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1000~100minr,要求静差率s=2%,那么系统允许的静差转速降是多少?解:1000(100.982.04(1nnsnrpms∆==⨯⨯=-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0max1500minnr=,最低转速特性为0min150minnr=,带额定负载时的速度降落15minNnr∆=,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maxminDnn=(均指额定负载情况下max0max1500151485Nnnn=-∆=-=min0min15015135Nnnn=-∆=-=maxmin11Dnn===2静差率010%Nsnn=∆==2.4直流电动机为PN=74kW,UN=220V,IN=378A,nN=1430r/min,Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。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:((2203780.0230.1478NNaNCeUIRnVrpm=-=-⨯=378(0.0230220.1478115NnICerpm∆==⨯+=(1]14300.2[115(10.2]3.1NDnns=∆-=⨯⨯-=(1]14300.3[115(10.3]5.33NDnns=∆-=⨯⨯-=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60,220,305,1000minNNNNPkWUVIAnr====,主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V•min/r,求:(1当电流连续时,在额定负载下的转速降落Nn∆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NS多少?(3若要满足D=20,s≤5%的要求,额定负载下的转速降落Nn∆又为多少?解:(13050.180.2274.5/minNNnIRr∆=⨯=⨯=(20(1000274.521.5%NNSnn=∆=+=(3(1]10000.95]2.63/minNnnSDsr∆=-=⨯⨯=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*8.8uUV=、比例调节器放大系数2PK=、晶闸管装置放大系数15SK=、反馈系数γ=0.7。求:(1输出电压dU;(2若把反馈线断开,dU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*uU应为多少?解:(1*(1215(12150.712dpsupsUKKUKKVγ=+=⨯⨯+⨯⨯=(28.8215264dUV=⨯⨯=,开环输出电压是闭环的22倍(3*(112(12150.35154.6udpspsUUKKKKVγ=+=⨯+⨯⨯⨯=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/min,则闭环系统的开环放大倍数应有多大?解:1(snsnDNN-∆=1/1015002%/98%Nn=⨯∆⨯15002%/98%103.06/minNnr∆=⨯⨯=2(7.31106.3/1001/=-=-∆∆=clopnnK2.8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?解:((12881511=⨯+=∆+=∆clopnKn如果将开环放大倍数提高到30,则速降为:((rpmKnnopcl13.4301/1281/=+=+∆=∆在同样静差率要求下,D可以扩大937.1/21=∆∆clclnn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。解:(1((/22012.51.5/1500201.25/15000.134min/NNaeenUIRCCVr=-⨯⇒=-⨯==(//12.53.3/0.134307.836/minNNeopNenUIRCnIRCr∑∑=-⨯⇒∆=⨯=⨯=((/1150010%/20*90%8.33/minNNnnsDsr∆=-=⨯=(所以,min/33.8rncl=∆(2(3(4(((([](([]KCRIKKUKCRIUKKnednednsp+-+=+-=**1/1/1/α(/1307.836/8.33135.955opclKnn=∆∆-=-=(((150035.95515/135.95512.53.3/0.134135.955α⎡⎤=⎡⨯+⎤-⨯+⎣⎦⎣⎦rVmin/0096.0=⇒α可以求得,*35.955*0.13414.34*35*0.0096epsKCKKα===也可以用粗略算法:nUUnnα=≈*,01.0150015*===nUnα/pesKKCKα=,(35.9550.134/350.0113.76pK=⨯⨯=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NdblII2≤,临界截止电流NdcrII2.1≥,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?