2022年《电力拖动自动控制系统》习题解答doc资料 .pdf

电 力 拖 动 自 动 控 制系 统 习 题 解 答(前 三章)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 13 页 -学习 好资料精品资料电力拖动自动控制系统部分习题解答第一章1.什么叫调速范围、静差率？它们之间有什么关系？怎样才能扩大调速范围？答：调速范围 电动机在额定负载下调速时，允许的最高转速maxn与最低转速minn之比叫做调速范围，用D 表示，即minmaxnnD静差率当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值所对应的转速降落Nn与理想空载转速0n之比，称作静差率S，即0NnnS直流变压调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系为)1(snsnDNN采用闭环控制方式，使转速降落Nn能够大幅度下降，才能保证在静差率 S不变的前提下扩大调速范围。2.某一调速系统，测得的最高转速特性为n0max1500 r/min，带额定负载时的速降Nn15 r/min，最低速特性为 n0min100 r/min，额定速降不变，试问系统能达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？解：已知Nn15 r/min，有nmaxn0maxNn1500 r/min15 r/min1485 r/min nminn0minNn100 r/min15 r/min85 r/min 于是调速范围47.17851585minmaxnnD静差率%15%10010015%100min0nnsN答：系统能达到的调速范围是17.47；允许的静差率是15%。3.为什么加负载后直流电动机的转速会降低，它的实质是什么？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 13 页 -学习 好资料精品资料答：当负载电流增大后，电枢电阻上压降增大，使E减小，导致转速n必然下降。实质是电枢电阻的存在导致压降增大。4.某调速系统的调速范围是1500 150 r/min，要求静差率为 s2%，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100 r/min，则闭环系统的开环放大系数应有多大？解：已知101501500D，又)1(snsnDNN06.3)02.01(1002.01500)1(NNsDsnn r/min 也可以这样计算nnnnnsNNNmin0minr/06.302.0102.01501minNssnn因为K1opclnn所以68.31106.31001Kclopnn答：要求静差率为s2%时，系统允许的静态速降是3.06r/min；如果开环系统的静态速降是100 r/min，则闭环系统的开环放大系数应有31.68。5.试绘出转速负反馈单闭环调速系统的静态结构图，并写出其静特性方程式。答：转速负反馈单环控制调速系统静态结构图为aaRIPKSKe1 K/ndUU*nUnUctU静特性方程式为clcl0aae*nA)1()1(nnIKKRKKUKne6.对于转速单闭环调速系统，改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调整反馈电压的分压比，能不能达到调节转速的目的？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种扰动的能力？答：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 13 页 -学习 好资料精品资料改变给定电压能够改变转速n，因为闭环系统的输出具有跟随给定的性能。如果给定电压不变，改变反馈电压分压比能够改变转速n，因为它改变了反馈电压，属于反馈环节上的扰动，与给定作用相同，闭环系统对其无法抑制。测速发电机励磁发生改变，也属于反馈环节上的扰动，闭环系统对其无法抑制。7.某调速系统的开环放大系数为15时，额定负载下电动机的速降为8 r/min，如果将开环放大系数提高到30，它的转速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍？解：根据Knn1opcl在 K=15时，求出1288)151()1(clopnKnr/min 当 K2=30时，求得minr/13.430112812opcl2Knn再根据)1(snsnDNN，在同样静差率要求下94.113.4822nnDDclcl答：如果开环放大系数提高到30，它的转速降为 4.13r/min；在同样静差率要求下，调速范围可以扩大到1.94倍。8.