1、電傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的問題集及解決方案(內(nèi)部參考)直長一邊鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院第一章習(xí)題與解答1-1，改變給定的電壓能改變電機(jī)的速度嗎？為什么？如果給定的電壓是恒定的，調(diào)節(jié)反饋電壓的分壓比能改變速度嗎？為什么？如果轉(zhuǎn)速表的激勵(lì)發(fā)生變化，系統(tǒng)是否有能力克服這種干擾？解決方法：無論開環(huán)還是閉環(huán)速度控制系統(tǒng)，給定的速度都是服從的，所以這種變化必然會(huì)導(dǎo)致N的變化。對于有靜差的系統(tǒng)：分壓比的變化，即，k的變化在恒定時(shí)必然會(huì)發(fā)生變化(或改變N)，轉(zhuǎn)速表的勵(lì)磁變化相當(dāng)于的變化，所以N不一定發(fā)生變化，所以系統(tǒng)沒有能力克服這種擾動(dòng)。1-2。速度控制系統(tǒng)的速度控制范圍為1500 150轉(zhuǎn)/分，要求為S=2%。那么，

2、系統(tǒng)允許的靜態(tài)速度降是多少？如果開環(huán)系統(tǒng)是開環(huán)的，那么開環(huán)系統(tǒng)的放大倍數(shù)是多少？解決方案：眾所周知，閉環(huán)允許的速度降是，如果是開環(huán)，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)大于或等于：1-3。有一個(gè)速度控制系統(tǒng)。電機(jī)參數(shù)為=2.5KW，=220V，=15A，=1500rpm，=2。整流器的內(nèi)阻為=1，=30，要求為=20，=10%。試著找出：1 .計(jì)算開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速度降和速度控制系統(tǒng)的允許穩(wěn)態(tài)速度降。2.畫出速度負(fù)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。3.當(dāng)=20 V和=1000轉(zhuǎn)/分時(shí)，速度反饋系數(shù)應(yīng)該是多少？4.系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)是多少？比例放大器的放大倍數(shù)是多少？5.如果主電路電壓為L=60mH，=1.8，整流電路為三

3、相零型，滿足D和S的速度負(fù)反饋系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行嗎？為了確保穩(wěn)定性，最大允許開環(huán)放大倍數(shù)是多少？6.如果增加一個(gè)電流截止環(huán)節(jié)，要求2，1.2，=？=？如果需要電流反饋電阻，如果做不到，就必須增加電流放大器，并試著計(jì)算電流反饋放大系數(shù)，每個(gè)是多少？繪制系統(tǒng)原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。7.如果速度負(fù)反饋系統(tǒng)的整流裝置采用三相零電路，當(dāng)最小電流為20%，系統(tǒng)GD2=2.94Nm2時(shí)，應(yīng)選擇主電路的平波電抗器以保證連續(xù)性。按D=20，S=5%設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行嗎？如果系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行，動(dòng)態(tài)校正系統(tǒng)并計(jì)算調(diào)節(jié)器參數(shù)。8.如果切換到電壓負(fù)反饋，能否滿足問題中給出的調(diào)速要求？如果放大器Kp恒定，=30V，當(dāng)S=30%

4、時(shí)，采用電壓負(fù)反饋?zhàn)疃嗄苓_(dá)到什么速度調(diào)節(jié)范圍？9.如果使用負(fù)電壓反饋和正電流反饋，能否滿足問題中給出的速度調(diào)節(jié)要求？如何選擇參數(shù)？試著畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。解決方案：1 .=(220-152)=0.127轉(zhuǎn)/分開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速度降為=15(2 1)/0.127=354.33 ppm滿足速度調(diào)節(jié)要求的允許穩(wěn)態(tài)速度降為：=8.33轉(zhuǎn)/分；2.速度負(fù)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：3.在穩(wěn)定狀態(tài)下，=20/1000=0.02V/rpm。4 、=354.33/8.33-1=41.54=41.540.127/(300.02)=8.79 .5.因?yàn)?0.06/(21)=0.02 s，=1/(2350)=0.00

