直流自动控制系统试卷5及答案第一题8分.doc

直流自动控制系统试卷5及答案第一题（8 分）某VM调速系统如下图所示，已知数据如下： R1-Un-+Uct+-M+-UdLTGnRbalR0R0R2R3Un*直流电动机：Pnom10kW，Unom220V，Inom55A，nnom1000 r/min，Ra0.5；整流装置：触发整流环节的放大系数Ks44，整流装置内阻Rrec0.5；生产机械希望调速系统满足的稳态指标为：调速范围D10，静差率S5%。要求：(1) 计算开环系统的稳态速降nop和调速指标所允许的稳态速降nc1；（2分） (2) 画出该系统的静态结构图；（2分） (3) 若当电动机运行于额定转速时的给定电压20V，计算此时的转速反馈系数；（2分） (4) 计算满足稳态要求所需放大器的放大系数Kp。（2分）解：(1) 首先计算出电动机的电动势系数所以，开环系统的稳态速降为 r/min = 285.7 r/min调速要求所允许的稳态速降5.26 (2) 该系统的静态结构图如下图所示KpKs+-Uct+-Ud0UnnE(3) 当20V时，nnom1000rmin，则转速反馈系数为 (4) 闭环系统的放大倍数为 则所需的放大器放大系数为第二题（6 分）某一带电流截止环节的转速负反馈单闭环直流调速系统如下图所示。其中，已知电动机额定参数Pnom40 kW，Unom300 V，Inom148 A，nnom910 r/min，Ra0.06 ；整流装置放大系数Ks30，内阻Rrec0.07 ； 设计指标：D14，S10，额定转速时的给定电压为10 V，堵转电流，临界截止电流。(1) 画出该系统的静态结构图；(2) 计算稳压管的稳压值Ucom和电流反馈系数b；(3) 计算出满足稳态要求的放大器的放大倍数Kp。R1R00R0R0VSTM+-Ud+-GTRPn-+VUnUiTGTAnUcom解： (1)由题设可以画出系统的静态结构图-Uct_Ud0Un+-E KpKSId+-UiUcom（2）稳压管的稳压值，堵转时n0，且有，故有，一般，因此，即则 （3）开环系统的稳态速降为系统允许的稳态速降为则放大器的放大倍数应为第三题（12 分）在转速、电流双闭环直流调速系统中，ASR和ACR均采用PI调节器，已知电动机额定参数为Unom220 V，Inom20 A，nnom1000 r/min，Ra0.5 ；整流装置放大系数Ks40，内阻Rrec0.5 ；电动机的允许过载倍数为2；设，其中和分别为ASR，ACR的输出限幅值，为最大转速给定值。(1) 试计算转速反馈系数和电流反馈系数b ；（2分）(2) 当给定电压为，系统在某一转速下带额定负载正常运行，电流反馈线突然断线，若系统最终仍趋于稳定，求稳定后系统的、和n值。（10分）答：(1) ASR采用PI调节器，稳态时，所以。 ACR采用PI调节器，则有，所以。 (2) 若电流反馈断线， 则，ACR输出趋向饱和，增加，增加，转速n上升，但转速给定不变，因而使下降。由于ASR自动调节作用，系统最后稳定下来后，n不变，不变，因而、都不会变，只有下降到0，所以； 其中， 第四题（10分）a正向运转 b本组逆变 c它组建流 d它组逆变VREUd0FUd0RVFLVREUd0FUd0RVFLVREUd0FUd0RVFLVREUd0FUd0RVFL1 有环流可逆调速系统，采用a=b工作制，主电路的工作状态如下图所示（VF为正转组晶闸管、VR为反转组晶闸管），请在图中标出两组晶闸管输出电压的极性、工作组电流的方向、电动机反电动势的方向、平波电抗器的电势方向。（4分）a正向运转 b本组逆变 c它组建流 d它组逆变VR+EIdUd0FUd0R+VR+IdUd0FUd0R+VR+IdUd0FUd0R+VR+IdUd0FUd0R+VFEEEVFVFVFVFLLLL+ + + + + + + 2 逻辑控制无环流电枢可逆调速系统，由正向运转到停止的电流波形如下图： 在下表中添上正、反组晶闸管与电动机在相应时间段所处的状态。（6分）正组晶闸管反组晶闸管电动机（例）正向运转整流状态封锁状态电动状态正转停车解：正组晶闸管反组晶闸管电动机（例）正向运转整流状态封锁状态电动状态正转停车本组逆变封锁状态电动状态封锁状态封锁状态自由停车封锁状态整流状态反接制动封锁状态它组逆变回馈制动第五题（14 分）设控制对象的传递函数为式中，；。要求阶跃输入时系统超调量。采用P、I、PI和PID四种调节器分别将系统校正成二阶典型系统，试设计各调节器参数（可不作近似条件的验证），计算调节时间（12分）；并简单分析比较四种调节器的效果（2分）。 解： (1) 用P调节器校正时，调节器传递函数为需近似处理后才能校正成为二阶典型系统则校正后系统开环传递函数为式中，为使，取二阶工程最佳参数，因此调节时间(2) 用I调节器校正时，调节器传递函数为(也可以写成)按二阶典型系统校正，校正后开环传递函数为式中，。 按，可取，所以调节时间。(3)用PI调节器校正时，调节器传递函数为取，并将，看成小时间常数，令则按二阶典型系统校正时系统开环函数为同样，取，则调节时间。(4)用PID调节器校正时，其传递函数为取，令，则按二阶典型系统校正后系统开环传递函数为同样，取，则调节时间。比较采用不同调节器的ts，可知采用PID调节器调节时间最短，效果最好；采用I调节器调节时间最长，效果最差；采用P调节器和PI调节器虽然有相同的调节时间，但采用P调节器时，系统是有差系统，因此两者的稳态性能是截然不同的。第六题（20分）某转速、电流双闭环直流调速系统的已知参数为：电动机Pnom3kW，Unom220V，Inom17.5A，nnom1500 r/min，Ra1.2，GD20.49.8 N.m2；整流装置放大倍数Ks25，Rrec0.3，Ts0.001s；电枢回路总电感L60mH，最大允许电流Idbl2 Inom，ASR和ACR的输出限幅值均为+8 V，最大转速给定电压，电流反馈滤波时间常数为T0i0.001s，转速反馈滤波时间常数为T0n0.005s。设计指标为：电流超调量，转速无静差，空载起动（）到额定转速时的转速超调量。要求用Mpmin准则工程设计方法，设计ASR和ACR的结构并计算相应参数。（已知：，）表1 Mpmin三阶典型系统的抗扰性能指标h34567891072.2%75.5%81.2%84.0%86.3%88.1%89.6%90.8%2.42.72.93.03.13.23.33.413.310.58.81317202326解： 1电流环设计 (1) 电流环被控对象的参数如下 电枢回路总电阻： 电枢回路电磁时间常数：电流环小时间常数：电流反馈系数：(2) 选择电流调节器结构和参数 根据性能指标要求，应将电流环校正为二阶典型系统，ACR需选用PI调节器，即并取积分时间常数，为满足要求，取电流环开环增益为则ACR的比例放大系数为(3) 校验近似条件电流环截止频率，小时间常数近似处理条件为，现 故该近似条件满足。2转速环设计 (1) 转速环的对象参数如下：转速环的等效时间常数为(2) 确定转速调节器结构及参数由于要求无静差，因此ASR选用PI调节器，即转速环按三阶典型系统设计，并取，则 其中：(3) 校验近似条件当按Mpmin准则设计ASR时，转速环截止频率为电流闭环传递函数简化条件为，现故