第一章閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

1—1為何PWM—電動機系統(tǒng)比晶閘管一電動機系統(tǒng)可以獲得更好的動態(tài)性能？

答：PWM—電動機系統(tǒng)在諸多方面有較大的優(yōu)越性：

（1）主電路線路簡樸，儒用的功率器件少。

（2）開關(guān)頻率高，電流輕易持續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小。

（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達1：10000左右。

（4）若與迅速響應(yīng)的電司機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強。

（5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率合適時，開關(guān)損耗也不大，

因而裝置效率較高。

（6）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。

1-2試分析有制動通路的不可逆PWM變換器進行制動時，兩個VT是怎樣工作的。

答：在制動狀態(tài)中,。為負俏，匕就發(fā)揮作用J"這種情況發(fā)生在電動運行過程中需要降

速的時候.這時，先減小控制電東，使〃c的正脈沖變窄，負脈沖變寬,從而使平均電樞電

JK0,降低。似是，由于機電慣性，轉(zhuǎn)速和反電動勢還來不及變化，因而造成很

快使電流。反向，力9?極止，在Q4/VT時，〃藺變正,于是吃導(dǎo)通，反向電流沿回路

3流通，產(chǎn)生能耗制動作用。在7W/VT+&時，々關(guān)斷，一。沿回路續(xù)流,M

電源W1饋制動，。此同時，以4兩端樂降鉗住卜工使它不能導(dǎo)通。在制動狀態(tài)中，卜7；和

輪流導(dǎo)通，而1名始終是關(guān)斷的。

在輕載電動狀態(tài)，這時平均電流校小，以致在卜工關(guān)斷后。經(jīng)“乙續(xù)流時,還沒行達到

冏期T,電流已經(jīng)我灌到零，這時“4兩端電壓也降為零，1Z便提前導(dǎo)通心使電流反向，

產(chǎn)生局部時間的制動作用.

1一3調(diào)速范圍和靜差率的定義是什么？調(diào)速范圍、靜差速降和最小靜差率之間有什么關(guān)

系？為何說“脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就輕易得多了”？

答：生產(chǎn)機械要求電動機提供的最爵轉(zhuǎn)速和用低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范用,用字母D表示,即

I—北中,〃a?和勺皿一股都先電動機額定負我時的最高和最低協(xié)速，對于少數(shù)負

公

我很輕的機械，可以用實際依載時的最高和最低轉(zhuǎn)速。

當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速F運行時，負我由理想空我增加到額定值時所對應(yīng)的札速降落，。理

想空栽札速之I匕稱作都基率S,即J=—

或用百分比表示

在宜流電動機變壓調(diào)速系統(tǒng)中，?股以電動機的額定話速〃燈作為最高轉(zhuǎn)速

則

：,“4乜3、'7)5、

SS

〃=三="S

/-A//v(l-5)

III上式可看出謝速系統(tǒng)的調(diào)速范用、價差速降和最小4力差率之間的關(guān)系，對于同一個調(diào)

速系統(tǒng)，△〃，值?定，如果對神差率要求越嚴(yán)，即要求s值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速

范陽也越小。一個調(diào)速系統(tǒng)的謝速范I忸是指在最低速時還能滿足所需?掙差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范

用.

1-4某一調(diào)速系統(tǒng)，測得的最商轉(zhuǎn)速特性為〃,j=1500"mm,最低轉(zhuǎn)速特性為

〃，&=150，/mm,大?都定奐坡時的速度降落△//、=15//min，”.企不同怙速卜額定速降

△/，，不變,試問系統(tǒng)能夠達到的調(diào)速范用仃多大？系統(tǒng)允許的都差率是多少？

解系統(tǒng)能夠達到的胸速范圍為

1500

150-15

3'—x100%=—^-1--x100%=10%

系統(tǒng)允許的靜差率

〃，+/，△〃，1500+11x15

\-5某閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范用是1500~150r/mm,要求系統(tǒng)的靜基率-?2%,那上

統(tǒng)允許的鄢態(tài)速降是多少？如果開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是lOOMnin,則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大信

數(shù)應(yīng)仃系大？

△//,2N

解因為

〃0&+2萬

人J150x0.02…，

所以1-j1-0.02

因為△//./-----

"1+”

100

K=—^-1=——-1=31.7

所以

△//(/3.06

1-6某閉環(huán)訓(xùn)速系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為15時，額定負載卜電動機的速降為如果

將開環(huán)放大倍數(shù)提高到3C,它的速降為&少？在:同樣睜差率要求下,調(diào)速苑圍可以VL

少倍？

ARI

解(1)因為△/，y=d

01+K)

PT

所以—i-=A//J1+K)=8x(1+15)=128

R[「8

則A/J.----2—=--=4.13/7min

"01+K)1+30

<2)IIID=—3----可知在s和〃，不變的情況下,D只與&八仃關(guān)

△//..(1-5)

調(diào)速范用擴大L94倍.

