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1、习题二 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法2-1 在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速,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,应调节系统中的哪些参数?答： 在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速,应调节的参数有：转速给定电压U*n，因为转速反馈系统的转速输出服从给定。 改变转速调节器的放大倍数Kn，只是加快过渡过程，但转速调节器的放大倍数Kn的影响在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统有调节和抑制能力。因此，不能通过改变转速调节器的
2、放大倍数Kn，来改变转速 改变改变电力电子变换器的放大倍数Ks，只是加快过渡过程，但转电力电子变换器的放大倍数Ks的影响在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统有调节和抑制能力。因此，不能通过改变电力电子变换器的放大倍数Ks，来改变转速 改变转速反馈系数，能改变转速。转速反馈系数的影响不在转速负反馈环内的前向通道上，它引起的转速变化，系统没有调节和抑制能力。因此，可以通过改变转速反馈系数来改变转速，但在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行最终的转速还是服从给定。 若要改变电动机的堵转电流,应调节系统中的参数有：转速的给定U*n、转速调节器的放大倍数Kn、转速调节器的限幅值、转速反馈系
3、数等，因为它们都在电流环之外。2-2 在转速、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：在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行时，转速调节器退饱和，PI的作用使得转速调节器的输入偏差电压为0，转速调节器的输出电压由于维持在U*im（n*）。在转速、电流双闭环调速系统中稳定运行时，电流调节器不饱和，PI的作用使得电流调节器的输入偏差电压为0，形成一个电流随动子系统，力图使Id尽快跟随其给定U*i. 电流调节器的输出电压UC又后面的环节决定。2-3 在转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是PI调节器，而是P调节器，对系统的静、动态性能将会产生什么影响?答
4、：在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器采用P调节器，整个系统成为一个有静差的系统。转速调节器不饱和，一直处于主导地位；电流调节器不饱和，形成一个电流随动子系统，无法形成在最大电流下在最短时间内使速度上升/下降最快，动态响应较慢。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： 调速系统的静态性能； 动态限流性能； 启动的快速性 抗负载扰动的性能； 抗电源波动的性能答： 调速系统的静态性能:在转速、电流双闭环调速系统中，转速调节器采用PI调节器，整个系统成为一个无静差的系统。带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，转速调节器采用PI调节器，整个系统成
5、为一个无静差的系统。 动态限流性能:在转速、电流双闭环调速系统中，电流调节器采用PI调节器，将电流限制在Idm内。带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，将电流限制在Idcr-Idbl内。 启动的快速性:在转速、电流双闭环调速系统在启动/制动过程中，转速调节器饱和，电流调节器在最大电流Idm附近进行PI调节，时间最短，提高了启动/制动的快速性。带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，在启动/制动过程中，当电流大于截止电流Idcr时，电流调节器起作用，并不是在最大电流附近进行调节，启动/制动的快速性较差。 抗负载扰动的性能：在转速、电流双闭环调速系统中，负载扰动在转速外环中，负载扰动作用在电流环之后
6、，因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。 带电流截止环节的转速单闭环调速系统中，负载扰动立即引起电流变化，当电流大于截止电流Idcr时，电流调节器起作用，可以进行调节。 抗电源波动的性能在转速、电流双闭环调速系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗电源波动的性能大有改善。在电流截止环节的转速单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电源电压扰动的性能要差一些。2-5 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器均采
