《电力拖动自动控制系统》课后习题答案

第一章闭环控制的直流调速系统

1-1为什么PWM—电动机系统比晶闸管一电动机系统能够获得更好的动态性

能？

答：PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：

(1)主电路线路简单，需用的功率器件少。

(2)开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。

(3)低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右。

(4)若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能

力强。

(5)功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时、开关

损耗也

不大，因而装置效率较高。

(6)直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。

1—2试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时•，两个VT是如何工作

的。

答：在制动状态中，为负值，iVT就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程

中需要降

----d2

速的时候。这时，先减小控制电压，使Ugl的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使

平均电枢电

压U"降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成EUd，

很

快使电流〃反向，切2截止，在ton<tVT时，Ug2变正，于是VC导通，反向

电流沿回I路

3流通，产生能耗制动作用。在Tt<<T+-〃沿回路4经VD续流，向

t时、VT关断，

on21

电源回馈制动，与此同时，V。两端压降钳住V/使它不能导通。在制动状态中，

5和VT1

轮流导通，而VT始终是关断的。

1

在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VQ关断后〃经VQ续流时，还没

有达到

周期T,电流已经衰减到零，这时两端电压也降为零，丫72便提前导通了，使

电流反向，

产生局部时间的制动作用。

1-3调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间

有什么关

系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？

答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D

表示，即

n

D=max其中，〃和〃一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数

负

〃minmaxmin

载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。

当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降

落，与理

想空载转速之比，称作静差率S,即s=△州

〃0

或用百分比表示s=X

An^lOO%

«o

在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速“N作为最高转速

△nAn

则s=N=___N

〃min+

=△〃一(1-s)Nn

nNA〃N=N

miss

nnnS

D=maxN

=A

“min〃N(1—S)

由上式可看出调速系统丽速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。对于

同一个调________________

△"N值一定，如果对静差率要求越严，即要求S值越小时，系统能够

速系统，允许的调速

范围也越小。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转

速可调范

围。

1—4某一'调速系络测得的最高转速特性为nomax~1500/min,最低转速特

性为

速度降落

_

nomin150/min，带额定负载时的

△“N=15/min，且在不同转速下额定速降

△电不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？

解系统能够达到的调速范围为

n1500=11

D=max15015

〃minX=

Dn

=1115x

系统允许的静差率sN10010%

〃N+A。〃N

1-5某闭环调速系统的调速范围是1500〜150r/min,要求系统的静差率5<

2%,那么系

统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min,则闭环系统的

开环放大倍

数应有多大？

AnAw

解因s=N=N

为“min+AH/V

nSmin=1500.02=3.06/min

I-s10.02

所=

以△〃

因为在

K

K=Nn100-=

op-131.7

=1

所以3.06

cl

1—6某闭环调速系统的开环放大倍数为15时，额定负载下电动机的速降为

8r/min,如果

将开环放大倍数提高到30,它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可

以扩大多

少倍？

Rid

解(1)因为'"CLC(1+K)

e

所以(1+K)=8(1+15)=128

—cl----

△n=RId128

则==4.13/min

clC(1+K)130

△n

nS

(2)N

由D

，可知在S和不变的情况下，D只与有关

N1-S)

调速范围扩大1.94倍。

1—7某调速系nN=1500/min,开环转速降落

统的调速范围D=20,额定

转速

\nNop=240/min,若要求系统的静差率由10%减少到5%,则系统的开环增益

将如何变

化？

x

15000.1

解；当s=10%NN2x8.33/min

时，(1-s)0(1-0.1)

D24

△n°

此时K=op8.3

-3127.8

=1nsX

△〃cl

当s=5%△〃产N=15000.05=3.95/min

时，X

△〃(1-s)20(1-0.05)