1-7某調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范I同D=2。，額定行速/%=1500/7mm,開環(huán)轉(zhuǎn)速降落

240〃mm，著要求系統(tǒng)的除差率由10%減少到5%.則系統(tǒng)的開環(huán)增益將如何變

化？

解：當(dāng)產(chǎn)10%時，△〃、="，=15。。、。.1=8.33"min

ZXl-s)20x(1-0.1)

240

此時27.S

8J3

“，A1500x0.05..

當(dāng)s=5%IPj.△//.------------------------3.n9c5/7nun

以1-s)20x(1-0.05)

240

此時1=59.8

195

則若要求系統(tǒng)的靜基率由10%減少到5%,則系統(tǒng)的開環(huán)增益將變大。

1-8轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有那些特點？變化給定電壓能否變化電動機的轉(zhuǎn)速？為何？假如

給定電壓不變，調(diào)整測速反饋電壓的分壓比與否可以變化轉(zhuǎn)速？為何？假如測速發(fā)電機的勵

磁發(fā)生了變化，系統(tǒng)有無克服這種干擾的能力？

答：(1)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有如下三個基本特性

①只用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被被調(diào)量仍是有靜差的。

②反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵御擾動，服從給定。擾動性能是反饋控制系統(tǒng)最突出的特性之

*O

③系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度。

(2)變化給定電壓會變化電動機的轉(zhuǎn)速，由于反饋控制系統(tǒng)完全服從給定作用。

(3)假如給定電壓不變，調(diào)整測速反饋電壓的分壓比或測速發(fā)電機的勵磁發(fā)生了變化，它

不能得到反饋控制系統(tǒng)的克制，反而會增大被調(diào)量的誤差。反饋控制系統(tǒng)所能克制的只是被

反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動。

1-9在轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電網(wǎng)電壓、負載轉(zhuǎn)矩、電動機勵磁電流、電樞電阻、測

(3)力〃；=151，時./z=/pn=nB,則轉(zhuǎn)速負反饋系數(shù)a應(yīng)該是

/仁15

0.01

//-〃，-1500

(4)閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為

246.9

=28.64

8.33

運算放大器所蕭的放大倍數(shù)

K28.64

K1119

尸aKjC,0.01x35/0.1367

1—11在題L1O的轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)中增設(shè)電流域”環(huán)優(yōu)要求堵耕電流/次42。，臨界

故止電流/4,NL2/、，應(yīng)該選用多大的比較電樂和電流反饋采樣電陽？要求電流反饋采樣

電阻不超過巨電路總電陰的1/3,如果做不到,需要增加電流反饋放大器,試畫出系統(tǒng)的原

理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，并計徵電流反饋放大系數(shù)。這時電流反饋采樣電阻和比較電樂各為多

少？

〃?+〃

/“=,-42/,

解：因為U電

"L"、’

且U：=15V,計兌可得4,=L5G,UCM=22.5K

〃?+〃

/“二?”42/,

A,

u

"KR、'

1—12某調(diào)速系統(tǒng)除理圖如圖1-58所示,已知數(shù)據(jù)如F：電動機：〃工184W,220K

4=944nB=1000/-/min,4,=0/5Q.整流裝置內(nèi)阻4*=0.3G,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)

的放人倍數(shù)”,=40。生大給定電壓心=15卜?節(jié)上電路電流送到最大值時,整定電流

反饋電樂"”=10了

設(shè)計指標(biāo)*要求系統(tǒng)滿足調(diào)速苑圍D=20,靜差率$K1D%,/#=1.5〃?&=1.1〃。

試畫出系統(tǒng)的描態(tài)結(jié)構(gòu)框圖,并計兌:

(1)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a。

(2)謝8器放大系數(shù)（,。

電陽4的數(shù)值。＜放大器諭入電阻^0=20X0

(4)電阻&的數(shù)值和穩(wěn)樂管VS的由穿電樂值.

解：（1）轉(zhuǎn)速負反饋系數(shù)a應(yīng)該是

口=94=嬴=°°”

<2)先計算電動機的電動勢系數(shù)

廠U、-I、&220-94x0.15?.,

C=----------------------------------0n.n2n05rn9r-min//-

1000

則開環(huán)系數(shù)額定速降為

/*94x(0.15+0.3),

—-----------------------205.4/7min

0.2059

〃“1000x0.1__...