某调速系统的调速范围D20，额定转速 nN1500 r/min，开环转速降落Nn240 r/min，若要求系统的静差率由10减少到 5，则系统的开环增益将如何变化？解：当 s=10%时，33.8)1.01(201.01500)1(clsDsnnN，有8.27133.82401nnKclop当 s=5%时，95.3)05.01(2005.01500)1(clsDsnnN，这时8.59195.32401clopnnK答：系统的静差率由10减少到 5时，开环增益将由27.8增大到59.8。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 13 页 -学习 好资料精品资料9.闭环系统能够降低稳态速降的实质什么？答：实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变整流电压。10.如果转速闭环调速系统的转速反馈线切断，电动机还能否调速？如果在电动机运行中，转速反馈线突然断了，会发生什么现象？答：不能。系统处于开环状态，输出电压极高，电机转速上升，易发生“飞车”现象。11.在转速负反馈系统中，当电网电压、负载转矩、电动机激磁电流、电枢电阻、测速发电机磁场各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？为什么？答：转速负反馈系统中，电网电压、负载转矩、电动机激磁电流、电枢电阻所引起的转速变化，系统有调节能力，因为它们属于反馈环包围着的前向通道上的扰动，系统对其有抑制能力；而测速发电机磁场变化时，系统则无调节能力，因为它处于反馈通道上，属于闭环外，所以得不到系统的抑制。12.有一 V-M 调速系统：电动机为PN3 kW，UN220 V，IN17 A，nN1500 r/min，Ra1.5 ；整流装置内阻 Rrec1 ；触发器-整流环节的放大系数 Ks40。要求系统满足调速范围D25，静差率 s15。(1)计算开环系统的静态速降和调速要求所允许的静态速降。(2)采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的静态结构图。(3)调整该系统，使当*nU15V 时，IIN，nnN，则转速反馈系数应为多少？(4)计算放大器所需放大系数。解：(1)13.01500175.1220NNaNnIRUKe V min/r minr/92.32613.0)15.1(17)(NNopKRRIKRInerecaea59.10)15.01(2515.01500)1(NclsDsnn(2)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 13 页 -学习 好资料精品资料aaRIPKSKe1 K/ndUU*nUnUctU转速负反馈单环控制调速系统静态结构图(3)当15UnV，NII，Nnn时，01.0150015NnUnV min/r(4)87.29159.1092.3261clopnnK，又KKKKe/sP，所以71.94001.013.087.29sPKKKKe取 KP10 13.在上题(12.)的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流Idu2IN，临界截止电流Ibj1.2IN，应该选用多大的比较电压和电流反馈电阻？若要求电流反馈电阻不超过主电路总电阻的1/4，若做不到，还可以采取什么措施？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。这时电流反馈电阻和比较电压各为多少？解：由Nibjbj2.1IRUI，有Nbji2.1IUR，代入Nibjndu2IRUUI中，有NbjNbjn22.1)(IUIUU，于是V5.228.02.1152.122.1nbjUU1.1172.15.222.1NbjiIUR上述1.1iR625.0)15.1(41)(41RRreca，显然不能满足要求，故应增设电流反馈放大器。其系统的原理图和静态结构图如图1-20和图 1-21所示。系统的原理图和静态结构图如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 13 页 -学习 好资料精品资料M系统原理图GTV*nUnUctUaIR1r2raEAdL1R0RfRdU2RniRiUbjUbUVD电流反馈放大器TGaIPKSKe1 K/ndUU*nUnUctU系统静态结构图aRiUiRaEbjUTK因为要求电流反馈电阻不超过主电路总电阻的1/4，所以 R i取0.625。这时，比较电压为V75.12625.0172.12.1iNibjbjRIRIU电流反馈放大器的放大系数为76.1V75.12V5.22bj2bj1TUUK14.积分调节器在输入偏差电压U为零时，为什么它的输出电压仍能继续保持？