7、用PI调节器。当系统带额定负载运行时，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DUi是否为零?答：在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。当系统带额定负载运行时，转速反馈线突然断线，转速调节器反馈电压突变为为0，转速调节器输入偏差突变为最大，转速调节器（PI调节器）饱和，转速开环，系统变为电流单闭环调节。转速调节器的输出突变为正极限值U*im,电流调节器的输入偏差变大，电流调节器为PI调节器作用，直至进入新的稳定状态，电流无静差。当重新进入稳定运行时，电流调节器（PI调节器）的输入偏差信号DUi为零。2-6 在转速、电流双闭环调速系统中，给定信号U
8、*n未变，增加转速反馈系数a，系统稳定后转速反馈电压Un是增加、减小还是不变？答：在转速、电流双闭环调速系统中，给定信号U*n未变，增加转速反馈系数a，转速调节器反馈电压增加，转速调节器输入偏差变大，转速调节器输出变大即电流调节器给定变大，电流调节器输入偏差变大，电流调节器输出变大即电机电流变大，进入重新调节阶段。系统稳定后，转速、电流无静差。转速调节器输入偏差为0，转速反馈电压Un等于转速给定信号U*n，不变。2-7 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。已知电动机参数为：PN3.7KW，UN220V，IN=20A，nN=1000rmin，电枢绕组总电阻Ra1. 5W，U
9、*nm =U*imU*cm=8V，电枢回路最大电流Idm=40A, 电力电子变换器的放大倍数Ks=40,试求: 电流反馈系数b和转速反馈系数a 当电动机在最高转速发生堵转时的Ud0、U*I、Ui、Uc值.解： 稳态运行时，转速调节器不饱和，输入偏差为0，=8/1500=0.0056稳态运行时，电流调节器不饱和，输入偏差为0，=8/40=0.2 当电动机在最高转速发生堵转时, 电枢回路最大电流Idm=40A, 电流调节器反馈电压最大U*im=8V,电流调节器输入偏差最大大，电流调节器饱和, 输出最大U*cm=8V, 电流开环.经过电力电子变换器后的Ud0= Ks*Uc =40*8=320V.,
10、电机转速很小;几乎为0, 转速反馈电压很小, 转速调节器输入偏差很大, 转速调节器饱和，转速开环,转速调节器输出U*im8V. 2-8 在转速、电流双闭环调速系统中，ASR、ACR两个调节器均采用PI调节器。当ASR的输出达到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，试问： U*I如何变化？ Uc如何变化？ Uc值.由哪些条件决定？答: 在转速、电流双闭环调速系统中，ASR、ACR两个调节器均采用PI调节器。当ASR的输出达到U*im=8V时，ASR饱和不起作用; 主电路电流达到最大电流80A，电流调节器的给定电压U*i=U*im=8V最大保持不变, 当负
11、载电流由40A增加到70A，电流调节器反馈电压Ui增加, 电流调节器的输入偏差电压减小, 电流调节器的输出电压Uc减小. Uc值.由: 电流调节器的输入偏差电压(电流调节器的给定电压U*i-电流调节器反馈电压)、条电流调节器的比例放大系数、电流调节器积分时间常数以及电机的运行状态等条件决定。2-9 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突然下降一半，系统工作情况会如何变化？写出Ud0、U*i、Uc、Id、n在系统重新进入稳定后的表达式。答: 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
12、励磁电源突然下降一半，电机的电磁转矩减小为原来的一半，转速下降，转速调节器反馈电压Un减小, 转速调节器的输入偏差电压增大, 转速调节器的输出电压即电流调节器的给定电压U*i增大. 电流调节器的输出电压Uc增大，转速上升，达到新的稳定。在系统重新进入稳定后Ud0=U*i=Uc=Id=n=2-10 某反馈控制系统已校正成典型型系统。已知时间常数T=0.1S，要求阶跃响应超调量10% 求系统的开环增益； 计算过渡过程时间ts和上升时间tr 画出开环对数特性。如要求上升时间tr0.25s, 则K=？,=？解： 典型型系统W（S）= T=0.1S 阶跃响应超调量10%当wc 1/T时，的幅频特性以20
13、dB/dec斜率穿越零分贝线，系统有较好的稳定性。系统的开环增益K=wc截止频率 KT=0.5 K=5过渡过程时间ts=6T=0.6S上升时间tr= 取=0.707 上升时间trT2WPI(S)=, 1=hT2 一般取h=5 1=hT2=5*0.02=0.1S 2-14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，已知电动机额定参数: PN360KW，UN220V，IN=308A，nN=1000rmin，电动势系数Ce=0.196V. minr, 主回路总电阻R0.18W，触发整流环节的放大倍数Ks=35, 电磁时间常数Tl=0.012S, 机电时间常数Tm=0.12S,电流反馈滤波时间常数Toi=0.0025S 转速反馈滤波时间常数Ton=0.015S. 额定转速时给定电压U(*n)N=10V, 调节器ASR、ACR饱和输出电压U*im=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%,空载启动到额定转速时的转速超调量n5%, 试求: 电流反馈系数b(假定启动电流限制在339A以内)和转速反馈系数a 试设计电流调节器ACR， 计算其参数Ri、Ci、Coi，画出其电路图