51-------<-------------------5.56/7min

ZKl-s)20x(1-0.1)

閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)次為

^=^ZV1;-1='^05-4-1=35.9

△〃“5.56

運和放大器所需的放大倍數(shù)

K-工359_「3

/aKslCt0.015x40/0.2059

1—13在電爾負反饋單團環(huán)仃靜差:眄速系統(tǒng)中，當(dāng)卜列參數(shù)發(fā)生變化時系統(tǒng)是舍仃謝H作

用，為什么？

<1)放大器的放大系數(shù)人'〃：

<2)供電電網(wǎng)電樂:

<3)電樞電阻〃“：

<4)電動機物磁電流：

(5)電壓反餓系數(shù)70

答：在電壓負反饋單閉環(huán)有岸基調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)放大賽的放大系數(shù)人:發(fā)生變化時系統(tǒng)仃謝

節(jié)作用再通過反饋控制作用,因為他們的變化最終會影響到轉(zhuǎn)為,減小它們對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的影

響。

電動機勵磁電流、電樞電陽(發(fā)生變化時仍然和開環(huán)系統(tǒng)一樣，因為電樞電陽處F反

饋環(huán)外.

當(dāng)供電電網(wǎng)電樂發(fā)生變化時系統(tǒng)有謂節(jié)作用?因為電網(wǎng)電壓是系統(tǒng)的給定反慎控制系統(tǒng)

完全服從給定。

當(dāng)電東反饋系數(shù)7發(fā)生變化時，它不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會增大被調(diào)置的

誤差.反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包用的前向道道上的擾動。

1/4有一個V—M系統(tǒng),已知：電動機：片=2.80匕〃*=220匕/4=15.64

n.=1500/7mm,6=1.5Q,整流裝置內(nèi)用1G,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)

<=35.

<1>系統(tǒng)開環(huán)「作時，試計抵調(diào)速范用D=30時的沛差率s如

<2)?,1D=3O,S=10%,計停系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。

(3)如組成M，㈠隔差調(diào)速系：.再求D=30,$=10%,在■■10P時,

/』=/、，n=nB,計律轉(zhuǎn)速負反饋系數(shù)a和放大器放大系數(shù)A：?

<4)如將上述調(diào)速系統(tǒng)改為電樂負反饋仃靜差調(diào)速系統(tǒng),仍要求〃；=101/時,

。=/,,n=n,并保持系統(tǒng)原來的開環(huán)放大系數(shù)K不變.試求在D=30時儕

差率。

解：(1》系統(tǒng)開環(huán)匚作時,

220-15.6x1.5

0.131Hzmin/r

iloo

則開環(huán)系數(shù)額定速降為

I、R15.6x(l.5+l)

~0.1311-297.5/7mm

而僚葛才。。％=85.6%

則

<2)i*iD=30,SFIO%,系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降

1500x0.1

5.56”nun

ZKl-s)30x(1-0.1)

<3)當(dāng)仁=】0P時，31Mn=n.，則轉(zhuǎn)速例反饋系數(shù)a應(yīng)該是

0.007

閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為

%_]_297.5

K—52.51

5.56

運算放大器所需的放大倍數(shù)

52.51

30.6

0.007x35/0.1311

(4)在電仄仇反饋有崢差調(diào)速系統(tǒng)中，開環(huán)。閉環(huán)的速降是?樣的.

所以△//7=&/“，=297.5r/min

nLj

J=--xl00%=—>°"9_xlOo%=85.6%

〃*+D5、1500+30x297.5

MS在題1-10的系統(tǒng)中,心主電路電感L=50mH,系統(tǒng)運動部分的￡輪慣貸

G?八6N3一流裝置采用:相與式電路，試判斷按題L10要求設(shè)計的轉(zhuǎn)速負

反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行？如果保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行,允許的最大開環(huán)放大系數(shù)K是多

少？

解,計算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)：

電磁時間常數(shù)r=-=005=0.0185/

R1.2+1.5

一，一,皿的丁GirR1.6x（1.2+1.5）ccc

機電時間常數(shù)7；----------------------：-------=0065/

c30

375x0,1367x—x0.1367

K

:相橋式整流電路，品閘管裝置的滯后時間常數(shù)為7=0.00167/

為保證系統(tǒng)稔定，開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足的稔定條件：

?。阂遥?；+7；）+7：0.065x（0.0185+0.00167）+）.00167'必5

<瓦0.0185x0.00167=-

W為23.1>28.75,所以該系統(tǒng)不可以穩(wěn)定運行，

如果保證系統(tǒng)檢定運行，允許的最大開環(huán)放大系數(shù)K最人口231

1-16為什么用枳分捽制的調(diào)速系統(tǒng)是無靜差的？在H速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，與枳分調(diào)節(jié)器

的輸入偏差電壓任〃=0時,調(diào)節(jié)器的輸出電卡是多少？它取決于那些因素?

n：在動態(tài)過程中，當(dāng)△么變化時，只要其極性不變，枳分遍方鼎的輸出〃「便一直增長：

只行達到%=〃，△〃“=（）時，么才停止上升：不到△，.變負，《不會下降.當(dāng)△〃“=（）

時，也.并不是零，而是一個終值：如果△〃“不再變化，這個終侑便保持恒定而不再變化.

