自动化运控习题答案汇总.doc

第一次作业2-1试分析有制动电流通路的不可逆PWM变化器-直流电动机系统进行制动时，两个VT是如何工作的？解：在制动状态时，由于要先减小控制电压，使得的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电降低。但是由于机电惯性，转速和反电动势来不及变化，造成E的局面，很快电流反向，截止，在期间，为正，故导通，反向电流沿回路沿回路4经续流，向电源回馈能量。与此同时，两端压降钳住，使它不能导通。在整个制动过程中，和轮流导通，而始终是关断的。2-4 直流电动机为PN=74kW,UN=220V，IN=378A，nN=1430r/min，Ra=0.023。相控整流器内阻Rrec=0.022。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？解： 2.5 某龙门刨床工作台采用V-M调速系统。已知直流电动机，主电路总电阻R=0.18,Ce=0.2Vmin/r,求：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落为多少？（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率多少？（3）若要满足D=20,s5%的要求，额定负载下的转速降落又为多少?解：(1) (2) (3) 第二次作业：2-9 有一V-M调速系统：电动机参数PN=2.2kW, UN=220V, IN=12.5A, nN=1500 r/min，电枢电阻Ra=1.5，电枢回路电抗器电阻RL=0.8，整流装置内阻Rrec=1.0,触发整流环节的放大倍数Ks=35。要求系统满足调速范围D=20，静差率S=10%。（1）计算开环系统的静态速降nop和调速要求所允许的闭环静态速降ncl 。（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构图。（3）调整该系统参数，使当Un*=15V时，Id=IN，n=nN ，则转速负反馈系数 应该是多少？（4）计算放大器所需的放大倍数。解：（1）所以，（2）（3）闭环系统的开环放大系数： 由静态特性方程：（4）由得:也可以用粗略算法：，2-12 有一个晶闸-电动机调速系统，已知：电动机：，r/min，=1.5，整流装置内阻=1, 电枢回路电抗器电阻=0.8， 触发整流环节的放大倍数。(1)系统开环工作时，试计算调速范围时的静差率值。(2)当，时，计算系统允许的稳态速降。(3)如组成转速负反馈有静差调速系统，要求，在时，计算转速负反馈系数和放大器放大系数。解：（1） 开环系统的稳态速降：由得：静差率：（2）系统允许的稳态速降：（3）闭环系统的开环放大系数：由闭环系数静态特性方程知：带入相关参数，解得： 第三次作业：第四次作业：3.7有一个闭环系统，其控制对象的传递函数为，要求校正为典型型系统，在阶跃输入下系统超调量30（按线性系统考虑）。试决定调节器结构，并选择其参数。解：应选择PI调节器，对照典型型系统，满足设计要求。 这样，3.10 有一转速、电流双闭环调速系统,主电路采用三相桥式整流电路。已知电动机参数为：PN =500kW，UN =750V，IN =760A，nN=375 r/min，电动势系数Ce =1.82Vmin/r, 电枢回路总电阻R=0.14,允许电流过载倍数=1.5,触发整流环节的放大倍数Ks=75,电磁时间常数=0.031s,机电时间常数=0.112s,电流反馈滤波时间常数=0.002s,转速反馈滤波时间常数=0.02s。设调节器输入输出电压Unm*=Uim*= Unm =10V,调节器输入电阻R0=40k。设计指标:稳态无静差，电流超调量5%，空载起动到额定转速时的转速超调量10%。电流调节器已按典型I型系统设计,并取参数KT=0.5。（1）选择转速调节器结构,并计算其参数。（2）计算电流环的截止频率和转速环的截止频率，并考虑它们是否合理?解：（1）电流调节器已按典型I型系统设计如下：确定时间常数：电流调节器结构确定：因为%5%，可按典型I型系统设计，选用PI调节器， WACR(s)=Ki(is+1)/is， Tl/Ti=0.031/0.00367=8.25cn b) 1/3(KI/Ton)1/2=1/3(136.24/0.02)1/2=27.51s-1cn可见满足近似等效条件。