1設(shè)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為 ，式中11234()()(obj KWsTsTsK1=2；T 1=0.4s；T 2=0.08s；T 3=0.015s；T 4=0.005s。要求階躍輸入時(shí)系統(tǒng)超調(diào)量 %5%。用 PI 調(diào)節(jié)器將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成典型 I 型系統(tǒng)，試設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器參數(shù)并計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)間ts。解：用 PI 調(diào)節(jié)器校正時(shí)，調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為 1()iPIpWsKs取 ，并將 、 、 看成小時(shí)間常數(shù)，令10.4iTs2T340.8.150.1ss則按典型 I 型系統(tǒng)校正時(shí)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為 11()()()piip KsWKTsTs取 ，則12piKT10.412ipiKT調(diào)節(jié)時(shí)間 6.6sts所以 PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù) ， ；調(diào)節(jié)時(shí)間 。0.4ipi 0.st2畫(huà) 出 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 理 想 啟 動(dòng) 時(shí) 的 轉(zhuǎn) 速 、 電 流 與 時(shí) 間 的 關(guān) 系 曲 線 。 采 用 理想 啟 動(dòng) 的 目 的 是 什 么 ？ 如 何 實(shí) 現(xiàn) ？ din，0din（ ）tLImI( a )( b )di， mI LIn（ ）0圖 1 - 3 0 調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形t理想啟動(dòng)是使啟動(dòng)電流一直保持最大允許值，此時(shí)電動(dòng)機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速迅速以直線規(guī)律上升，以縮短啟動(dòng)時(shí)間。工程上常采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。啟動(dòng)時(shí)，讓轉(zhuǎn)速外環(huán)飽和不起作用，電流內(nèi)環(huán)起主要作用，調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流保持最大值，使轉(zhuǎn)速線性變化，迅速達(dá)到給定值；穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋外環(huán)起主要作用。3在單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)中引入“電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)”的作用是什么？其中“截止”的含義是什么？轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是否也需要引入電流截止負(fù)反饋？為什么？答：?jiǎn)伍]環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)不能限制過(guò)電流，引入電流截止負(fù)反饋可以對(duì)電機(jī)過(guò)載起到保護(hù)作用。 ；“截止”指的是電流不過(guò)載時(shí)，去掉電流負(fù)反饋。 ；轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不需要引入電流截止負(fù)反饋。 ；因?yàn)檗D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出限幅值限制了最大電流給定值，再通過(guò)電流環(huán)的電流調(diào)節(jié)作用，即可實(shí)現(xiàn)限流。4分 別 畫(huà) 出 單 閉 環(huán) 轉(zhuǎn) 速 負(fù) 反 饋 調(diào) 速 系 統(tǒng) 和 單 閉 環(huán) 電 壓 負(fù) 反 饋 調(diào) 速 系 統(tǒng) 的靜 態(tài) 結(jié) 構(gòu) 圖 ； 標(biāo) 出 靜 態(tài) 結(jié) 構(gòu) 圖 中 各 個(gè) 環(huán) 節(jié) 的 信 號(hào) ； 再 分 別 說(shuō) 明 兩 種 系 統(tǒng) 在 電網(wǎng) 電 壓 降 低 后 如 何 進(jìn) 行 恒 壓 調(diào) 節(jié) ？ 從 而 說(shuō) 明 哪 種 系 統(tǒng) 對(duì) 電 網(wǎng) 電 壓 的 擾 動(dòng) 具 有更 強(qiáng) 的 抗 擾 能 力 ？ 答：（1）單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖和信號(hào)標(biāo)注 nU+- nPKctUsd0e1CEn+-RI圖 1 - 1 1 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖恒壓調(diào)節(jié)過(guò)程： （2）0*0 )(dctnnndd UUIU電 網(wǎng) 電 壓?jiǎn)伍]環(huán)電壓負(fù)反饋調(diào)速靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖和信號(hào)標(biāo)注圖 1 - 2 0 電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖e1C( a )En+-nUPKctUnsd0nRa+-+-dI nUsKpe1CndU( b )+-e1CsKpdUn+- ndRI( c )e1Cn- adRI( d )Ud恒壓調(diào)節(jié)過(guò)程： dctu*nnu0 )Ud電 網(wǎng) 電 壓（3）單閉環(huán)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓的擾動(dòng)具有更強(qiáng)的抗擾能力5寫(xiě) 出 直 流 電 動(dòng) 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 速 表 達(dá) 式 ， 說(shuō) 明 它 有 哪 3 種 調(diào) 速 方 式 ？ 每 種 調(diào) 速方 式 的 優(yōu) 、 缺 點(diǎn) 是 什 么 ？ 答：轉(zhuǎn)速表達(dá)式；KRIUEnede0有三種調(diào)速的方法，即調(diào)節(jié)電樞電壓 ；減弱勵(lì)磁磁通 ；改變電樞回0d路電阻 。R（1）調(diào) 可平滑地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 ，機(jī)械特性將上下平移。但電壓只能向小于額0dUn定電壓的方向變化。（2）弱磁調(diào)速是在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速，其調(diào)速范圍不可能太大。但所需功率小。（3）改變電樞電阻調(diào)速簡(jiǎn)單，但是損耗較大，只能進(jìn)行有級(jí)調(diào)速。