這是枳分捽制的特點。因此，枳分捽制可以使系統(tǒng)在無靜氣的情況下保持恒速運行,實現(xiàn)無

靜差調(diào)速。

比例調(diào)方器的輸出只取決于諭入偏差值的現(xiàn)狀，而枳分調(diào)節(jié)賽的輸出則包含了輸入端

差狀的全部歷史。雖然現(xiàn)在2\〃*=0,但歷史上仃過△。。其枳分就仃定數(shù)值，足以產(chǎn)

生穩(wěn)態(tài)運行時需要的控制電樂u.。

1-17在無靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度與否還受給定電源和測速發(fā)電機精

度的影響？并闡明理由。

答：系統(tǒng)的精度依賴「給定和反饋檢測的精度。因此轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)精度還受給定電源和測速發(fā)

電機精度的影響。

1-18采用比例積分調(diào)整器控制的電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運行時的速度與否有靜差？為

何？試闡明理由。

答：采用比例積分調(diào)整器控制的電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)運行時的速度是無靜差的。電壓

負反饋實際是一種自動調(diào)壓系統(tǒng)，只有被包圍的電力電子裝置內(nèi)阻引起的穩(wěn)態(tài)速降被減小到

1/（1+K）,它的穩(wěn)態(tài)性能比帶同樣放大器的轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)要差。但基本控制原理與轉(zhuǎn)速

負反饋類似。它與轉(zhuǎn)速負反饋同樣可以實現(xiàn)無靜差調(diào)整.

第二章轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和調(diào)整器的工程設(shè)計措施

2-1在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,?要改變電動機的轉(zhuǎn)速,應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)?改變轉(zhuǎn)

速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)人’“行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)人［行不行？改變

協(xié)速反饋系數(shù)a行不行？并要改變電動機的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)。系統(tǒng)中的什么參數(shù)？

答：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時,各變量之間有下列關(guān)系

U：=〃*=a〃=a〃0

因此H速〃是由給定電J、4決定的：改變樸速反饋系數(shù)也可以改變電動機科速.改變則

速調(diào)。器的放大倍數(shù)和電力電廣變換器的放大倍數(shù)“一不可以。

2-2，，速、電流雙閉環(huán)胸速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，兩個調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是

多少？為什么？

答：力兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，它們的輸入偏差電JK都是零

H速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電樂以決定了電流給定電卡的最大侑：電流謝節(jié)器ACR

的輸出限幅電壓瞅制了電力電T變換器的最人輸出電JK〃&?

2-3如果轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不是PI調(diào)節(jié)器,而改為P調(diào)節(jié)器,對

系統(tǒng)的抑、動態(tài)性能將會產(chǎn)生什么影響？

答：改為p調(diào)行器時其輸出量總是正比r輸入;《PI啊節(jié)器的輸出狀在動念過程中決定j

輸入電的枳分，到達穩(wěn)態(tài)時,輸入為零，輸出的穩(wěn)態(tài)值叮輸入無關(guān)面是由它后面環(huán)節(jié)的的《

洪定的.

24班從卜述五個方面來比較*速、電流雙團環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和帶電流機止環(huán)節(jié)的，，速單團H

謂速系統(tǒng)：

<1）謝速系統(tǒng)的靜態(tài)特性：

<2）動態(tài)限流性能：

<3）起動的快速性：

<4）抗依我擾動的性能：

<5）抗電源電壓波動的性能.

n：（i）拈速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在檢態(tài)1作點匕轉(zhuǎn)速〃是由給定電樂匕決定的。

ASR的輸出量〃5是由負載電流A1L決定的?？刂齐妷?的大小則同時取決『〃和/d,

或者說,同時取決于〃:和AJL?雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計

算相似。

帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性特點：電流負反饋的作用相當(dāng)廣在主電

路中小入個人電阻而后心,因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特嗎急劇下垂：比較電壓左。m。

給定電壓分*的作用?致，好軟把理想空孩轉(zhuǎn)速提高了.這樣的兩段式,特性常稱作下垂

特性或挖土機特性.

（2）

（3）雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以F三個特點*飽和非線性控制、咕速超調(diào)、準(zhǔn)

時間母優(yōu)控制。

（4）由動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出,負載擾動作用在電流環(huán)之后,因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)舞

ASR來產(chǎn)生抗負簌擾動的作H].在設(shè)討ASR時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo).

