电力拖动自动控制系统第四版课后答案.doc
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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 1000100,要求静差率 s=2%,那么系统允许的静差转速降是多少?minr解:1000 0.02 (10 0.98)2.04(1)nn snrpmDs 系统允许的静态速降为。2.04rpm2.3 某一调速系统,在额定负载下,最高转速特性为,最低转速特性为 ,带额定0max1500minnr0min150minnr负载时的速度降落,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?15minNnr解:1)调速范围 (均指额定负载情况下)maxminDnnmax0max1500 151485Nnnnmin
2、0min150 15135Nnnnmaxmin1485 13511Dnn2) 静差率 015 15010%Nsnn 2.4 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:()(220378 0.023) 14300.1478NNaNCeUI RnV rpm/378 (0.0230.022) 0.1478115NnI R Cerpm (1)1430 0.2 115 (1 0.2)3.1NDn
3、 Sns(1)1430 0.3 115 (1 0.3)5.33NDn Sns2.5 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=0.2Vmin/r,求:(1)当电流连续时,在额定负载下的转速降落为多少?Nn(2)开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率多少?NS(3)若要满足 D=20,s5%的要求,额定负载下的转速降落又为多少?Nn解:(1)305 0.18 0.2274.5 /minNNnIR Cer(2) 0274.5 (1000274.5)21.5%NNSnn (3) (1)1000 0.05 20 0.952.63 /minNnn SD
4、sr 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、比例调节器放大系数、晶闸管装置放大系数*8.8uUV2PK、反馈系数 =0.7。求:(1)输出电压;(2)若把反馈线断开,为何值?开环时的输出电压是闭环是的多少倍?15SK dUdU(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 应为多少?* uU解:(1) *(1)2 15 8.8 (12 15 0.7)12dpsupsUK K UK KV (2) ,开环输出电压是闭环的 22 倍8.8 2 15264dUV (3) *(1)12 (12 15 0.35) (2 15)4.6udpspsUUK KK
5、KV 2.7 某闭环调速系统的调速范围是 1500r/min150r/min,要求系统的静差率,那么系统允许的静态速降是多少?如果开环系统的静态5%s 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%Nn15002% / 98% 103.06 / minNnr2)7 .31106. 3/1001/clopnnK/2.8 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,调速范围可以扩大多少倍?解: 12881511clopnKn
6、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 可以扩大倍937. 1/21clclnn2.9 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,已知:电动机:,r/mi
7、n,=1.5,整流装置内阻=1, 电枢回路电抗器电kWPN8 . 2VUN220AIN6 .151500NnaRrecR阻=0.8, 触发整流环节的放大倍数。LR35sK(1)系统开环工作时,试计算调速范围时的静差率值。30Ds(2)当,时,计算系统允许的稳态速降。30D%10s(3)如组成转速负反馈有静差调速系统,要求,在时,计算转速负反馈系数30D%10sVUn10*NdIINnn 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/ 3
8、92.685088.7%opNeopnIRCrnsnn (2)min/56. 59 . 0/5 50/1 . 0 rnnn (3) espedensp CKKKKCIRKCUKKn /1/1/* 5 .52156. 5/48.2971/1/6 .151/1500*clopeensp nnKKCRKCUKK2.13 旋转编码器光栅数 1024,倍频系数 4,高频时钟脉冲频率,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MHz1f0/计数器,M 法测速时间为 0.01s,求转速和时的测速分辨率和误差率最大值。min/ r1500n min/ r150n 解:(1)M 法:分辨率min
9、/465. 101. 0410246060rZTQc最大误差率:cZTMn160时, min/1500rn 10246001. 0102441500 601cnZTM时,min/150rn 4 .1026001. 010244150 601cnZTM时,min/1500r%098. 0%10010241%1001%1maxM时,min/150r%98. 0%1004 .1021%1001%1maxM可见 M 法适合高速。(2)T 法:分辨率:时,min/1500rn min/17115004102510160150041024 606202 rZnfZnQ时,min/150rn min/55.
