电力拖动自动控制系统运动控制系统第4版习题答案汇编Word格式.docx
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电力拖动自动控制系统运动控制系统第4版习题答案汇编Word格式.docx
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(2)开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率多少?
(3)若要满足D=20,s≤5%的要求,额定负载下的转速降落又为多少?
(1)
(2)
(3)
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、比例调节器放大系数、晶闸管装置放大系数、反馈系数γ=0.7。
求:
(1)输出电压;
(2)若把反馈线断开,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γ=0.35,当保持同样的输出电压时,给定电压应为多少?
(1)
(2),开环输出电压是闭环的22倍
(3)
2.7某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min,要求系统的静差率,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/min,则闭环系统的开环放大倍数应有多大?
1)
2)
2.8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8r/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?
如果将开环放大倍数提高到30,则速降为:
在同样静差率要求下,D可以扩大倍
2.9有一V-M调速系统:
电动机参数PN=2.2kW,UN=220V,IN=12.5A,nN=1500r/min,电枢电阻Ra=1.5Ω,电枢回路电抗器电阻RL=0.8Ω,整流装置内阻Rrec=1.0Ω,触发整流环节的放大倍数Ks=35。
要求系统满足调速范围D=20,静差率S<
=10%。
(1)计算开环系统的静态速降Δnop和调速要求所允许的闭环静态速降Δncl。
(2)采用转速负反馈组成闭环系统,试画出系统的原理图和静态结构图。
(3)调整该系统参数,使当Un*=15V时,Id=IN,n=nN,则转速负反馈系数α应该是多少?
(4)计算放大器所需的放大倍数。
所以,
(2)
(3)(4)
可以求得,
也可以用粗略算法:
,
2.10在题2.9的转速负反馈系统中增设电流截止环节,要求堵转电流,临界截止电流,应该选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻?
要求电流反馈采样电阻不超过主电路总电阻的1/3,如果做不到,需要增加电流反馈放大器,试画出系统的原理图和静态结构图,并计算电流反馈放大系数。
这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多少?
(1),
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,则
(3)当时,有
当n=0时,
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,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?
,,,
可见与前面的K>
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:
,,,r/min,=1.5Ω,整流装置内阻=1Ω,电枢回路电抗器电阻=0.8Ω,触发整流环节的放大倍数。
(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系数。
(3)
2.13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。
(1)M法:
分辨率
最大误差率:
时,
时,
可见M法适合高速。
(2)T法:
分辨率:
,,
当时,
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=15V,=1500r/min,=20A,电流过载倍数为2,电枢回路总电阻=2Ω,=20,=0.127V·
min/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?
(2)堵转时,,
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:
=3.7kW,=220V,=20A,=1000r/min,电枢回路总电阻=1.5Ω,设=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,输出最大电流给定值。
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=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?
1)
因此当电流从40A70A时,应从4V7V变化。
2)要有所增加。
3)取决于电机速度和负载大小。
因为
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=?
,%=?
取
(1)系统开环增益:
(2)上升时间
过度过程时间:
如要求,查表3-1则应取,这时,超调量=16.3%。
3.6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)。
试对系统进行动态校正,决定调节器结构,并选择其参数。
按典型型系统设计,选。
选I调节器,校正后系统的开环传递函数为,已选KT=0.5,则K=0.5/T=50,所以,积分调节器:
。
3.7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Ⅱ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。
应选择PI调节器,,对照典型Ⅱ型系统,,满足设计要求。
这样,
3.8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,已知电动机的额定数据为:
kW,V,A,r/min,电动势系数=0.196V·
min/r,主回路总电阻=0.18Ω,触发整流环节的放大倍数=35。
电磁时间常数=0.012s,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。
额定转速时的给定电压(Un*)N=10V,调节器ASR,ACR饱和输出电压Uim*=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≤5%,空载起动到额定转速时的转速超调量≤10%。
(1)确定电流反馈系数β(假设起动电流限制在以内)和转速反馈系数α。
(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=40kΩ)
(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σn。
(5)计算空载起动到额定转速的时间。
(2)电流调节器设计
确定时间常数:
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:
,。
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,则:
取9K.
由此
(3)速度调节器设计
a)电流环等效时间常数:
因为
则
b)
c)
速度调节器结构确定:
按照无静差的要求,应选用PI调节器,
速度调节器参数确定:
可见满足近似等效条件。
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。
查表,应取小一些的h,选h=3进行设计。
按h=3,速度调节器参数确定如下:
转速超调量的校验:
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,则,取310K。
4)40%额定负载起动到最低转速时:
5)空载起动到额定转速的时间是:
(书上无此公式)
仅考虑起动过程的第二阶段。
所以:
3.10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=375r/min,电动势系数Ce=1.82V·
min/r,电枢回路总电阻R=0.14Ω,允许电流过载倍数λ=1.5,触发整流环节的放大倍数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=0.002s,转速反馈滤波时间常数=0.02s。
设调节器输入输出电压Unm*=Uim*=Unm=10V,调节器输入电阻R0=40kΩ。
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?
电流调节器已按典型I型系统设计如下:
确定时间常数:
因为σ%≤5%,可按典型I型系统设计,选用PI调节器,WACR(s)=Ki(τis+1)/τis,Tl/T∑i=0.031/0.00367=8.25<
10
电流调节器参数确定:
τi=Tl=0.031s,KIT∑i=0.5,KI=0.5/T∑i=136.24s-1
ωci=KI=136.24s-1
电流调节器的实现:
选R0=40K,则
取36K
速度调节器设计
a)电流环等效时间常数1/KI:
因为KIT∑i=0
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