2023年运控习题超详细解析超详细解析答案.pdf
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1、 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,转速调节器限幅值为*imU=15V,nN1500r/min,NI=20A,电流过载倍数为 2,电枢回路总电阻R=2,sK=20,eC=0.127Vmin/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)150.01 min/1500/minnmNUVVrnr 5500/min0.01 min/nUVnrVr*150.375/40imdmUVVAIA*0.375 103.
2、75idUIV 0.375 103.75idUIV 0.1275001024.17520edcsC nI RUVK (2)堵转时,VIUdmi15*,0.1270402420edcsC nI RUVK 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=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
3、,*值。解:1)*80.32/40imdmUVVAIA 80.008min/1000/minnmNUVVrnr 2)040 1.560dddmUEIRIRV 这时:*8,0nnUV U,ASR处于饱和,输出最大电流给定。*8,8,iiUV UV 0601.540dCSUUVK 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 *iU
4、就是电流的给定,因此当电流从 40A到 70A时,*iU 应从 4V到 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0ddedmUEI RC nIR 0dCSUUK 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rt 0.25s,则K=?,=?(3)绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间0.25rts,求 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/)
5、KTs 统中两个调节器均采用调节器已知参数电动机电枢回路总电阻设电枢回路最大电流电力电子变换器的放大系数试求电闭环调速系统中调节器均采用调节器当输出达到时主电路电流达到最大电流当负载电流由增加到时试问应如何变化应小因为某反馈控制系统已校正成典型型系统已知时间常数要求阶跃响应超调量系统的开环增益计算过渡过程时间和上(2)上升时间3.30.33rtTS 过度过程时间:366 0.10.6sntTs (3)如要求0.25rts,则应取1,0.5KT这样1/10KT,超调量=16.3%。3.8 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,220
6、NUV,308NIA,1000Nnr/min,电动势系数eC=0.196 Vmin/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
7、。(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=40k。(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)*80.0236/1.1imdmNUVVAII 100.01 min/1000/minnmNUVVrnr 统中两个调节器均采用调节器已知参数电动机电枢回路总电阻设电枢回路最大电流电力电子变换器的放大系数试求电闭环调速系统中调节器均采用调节器当输出达到时主电路电流达到最大电流当负载电流由增加到时
8、试问应如何变化应小因为某反馈控制系统已校正成典型型系统已知时间常数要求阶跃响应超调量系统的开环增益计算过渡过程时间和上(2)电流调节器设计 确定时间常数:)0.00333sa Ts)0.0025oib Ts)0.00583ic Ts 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:10.012,0.5,0.5/85.76ilIiIiTs K TKTs /85.760.0120.18/35 0.02360.2243iIlsKK T R K。校验等效条件:185.76ciIKs 11)101.0133 0.00333c
9、iSaT满足近似条件 111)3379.060.120.012cimIbST T 满足近似条件 11111)115.35330.00330.0025cisoicsTT 满足近似条件 可见满足近似等效条件,电流调节器的实现:选040RK,则:00.2243408.97iiRK RK,取 9K.30.0121.339 10iiiCFR 003044 0.00250.2540 10iiTCFR(3)电流环等效时间常数1IK 0.5IiK T则122 0.005830.01166iITsK 0.015onTs 统中两个调节器均采用调节器已知参数电动机电枢回路总电阻设电枢回路最大电流电力电子变换器的放大
10、系数试求电闭环调速系统中调节器均采用调节器当输出达到时主电路电流达到最大电流当负载电流由增加到时试问应如何变化应小因为某反馈控制系统已校正成典型型系统已知时间常数要求阶跃响应超调量系统的开环增益计算过渡过程时间和上 10.011660.0150.02666nonITTsK 速度调节器结构确定:按照无静差的要求,应选用 PI调节器,()(1)/ASRnnnWSKSS 速度调节器参数确定:,5,0.1333nnnnhThhTs 转速环开环增益 222216168.3222 25 0.02666NnhKsh T ASR的比例系数(1)6 0.02360.1960.126.9422 5 0.010.1
