2022年电力拖动自动控制系统运动控制系统第版_思考题答案 .pdf
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1、习题解答(供参考)习题二2.2 系统的调速范围是1000100minr,要求静差率s=2%,那么系统允许的静差转速降是多少?解:1000 0.02(10 0.98)2.04(1)nn snrpmDs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0 max1500minnr,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)max0max1500151485Nnnnmin0min1501
2、5135Nnnnmaxmin1485 13511Dnn2)静差率015 15010%Nsnn2.4 直流电动机为PN=74kW,UN=220V,IN=378A,nN=1430r/min,Ra=0.023。相控整流器内阻 Rrec=0.022。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)14300.1478NNaNCeUIRnV rpm名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页,共 23 页 -3 7 8(0.0 2 30.0 2 2)0.1 4 7 81 1 5NnIR C er p m
3、(1)1 4 3 00.2 1 1 5(10.2)3.1NDnSns(1)1 4 3 00.3 1 1 5(10.3)5.3 3NDnSns2.5 某龙门刨床工作台采用V-M调速系统。已知直流电动机,主电路总电阻R=0.18,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)3050.18 0.2274.5/minNNnIR Cer(2)0274.5(1000274.5)21.5%NNSnn(3)(1)10000.05
4、 200.952.63/minNnn SDsr2.6 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=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=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)2 15 8.8(1 2 150.7)12dpsupsUK K UK KV(2)8.82 15264dUV,开环输出电压是闭环的22 倍(3)*(1)12(1 2 15 0.35)(2 15)4.6udpspsU
5、UK KK KV2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min150r/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)snsnDNN1/1015002%/98%Nn名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 23 页 -15002%/98%103.06/minNnr2)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8 r/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
6、可以扩大多少倍?解:12881511clopnKn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937.1/21clclnn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=1500 r/min,电枢电阻 Ra=1.5,电枢回路电抗器电阻RL=0.8,整流装置内阻Rrec=1.0,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S35.955 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,
7、已知:电动机:kWPN8.2,VUN220,AIN6.15,1500Nnr/min,aR=1.5,整流装置内阻recR=1,电枢回路电抗器电阻LR=0.8,触发整流环节的放大倍数35sK。(1)系统开环工作时,试计算调速范围30D时的静差率s值。(2)当30D,%10s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30D,%10s,在VUn10*时NdII,Nnn,计算转速负反馈系数和放大器放大系数pK。解:rVCemin/1311.01500/5.16.15220(1)min0 min/15.63.3/0.1311392.68/min1500/3050/392.68/
8、392.685088.7%opNeopnIRCrnsnn(2)min/56.59.0/550/1.0rnnn(3)espedenspCKKKKCIRKCUKKn/1/1/*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,旋转编码器输名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页,共 23 页 -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:(
9、1)M 法:分辨率min/465.101.0410246060rZTQc最大误差率:cZTMn160min/1500rn时,10246001.0102441500601cnZTMmin/150rn时,4.1026001.010244150601cnZTMmin/1500r时,%098.0%10010241%1001%1maxMmin/150r时,%98.0%1004.1021%1001%1maxM可见 M 法适合高速。(2)T 法:分辨率:min/1500rn时,min/17115004102510160150041024606202rZnfZnQmin/150rn时,min/55.11504
10、10241016015041024606202rZnfZnQ最大误差率:2060ZMfn,ZnfM0260,当min/1500rn时,77.9150041024106062M当min/150rn时,7.9715041024106062Mmin/1500rn时,%4.11%100177.91%10011%2maxM名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页,共 23 页 -min/150rn时,%1%10017.971%10011%2maxM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/mi
11、n,NI=20A,电 流 过 载 倍 数 为2,电 枢回 路 总 电 阻R=2,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,nmNnnimdmididdLeNdLCsssniicUnVrpmVrpmUVUVnrpmVrpmUVVAIAUIVUUEIRC nIRUVKKKnr
12、pm UV UUV U当转速即4.175v(2)堵转时,VIUdmi15*,040*2420edddmcsssC nI RUIRUVKKK3.2 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=1000 r/min,电枢回路总电阻R=1.5,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)*880.2/0.008/401000imnm
13、dmNUVUVVAVrpmIAnrpm名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页,共 23 页 -2)040*1.560ddleNdlUEI RC nI RAV这时:*8,0nnUV U,ASR 处于饱和,输出最大电流给定值。*8,8,iiUV UV060 401.5CdSUUKV3.3 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)*80.1/80imdm
14、UVVAIA因此当电流从40A70A 时,*iU应从 4V7V 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0ddleNdlUEI RC nI R0eddcssC nI RUUKK3.5 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:3660.1
15、0.6sntTs(3)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页,共 23 页 -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)(1ssKsWobj,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。选I调节器,1(),W ss校正后系统的开环传递函数为110(),T0.01(0.011)
16、W sss这样,K=10/,已 选KT 0.5,则K 0.5/T=50,所 以1 0/1 0/5 00.2KS,积分调节器:11()0.2W sss。3.7 有一个闭环系统,其控制对象的传递函数为)102.0(10)1()(1ssTssKsWobj,要求校正为典型型系统,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。解:应选择PI 调节器,1(1)(1)(),()(1)PIPIPIKsKsKWsW ssss Ts校正后系统的开环传递函数,对照典型型系统,1/,h83-4PIKKKhT,选 ,查表,%=27.2%,满足设计要求。这样8*0.020.16hTs,12
17、222181175.78,/175.78*0.16/102.8122*8*0.02PIhKKKKh T3.8 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:60NPkW,220NUV,308NIA,1000Nnr/min,电动势系数eC=0.196 V min/r,主回路总电阻R=0.18,触发整流环节的放大倍数sK=35。电磁时间名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页,共 23 页 -常数lT=0.012s,机电时间常数mT=0.12s,电流反馈滤波时间常数iT0=0.0025s,转速反馈滤波时间常数nT0=0.015s。额定转速
18、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i5%,空载起动到额定转速时的转速超调量n10%。试求:(1)确定电流反馈系数(假设起动电流限制在1.1NI以内)和转速反馈系数。(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 k。(3)设计转速调节器ASR,计算其参数Rn、Cn、COn。(R0=40k)(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n。(5)计算空载起动到额定转速的时间。解:(1)*/8
19、/(1.1*)8/3390.0236/imdmNUIVIVAVA10/10000.01 min/Vr(2)电流调节器设计确定时间常数:)0.00333sa Ts)0.0025oib Ts0)0.00250.003330.00583iisc TTTs电流调节器结构确定:因为5%i,可按典型I 型系统设计,选用PI 调节器,(1)()iiACRiKSWSS,电 流 调 节 器 参 数 确 定:10.012,0.5,0.5/85.76ilIiIiTsK TKTs选,85.760.0120.180.224350.0173IiisKRKK。校验等效条件:185.76ciIKs名师资料总结-精品资料欢迎下
20、载-名师精心整理-第 11 页,共 23 页 -11011)1101.01330.0033311)3379.060.120.0121111)115.52330.003330.0025ciScimlcisiaTbST TcsT T电力电子装置传递函数的近似条件:忽略反电势的影响的近似条件:电流环小时间常数的近似条件:可见满足近似等效条件,电流调节器的实现:选040RK,则:00.224408.96iiRK RKK,取 9K.由此33000/0.012/(9 10)1.334/40.0025/40 100.25iiiiiCRFCTRF(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/IK
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