解:(1AIINdbl252=≤,AIINdcr152.1=≥scomscomdcrRURUI/15/=⇒=((Ω=⇒+=⇒+≈5.1/1525/*sscomscomndblRRURUUI,VUcom5.225.115=⨯=(2((/31.01.50.8/31.1,(/31.1,ssRRRR∑∑=++=Ω=Ω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1.1sR=Ω,则151.116.5comdcrsUIRV=⨯=⨯=(3当dcrdII时,有([](([]([]((([]((([]KCIRKKKRKCUKUKKKCRIKCUIRKKKKCUKKnedsispecominspedecomdsispensp++-++=+-+--+=1/1/1/1/1/**当n=0时,(((**//dblpsnicompsisnicomisIKKUKURKKKRUKUKR=++≈+((251516.5/1.115/22.513.51.36iiiKKK=+⇒=-=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:mHL50=,226.1NmGD=,3.3R∑=Ω,0.134/eCVrpm=((2/0.05/3.30.015/3751.63.3/3750.1340.13430/3.145.28/64.330.0820.00333lmemsTLRsTGDRCCsTs∑∑=====⨯⨯⨯⨯===((222/0.0820.0150.003330.00333/0.0151*0.003330.00150.00333/0.0000498330.52lmlsssKTTTTTT⎡⎤⎡⎤++=⨯++⎣⎦⎣⎦⎡⎤=+=⎣⎦(可见与前面的K35.955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:kWPN8.2=,VUN220=,AIN6.15=,1500=Nnr/min,aR=1.5Ω,整流装置内阻recR=1Ω,电枢回路电抗器电阻LR=0.8Ω,触发整流环节的放大倍数35=sK。(1系统开环工作时,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VUn10*=时NdII=,Nnn=,计算转速负反馈系数α和放大器放大系数pK。解:(rVCemin/1311.01500/5.16.15220=⨯-=(1(min0min/15.63.3/0.1311392.68/min1500/3050/392.68/392.685088.7%opNeopnIRCrnsnn∑∆=⨯=⨯====∆∆=+=(2(min/56.59.0/550/1.0rnnn==∆+∆∆=(3((⎪⎩⎪⎨⎧=+-+=∑espedenspCKKKKCIRKCUKKn/1/1/*α(((((⎪⎩⎪⎨⎧=-=-∆∆=+-+=∑5.52156.5/48.2971/1/6.151/1500*clopeenspnnKKCRKCUKK2.13旋转编码器光栅数1024,倍频系数4,高频时钟脉冲频率MHz1f0=,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min/r1500n=和min/r150n=时的测速分辨率和误差率最大值。解:(1M法:分辨率min/465.101.0410246060rZTQc=⨯⨯==最大误差率:→=cZTMn160min/1500rn=时,10246001.0102441500601=⨯⨯⨯==cnZTMmin/150rn=时,4.1026001.010244150601=⨯⨯⨯==cnZTMmin/1500r时,%098.0%10010241%1001%1max=⨯=⨯=Mδmin/150r时,%98.0%1004.1021%1001%1max=⨯=⨯=Mδ可见M法适合高速。(2T法:分辨率:min/1500rn=时,min/17115004102510160150041024606202rZnfZnQ=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=-=min/150rn=时,min/55.1150410241016015041024606202rZnfZnQ=⨯⨯-⨯⨯⨯⨯=-=最大误差率:2060ZMfn=,ZnfM0260=,当min/1500rn=时,77.9150041024106062=⨯⨯⨯=M当min/150rn=时,7.9715041024106062=⨯⨯⨯=Mmin/1500rn=时,%4.11%100177.91%10011%2max=⨯-=⨯-=Mδmin/150rn=时,%1%10017.971%10011%2max=⨯-=⨯-=Mδ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*nmU=15V,Nn=1500r/min,NI=20A,电流过载倍数为2,电枢回路总电阻R=2Ω,sK=20,eC=0.127V·min/r,求:(1当系统稳定运行在*nU=5V,dLI=10A时,系统的n、nU、*iU、iU和cU各为多少?(2当电动机负载过大而堵转时,*iU和cU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,nmNnnimdmididdLeNdLCsssniicUnVrpmVrpmUVUVnrpmVrpmUVVAIAUIVUUEIRCnIRUVKKKnrpmUVUUVUααββ=====