电力拖动自动控制系统运动控制系统第版习题答案

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：10000.02(100.98)2.04(1)nnsnrpmDs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）2)静差率01515010%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：()(2203780.023)14300.1478NNaNCeUIRnVrpm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：(1)3050.180.2274.5/minNNnIRCer(2)0274.5(1000274.5)21.5%NNSnn(3)[(1)]10000.05[200.95]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）*(1)2158.8(12150.7)12dpsupsUKKUKKV(2)8.8215264dUV,开环输出电压是闭环的22倍(3)*(1)12(12150.35)(215)4.6udpspsUUKKKKV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1/2）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：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）所以，min/33.8rncl（2）（3）（4）KCRIKKUKCRIUKKnednednsp1/1/1/可以求得，*35.955*0.13414.34*35*0.0096epsKCKK也可以用粗略算法：nUUnn，01.0150015*nUn/pesKKCK，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：（1）AIINdbl252，AIINdcr152.15.1/1525/*sscomscomndblRRURUUI，VUcom5.225.115（2）(/3)1.01.50.8/31.1,(/3)1.1,ssRRRR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，则151.116.5comdcrsUIRV（3）当dcrdII时，有KCIRKKKRKCUKUKKKCRIKCUIRKKKKCUKKnedsispecominspedecomdsispensp1/1/1/1/1/**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，0.134/eCVrpm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和放大器放大系数pK。解：（1）（2）（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：（1）M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Mmin/150r时，%98.0%1004.1021%1001%1maxM可见M法适合高速。（2）T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Mmin/150rn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*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)（2）堵转时，VIUdmi15*，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：NP=3.7kW，NU=220V，NI=20A，Nn=1000r/min,电枢回路总电阻R=1.5Ω,设cmimnmUUU**=8V，电枢回路最大电流dmI=40A,电力电子变换器的放大系数sK=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,0dUciiUUU,,*值。解:1）**880.2/0.008/401000imnmdmNUVUVVAVrpmIAnrpm2)040*1.560ddleNdlUEIRCnIRAV这时：*8,0nnUVU，ASR处于饱和，输出最大电流给定值。*8,8,iiUVUV060401.5CdSUUKV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*imU=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）*iU应如何变化？（2）cU应如何变化？（3）cU值由哪些条件决定？解:1)*80.1/80imdmUVVAIA因此当电流从40A70A时，*iU应从4V7V变化。2)CU要有所增加。3)CU取决于电机速度和负载大小。因为0ddleNdlUEIRCnIR0eddcssCnIRUUKK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st和上升时间rt；（3）绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间rt0.25s,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/)KTs(2)上升时间3.30.33rtTS过度过程时间：（3）如要求0.25rts，查表3-1则应取1,0.5KT,2.42.4*0.10.24rtTs这时1/10KT,超调量=16.3%。3.6有一个系统，其控制对象的传递函数为101.0101)(1ssKsWobj，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。解：按典型I型系统设计，选0.5,0.707,3-1%4.3%KT查表，得