D

240

此时K=op3.9-=

-5159.8

=1

△nd

则若要求系统的静差率由10%减少到5%,则系统的开环增益将变大。

1—8转速单闭环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为

什么？

如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什

么？如果

测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？

答：（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征

①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。

②反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。扰动性能是反馈控制系统最

突出的特

征之一O

③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。

(2)改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。

(3)如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生

了变化，

它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所能抑

制的只是

被反馈环包围的前向通道上的扰动。

1—9在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢

电阻、测

速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节

能力？为

什么？

答：当电网电压发生变化时，系统对其有调节能力。因为电网电压是系统的给定反

馈控制系

统完全服从给定。

负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时系统对其有调节能力。因为他们

的变化最--------------------

终会影响到转速，都会被测速装置检测出来。再通过反馈控制作用，减小它们对稳

态转速的-----------------

影响。

测速发电为加磁各量发生变化时,它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增

大被调量

的误差。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。

1—10有一V—M调速系

统。电动机参数为：P

N

=2.2kWUN=220V,12.5A,

®=1500/minr,电心=L2Q，整流装置心,=L5Q,触发整流环节的放

枢电阻内阻

大倍数Ks=35o要求系统满足调速范围D=20,静差率5<10%o

(1)计算开环系统的静△〃叩和调速要求所允许的闭环加“。

态速降静态速降

(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框图。

(3)调整该系统参数,使当U“*=15V时，/产加，n=nN，则转速负反馈系数a应

该是

多少？

(4)计算放大器所需的放大倍数。

解：(1)先计算电动机的电动势系数

U

C=N7=22012.51.2=0.1367V・

eR^a

n

min/

1500

N

则开环系数额定速降为

IR12.5x

(1.2+1.5)

Anop=N=0.1367=246.9/min

Ce

额定负载时的稳态速降应为

Anci=nsN<x=8.33/min

15000.1

x

(1-s)20(l-o.l)

D

(2)系统的静态结构框图如下所示

*_1_

Un+

+UAUcGTUPEUdIdM

nbUnUd

n

十

UtgTG

(3)当t/„*=15V时,Id=IN，

n=nN,则转速负反馈系数a应该是

an=15=0.01

U*u

nnN1500

(4)闭环系统的开环放大

系数应为

\n246.9

K=op-8.33-=

=1128.64

△rid

运算放大器所需的放大倍数

K28.64

KP=uKC/=0.0135/=11.19

Se0.1367

1—U在题1-10的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流Idbl<2IN,

临界

截止电流/必2L2/N，应该选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻？要求电流反

馈采样

电阻不超过主电路总电阻的1/3,如果做不到，需要增加电流反馈放大器，试画出

系统的原

理图和静态结构框图，并计算电流反馈放大系数。这时电流反馈采样电阻和比较电

压各为多

少？

ld=u*+UA

解：因为blI

n

co

m

Rs

U

Idc=comN

r>

1.21

Rs

R、=L5Q,"=22.5V

且Un*=15V,计

算可得

U*+U___________

/dl

bdcr

nNcom<21

UR

s

m

>1.2/^

KRs

1—12某调速系统原理图如图1-58所示，已知数据如下：电动机；尸产18公匕

220V,

/N=94A,nN=1000/,R“=0.15Q，整流装置R*c=。・3。，触发整流环节

min内阻

砥=40

*=V

的放大倍数。最大给定电压U,””15,当主电路电流达到最大值时，整定电流

反馈电压。加=

10V

设计指标:要求系统满足调速范围D=20,静差率5<10%,Idbi=1.51N,oIdcr=

1.1/N。

试画出系统的静态结构框图，并计算：

(1)转速反馈系数a。

(2)调节器放大系数Kpo

(3)电阻R的数值。(放大器输入电阻Ro=2OkQ)

（4）电阻&的数值和稳压管VS的击穿电压值。

解：（1）转速负反馈系数a应该是

*

an=15=0.015

U*u

=n=

nnN1000

(2)先计算电动机的电动势系数

U

C=N=220940.15=0.2059V-

eR^a

n

min/

1000

N

则开环系数额定速降为

IR94x

(0.15+0.3)

Anop=N-0.2059-205.4/min

Ce

Anci=nSN<x20x

D10000.1

=5.56/min

(1-s)(1-0.1)

