电力拖动自动控制系统课后习题答案{全内含两份阮毅陈伯时}.doc

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1、电力拖动自动控制系统课后习题答案全 内含两份 阮毅 陈伯时 这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多少？解：（1） I dbl2I N212.525 A则 U comI dcrRs15Rs I dblK p K s (U n_U com ) (1 42) 0RK p K s Rs得： I dbl(U n_U com ) (143)；251515RSRsRS系统的原理图和静态结构图( 给它画出图 )（ 2）显然采样电阻大于主电路_1/3 倍，所以增加电流反馈放大器后：新的采样电阻： Rs#;1R1 (1.21.5)0.9可选欧姆33电流反馈放大系数：K fiRs1.53Rs#;0.5新的比较电压：U

2、IR#;R15Vcomdcrss150.5 8.5所以加上的电流反馈放大器的放大倍数为3 某 调 速 系 统 原 理 图 如 图 所 示 ， 已 知 数 据 如 下 ： 电 动 机PN 18KW ;U N 220V ; I N94 A; nn1000r / min; Ra0.15 18， 220， In 94，整流装置内阻 Rrec0.3 , 触发整流环节的放大倍数 K S40 。最大给定电压 U nm 15V ，当主电路电达到最大值时，整定电流反馈电压U im10V 。设计指标：要求系统满足调速范围20，静差率 S 10， I dbl1.5I N ， I dcr 1.1I N 。试画出系统的

3、静态结构框图，并计算：（）转速反馈系数。（）调节器放大系数 K P 。（）电阻 R1 的数值。（放大器的输入电阻R0 20K）（）电阻 R2 的数值和稳压管的击穿电压值。解： (1) nclnN S10000.1100 / 18 5.56r / minD (1S)20091-10 可得 a=(2)K pK35.9512.8(取13）K S / C e0.0145 40 / 0.2059(3) R1K p R01320260k（4） I dbl1.5I N1.594141A； I dcr1.1I N 1.194103.4 A；当主电路电流最大即为I dbl时， U im10V而当主电路电流为I

4、dcr时， U i为：U imU i U iU imI dcr10103.47.33 VI dblI dcrI dbl141此时电流反馈起作用，稳压管的击穿电压U vs 可根据 U i确定取稍大值：U vs 7.4V当主电路的电流增大到I dbl 时，为起到保护作用应使流过R2 的电流I R2 等于流过 R0 的电流，以使电机转速迅速降落。此时：U nm_150.75 mA;R2U imU vs10 7.43.47 k ( 取 )I R2R020I R20.75系统的静态结构框图在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时，系统是否有调节作用，为什么？（）放大器的放大倍数（）供电电

5、网电压（）电枢电阻（）电动机励磁电流（）电压反馈系数a答： 3）电枢电阻，）电动机励磁电流，（）电压反馈系数a无调节作用。因为反馈控制系统所能抑制的只是被反馈包围的前向通道上的扰动。有一个V-M 系统 , 已知 : 电动机 : （ 15 分）PN2.8KW ;UN220V; IN15A; nN1500r / min; Ra0.15,Ra=,整流装置内阻R1, 触发整流环节的放大倍数K35 。（ 15 分）recS系统开环工作时 , 试计算调速范围 D=30时的静差率 s 值 ;当 D=30, S 10 时 , 计算系统允许的稳态速降 ;如组成转速负反馈有静差调速系统, 要求S10 , 在 ,U

6、 _n10V , I dI N , nnN , 计算转速负反馈系数a 和放大器放大系数Kp;（ 4）如将上述调速系统改为电压负反馈有静差调速系统, 仍要求在U _10V , II, nn, 并保持系统原来的开环放大系数不变，试求在ndNN30 时的静差率。解：（）C eU NI N Ra220 15.6 1.51）nN0.131V min/ r （原来多加了1500（）当30， 10时计算系统允许的稳态速降（） Knop1297.71 52.54ncl5.56求取的方法同 1-10可得=V ? min/ r4）改为电压负反馈有静差调速系统闭环转速降落为：I N RrecI N ( Ra )15