10、 1150410241016015041024 606202 rZnfZnQ最大误差率:,2060 ZMfn ZnfM0 260当时,min/1500rn 77. 9150041024106062M当时,min/150rn 7 .9715041024106062M时,min/1500rn %4 .11%100177. 91%10011%2maxM时,min/150rn %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=15V,=1500r/min,=20A,电流过载倍数为 2,电枢
11、回* nmUNnNI路总电阻=2,=20,=0.127Vmin/r,求:(1)当系统稳定运行在=5V,=10A 时,系统的、和RsKeC* nUdLInnU* iUiU各为多少?(2)当电动机负载过大而堵转时,和各为多少?cU* iUcU解:(1)* *0*/15/15000.01/55 ,5000.01/150.375/400.375*103.750.127*50010*24.17520500,5 ,3.75 ,nmNn nimdmididdLeNdL C sssniicUnVrpmVrpmUVUVnrpmVrpmUVVAIAUIVUUEI RC nI RUVKKKnrpm UV UUV U
12、当转速即4.175v(2)堵转时,VIUdmi15*040*2420edddm c sssC 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:=3.7kW,=220V, =20A,NPNUNI=1000 r/min ,电枢回路总电阻=1.5,设=8V,电枢回路最大电流=40A,电力电子变换器的放大系数NnRcmimnmUUU* dmI=40。试求:sK(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值。,0dUciiUUU,*解:1)*880.2/0.008/401000imnmdmNUVU
13、VVAVrpmIAnrpm2) 040*1.560ddleNdlUEI RC nI RAV 这时:,ASR 处于饱和,输出最大电流给定值。 *8 ,0nnUV U*8 ,8 ,iiUV UV/060 401.5CdSUUKV3.3 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=8V 时,主电路电流达到最大电流 80A。当* imU负载电流由 40A 增加到 70A 时,试问:(1)应如何变化?(2)应如何变化?(3)值由哪些条件决定?* iUcUcU解: 1) *80.1/80imdmUVVAIA因此当电流从 40A70A 时, 应从 4V7
14、V 变化。* iU2) 要有所增加。CU3) 取决于电机速度和负载大小。因为 CU0ddleNdlUEI RC nI R0edd c ssC 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)计算过渡过程时间和上升时间 ;strt(3)绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间0.25s, 则K=?,=?rt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:366 0.10.6s ntTs(3)如要
15、求,查表 3-1 则应取 , 这时0.25rts1,0.5KT2.42.4*0.10.24rtTs/,超调量=16.3%。1/10KT3.6 有一个系统,其控制对象的传递函数为,要求设计一个无静差系统,在阶跃输入下系统超调量101. 010 1)(1 ssKsWobj5(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,校正后系统的开环传递函数为,已选1( ),W ss110( ),T0.01(0.011)W sss这样, K=10/KT0.5, 则 K0.5/T=50, 所以
16、,积分调节器:。10 /10 / 500.2KS11( )0.2W sss3.7 有一个闭环系统,其控制对象的传递函数为,要求校正为典型型系统,在阶跃输入下系统超) 102. 0(10 ) 1()(1 ssTssKsWobj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,对照典型型系1(1)(1)( ),( )(1)PIPI PIKsKsKWsW ssss Ts 校正后系统的开环传递函数 统, ,满足设计要求。 这样1/ ,h83-4PIKK KhT, 选, 查表, % =27. 2%,8*0.020.16hTs12222181175.78,/175.7
17、8*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:kW , V , 60NP220NUA , r/min , 电动势系数=0.196 Vmin/r , 主回路总电阻=0.18,触发整流环节的放大倍数=35。电磁时308NI1000NneCRsK间常数=0.012s,机电时间常数=0.12s,电流反馈滤波时间常数=0.0025s,转速反馈滤波时间常数=0.015s。额定转速时的给定电lTmTiT0nT0压(Un*)N =10V,调节器 ASR,ACR 饱和输出电压 Uim*=8V,U
18、cm =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5% ,空载起动到额定转速时的转速超调量10%。试求:in(1)确定电流反馈系数 (假设起动电流限制在以内)和转速反馈系数 。1.1NI(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/(1.1*)8/3390.0236/imdmNUIVIVAV
19、A10/10000.01 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,可按典型 I 型系统设计,选用 PI 调节器,, 5%i(1)( )ii ACR iKSWSS 电流调节器参数确定: ,10.012 ,0.5,0.5/85.76ilIiIiTsK TKTs 选。85.76 0.012 0.180.22435 0.0173Ii i sKRKK 校验等效条件:185.76ciIKs可见满足近似等效条件,电流调节器的实现:选,则:040RK, 取 9K.
20、00.224 408.96iiRK RKK由此33 000/0.012/(9 10 )1.334/4 0.0025/ 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:因为1/IK0.5IiK T则 1/22 0.005830.01166IiKTsb)0.015onTsc)1/0.011660.0150.02666nIonTKTs速度调节器结构确定:按照无静差的要求,应选用 PI 调节器,, 速度调节器参数确定:(1)( )nn ASR nKsWss ,5,0.1333nnnnhThhTs取/校验等效条件:2 222216168.8222 50
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