答：积分(I)调节器，其输出的数学表达式为tUUd1nct，当0U时，Uct是历史的全部积累值Uctf。所以，在0U时，积分调节器的输出电压仍能继续保持。15.在无静差调速系统中如果给定电压不稳，测速发电机不精是否会造成系统的偏差？答：会造成偏差。16.为什么通常采用两级电流互感器检测电流？名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 13 页 -学习 好资料精品资料答：通常选用定型生产的交流电流互感器，其副边额定电流都是5安培，难以满足一般控制电路要求0.1安培左右的电流。所以通常可再用一个5 安/0.1安的电流互感器（变流器），接在标准互感器后面，实现控制匹配。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 13 页 -学习 好资料精品资料第二章1.求额定励磁下直流电动机的传递函数，ud-E为输入量，ia为输出量。答：sRsEsUsIaaada11)()()(/2.如何解决调速系统稳态精度和动态稳定性之间的矛盾？答：通常利用调节器兼做校正装置，改造系统的传递函数，从而保证系统同时满足静、动态指标，解决静、动态之间的矛盾。3.为什么说绝对的“无静差”调速系统是不存在的？答：要想真正实现“无静差”，运算放大器的放大系数就必须为无穷大。实际上，运算放大器本身的开环放大系数，其数值虽大，还是有限的，因此仍存在着很小的nU，也就是说，仍有很小的静差n，绝对的“无静差”只是理论上的。4.在电力拖动调速系统中，最常用又比较简单的动态校正方案是什么？答：串联校正。5.某无静差调速系统稳定运行时，实测参数有：*nU10V，n1000 r/min。求转速负反馈系数。答：01.0nUnUnUNnnn6.哪些生产机械需引入给定积分器进行控制？系统的加速度大小怎样调整？答：并不是所有的快速系统都是根据过载能力来确定加速度大小的。某些生产机械根据生产工艺条件，对其加速度有严格的限制，如高炉卷扬机、矿井提升机、冷热连轧机等都属于这一类的生产机械。在磁场控制系统中，为防止磁场控制系统的过电流和过电压的出现，也应该限制给定信号电压的变化速率。因此，对要求加速度受限制的生产机械，系统的给定信号就不能再采用阶跃方式，而需要引入给定积分器进行控制。系统的加速度大小应根据实际生产工艺要求进行调整。以典型给定积分器（下图）为例，要改变加速度，即改变斜率有三个办法：1)改变 R；2)改变 C；3)改变 U2m。从而得到任意的加速度，实现工艺给出的速度图。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 13 页 -学习 好资料精品资料典型给定积分器srUscUK20CF1RM1RF3RK20F2R1mUK20W2mUK20*1R*1CK1F5.1调整限幅值电路第三章1.若要改变双闭环系统的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大系数 Kn行不行？改变晶闸管装置的放大系数Ks行不行？改变转速反馈系数行不行？若要改变电动机的堵转电流应调节系统中的什么参数？答：若要改变双闭环系统的转速，应调节Un或 ；改变kn不行；改变ks也不行；改变转速反馈系数 行；若要改变电动机的堵转电流，应调节电流反馈系数。2.当转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差是多少？写出它们各自的输出电压值。答：稳定运行时，两个调节器ASR、ACR 的输入偏差都是 0。ASR 输出电压IIUULaiiACR 输出电压kRIUkkRInkkUUsaLnesaaesdct3.如果双闭环调速系统的转速调节器不是PI 调节器，而改用 P调节器，对系统的静、动态性能会有什么影响？答：改为 P调节器，输出量总是正比于输入偏差量，静态一定有误差，动态反应快，但很容易不稳定。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 13 页 -学习 好资料精品资料4.双闭环调速系统中ASR、ACR 均采用 PI 调节器，在带额定负载运行时，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iU是否为零？答：当系统重新进入稳定运行时电流调节器的输入偏差信号iU为零。系统保持最大电流Iamax运行。5.双闭环调速系统中已知数据为：电动机：UN220V，IN20A，nN1000r/min，电枢回路总电阻5.1aR。设V8ctm*im*nmUUU，电枢回路最大电流 Idm40A，Ks40，ASR 与 ACR 均采用 PI 调节器。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Ud，*iU，Ui和 Uct值。