闭环系统的开环放大系一

数应为

八”2054

K=op-5.56-=

=1135.9

Anc/

运算放大器所需的放大倍数

K35.9

KP=aKC/=0.01540/=12.3

Se0.2059

1—13在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有

调节作

用，为什么？

(1)放大器的放大系数Kp；

(2)供电电网电压；

(3)电枢电阻R。；

(4)电动机励磁电流；

(5)电压反馈系数Yo

答：在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当放大器的放大系数K发生变化时

系统有调

P

节作用再通过反馈控制作用，因为他们的变化最终会影响到转速，减小它们对稳态

转速的影

响。

电动机励磁电流、电枢电阻凡发生变化时仍然和开环系统一样，因为电枢电阻

处于反

馈环外。

当供电电网电压发生变化时系统有调节作用。因为电网电压是系统的给定反馈

控制系统

完全服从给定。

当电压反馈系数Y发生变化时，它不能得到反馈控制系统的抑制，反而会增大

被调量的

误差。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。

1-13有一个V—M系统，已=2.8HVUN=220V/N=15.6A,

知：电动机：P

N

nN=1500/R=1.5Q,整流装&出=。1，触发整流环节的放大倍数

min,置内阻

砥=35o

(1)系统开环工作时，试计算调速范围D=30时的静差率s值。

(2)当D=30,s=10%,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D=30,s=10%，在U.*JOV

时,

/『/N，n=r>N，计算转速负反馈系数a和放大器放大系数Kp0

（4）如将上述调速系统改为电压负反馈有静差调速系统，仍要求U“*」OV

时，

/尸，N，n=nN并保持系统原来的开环放大系数K不变,试求在D=30时

静

差率。

解：(1)系统开环工作时，

U=22015.61.5=0.1311min/r

C=N-I1500

eRNa

N

则开环系数额定速降为

IR15.6x

(1.5+1)

Anop=N-0.1311-297.5/min

Ce

——Dn----30297.5

贝ijs=NxlOO%150030297.5x100%85.6%

HN+bD-

nN

(2)当D=30,s=10%,系统允许的稳态速降

ns15000.1=5.56/min

A=_________________

x(1-s)(1-0.1)nNND3。

(3)当U"*=10V时，Id=IN，n=nN,贝Ij转

速负反馈系数a应该是

*

an-10=0.007

U*u

nnN1500

闭环系统的开环放大系数应为

△〃297.5

K=op-5.56-=

=1152.51

△Rei

运算放大器所需的放大倍数

K52.51

KP=aKC/=0.00735/=30.6

Se0.1311

（4）在电压负反馈有静差调速系统中，开环与闭环的速降是一样的,

所以An297.5/min

Dn30297.5

NxlOO%150030297.5x100%85.6%

〃N+—

1-15在题1-10的系统中，若主电路电感

L=50mH,系统运动部分的飞轮惯量

GZ）2=1.6N渥，整流装置采用三相零式电路，试判断按题1-10要求设计的转

速负

反馈系统能否稳定运行？如果保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数

K是多

少？

解：计算系统中各环节的时间常数：

L0.05=0.0185

电磁时间常丁==s

数

/R1.21.5

21.6(1.21.5)

机电时间常T=GDR=30=0.0655

数375CC3750.1367xx

R071367

三相桥式整流电路，晶闸管装置的滞后时

间常数为T,s-0.001675

为保证系统稳定，开环放大系数应满足的

稳定条件：2

++/

K<()5=0.065(0.01850.00167)0.00167=42.5

mI0.01850.00167

s

TT

Is

因为23.1>28.75,所以该系统不可以稳定运行，

如果保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数K最大为23.1.

1-16为什么用积分控制的调速系统是无静差的？在转速单闭环调速系统中，当积

分调节器

的输入偏差△=〃0时，调节器的输出电压是多少？它取决于那些因素？

电压

答；在动态过程中，AU”变化时,只要其极性不变,积分调节器的输出“便一直增长;