（5）在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)推較遠，調(diào)節(jié)作用受到多個環(huán)

節(jié)的延滯,因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電艱擾動的性能要差一些.雙閉環(huán)系統(tǒng)中,由于增設(shè)了

電流內(nèi)環(huán)，電東波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能

反饋回來，抗擾性能大仃改善。

2-5在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)謝速系統(tǒng)中,兩個調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器?冷系統(tǒng)帶額定負載運

行時，轉(zhuǎn)速反饋線突然斷戰(zhàn).系統(tǒng)很新進入穩(wěn)態(tài)后，電流謝行器的輸入偏差電務(wù)△〃,?是否

為零？為什么？

2-6在行速、電流雙閉環(huán)洞速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速給定信號〃；未改變.若增火札速反饋系數(shù)a，

系統(tǒng)穩(wěn)定后札速反饋電壓〃”是增加還是減少？為什么？

2-7在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,兩個調(diào)節(jié)器ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器.已知參

數(shù)：電動機:匕=3.74匕〃，=220匕/,=20T〃，=1000〃min,電樞回路總電陽

yV=1.5Q,設(shè)么r=/r=〃=8P?電樞網(wǎng)路最大電流〃,=404,電力電子變換器的

放大系數(shù)”,=40?試求：

（1）電流反饋系數(shù)6和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a：

（2）與電動機在最高速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的6/小、%、U「（/’電?

解：（1）穩(wěn)態(tài)時

因為〃=/

//*Q

所以￡===—=o.2r/j

心40

,廣o

a=---------0.008Pmin/，

〃31000

<2）電動機在最高速發(fā)生堵也時n=0

U4=6>+//=40x1.5=60r

%=—6/.=°〃=8V

4/=sr

2品在:轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)力器ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。與ASR輸出

達到以二80時，主電路電流達到E大電流80A。當(dāng)負載電流由40A增加到70A時,試問：

<1)應(yīng)如何變化？

<2)〃/應(yīng)如何變化？

<3)〃，.俏山哪要條件決定？

2Q在轉(zhuǎn)速、電流雙團環(huán)雙速系統(tǒng)中.電動機拖動怛轉(zhuǎn)矩負載在額定工作點正常運行,現(xiàn)

因某種原因使電動機物磁電源電壓突然卜.降T.系統(tǒng)I.作情況將會如何變化？寫出少、

〃「、〃御、乙及n在系統(tǒng)術(shù)新進入穩(wěn)定后的表達式。

2-10某反饋控制系統(tǒng)已校正成典型I型系統(tǒng).，知時間常數(shù)T=0.1s,要求階躍響應(yīng)超調(diào)系

￡7<10%。

(1)求系統(tǒng)的開環(huán)增益：

⑵計算過度過程時間L和上升時間4：

(3》繪出開環(huán)對數(shù)幅頻特性。如果要求上升時間/,<0.25-,則K=?,。=?

K1n

2-11有個系統(tǒng),其控制對軟的傳遞函數(shù)為匕/?=含-口0；+］，要求設(shè)計?個

無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入卜.系統(tǒng)超調(diào)量5%(按線性系統(tǒng)考慮).試對該系統(tǒng)進行動態(tài)

校正,決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),并選擇其參數(shù).

K1o

2-12有一個閉環(huán)系統(tǒng)，其控制對象的傳遞曲數(shù)為叱的($)=；/、)=；(□、■「；，要求

校正為典型H型系統(tǒng)，住階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量。430%(按線性系統(tǒng)考慮)。試決定調(diào)節(jié)

器結(jié)構(gòu)，并詵樣式參數(shù),

1Q

2-13訓(xùn)H對象的傳遞函數(shù)為叫仞($)=--------------------要求用調(diào)節(jié)器分別將其校

s(0.25/+1)(0.005J+1)

正為典型I型和n型系統(tǒng)，求詞節(jié)器的結(jié)構(gòu)。參數(shù)。

2-14在一個由三相零式品閘管整流管笆供電的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)速,已知電動機

的額定數(shù)據(jù)為：Py=6OXH,,=220r,/y=30SA=1o00/■/min,電動勢系數(shù)

C=0.196bmm/，，主I皿洛總電阻片=0.18G,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)人〔=35?電

磁時間常數(shù)7；=0.012$,機電時間常數(shù)7；=0.121,電流反饋濾波時間常數(shù)乙.=0.0025,

轉(zhuǎn)速反憤濾波時間常數(shù)乙=0.015人額定轉(zhuǎn)速時的給定電比（/）”二10-調(diào)節(jié)器ASR、

ACR飽和輸出電壓以=sr,U*=6.5V.

系統(tǒng)的靜、動態(tài)指標(biāo)為：穩(wěn)態(tài)無靜差，調(diào)速葩闈D=10,電流超謝他445%,空戰(zhàn)起

動到額定H-速時的H速印詞黃6410%-試求：

<1>確定電流反饋系數(shù)￡（假設(shè)起動電流限制在339A以內(nèi)）和勃速反饋系數(shù)a：

（2）試設(shè)計電流訓(xùn)。器ACR.計算其參數(shù)g、，、C/o畫出其電路圖,遍節(jié)器輸

入I可路電陽4=404G：

（3）設(shè)計轉(zhuǎn)速謝打器ASR.計制其參數(shù)包、Q、*（《=40皿）：

（4）計算電動機帶40%額定負。起動到母低轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)0

<5）計算空一起動到額定轉(zhuǎn)速的時間。

解：1.電流反饋系數(shù)乃和刊速反饋系數(shù)a分別為

0.0236r/j

P〃-339

a=2―=0.01Pmin/，

L1000

2.<1）確定時間常數(shù)

①整流裝置滯后時間常數(shù)Ts.按表1-2,三相零式電路的平均失控時間Ts=O.0033s.

