速系统抵抗电源电压扰动的性能要差一些。
2-5在转速、电流双闭环调速系统中,两个调节器均采用PI调节器。
当系统带额定负载运行时,转速反馈线突然断线,当系统重新进入稳定运行时电流调节器的输入偏差信号DUi是否为零?
在转速、电流双闭环调速系统中,两个调节器均采用PI调节器。
当系统带额定负载运行时,转速反馈线突然断线,转速调节器反馈电压突变为为0,转速调节器输入偏差突变为最大,转速调节器(PI调节器)饱和,转速开环,系统变为电流单闭环调节。
转速调节器的输出突变为正极限值U*im,电流调节器的输入偏差变大,电流调节器为PI调节器作用,直至进入新的稳定状态,电流无静差。
当重新进入稳定运行时,电流调节器(PI调节器)的输入偏差信号DUi为零。
2-6在转速、电流双闭环调速系统中,给定信号U*n未变,增加转速反馈系数a,系统稳定后转速反馈电压Un是增加、减小还是不变?
在转速、电流双闭环调速系统中,给定信号U*n未变,增加转速反馈系数a,转速调节器反馈电压增加,转速调节器输入偏差变大,转速调节器输出变大即电流调节器给定变大,电流调节器输入偏差变大,电流调节器输出变大即电机电流变大,进入重新调节阶段。
系统稳定后,转速、电流无静差。
转速调节器输入偏差为0,转速反馈电压Un等于转速给定信号U*n,不变。
2-7在转速、电流双闭环调速系统中,两个调节器均采用PI调节器。
已知电动机参数为:
PN=3.7KW,UN=220V,IN=20A,nN=1000r/min,电枢绕组总电阻Ra=1.5W,U*nm=U*im=U*cm=8V,电枢回路最大电流Idm=40A,电力电子变换器的放大倍数Ks=40,试求:
①电流反馈系数b和转速反馈系数a
②当电动机在最高转速发生堵转时的Ud0、U*I、Ui、Uc值.
解:
①稳态运行时,转速调节器不饱和,输入偏差为0,α==8/1500=0.0056
稳态运行时,电流调节器不饱和,输入偏差为0,β===8/40=0.2
②当电动机在最高转速发生堵转时,电枢回路最大电流Idm=40A,
电流调节器反馈电压最大U*im=8V,
电流调节器输入偏差最大大,电流调节器饱和,输出最大U*cm=8V,电流开环.
经过电力电子变换器后的Ud0=Ks*Uc=40*8=320V.,
电机转速很小;
几乎为0,转速反馈电压很小,转速调节器输入偏差很大,转速调节器饱和,转速开环,转速调节器输出U*im=8V.
2-8在转速、电流双闭环调速系统中,ASR、ACR两个调节器均采用PI调节器。
当ASR的输出达到U*im=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,试问:
①U*I如何变化?
②Uc如何变化?
③Uc值.由哪些条件决定?
答:
①在转速、电流双闭环调速系统中,ASR、ACR两个调节器均采用PI调节器。
当ASR的输出达到U*im=8V时,ASR饱和不起作用;
主电路电流达到最大电流80A,电流调节器的给定电压U*i=U*im=8V最大保持不变,
②当负载电流由40A增加到70A,电流调节器反馈电压Ui增加,电流调节器的输入偏差电压减小,电流调节器的输出电压Uc减小.
③Uc值.由:
电流调节器的输入偏差电压(电流调节器的给定电压U*i-电流调节器反馈电压)、条电流调节器的比例放大系数、电流调节器积分时间常数以及电机的运行状态等条件决定。
2-9在转速、电流双闭环调速系统中,电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行,现因某种原因使电动机励磁电源突然下降一半,系统工作情况会如何变化?
写出Ud0、U*i、Uc、Id、n在系统重新进入稳定后的表达式。
在转速、电流双闭环调速系统中,电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行,现因某种原因使电动机励磁电源突然下降一半,电机的电磁转矩减小为原来的一半,转速下降,转速调节器反馈电压Un减小,转速调节器的输入偏差电压增大,转速调节器的输出电压即电流调节器的给定电压U*i增大.电流调节器的输出电压Uc增大,转速上升,达到新的稳定。
在系统重新进入稳定后Ud0=
U*i=
Uc=
Id=
n=
2-10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σ≤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画出开环对数特性。
如要求上升时间tr<
0.25s,则K=?
σ=?
①典型Ⅰ型系统W(S)=T=0.1S阶跃响应超调量σ≤10%
当wc<
1/T时,的幅频特性以–20dB/dec斜率穿越零分贝线,系统有较好的稳定性。
系统的开环增益K=wc截止频率KT=0.5K=5
②过渡过程时间ts==6T=0.6S
上升时间tr=取ξ=0.707
③上升时间tr<
0.25s=ξ=
wn==
则K=wc=wn[
σ==
2-11有一个系统,其控制对象的传递函数为Wobj(S)==,要求设计一个无静差系统,在阶跃输入下系统超调量σ≤5%(按线性系统考虑),试决定调节器的结构,并选择其参数。
解:
要求设计一个无静差系统,调节器结构选用I调节器,WI(S)=,
WI(S)Wobj(S)=为典型Ⅰ型系统.
查典型Ⅰ型系统阶跃输入跟随性能指标表可知超调量σ≤5%,KT=0.5K=50KI=5
2-12有一个系统,其控制对象的传递函数为Wobj(S)==,要求校正为典型Ⅱ型系统,在阶跃输入下系统超调量σ≤25%(按线性系统考虑),试决定调节器的结构,并选择其参数。
要求校正为典型Ⅱ型系统,调节器结构选用PI调节器,
WPI(S)=,τ1=hT=7*0.02=0.14S
WPI(S)Wobj(S)=为典型Ⅱ型系统.
查典型Ⅱ型系统阶跃输入跟随性能指标表可知超调量σ≤30%,h=7
2-13调节对象的传递函数为Wobj(S)=,要求分别校正成典型Ⅰ型系统和典型Ⅱ型系统,求调节器的结构和参数。
①要求校正为典型Ⅰ型系统,调节器结构选用PI调节器,
WPI(S)=,τ1=T1=0.25S
②要求校正为典型Ⅱ型系统,调节器结构选用PI调节器,认为T1>
>
T2
WPI(S)=,τ1=hT2一般取h=5τ1=hT2=5*0.02=0.1S
2-14在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中,已知电动机额定参数:
PN=360KW,UN=220V,IN=308A,nN=1000r/min,电动势系数Ce=0.196V.min/r,主回路总电阻R=0.18W,触发整流环节的放大倍数Ks=35,电磁时间常数Tl=0.012S,机电时间常数Tm=0.12S,电流反馈滤波时间常数Toi=0.0025S转速反馈滤波时间常数Ton=0.015S.额定转速时给定电压U(*n)N=10V,调节器ASR、ACR饱和输出电压U*im=8V,Ucm=6.5V,
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σi≤5%,空载启动到额定转速时的转速超调量σn≤5%,试求:
①电流反馈系数b(假定启动电流限制在339A以内)和转速反馈系数a
②试设计电流调节器ACR,计算其参数Ri、Ci、Coi,画出其电路图
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