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1、电力拖动自动控制系统习题答案1. 某调速系统的转速降为10r/min，试求转速在1000 r/min、100 r/min、10 r/min所占的百分比，并说明电机的工作状态。解： 只占1% 高速转动 只占10% 中速运转 占100% 电动机停转2. 某调速系统额定转速ned=1430r/min，额定速降为Dned=115r/min。当要求静差率s30%、s20%时，试求允许的调速范围。解：若要求s30%，则调速范围 若要求s20%，则调速范围 3. 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机：Ped=60KW，Ued=220V，Ied=305A，ned=1000 r/min，要求D=20，s5%。采用
2、晶闸管电动机系统，已知主回路总电阻R=0.18W，电动机Ce=0.2V.min/r。试问： 当电流连续时，在额定负载下的转速降为多少？ 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为多少？ 如果满足D=20，s5%的要求，额定转速时的静差率应该时多少？解： ，说明大大超过了5%的要求。 系统要求的4. 已知条件如上题，再增加两个条件：晶闸管整流装置的放大系数Ks=30，转速反馈系数a=0.015V.min/r。试求满足闭环系统指标D=20，s5%，Dncl2.63r/min所要求的放大倍数K。解：因为 ，所以 ，放大器的放大系数要大于等于465. 已知单闭环转速负反馈系统，R=1.0W，Ks=4
3、4，Ce=0.1925V.min/r，根据稳态性能指标D=10，s5%计算，系统的开环放大倍数K53.3。试分析系统能否稳定。解：已知系统运动部分的飞轮力矩，按保证电流时电流连续的条件计算电枢回路电感量，由于，则，取。计算系统各时间常数：， （三相桥式） 为保证系统稳定，开环放大系数应满足 不稳定6. 有一晶闸管直流电动机系统，电动机参数为Ped=2.5KW，Ued=220V，Ied=15A，ned=1500 r/min，Ra=2W，整流装置内阻Rs=1W，放大系数Ks=30，要求D=20，s10%。试求 计算开环系统态速降和调速要求所允许的稳态速降。 采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的
4、稳态结构图。 调整该系统，使U*n=20V时转速n=1000 r/min。-此时转速负反馈系数应该为多少？ 计算所须的放大器放大系数。解： 先计算电动机的，然后在计算稳态速降。 开环系统的稳态速降为 满足调速要求所允许的稳态速降为 采用转速负反馈的稳态结构图如图所示 当Ugn=20V时，n=1000r/min，则转速反馈系数为 闭环系统的开环放大系数为，则所需放大器的放大系数为8 有一可控硅直流调速系统，已知：Ped = 2.8KW，Ued = 220V，Ied = 15.6A，ned = 1500rpm，Rs = 1.5，Ra=1，Ks = 37，给定电源为0 24V求： 1. 计算系统开环
5、工作时在D = 30时，S= ？ 2. 计算D = 30、S = 0.1时允许的静态速降 3.设用转速负反馈环节实现2.的调速指标，计算出当Ugd = 24V时调整电机在额定点工作所需的放大器放大倍数Kp与反馈系数a。解：1. 2. 由上式公式可得：3. 12.549 某双闭环直流调速系统的电流环ACR已经设计完成，转速环的动态结构图如图所示，试选h = 5，按典型型系统设计转速环ASR。Id_U*nU*n +ASR0.0055- ILn _nU*n/0.005ASR解:结构图可以进一步简化，如下所示： 典型型系统的传递函数为： 为PI调节器 且,kp=3。按典型型系统设计的PI调节器ASR的
6、传递函数为：10 有一V-M调速系统，电动机为：Ped = 2.5KW，Ued = 220V，Ied = 15A，ned = 1500rpm，Rs = 2，整流装置内阻Rn=1，Ks = 30，要求系统调速范围D = 20，静差率s=10%。求：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. 采用转速负反馈构成闭环系统，试画出系统的静态结构图。3. 调整该系统，使当Ugd = 20V时，转速n = 1000rpm，则转速反馈系数应为多少？4. 计算所需的放大器放大倍数。 解：1. 开环系统的静态速降为： 调速系统所允许的静态速降为： 2. 采用转速负反馈的静态结构图如下图所示：I
7、dR_ud-ufnugn + Kp Ks 1/Ce an 3. 当Ued = 20V，n = 1000rpm，则转速负反馈系数为： 4. 闭环系统的开环放大倍数为： ， 所需放大器放大倍数为：11某系统的传递函数，用串联校正使之成为典型型系统，试确定调节器及其参数并画出幅频特性，要求校正后c = 10.5。解：对高频小惯性环节做合并处理，原系统变为：当采用PI调节器时，PI调节器的传递函数为，则校正后系统的开环传递函数为：，当要求c = 10.5 即c = 10.5 =12KP，KP =10.5/12 = 0.875。因此所选用的调节器的传递函数为： 12 某可控硅双闭环直流调速系统，整流装置