②電流濾波時間常數(shù)J三相橋式電路蜉個波頭的時間是3.3ns,為了基本頭，應(yīng)有

（1-2）T.i=3.33ms,因此取J=2.5ms^0.0025s.

當(dāng)電流環(huán)小時間常數(shù)之和勺,?按小時間常數(shù)近似處理，取7〃=4+乙=0.0058.「

（2）選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)

根據(jù)設(shè)訂要求W5%,并保證穩(wěn)態(tài)電流無塔可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流謝W器.電汨

環(huán)控制對象是雙慣性忸仇因此可川PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)見式（2-57）.

r0OPJ

檢代對電源電樂的抗擾性能：—=TT777r=2.07,參照表2-3的典型I型系統(tǒng)動態(tài)

T0.0058/

抗擾性能，各項指標(biāo)都是可以接受的.

（3）計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)

電流遍節(jié)器超前時間常數(shù)：cz=T；=0.012s.

電流環(huán)開環(huán)增益：要求%W5%時，按表2-2,應(yīng)取仆仆,.=0.5,W此

0.50.5

KiS6/'1

Qi0.0058/

K\R86x0012x0.18_Q止

于是,ACR的比例系數(shù)為:＜=Kfi=35x0.0236-"一

<4>校舲近似條件

電流環(huán)極止頻率：*=《=86.尸

①島閘管急流裝置傳遞函數(shù)的近似條件

1

----------=101『＞%.

3x0.0033/"

滿足近似條件.

②忽略反電動勢變化對對電流環(huán)動態(tài)影響的條f'l

31---=3x.：1，=79.06J-1＜犯.

、7工V0.12JX0.012J-"

滿足近似條件.

③電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件

1

116.1j-1＞明

0.0033JX0.0025J

滿足近似條fl.

<5）計算調(diào)節(jié)器電阻電容

由圖2-25,按所用運算放大器取4=10kQ,各電阻和電容值為

.=-=0.225x40X0=9XQ

C=2=1.33x1。-'下=1.33“/；取1.33〃下

'R9x10，

4，035

（7=—=°；/-=0.25x10-'/'=0.25〃人,取0.2“尸

“《40x10,

按照上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)跟隨性能指標(biāo)為。廣1.3%<5%（見表2-2）,滿足設(shè)計

要求.

3.（1）確定時向常數(shù)

電流環(huán)等效時間常數(shù)已取勺為廣0.5,J-=

①2x0.00583=0.0116/

MH忠波時間常數(shù)乙.根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取乙=0.01s.

轉(zhuǎn)謔環(huán)小時間常數(shù)為”.按小時間常數(shù)近似處理，取

6*=++C=OOH6s+0,015s=0.0266s

（2）選擇抄速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)按照設(shè)計要求,選用P工調(diào)節(jié)器,乂傳遞函數(shù)匕Js）=K""1

as

（3）計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的蜂則,取h=3,則ASR的超前時間常數(shù)

為=3x0.0266s=0.0798s

*z*

〃+14

由式（2-75）可得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益:"r=314.1J

叼一2X3X.026Q

(1)檢驗近似條件

lllA(2-33)得轉(zhuǎn)速環(huán)極止頻率為：色”=上==314.lx0.0798/1=25.1/1

①電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為：

；(尹=gx名■』-】=40.6JT>0行,滿足荷化條件.

②轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件為：

<5）計算調(diào)節(jié)器電阻和電容

根據(jù)圖2-27,取｛=4OkG,則R“=KR=7.73x40XQ=309,2XQ,取3104G

TnQ792

-<

C『q=u.u/八0.257X10/'=0,257/zIRO.257//F

J

"R,t310xl0

c.=—=4x°25/?=[5x1。-，/.=]5/；取1.51

"K。40X101

(6)校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量

“‘小=3時，由表2-6代得，。“=52?6%,不能滿足設(shè)il，；：叫；卜.，由廣表2~6是按線性系統(tǒng)

計算的，而突加階跟”，口卜,ASR飽和，不符介線性系統(tǒng)的前提，應(yīng)該按ASR退飽和的情況垂新

計算超調(diào)量。

<7）由農(nóng)2<府得，由〃=3得,△’3^=72.2%

/339,,

1=^=—=1.1

/、308

308x0.18

。=2x（竺二）（l-z）^-Z-l=2x72.2%xl,lx0196=9.96%<10%

C〃乙10000.12

I.如果只起動

5.空空起動到到定轉(zhuǎn)速的時間

(2//yKJLT..(6y7,73x10

4a--------------------7y=-x----------------------x0n.0266=0n.386/

l〃+U仁一4/睚Z"(4)8-0.0236x308

2.15有轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),主電路采用三相橋式整流電路.已知電動機參數(shù)為:

乙=555。匕〃、=750匕/、=7604〃，=375/7min,電動勢系數(shù)J=1.820min/r,

電樞回路總電用火=0」4G,允許電流過我倍數(shù)4=15,觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大.