6有 一 V-M 系 統(tǒng) ， 已 知 ：Pnom=2.8kW， Unom=220V， Inom=15.6A， nnom=1500r/min， Ra=1.5 ， Rn=1， Ks=37。（ 1） 當(dāng) D=30、 s=10%時(shí) ， 計(jì) 算 系 統(tǒng) 允 許 的 穩(wěn) 態(tài) 速 降 。（ 2） 如 為 轉(zhuǎn) 速 負(fù) 反 饋 有 靜 差 系 統(tǒng) ， 要 求 D=30， s=10%， 在 時(shí) ，V10*nU使 電 機(jī) 在 額 定 點(diǎn) 工 作 ， 計(jì) 算 放 大 器 放 大 系 數(shù) Kp 和 轉(zhuǎn) 速 反 饋 系 數(shù) 。答：（1） 2015.60.13(min/)daeUIRCvrn.97.(/i)3150.56n().dopeclIrsnD（2） ； V.min/r8.7pK77在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有哪些作用？其輸出限幅值應(yīng)按什么要求來(lái)整定？答：1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：a. 使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給事實(shí)上電壓 Un 變化，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)；b. 對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用；c. 其飽和輸出限幅值用為系統(tǒng)允許最大電流的給定，起飽和非線性控制，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在最大電流約束下起動(dòng)過(guò)程。2）其輸出限幅值應(yīng)按最大電流值 Idm 和 值整定，即 。imdUI8在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流調(diào)節(jié)器有哪些作用？其限幅值應(yīng)如何整定？答：1）電流調(diào)節(jié)器的作用：a. 起動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)最大允許電流條件下的恒流升速調(diào)節(jié)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)；b. 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流跟隨其給定電壓 Un 變化；c. 對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)及時(shí)起抗擾作用；d. 當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載甚至于堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全保護(hù)作用。如果故障消失，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)正常。2）電流調(diào)節(jié)器輸出限幅值應(yīng)按下式整定： ，并保證enomdctsCIRUK最小控制角的限制。9閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性優(yōu)于開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性，表現(xiàn)在哪些方面。答：如下四方面：（1）在相同的負(fù)載下，閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落僅為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降落的1/（1K） ；（2）在相同的理想空載轉(zhuǎn)速時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)靜差率的1/（1K） ；（3）在靜差率相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)調(diào)速范圍的（1K）倍；（4）閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)置放大器后，才能獲得以上各方面好的性能。10什么是調(diào)速范圍 D？什么是靜差率 S，兩者的關(guān)系如何？用什么方法可以使調(diào)速系統(tǒng)滿足 D 大 S 小的控制要求？ 調(diào)速范圍 D=nmax/nmin=nnom/nmin 靜差率 S=n nom/n0*100%對(duì)轉(zhuǎn)差率要求高，同時(shí)要求調(diào)速范圍大（D大 S ?。r(shí)，只能用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。11. G-M 系統(tǒng)：交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)直流發(fā)電機(jī) G 實(shí)現(xiàn)變流，由直流發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動(dòng)機(jī) M 供電，調(diào)節(jié) G 的勵(lì)磁電流及改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)M 的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：在允許轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)四象限運(yùn)行。缺點(diǎn)：設(shè)備多，體積大，費(fèi)用高，效率低，有噪音，維護(hù)不方便。 V-M 系統(tǒng)：晶閘管，工作在相位控制狀態(tài)，由晶閘管可控整流器 V 給需要調(diào)速直流電動(dòng)機(jī) M 供電，調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流器 V 的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī) M 的轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性和可靠性提高，無(wú)需另加功率放大裝置?？焖傩院茫瑒?dòng)態(tài)性能提高。缺點(diǎn)：只允許單向運(yùn)行；元件對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)高的 du/dt 和di/dt 十分敏感；低速時(shí)易產(chǎn)生電力公害：系統(tǒng)功率因數(shù)低，諧波電流大。 PWM：脈沖寬度調(diào)制(PWM)，晶閘管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電源電壓加到電動(dòng)機(jī)上；晶閘管關(guān)斷時(shí)，直流電源與電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)；這樣通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間（即調(diào)占空比 ton）就可以調(diào)節(jié)電機(jī)電壓，從而進(jìn)行調(diào)速。