7、.6115.6 1.5nclCe0.131(152.54)2.224 178.6 180.825 r min 当调速 DCe (1 K )0.132范围不变时静差率为：显然比速度反馈系统在调速范围不变的情况下静差率大的多，但比无反馈系统静差率小了在题1-10 的系统中 , 若主电路电感 L=50mH,系统运动部分的飞轮惯GD 2 1.6Nm2 , 整流装置采用三相零式电路 , 试判断按题 1-10 要求设计的转速负反馈系统能否稳定运行 ?如果保证系统稳定运行 , 允许的最大开怀放大系数 K 是多少 ?L0.05电磁时间常数 Tl0.0185SR2.7机电时间数GD 2 R1.62.70.064

8、5 TS 0.00333S （查表Tm30375 _Ce CT(或 9.55) 0.01367375 0.013673.14全波为）在 1-10 题中 K28.64 如要系统稳定须保证K23.1 则系统不稳定。如要系统稳定， 允许的最大的开环放大系数为K23.1 但调速范围不满足了16.为什么用积分控制的调速系统是无静差的在转速负反馈调速系统中 ,当积分调节器的输入偏差电压U0 时 ,调节器的输出电压是多少它取决于那些因素 ?答：使用积分控制时可以借助积分作用，使反馈电压U n 与给定电压 U n_相等，即使U n 为零 U C 一样有输出，不再需要U n 来维持 U C ，由此即可使输出稳定

9、于给定值使调速系统无静差。U n 0 时调节器的输出为电压 U C ，是对之前时刻的输入偏差的积累。它取决于U n 的过去变化，当U n 为正 U C 增加，当U n 为负 U C 下降，当U n 为零时 U C 不变。在无静差转速单闭环调速系统中 , 转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精度的影响 ?试说明理由 ;答：在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度同样受给定电源和测速发电机精度的影响。无静差转速单闭环调速系统只是消除了误差，使输出的转速基本稳定于给定的转速。但是，这种系统依然属于反馈控制系统，只能抑制被反馈环包围的前向通道上的扰动，对于其他环节上的精度影响无可奈何。采用比

10、例调节器控制的电压负反馈系统 , 稳态运行时的速度是否有静差 ? 为什么 ?试说明理由 ;答：有静差。电压负反馈系统中是在转速较高时，C en I a Ra U d 0 忽略了转速的降落认为电枢电压正比于转速，而实际上是电枢电压无静差，从公式中可以看出速度的降落是不能消除的。因为调节器的输出是电力电子变换器的控制电压U CK PU n 。所以只要电动机在运行，就必须有控制电压U C , 因而也必须有转速偏差电压U n 。第二章习题答案2-1在转速、电流双闭环调速系统中，若改变电动机的转速，应调节什么参数？改变转速调节器的放大倍数 Kn 行不行？改变电力电子变换器的放大倍数 Ks 行不行？改变转

11、速反馈系行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么参数？答：改变转速，调节给定电压U n_，改变转速调节器放大倍数K n 不行，改变 K s 也不行，变行。改变堵转电流调节电流反馈系数.2-2 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电压和输出电压各是多少？为什么？答：两个调节器的输入偏差电压均为0，如果不为 0 则 U c 和 U i_继续变化，就不是稳态。转速调节器的输出电压为：U i_I d 电流调节器的输出电压为：U cU doCe U n_/RI dK sK s2-3 如果转速、电流双闭环调速系统中的转速调节器不是PI 调节器，而改为 P 调节器，系统的静、

12、动态性能将会产生什么影响？答：稳态精度变差，但跟随性和抗干扰能力都不会得到改善，使系统成为不稳定系统。答：静特性1）闭环系统的静特性变软2）存在静差率相对较大。动特性：跟随性和抗干扰能力不会得到改善，动态稳定性降低，而快速性却提高了。2-4试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环调速系统：（）调速系统的静态特性 ;（）动态限流性能 ;（）起动的快速性 ;（）抗负载扰动的性能 ;（）抗电源电压波动的性能 ;答：（ 1）单闭环：在系统稳定时实现转速无静差。双闭环：可实现转速无静差和电流无静差。（ 2）单闭环：只能在超过临界电流I dcr 后，限制电流冲击双闭环：电