K「750電磁時間常數(shù)7；=0.03l.r.機電時間常數(shù)乙-0/12J,電流反饋濾波時間常數(shù)

7；?0.002/,論速反饋濾波時間常數(shù)七?0.02$。設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓

4=/=（=10/，調(diào)節(jié)器輸入電阻4=40XQ.

設(shè)計指標(biāo)：槍態(tài)無靜差,電流超謝壯。,45%,空我起動到額定也速時的勃速超訓(xùn)整

410%?電流調(diào)行器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)ih并取參數(shù)KT=S5.

（1）選擇轉(zhuǎn)速訓(xùn)。器結(jié)構(gòu)，并計算其參數(shù)：

（2）計算電流環(huán)的極止頻率0“.和利速環(huán)的極止頻率并號慮它們是否介理。

2-16在一個轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)V-M系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR均采用

PI調(diào)節(jié)器.

（1）在此系統(tǒng)中，當(dāng)轉(zhuǎn)速給定信號用大值〃二=15P時,〃=〃、=1500“mm；電

流給定信號最大值乙=】0卜時，允許最大電流/〃=3（M,電樞回路總電阻片=2G,品

閘管裝置的放大倍數(shù)￡=30,電動機額定電流/v=20J,電動勢系數(shù)

，=0.12STnun//-,現(xiàn)系統(tǒng)在〃；=5P,//=20X時柜定運行.求此時的穩(wěn)態(tài)行速n=?

ACR的輸出電樂〃,.=?

（2）當(dāng)系統(tǒng)在上述情況卜運行時,電動機突然失磁3=0）,系統(tǒng)將會發(fā)生什么現(xiàn)象?

試分析并說明。若系統(tǒng)能夠穩(wěn)定下來，則穩(wěn)定后n=?〃=?/=?//=?〃,.=?

<3）該系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計‘II按”上準(zhǔn)則選擇參數(shù),取中頻寬h=5.

已知轉(zhuǎn)遞環(huán)小時間常數(shù)又-0.05/,求轉(zhuǎn)速環(huán)花跟隨給定作用F的開環(huán)傳遞函數(shù),并計算

出放大系數(shù)及各時間常數(shù)。

（4）該系統(tǒng)由空我</yz=0）突加額定負我時,電流/,和弛速n的動態(tài)過程波膨是

怎樣的？已知機電時間常數(shù)二=0.05$,計算其最大動態(tài)速降△〃”和恢復(fù)時間

2-17仃?砂速、電流雙閉環(huán)控制的H性膨雙極式PWM直流謝速系統(tǒng)，已知電動機參數(shù)為:

乙=2004W,〃A=48匕甲=3.7]/=200/-/min，電摳電阻此=6.50,電〉回路總

電阻H=8G,允許電流過我倍數(shù)4=2,電勢系數(shù)C=0.12Pmm/小電磁時間常數(shù)

0.015$,機電時間常數(shù)乙?0.23一電流反饋濾波時間常數(shù)乙=0.00Lr.H?速反饋

濾波時間常數(shù)乙=0.005人設(shè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓〃，10〉,調(diào)節(jié)器，入

電陰4=400.已計算出晶體管D202的開關(guān)頻率住1kHz,PWM環(huán)節(jié)的放大倍數(shù)

<=4.8#

試對該系統(tǒng)進行動態(tài)參數(shù)設(shè)計,設(shè)計指標(biāo)：檢態(tài)無的差,電流超調(diào)狀0,45%：空戰(zhàn)起

動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量4<20%：過載過程時間/,<0.1J；

第3章內(nèi)流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制

3-1宜流電機額定轉(zhuǎn)速〃.=375〃mm，電樞電流額定位為/“=7604,允許過流倍數(shù)

1-1.5,計算機內(nèi)部定點數(shù)占個字的位置（16位），試確定數(shù)字控制系統(tǒng)的M,.遺存

儲系數(shù)和電流反饋存儲系數(shù)，適-I考慮余顯。

解：定點數(shù)長度為1個字（16位），但最高位須用作符號位,只仃15位可衣小量侑，故墩

人存體fHDz=22l?電樞電流最大允許值為1.51M.考慮到調(diào)節(jié)過程中瞬時值可能超

過此侑，故取IZ=13IN，因此，電樞電流6?儲系數(shù)為

_213-13276S

p=23.9511

-1.8/v1.8x760

額定H速2=375rAnin?取-1.3小.則，，速〃諸系數(shù)為

田-13T768

K.=---=min//-=67.21inin//?