5、333s=0.09349s所以系統(tǒng)的臨界穩(wěn)定性是32.89，滿足d和s的要求，K41.54，所以系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行。6、215A1.215=1.215=18A=0.02150030伏， 2.5，取=2.5，那么=45V如果需要，取=1，然后=18V，=45/18=2.5系統(tǒng)原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：7、L=1.46220/(0.215)=107.07毫小時(shí)=0.109707/3=0.0357=1/(2350)=0.0033s=2.943/(3750.127230)=0.1527s系統(tǒng)穩(wěn)定性的k為：=0.1527(0.0357 0.0033)0.00332/0.03570.0033=50.18=15

6、3/0.127=355轉(zhuǎn)/分=15000.05/20(1-0.05)=3.947 rpm滿足d和s:因此，穩(wěn)態(tài)要求K88.94，而穩(wěn)態(tài)要求K50.67，因此系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行。對象傳遞函數(shù)是：，校正階段為：然后是：,取=20K、并滿足近似條件。更正后的傳輸字母為：,8.靜態(tài)特性：僅由電樞電阻引起的速度下降；，所以電壓不能滿足問題中的調(diào)速要求。9、如果為，則系統(tǒng)為1-4。某機(jī)器采用DC調(diào)速系統(tǒng)，晶閘管勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)組供電，如下圖所示。發(fā)電機(jī)的額定功率為110千瓦，電動(dòng)機(jī)的額定功率為100千瓦。該系統(tǒng)由電壓負(fù)反饋和電流截止負(fù)反饋控制。電流信號(hào)取自發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的附加極繞組。試畫出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，推導(dǎo)

7、出系統(tǒng)的靜態(tài)特性方程。其中，Kf為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路的總電阻，Kf為發(fā)電機(jī)放大系數(shù)、發(fā)電機(jī)電樞電阻、電機(jī)電樞電阻、電流反饋系數(shù)、電壓反饋系數(shù)和電流截止負(fù)反饋回路調(diào)壓器的反向擊穿電壓。解決方案：靜態(tài)特性是：，當(dāng)時(shí)，那時(shí)，因此，其靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：由結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)換的靜態(tài)特性方程為：當(dāng)當(dāng)：1-5。根據(jù)已知數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)為勵(lì)磁電壓電機(jī)：放大器的極限值設(shè)置為D=10，S=20%，堵轉(zhuǎn)電流為：切斷電流。試著問一下：1.計(jì)算系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速度降2.計(jì)算每個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)3.確定放大器結(jié)構(gòu)和放大系數(shù)Kp4.計(jì)算比較電壓Ucom，并選擇穩(wěn)壓器5.分析Kp、Ucom等參數(shù)對系統(tǒng)靜態(tài)特性的影響6.為什么主電路中有一個(gè)串聯(lián)的平滑

8、電抗器解決方案：1 .系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速度下降為：2、電壓反饋系數(shù)的計(jì)算：根據(jù)穩(wěn)態(tài)。3.如果使用功率調(diào)節(jié)器，電機(jī)的速度降為0，因此功率放大器可以滿足要求。如果運(yùn)算放大器R0的輸入電阻=20K，則放大器R1的反饋電阻=Kp * R0=16.3 * 20=326k。當(dāng)然，當(dāng)使用比例積分調(diào)節(jié)器時(shí)，反饋回路包圍的速度降為0，只有沒有被反饋包圍的速度降才能滿足要求。實(shí)際上，4.代入：變成上面的公式，所以可選擇2CW15調(diào)壓器，擊穿電壓為7 8.5v，兩者對接。5、Kp工作段特性變硬、Ucom不變，下垂截面特征的n0不變并增加，如果沒有變化，Ucom下垂截面特性的n0會(huì)不斷減小。6.發(fā)電機(jī)的附加勵(lì)磁繞組為大

9、電感，足以克服電流脈動(dòng)，因此無需在主電路中連接平滑電抗器。1-6。在下圖所示的速度負(fù)反饋單閉環(huán)系統(tǒng)中，已知數(shù)據(jù)為：電機(jī)：=2.2kw，=220v，=12.5a，=1500rpm，=1。整流電源采用三相橋式電路，整流電阻和平滑電抗器電阻之和為1.9，主電路總電感為L=40mH，Ks=44，GD2=1.5Nm2，最大給定電壓為10V，要求為D=15，S=15%。問題1。系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行嗎？什么是關(guān)鍵的開環(huán)放大系數(shù)？2.如果系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正。解決方案：1 .因此，為了滿足D和S，開環(huán)，對于橋式整流電路，為了使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，開環(huán)放大倍數(shù)為0，所以當(dāng)D和S滿足時(shí)，系統(tǒng)不能運(yùn)行。2.當(dāng)滿足d和