13、流调节器通过电流反馈系数随时调节控制电流（ 3）单闭环：快、不平稳双闭环：起动快、平稳（ 4）单闭环：差双闭环：强、靠ASR单闭环：差双闭环：由电流内环ACR及时调节2-5 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器均采用PI 调节。当系统带额定负载运时，转速线突然断线，系统重新进入后，电流调节器的输入偏差电压U i 是否为零？为什么？答：转速和电流调节器的输出达到饱和为止，电流调节器的输入偏差电压Ui 不为零，为稳定后电流反馈依然为U iI d 只能增加电动机的转速达到新的平衡U domCe nma_RI d2-6 在转速、电流双闭环调速系统中，转速给定信号U n_未改变，若增大转速反馈系数系

14、统稳定后转速反馈电压U n 是增加、减少还是不变？为什么？答： U n 不变。因为增大，在达到新的稳定运行时，依然要是无静差系统，系统的转速降，在达到同样的 U n 时稳定运行。2-7 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： PN 3.7KW ;U N220V , nN 1000r / min 电枢回路总电阻 R=，设 U nm_U im_U cm 8V ，枢回路最大电流 I dm 40A ，电力电子变换器的放大系数K s40 。试求：（）电流反馈系数和转速反馈系数;（）当电动机在最高转速发生堵转时的U do 、 U i_、 U i、 U

15、c 值。解：（ 1）电流反馈系数U im_8V/AI dm40转速反馈系数U nm_8Vrnma_1000（ 2） U i_I dm 0.2 40 8VU iU im_8V （负反馈）由于堵转电流 n02-8 在转速、电流比闭环调速系统中，调节器ASR,ACR均采用 PI 调节器。当 ASR输出达U im_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） U i_应如何变化？（ 2） U c 应如何变化？（ 3） U c 值由哪些条件决定？解：（ 1） U i_应增加。因为当负载电流由40A增加到 70A 时 U iI d 由 40A 增加到 70

16、A 时， U i_由 4V 增加到 7V（ 2） U c 略有增加。因为 U c K s U d 0Ce nRI d； I d 的增加使增加， U i_是确定的。U d 0 增加，使得 U c 增加（ 3） U c 由 n 和 I d 决定。U c U d 0 / K sCe nRI dK s2-9 在转速、电流双闭环调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行，现因某种原因使电动机励磁电源电压突然下降一半, 系统工作情况将会如何变化？写出U i_、 U cU d 0 、 I d 及 n 在系统重新进入稳定后的表达式。答：当磁通下降一半时#;2但电动机拖动恒转矩负载运行所以I d#;2

17、I d2-10 某反馈控制系统已校正成典型I 型系统。已知时间常数T，要求阶跃响应超调10求系统的开环增益 ;（）（）计算过渡过程时间 ts 和上升时间 tr ;（）绘出开环对数幅频特性。如果上升时间t r 0.25s ，则 K=?，解：（ 1）系统开环增益10 KT0.69 K0.696.9（参见表 2-2 ）0.12）调节时间 ts 6T 6 0.1 0.6s 上升时间 t r 3.3T 0.33str 0.25s KT=1 K=1016.3用 MATLAB仿一个为好：2-11 有一个系统， 其控制对象的传 递 函 数K110, 要设计一个无静差系统，在阶跃Wobj0.01ss 11入下系

18、统超调量5（按线性系统考虑）。试对该系统行动态校正，决定调节器结构，并选择其参数。解：校正成典型 I 型系统，调节器传递函数为Wpi (s)W (s) W pi ( s)Wobj (s)K i K1 取 KK i K1s( s 1)5 查表得： KT0.550T0.01s K i0.5; K0.01K i 校正后系统的开环传递函数为：sK50K15102-12 有一个闭环系统，其控制对象的传递函数为K110，Wobj (s)1)s(0.02s 1)s(Ts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） 。决定调节器构，并选择其参数。解：30 选用 PI 型调节器 WpiK