1.3〃，1.3x375

-1

對上述運兌結(jié)果取整得Ko=23J,勺==67min/r.

3-2旋H編碼器光柵數(shù)為1021,倍頻系數(shù)為4,高頻時鐘詠沖頻率4="/%，旋兄編同

器輸出的膿沖個數(shù)和高頻時鐘脈沖個數(shù)均采用16位計數(shù)器,M法和T法測速時間均為0.01s?

求轉(zhuǎn)速n=1500r/jnin和n=150r/min時的測速分辨率和誤差率最大值。

解：電動機每轉(zhuǎn)一圈共產(chǎn)生Z=4x2048?4096個脈沖。

（1）M法測速

60"《十D_60,4_60

測速分辨率2二--------------/-/nun=1.46/7nun

~ZTC-"二元.4096x0.01

電動機的，專速為〃=.1

ZTc

Z7m4096x0.01x1500

n=150Or/min時，"/1-J----------------=1024

6060

測速誤差率最大值5=—xl00%=—!—xl00%?0.098%

2M1024

y，時，小衛(wèi)=4。96'。.01x150—

6060

測速誤差率最大值52=—xl00%=—xl00%?0.98%

2RA102

<2）T法測速

60/。

'ii=1500r/min時，zJ7^

測速分辨率

60/60./；60.44096xl50tf

=(/7min?171/7nun

丁”尸1)zi^ZA/^A/j-1)60.4--60xl0-4096xl500

除.指瑞r“取修數(shù)）

測速誤差率最大值6ax--xl00%=—:<100%wl2.5%

,-19-1

節(jié)n=150/min時,

t-M則il速z分xd辨jk率14,Ozi--------------4-0-9--6-x-l-5-0-*-----rI.mina1.5.5./*./min

60<-Z/60xlOA-4096x150

〃廣噤=瑞"”（取整數(shù)）

測速誤差率最大值5=—i—xl00%=x100%a1.04%

a，3/2-197-1

3-3將習(xí)題2T4設(shè)計的模擬電流訓(xùn)節(jié)器進行數(shù)字化，采樣周期刀內(nèi)=0.5〃”,調(diào)門器輸出

限幅及積分BUB均力士心,寫出位置式和增量式數(shù)字P工調(diào)節(jié)器的表送式,并用已掌握的匯

編語言設(shè)計實時控制程序。

3-1一據(jù)習(xí)題2-15電流調(diào)。器的設(shè)計結(jié)果（電流調(diào)。器我典型I型系統(tǒng)設(shè)計，KT=0.5）,

按離散系統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計轉(zhuǎn)速訓(xùn)節(jié)器，要求轉(zhuǎn)速無好差。已打電動機額定功率%=555?！?

額定電氏〃，=750。?額定電機電流/、=7604,額定軋速〃，=375，/min,電動勢系蜀

6=1.82匕1口11〃?，電樞回路總電阻片=0.14口，允許過我倍數(shù)4=1.5,機電時間常數(shù)

7；=0.112J.轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)乙=0.026,電流反饋存儲系數(shù)人：=23才】，轉(zhuǎn)速反饋

存儲系數(shù)尤=67min/〃.轉(zhuǎn)速調(diào)打器采樣時間7s=0.0Lr，電流環(huán)小慣性時間常數(shù)

勺尸看+乙=0.0017S+0.0025=0.00375

第4章可逆直流調(diào)速系統(tǒng)和位置隨動系統(tǒng)

4-1晶閘管-電動機系統(tǒng)需要迅速回饋制動時，為何須須采用可逆線路？

答：當(dāng)電動機需要回饋制動時，由于反電動勢的極性未變，要回饋電能必須產(chǎn)生反向電流,

而反向電流是不也許通過VF流通的，這時，可以通過控制電路切換到反組晶閘管裝置VR,

并使它工作在逆變狀態(tài)，產(chǎn)生逆變電壓，電機輸出電能實現(xiàn)回饋制動。

4-2試畫出采用單組晶閘管裝置供電的V-M系統(tǒng)在整流和逆變狀態(tài)下的機械特性，并分析這

種機械特性適合于何種性質(zhì)的負載。

解；機械特性圖如下：

4-3解樣待逆變、正組逆變和反組逆變，并說明這三種狀態(tài)各出現(xiàn)在何種場介F.

答：待逆變

正組逆變電樞端電樂為負，電樞電流為正?電動機逆向運轉(zhuǎn)，回饋發(fā)電,機械特性

在第四象眼。

反組逆