11、80.02666emnnhC TKh RT 校验等效条件:转速环截止频率11168.830.133322.5NcnNnKKs 11185.76)40.43330.00583IcniKasT满足简化条件 11185.76)=25.2330.015IcnonKbsT满足简化条件 转速超调量的校验(空载 Z=0)2 81.2%1.1(3080.18/0.196 1000)(0.02666/0.12)11.23%10%n 转速超调量的校验结果表明,上述设计不符合要求。因此需重新设计。查表,应取小一些的 h,选 h=3 进行设计。按 h=3,速度调节器参数确定如下:0.07998nnhTs 222214
12、312.65622 9 0.02666NnhKsh T (1)4 0.02360.1960.127.7122 3 0.010.180.02666emnnhC TKh RT 校验等效条件:21312.6560.0799825NcnNnKKs 统中两个调节器均采用调节器已知参数电动机电枢回路总电阻设电枢回路最大电流电力电子变换器的放大系数试求电闭环调速系统中调节器均采用调节器当输出达到时主电路电流达到最大电流当负载电流由增加到时试问应如何变化应小因为某反馈控制系统已校正成典型型系统已知时间常数要求阶跃响应超调量系统的开环增益计算过渡过程时间和上 11185.76)40.43330.00583Icn
13、iKasT满足简化条件 11185.76)=25.2330.015IcnonKbsT满足简化条件 转速超调量的校验:272.2%1.1(3080.18/0.196 1000)(0.02666/0.12)9.98%10%n 转速超调量的校验结果表明,上述设计符合要求。速度调节器的实现:选040RK,则07.7140308nnRKRK,取 310K。30.07998=0.258310 10nnnTCFR 3044 0.015=1.540 10ononTCFR 4)40%额定负载起动到最低转速时(最低转速为 1000/10=100r/min)%2 72.2%(1.10.4)(3080.18/0.19
14、6 100)(0.02666/0.12)63.5%n 5)空载起动到额定转速的时间是:(书上无此公式)*(2/(1)0.3854nnnimdlhhK U TtUI 3.10 有一转速、电流双闭环调速系统,主电路采用三相桥式整流电路。已知电动机参数为:PN=500kW,UN=750V,IN=760A,nN=375 r/min,电动势系数 Ce =1.82Vmin/r,电枢回路总电阻 R=0.14,允许电流过载倍数=1.5,触发整流环节的放大倍数Ks=75,电磁时间常数lT=0.031s,机电时间常数mT=0.112s,电流反馈滤波时间常数iT0=0.002s,转速反馈滤波时间常数nT0=0.02
15、s。设调节器输入输出电压Unm*=Uim*=Unm=10V,调节器输入电阻 R0=40k。设计指标:稳态无静差,电流超调量i5%,空载起动到额定转速时的转速超调量n10%。电流调节器已按典型 I型系统设计,并取参数 KT=0.5。(1)选择转速调节器结构,并计算其参数。(2)计算电流环的截止频率ci和转速环的截止频率cn,并考虑它们是否合理?解:(1)*100.00877/1.5imdmNUVVAII 统中两个调节器均采用调节器已知参数电动机电枢回路总电阻设电枢回路最大电流电力电子变换器的放大系数试求电闭环调速系统中调节器均采用调节器当输出达到时主电路电流达到最大电流当负载电流由增加到时试问应
16、如何变化应小因为某反馈控制系统已校正成典型型系统已知时间常数要求阶跃响应超调量系统的开环增益计算过渡过程时间和上 100.0267min/375/minnmNUVVrnr 电流调节器已按典型 I型系统设计如下:确定时间常数:)0.00176Sa Ts)0.002oib Ts)0.00367ic Ts 电流调节器结构确定:因为%5%,可按典型 I型系统设计,选用 PI调节器,(1)()iiACRiKSWSS l0.0318.25100.00367iTT 电流调节器参数确定:l0.031iTs,0.5IiK T 10.5136.24IiKsT 136.240.031 0.140.89975 0.0
17、0877IIisKRKK 校验等效条件:1136.24ciIKs 111)199.633 0.00167ciSasT 111)3350.90.112 0.031cimIbsT T 11111)182.39330.001670.002cisoicsTT 可见满足近似等效条件。电流调节器的实现:选 R0=40K,则 00.8994035.96iiRKR 取 36K 300300.0310.8636 1044 0.0020.240 10iiiiiCFRTCfR 速度调节器设计 速度调节器结构确定:0.5IiK T 则电流环时间常数122 0.003670.00734iITsK 0.02onTs10.
18、007340.020.02734nonITTsK 统中两个调节器均采用调节器已知参数电动机电枢回路总电阻设电枢回路最大电流电力电子变换器的放大系数试求电闭环调速系统中调节器均采用调节器当输出达到时主电路电流达到最大电流当负载电流由增加到时试问应如何变化应小因为某反馈控制系统已校正成典型型系统已知时间常数要求阶跃响应超调量系统的开环增益计算过渡过程时间和上 按照无静差的要求,应选用 PI调节器,()(1)/ASRnnnWSKSS 速度调节器参数确定:,5,0.1367nnnnhThhTs 转速环开环增益 222216160.5422 25 0.02734NnhKsh T ASR的比例系数(1)6
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