答：IUai，nUn2.0408IUduim008.010008nUNnm堵转时，n=0 V605.140RInkUaaedV8402.0IUUdiiV5.14060kUUsdct7.在转速、电流双闭环调速系统中，当出现电网电压波动与负载扰动时，哪个调节器起主要调节作用？答：电网电压波动Ud的影响由 ACR 调节负载扰动IL的影响由 ASR 调节8.采用 PI 调节器的双闭环系统的转速稳态精度受下述哪些因素波动的影响？运算放大器的放大系数Kn，Ki；负载电流 IL；电网电压 U2；反馈系数 ，及给定电压*nU。答：反馈系数 ，及给定电压*nU。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 13 页 -学习 好资料精品资料9.设控制对象的传递函数为)1)(1)(1)(1()(43211objssssKsW式中，21K；s4.01；s08.02；s015.03；s005.04。要求阶跃输入时系统超调量5%。分别用 I，PI 和 PID 调节器校正成典型 I 型系统，试设计各调节器参数并计算调节时间 ts。10.一个由三相半波晶闸管装置供电的转速、电流双闭环调速系统，其额定数据如下：直流电动机：PN60kW，UN220V，IN305A，nN1000r/min，Ke0.2 V min/r；主回路总电阻18.0aR；晶闸管装置放大系数Ks30；电磁时间常数s012.0a；机电时间常数s12.0m；反馈滤波时间常数s0025.0oi；s014.0on；额定转速时的给定电压(*nU)N10 V；调节器 ASR、ACR 的饱和输出电压V8*imU，V8ctmU；系统的调速范围D10。系统的静、动态指标为：系统要求稳态无静差，电流超调量%5i，起动到额定转速时转速超调量%10n。(1)确定电流反馈系数 和转速反馈系数，假设起动电流限制在336A 以内。(2)试设计电流调节器ACR，计算其参数 Ri，Ci和 Coi，画出其电路图。调节器输入回路电阻R040k。当电动机在最高转速发生堵转时的Ud0，*iU，Ui和 Uct值。(3)试设计转速调节器ASR参数 Rn，Cn，Con。(4)计算最低速起动时的转速超调量nmin。(5)计算空载起动到额定转速的时间t2。11.转速、电流双闭环晶闸管-直流电动机系统，转速调节器ASR 和电流调节器 ACR 均采用 PI 调节器。(1)在此系统中，当转速给定信号最大值*nmU15V 时，nnN1000r/min，电流给定信号最大值*imU10V，允许最大电流Iamax30A，电枢回路总电阻2aR，晶闸管装置放大系数Ks30，电动机额定电流IN20A，电势系数 Ke0.127 V min/r，现系统在*nU5V，IL20A 时稳定运行。求此时的稳态转速 n 和 ACR 的输出电压 Uct。(2)当系统在上述情况下运行时，电动机突然失磁(0),系统将会发生什么现象？试分析说明之。若系统能够稳定下来，求稳定后下列各量的值：n；Un；*iU；Ui；Ia；Uct。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 13 页 -学习 好资料精品资料(3)该系统转速环按典型II 型系统设计且按 Mrmin准则选择参数，取中频宽h5，已知转速环小时间常数之和s05.0n，求转速环在跟随给定作用下的开环传递函数，并计算出放大系数及各时间常数。(4)该系统由空载(IL0)突加额定负载时，电流Ia和转速 n 的动态过程波形是怎样的？已知机电时间常数s5.0m，计算其最大动态速降maxn和恢复时间tf。12.某双闭环调速系统，主电路采用三相桥式整流电路，已知电动机参数为：PN550kW，UN750V，IN780A，nN375 r/min，Ke1.92 V min/r，允许电流过载倍数1.5，主电路总电阻1.0aR，触发整流环节放大系数Ks75；时间常数s03.0a，s084.0m，s002.00i，s02.00n，调节器输入输出电压V12ctm*im*nmUUU，调节器输入电阻R040k。设计指标：稳态无静差，电流超调量%5i，空载起动到额定转速时的转速超调量%10n，电流调节器已按典型 I 型系统设计，并取5.0aIK。(1)选择调节器结构，并计算其参数。(2)计算电流环和转速环截止频率ci和cn，并考虑它们是否合理？13.在具有电流变化率调节器的三环调速系统中，采用电流变化率环的目的是什么？在 Ia从零上升到最大值之前，ASR，ACR，ADR 分别工作在线性状态还是限幅状态？14.试简述保持电势恒定的弱磁调速过程。为什么说保持电势恒定，就是保持功率恒定？（未做习题可参考书中相应章节）名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 13 页 -