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)低速運(yùn)行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬；電動(dòng)機(jī)損耗和發(fā)熱較小；系統(tǒng)快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；器件工作早開(kāi)關(guān)狀態(tài)，主電路損耗小，裝置效率較高。PWM 調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用：中、小功率系統(tǒng)12 常用的可控直流電源主要有哪些？ 答：常用的可控直流電源有以下三種： （1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。 （2）靜止式可控整流器用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。 （3）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開(kāi)關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。13下圖帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖，各部件的名稱和作用。 答： 1）比較器： 給定值與測(cè)速發(fā)電機(jī)的負(fù)反饋電壓比較，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓。Un 2）比例放大器A：將轉(zhuǎn)速偏差電壓放大，產(chǎn)生電力電子變換器UPE所需的控制電壓 。 U n Uc3）電力電子變換器UPE：將輸入的三相交流電源轉(zhuǎn)換為可控的直流電壓。 Ud 4）M 電機(jī)：驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 5）TG 發(fā)電機(jī)：測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 6）電位器：將測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓降壓，以適應(yīng)給定電壓幅值。 Un*14 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的定義？與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)比較有何特點(diǎn)？ 答（1）定義：表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。（2）特點(diǎn)： 1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬的多， 2）如果比較同一 N0 的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小的多。 3）當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。 4）要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。15. 為什么用積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是無(wú)靜差的？在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓 U 0 時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出電壓是多少？它取決于那些因素？答：在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，當(dāng) U n 變化時(shí)，只要其極性不變，積分調(diào)節(jié)器的輸出 U c 便一直增長(zhǎng)；只有達(dá)到 U n U n * ， U n 0 時(shí)， U c 才停止上升；不到 U n 變負(fù)， U c不會(huì)下降。當(dāng) U n0 時(shí)， U c 并不是零，而是一個(gè)終值；如果 n U 不再變化，這個(gè)終值便保持恒定而不再變化，這是積分控制的特點(diǎn)。因此，積分控制可以使系統(tǒng)在無(wú)靜差的情況下保持恒速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。雖然現(xiàn)在 Un 0 ，但歷史上有過(guò) U n ，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)需要的控制電壓 U c 。16轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的作用? 答：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的作用： (1) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 的作用： 1）轉(zhuǎn)速 n 跟隨轉(zhuǎn)速給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。 Un* 2) 突加負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR均參與調(diào)節(jié)作用，但轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR處于主導(dǎo)作用，對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。 3）其輸出電壓限幅值決定允許最大電流值。 (2) 電流調(diào)節(jié)器ACR 的作用 1) 起動(dòng)過(guò)程中保證獲得允許最大電流。 2) 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程中，使電流跟隨其電流給定電壓變化。Un* 3) 電源電壓波動(dòng)時(shí)及時(shí)抗擾作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎不受電源電壓波動(dòng)的影響。4) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)過(guò)載、堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到安全保護(hù)作用。17轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么？ 答：當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，它們的輸入偏差電壓為零，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸出限幅電壓 Uim 決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器 ACR 的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm. 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上, n 由給定電壓 U*n 決定；ASR 的輸出量 U*i 由負(fù)載電流 IdL決定18已知電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，將該系統(tǒng)校正為典型型系統(tǒng)，確定電流調(diào)節(jié)器參數(shù)。 （提示：取工程最佳 =0.707 時(shí)， =0.5；注意iTKI小慣性環(huán)節(jié)降階處理的