当

只有达到

U*_jj\JJ—0时，U力停止AU”变负，U不会AU"=。

上升；不到下降。当

nnncc

时，U并不是零，而是一个终AU“不再变化，这个终值便保持恒定而不再变化，

值；如果

c

这是积分控制的特点。因此,积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运行,

实现无

静差调速。

比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了

输入偏

△u”=o，但历史上有过\un,其积分就有一定数值，足以

差量的全部历史。虽然产

现在

生稳态运行时需要的控制电压U,。

1-17在无静差转速单闭环调速系统中,转速的稳态精度是否还受给定电源和测速

发电机精

度的影响？并说明理由。

答：系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。

因此转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。

1-18采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是否有

静差？为

什么？试说明理由。

答：采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运行时的速度是无静差

的。

电压负反馈实际是一个自动调压系统，只有被包围的电力电子装置内阻引起的稳

态速降被

减小到1/(1+K),它的稳态性能比带同样放大器的转速负反馈系统要差。但

基本控制原

理与转速负反馈类似。它与转速负反馈一样可以实现无静差调节。

第二章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法

2-1在转速、电流双闭环调速系统中，若要改变电动机的转速，应调节什么参数？

改变转

速调节器的放大倍数K“行不行？改变电力电子变换器的放大倍数砥行不

行？改变

转速反馈系数a行不行？若要改变电动机的堵转电流，应调节系统中的什么

参数？

答：双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时一，各变量之间有下列

关系

*==a=a

UUnn

nn0

因此转速〃是由给定电压。决定的；改变转速反馈系数也可以改变

电动机转速。改变转

n

速调节器的放大倍数K“和电力电子变换器的放大倍数K.,不可以。

2-2转速、电流双闭环调速系统稳态运行时，两个调节器的输入偏差电压和输出电

压各是

多少？为什么？

答：当两个调节器都不饱和时，它们的输入偏差电压都是零

转速调节器ASR的输出

限幅电压。而*决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR

的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。加。

2-3如果转速、电流双闭环调速系统中的转速调节器不是PI调节器，而改为P调

节器，对

系统的静、动态性能将会产生什么影响？

答：改为P调节器时其输出量总是正比于输入量，PI调节器的输出量在动态过程

中决定于

输入量的积分，到达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关而是由它后面环

节的需要

决定的。

2-4试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速

单闭环

调速系统：

(1)调速系统的静态特性；

(2)动态限流性能；

(3)起动的快速性；

(4)抗负载扰动的性能；

(5)抗电源电压波动的性能。

答：(1)转速、电流双闭环调速系统在稳态工作点上，转速〃是由给定电压U

决定的。

n

ASR的输出量U*i是由负载电流/dL决定的。控制电压Uc的大小则同时取决

于〃和Id,

*

或者说，同时取决于U和/dL。双闭环调速系统的稳态参数计算是和无静差系统

的稳态计

n

算相似。

带电流截止环节的转速单闭环调速系统静态特性特点：电流负反馈的作用相当

于在主电

路中串入一个大电阻KpKsRs,因而稳态

速降极大，特性急剧下垂；比较电压Ucom与

给定电压Un*的作用一致，好象把理想空载转速提高了。这样的两段式静特性

常称作下垂

特性或挖土机特性。

(2)