19、pi ( 1 s 1)1系统开环传函为WWpi WobjK pi ( 1 s 1)10s(0.02s1)1h=71 hT0.02h18204.17 0.14 K2T 22 490.02 22h2-13 调节对象的传递函数为Wobj ( s)18，要求用调节器分别将其校正为(0.25s 1)(0.005s 1)型 型和型系统，求调节器的结构与参数。解：校正成典型型系统选择 PI 调节器：Wpi ( s)K pi ( 1 s1) 校正后的开环传递函数为：1sW (s)Wpi (s)Wobj (s)K pi ( 1 s 1)18令 1 0.25 K K pi18 / 11 s(0.25s1)(0.0

20、05s1)W (s)K1004.3 KT0.5 K=100t s6T 0.03s(0.005s1)s(0.005s1)校正成典 型系统，选择 PI 调节器：h=5 1 hT25 0.0050.025 ts/ T 9.55 t s9.55 0.005 0.0472-14 在一个三相零式晶闸管整流装置供电的转速-(1) 电流反馈系数U _im80263V / AI dm0.339U n_100.01Vmin/ r转速反馈系数nma_1000（ 2）设计电流调节器ACR1确定时间常数整流装置滞后时间常数Ts0.00333s Toi0.0025s电流环小时间常数之和T iTsToi0.00583s2.

21、选择电流调节器结构5 按典型型设计，电流环控制对象是双惯性型的可用PI 型电流调节Ki ( s 1)检查对电源电压的抗扰性能：TL0.012 s2.06 各项指标器。W ACRT i0.00583si s可以接受。计算电流调节器参数电流调节器超前时间常数电流开环增益：要求校验近似条件iT L0 .012 s电流截止频率 WKI85.76S 1ci（ 1）晶闸管装置传递函数的近似条件131100.1S 1Wci 满足近似条件3Ts0.00333（ 2）忽略反电动势变化对电流环动态影响的条件313179.06Wci 满足近似条件0.12 0.012TmTL（）电流环小时间常数近似处理条件11111

22、61.7S 1Wci 满足近似条件3TsToi30.0017 0.0025R040KRiKiR 00.224408.96K(9K )（ 5）计算调节器电阻和电容Cii0.0121.33FRi9 10 3Coi4Toi4 0.00250.25FR04010 3动态性能跟随指标为(3)确定时间常数电流环等效时间常数4.35 满足近似条件112T i 2 0.00583 0.01166SK T0.5 K IK I转速滤波时间常数转速环小时间常数Ton0.015S1T nTon 0.01166 0.015 0.02666 S K I选 择 转 速 调 节 器 结 构 ： 按 典 型 型 系 统 设 计

23、 ， 选 择 PI 调 节 器K n ( n s1)WARS (S)n s3.计算转速调节器参数取 h=3 ASR的超前时常数nhT n30.02660.0798SK Nh14314.07S 2转速开环增益2h2T 22 9 0.02662( h 1) CeTm40.0236 0.196 0.12K n67.732h RT n0.01 0.18 0.0266ASR例系数4.校验近似条件（ 1）电流环传递函数简化条件1K I185.76满足近似条3T i340.43 Wcn0.00583件(2) 转速环小时间常数1K I185.76满足近似条件3Ton325.2 Wcn0.015计算调节器电阻电容2-15(1)选用PI调节器h=5U im _10U n_100.0267Vmin/ r0.00877V / A375Idm7601.5nma_（ 2） K I T i0.5（）电流环传递函数简化条件1K I1135.164S 1Wcn 满足近似条件3T i30.00371K I1135.127S 1Wcn 满足近似条件3Ton30.02U n _n2-16 （ 1）_5nU n500r / min0.01第 44 页 共 44 页