10、s時(shí)，開環(huán)傳遞函數(shù)為：，其中，因此轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為：，20lgk=33.8dB分貝，因此，未經(jīng)校正的開環(huán)幅頻特性為:采用比例積分調(diào)節(jié)器進(jìn)行校正，其校正傳遞函數(shù)為：取并使，取并使L1=30dB，即。如果R0=40K，那么R1=30k，所以設(shè)計(jì)是有效的。校正后，振幅裕度為。因此，修正是有效的。1-7。電流正反饋電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)采用三相橋式全控整流電路供電，系統(tǒng)整流變壓器采用/Y接線，一次繞組每相電阻為2 ，二次繞組每相電阻為0.5 ，電機(jī)參數(shù)為：=3kw，=220v，=17.5a，=1500rpm，=2.2，平波電抗器1.計(jì)算整流裝置的內(nèi)阻、電流反饋電阻、電壓反饋系數(shù)和調(diào)節(jié)器放大系數(shù)Kp(不包括平波電

11、抗器時(shí))。2.分析其他參數(shù)對系統(tǒng)靜態(tài)特性的影響。解決方案：1 .從整流變壓器繞組轉(zhuǎn)換到次級側(cè)的等效電阻，包括繞組電阻和從初級繞組電阻轉(zhuǎn)換到次級繞組的電阻本課題中整流變壓器采用/Y接線，為便于計(jì)算，將其轉(zhuǎn)換為Y/Y接線。假設(shè)變壓器每相的一次側(cè)電阻為R11，二次側(cè)電阻為R21，則R11=2，R21=0.5。Y/Y連接后，各相一次側(cè)電阻為，轉(zhuǎn)換為二次側(cè)電阻后，各相為：U1是220伏一次相電壓的有效值，U2是二次相電壓的有效值，可按下式計(jì)算。，95%是電網(wǎng)電壓波動(dòng)系數(shù)；對于不可逆系統(tǒng)，U2=102V，因此，在公式中，Uk是變壓器的阻抗百分比，對于容量小于1000千伏的變壓器。a，Uk值一般取5，m為一

12、個(gè)周期內(nèi)整流電壓的脈沖次數(shù)，三相橋式電路m=6。,根據(jù)，根據(jù)d和s，系統(tǒng)速度下降為：根據(jù)帶電流補(bǔ)償?shù)碾妷贺?fù)反饋電流靜態(tài)特性方程：從這個(gè)公式可以看出，速度降主要是由產(chǎn)生的，為了補(bǔ)償速度降、和，為了簡單起見，取、3.如果不變，KpKs值隨著Rs值的增加而減小。1-8。速度控制系統(tǒng)的示意圖如下所示：已知數(shù)據(jù)如下：電機(jī)=30kw，=220kw，=157.8a，=1000rpm，=0.1，采用三相橋式整流電路，等效內(nèi)阻=0.3，=40 ，當(dāng)主電路電流最大時(shí)設(shè)置。設(shè)計(jì)指標(biāo)：D=50，S=10%，試畫出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并計(jì)算：1。；2、Kp；3、R0、R1；4.R2和VST的擊穿電壓。解決方案：何時(shí)，當(dāng)，

13、根據(jù)知道、允許、，R0=20K，然后R1=kpr0=940k，此時(shí)Ui=10V，Ui=0.042Id，此時(shí)，是穩(wěn)壓器的擊穿電壓。系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：系統(tǒng)的靜態(tài)方程為：在，n=0，1-9。單閉環(huán)有一個(gè)靜態(tài)速度控制系統(tǒng)，已知為=2.2kw，=220v，=12.5a，=1500r/min，=1。主電路的總電阻為r=2.9，=75。轉(zhuǎn)速表采用分壓系數(shù)ZYS-231/110測速發(fā)電機(jī)。要求是D=20，S=5%。1、當(dāng)分壓系數(shù)符合要求時(shí)？2.計(jì)算Kp和R1的值。解決方案：、允許降速、當(dāng)RP2的分壓比為1/8時(shí)，最高速度時(shí)產(chǎn)生的電壓為0，滿足要求。分壓比是1-10，V-M系統(tǒng)，已知為=2.8kw，=220v