8、采用三相桥式电路，基本数据为：电动机D ：Ped = 550KW、Ued = 750V、Ied = 780A、ned = 375rpm、Ce= 1.92V/rpm、=1.5电枢回路总电阻：R = 0.1、Ks= 75、控制对象时间常数：Tl = 0.03s，Tm= 0.084s、反馈滤波时间常数：Toi = 0.002s，Ton = 0.02s，最大给定电压和调节器输出限幅电压均取12V，调节器输入电阻R0 = 40K。系统指标：稳态无静差，电流超调量sI% 5%，空载启动到额定转速时的转速超调量sn% 10%，电流调节器按典型型系统，KT = 0.5，试设计计算：1. 电流反馈系数b和转速反
9、馈系数a；2. 选择转速调节器的结构并说明理由；设计转速调节器的R、C参数。3. 计算电流环和转速环的截止频率wci和wcn，检验是否合理。IfzUn*ASRACR-UfnUfiEn解：首先画出系统的动态结构图：1.2. 电流环按典型型系统，KT = 0.5 设计，电流环等效传递函数 ，其中，为保证系统无静差，则ST系统采用PI调节器，这样由于ST的积分作用，可使转速无静差。因此转速闭环是二型系统，按典型二型系统设计，取h = 5，则：，此时超调量为：，因此选h = 5是合适的。此时PI调节器的参数为： 转速调节器原理图如图所示：UgnConR0/2ConCinRinR0/2R0/2R0/2U
10、fn3. 电流环截止频率转速环截止频率，外环截止频率远远小于内环截止频率，设计是合理的。13 如图所示直流调速系统方框图，ACR为电流调节器。已知电枢电路时间常数无静差，电机在启动过程中，使电流无超调。试求：1. 选择ACR调节器结构。 2.求调节器参数。3.求开环放大倍数。4. 若将调节器本身的放大倍数提高一倍，其超调量为多大？Idb ACR Ugi +解：1. 要稳态无静差，应选用PI调节器；要使启动无超调，应按典型型系统设计，并取=1.0，KT = 0.25，由以上理由，选LT为： 2. 调节器系数： ，满足近似条件。3. KI = 53.24.若将调节器本身的放大倍数提高一倍，则KI
11、TI = 0.5，超调量为4.3%。14 一个由三相零式可控硅装置供电的转速、电流双闭环调速系统，基本数据如下：直流电机：Ped = 60KW、Ued = 220V、Ied = 305A、ned = 1000rpm、Ce= 0.2V/rpm、=1.5电枢回路总电阻：R = 0.18、Ks= 30、控制对象时间常数：Tl = 0.012s，Tm= 0.12s、反馈滤波时间常数：Toi = 0.0025s，Ton = 0.0141s，额定转速时的给定电压：（Ugn）ed = 15V，调节器饱和输出电压：12V，调速范围：D = 10。A：确定电流反馈系数a和转速反馈系数b，设最大启动电流Idm=3
12、00AB：系统的静、动态指标为：无静差；电流超调量sI% 5%，空载启动到额定转速时的转速超调量sn% 10%，试设计电流调节器，画出电路图并计算R、C参数；调节器输入电阻R0 = 40K。C：设计转速调节器并计算参数；D：在额定负载下，启动到额定转速时的超调量解：A：由于调节器的饱和输出电压为12V，即电流环最大给定电压Ugim=12V，又最大启动电流为300A，所以电流反馈系数为：，额定转速时的给定电压（Ugn）ed = 15V，所以转速反馈系数 B：为保证电流超调量sI% 5%，应将电流环效正成典型I型系统，因此电流调节器应采用PI调节器，其电路如图所示： 其传递函数为： 根据要求将电流
13、环校正成典型I型系统且超调量sI% 5%，调节器的参数为：，对于三相零式，Ts=0.0033C：为保证系统无静差，速度调节器也选PI调节器结构，其传递函数为 ，因此速度环中有两个积分环节，速度环校正成典型II型系统，且取h = 5，速度调节器的参数为：D：在额定负载下启动到额定转速时的超调量为：15 双闭环直流调速系统采用晶闸管三相桥式全控整流电路供电，基本数据如下：直流电机：220V，136A，1460r/min，电枢电阻，过载系数；晶闸管装置：放大系数；电枢回路总电阻：；电枢回路总电感：；电动机总飞轮力矩：；电流反馈系数：；转速反馈系数；滤波时间常数：；设计要求：稳态指标：转速无静差；动态指标：电流超调量；空载起动到额定转速的转速超调量。设计：IfzUn*ASRACR-UfnUfiEn系统的动态结构图： 电流环的设计：确定时间常熟： 整流装置滞后时间常数 ; 电流环小时间常数：； 电磁时间常数：；确定电流调节器结构和参数： 结构选择根据性能指标要求：，而且：因此电流环按典型I型系统设计，电流调节器选PI调节器，其传递函数为 参数计算 为了将电流环校正成典型I型系统，电流调节器的微分时间常数应对消控制对象中的大惯性环节的时间常数，即取； ；为