速度调节器的实现：选R0=40K，则 Rn=Kn*R0=10.5*40=420K 由此 Cn=n/Rn=0.1367/420*103=0.325F 取0.33F C0n=4T0n/R0=4*0.02/40*103=2F2) 电流环的截止频率是：ci=KI=136.24 s-1 速度环的截止频率是： cn=21.946 s-2 从电流环和速度环的截止频率可以看出，电流环比速度环要快，在保证每个环都稳定的情况下，再求系统的快速性，充分体现了多环控制系统的设计特点。第五次作业：4-4 分析配合控制的有环流可逆系统反向起动和制动的过程，画出个参变量的动态波形，并说明在每个阶中ASR和ACR各起什么作用，VF和VR各处于什么状态？答：反向起动过程：加阶跃信号后，速度调节器迅速饱和限幅输出，电枢回路电流由零快速增加，在很短的时间达到并超过最大值，电流环在最大给定值下闭环调节，电动机恒电流反向加速，达到速度给定且略有超调后，速度调节器退出饱和状态，在速度环的调节下，电枢电流减小但电流减至负载电流后，反向起动过程结束。反向制动过程包括了：本组逆变它组整流它组逆变减速、停下。 转速调节器ASR控制转速，设置双向输出限幅电，以限制最大起制动电流 ；电流调节器ACR控制电流，设置双向输出限幅电路，以限制最小控制角 min 与最小逆变角 min 。 正组晶闸管 VF，由 GTF 控制触发，正转时，VF 整流；反转时，VF 逆变。反组晶闸管 VR，由 GTR 控制触发，反转时，VR 整流；正转时，VR 逆变。4-5 逻辑控制无环流可逆系统消除环流的出发点是什么？答：当可逆系统中一组晶闸管工作时，（不论是整流工作还是逆变工作）用逻辑关系控制使另一组处于完全封锁的状态，就可彻底断开环流的通路，确保两组晶闸管不同时工作。第六次作业：5-1 一台三相笼型异步电动机的铭牌数据为：额定电压v，额定转速=960r/min，额定频率=50Hz，定子绕组为Y型联接。由实验测得定子电阻=0.35，定子漏感=0.006H，定子绕组产生气隙主磁通的等效电感=0.26H，转子电阻=0.5，转子漏感=0.007H，转子参数已折算到定子侧，忽略铁心损耗。（1） 画出异步电机T形等效电路和简化等效电路（2） 额定运行时的转差率，定子额定电流和额定电磁转矩。（3） 定子电压和频率均为额定值时，理想空载时的励磁电流。（4） 定子电压和频率均为额定值时，临界转差率和临界转矩，画出异步电动机的机械特性。解：（1）（2）=960r/min，由异步电动机T形等效电路可得：可得转子相电流幅值：(3) （4）恒压频比下的异步电动机的机械特性：5-8两电平PWM逆变器主回路，采用双极性调制时，用“1”表示上桥臂开通，“0”表示上桥臂关断，共有几种开关状态，写出其开关函数。根据开关状态写出其电压空间矢量表达式，画出空间电压矢量图。解：两电平PWM逆变器主回路：采用双极性调制时，忽略死区时间影响，用“1”表示上桥臂开通，“0”表示下桥臂开通，逆变器输出端电压：，以直流电源中点为参考点00001001100100110011011110空间电压矢量图：第七次作业：61 按磁动势等效、功率相等的原则，三相坐标系变换到两相静止坐标系的变换矩阵为现有三相正弦对称电流，求变换后两相静止坐标系中的电流和，分析两相电流的基本特征与三相电流的关系。解：两相静止坐标系中的电流其中，两相电流与三相电流的的频率相同，两相电流的幅值是三相电流的的倍，两相电流的相位差。62 两相静止坐标系到两相旋转坐标系的变换阵为将上题中的两相静止坐标系中的电流和变换到两相旋转坐标系中的电流和，坐标系旋转速度。分析当时，和的基本特征，电流矢量幅值与三相电流幅值的关系，其中是三相电源角频率。解：两相静止坐标系中的电流两相旋转坐标系中的电流当时，两相旋转坐标系中的电流电流矢量幅值第八次作业（解法有待商榷）：64笼型异步电动机铭牌数据为：额定功率，额定电压，额定电流，额定转速，额定频率，定子绕组Y联接。由实验测得定子电阻，转子电阻，定子自感，转子自感，定、转子互感，转子参数已折合到定子侧，系统的转动惯量，电机稳定运行在额定工作状态，试求：转子磁链和按转子磁链定向的定子电流两个分量、。解：由异步电动机稳态模型得额定转差率额定转差电流矢量幅值由按转子磁链定向的