14、，=15.6a，=1500rpm，=1.5，=1，=37。1.當(dāng)系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài)時(shí)，試著計(jì)算D=30時(shí)的s值。2.當(dāng)D=30且S=10%時(shí)，計(jì)算允許的穩(wěn)態(tài)速度降。3.如果有速度負(fù)反饋的靜態(tài)速度控制系統(tǒng)，要求D=30，S=10%。當(dāng)=10V時(shí)，使電機(jī)在額定工作點(diǎn)工作，計(jì)算Kp和。4.如果電壓負(fù)反饋系統(tǒng)發(fā)生變化，仍有必要使電機(jī)工作在額定工作點(diǎn)=10V，并保持系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)不變。當(dāng)D=30時(shí)，試著找出靜態(tài)錯(cuò)誤率。解決方案：1、2、3、4.電壓反饋的速度降為：1-11。速度控制系統(tǒng)對速度控制有多種要求。綜上所述，有三個(gè)方面：1 .速度控制；2.速度穩(wěn)定；3.加速和減速。1-12。調(diào)速和穩(wěn)速是調(diào)速

15、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的兩個(gè)指標(biāo)，分別由調(diào)速范圍和靜態(tài)轉(zhuǎn)差率反映。1-13，速度控制范圍d定義為，用于電壓調(diào)節(jié)和速度控制系統(tǒng)。1-14。靜態(tài)誤差S%的定義：當(dāng)系統(tǒng)以某一速度運(yùn)行時(shí)，負(fù)載從理想空載增加到與額定值對應(yīng)的速度下降到理想空載速度的比值，即1-15。靜態(tài)轉(zhuǎn)差率用來衡量速度控制系統(tǒng)在負(fù)載變化下的穩(wěn)定性，它與機(jī)械特性的硬度有關(guān)。特性越硬，靜態(tài)滑移率越小，速度穩(wěn)定性越高。然而，對于具有相同硬度的機(jī)械性能，滑移率不一定相同。1-16，速度范圍和靜態(tài)速率是速度控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，這兩個(gè)指標(biāo)能否單獨(dú)提及？(否)1-17、d和s之間的關(guān)系是：1-18。開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較1.在相同負(fù)載下，兩個(gè)系統(tǒng)的開環(huán)速度下降

16、2.在相同的n0下，兩個(gè)系統(tǒng)的靜態(tài)錯(cuò)誤率3.當(dāng)S%相同時(shí)，的調(diào)速范圍1-19。靜態(tài)差單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中、和的變化過程如下圖所示。眾所周知，Ce=0.1V/rpm，主電路電阻r=1，Kp=20，Ks=40，=0.01V/rpm。試試、和。解決方案：扭矩變化前的穩(wěn)態(tài)，扭矩變化后達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，,1-20，單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載從5A變化到10A時(shí)，n，U和Uct曲線表明主電路總電阻為r=1，Ks=40。尋找：解決方法：在負(fù)載不變前的穩(wěn)定狀態(tài)：負(fù)荷變化后的穩(wěn)態(tài)是：從到:從-:1-21。單閉環(huán)功率調(diào)節(jié)器的波形圖如下。嘗試標(biāo)記哪個(gè)部分是穩(wěn)定的，哪個(gè)部分是瞬態(tài)的。1-22。單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器的波形圖如下所示。嘗試標(biāo)記哪個(gè)部分是暫時(shí)的，哪個(gè)部分是穩(wěn)定的？1-23、調(diào)速系統(tǒng)分為DC調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。1-24。DC速度控制系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：a、良好的起動(dòng)和制動(dòng)性能；b、適用于寬范圍的平穩(wěn)調(diào)速。1-25、DC速度控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)：一、復(fù)雜；b，價(jià)格更高。1-26、交流調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：一、簡單；b、低成本。1-27，在DC調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)，最好調(diào)整電樞供電電壓。改變阻力只能分階段調(diào)整速度；雖然減小的磁通可以平穩(wěn)調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，通常只配合調(diào)壓