(3)双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：饱和非线性控制、转速

超调、准

时间最优控制。

(4)由动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速

调节器

ASR来产生抗负载扰动的作用。在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。

(5)在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受

到多个环

节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，由

于增设了

电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速

以后才能

反馈回来，抗扰性能大有改善。

2-5在转速、电流双闭环调速系统中,两个调节器均采用PI调节器。当系统带额

定负载运

是否

行时，转速反馈线突然断线，系统重新进入稳态后，电流调节

器的输入偏差电压

为零？为什么？

2-6在转速、电流双闭环调速系统中，转速给定信号U”*未改变，若增大转速反馈

系数a,

系统稳定后转速反馈电压U〃是增加还是减少？为什么？

2-7在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器ASR、ACR均采用PI调节器。

已知参

P==VI=An=1000/min

数：电动N3.7,N220亚20,N,电枢回路总电阻

机：

R=L5Q/加=40A,电力电子变换器的

U*=U*=U=V

，设刖imom8,电枢回路最大电流

放大系数砥=40o试求：

(1)电流反馈系数B和转速反馈系数a；

(2)当电动机在最高速发生堵转时的UdO、、5、〃值。

解：(1)稳态时

U*

因为d=im

/mP

所以B

=8=0.2/

*U*VA

40

m

Idm

Uo_

a=nm=u-

“max1。00.008V-min/r

0

(2)电动机在最高速发生堵转时n=0

U=CnIR=4Q1.560V

d0ed

=8V

*=-Ui=^d

Ui

Ui=8V

U<[0=6°=1.5

Uc=v

K.,40

2-8在转速、电流双闭环调速系统中，调节器ASR、ACR均采用PI调节器。

当ASR输出

达到。加*=8V时，主电路电流达到最大电流80Ao当负载电流由40A增加到70A

时，试问：

(1)U,应如何变化？

(2)上应如何变化？--------------

(3)U,值由哪些条件决定？

2-9在转速、电流双闭环调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运

行，现

因某种原因使电动机励磁电源电压突然下降一半，系统工作情况将会如何变化？写

出。、

Uc、u、

ddd及n在系统重新进入稳定后的表达式。

2-10某反馈控制系统已校正成典型I型系统。已知时间常数T=0.1s,要求阶跃响

应超调量

o<10%o

(1)求系统的开环增益；

(2)计算过度过程时间％和上升时间K；

(3)绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间/?0.255,贝ijK=?,。=?

K10

2-11有一个系统，其控制对象的传()=1=,要求设计一个

递函数为W"+

O

b

J

10.015+1

无静差系统，在阶跃输入下系统超调量。55%(按线性系统考虑)。试对该系统

进行动态

校正，决定调节器结构，并选择其参数。

K10

2-12有一个闭环系统，其控制对象的传递()=1=，要求

函数为W

o

b

J

(+1)5(0.025+1)

校正为典型II型系统，在阶跃输入下系统超调量。S30%(按线性系统考虑)。

试决定调节

器结构，并选择其参数。

18

2-13调节对象的传递()(0.25s+1)(0.005$,要求用调节器分别将其校

函数为“的=+D

正为典型I型和II型系统，求调节器的结构与参数。

2-14在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中，已

知电动机

尸=60,=VI=4=1000/

的额定数NN220,NnNmin,电动势系数

据为：308,

C=0.196V•min/r，主回路总电阻R=0.18Q，触发整流环节的放大倍数人=

35o电

磁时间常数r=0.012s,机电时T,“=0.12s,电流反馈滤波丁山=0.0025s,

间常数时间常数

转速反馈滤波时间常数TM=0.015s。额定转速时的给定电压(U”N*)=10V，调

节器ASR、

ACR饱和输出电压U*=VU=6.5

im8,omV。

系统的静、动态指标为：稳态无静差，调速范围D=10,电流超调量o,<5%,

空载起

动到额定转速时的转速超调量10%o试求：

(1)确定电流反馈系数P(假设起动电流限制在339A以内)和转速反馈系

数a；

(2)试设计电流调节器ACR,计算其参数R、G、Coio画出其电路图，调

节器输

入回路电阻扁=40攵。；

(3)设计转速调节器ASR,计算其参数R”、C„>C„„o(Ro=4OH2)；

(4)计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量与。

(5)计算空栽起动到额定转速的时间。

解：1.电流反馈系数P和转速反馈系数a分别为

P=Uim8=0.0236/

=VA

Idm339

10=0.01min/r

*1000

u

a=nm=

几max

2.(1)确定时间常数

①整流装置滞后时间常数Ts.按表1-2，三相零式电路的平均失控时间

Ts=O.0033s.

②电流滤波时间常数T°i.三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms,为了基本滤平波

头，应有

(1—2)T°i=3.33ms,因此取T0i=2.5ms=0.0025s.

③电流环小时间常数之和交，.按小时间常数近似处理，取交广为+Toi=0.00585

(2)选择电流调节器结构

根据设计要求。区5%,并保证稳态电流无差，可按典型I型系统设计电流调节器.

电流

环控制对象是双惯性型的，因此可用PI型电流调节器，其传递函数见式(2-57).

T=0.012s=2.07,参照表2-3的典型I型系统动态

检查对电源电压的抗扰I

性能：

T^i0.0058s

抗扰性能,各项指标都是可以接受的.

(3)计算电流调节器参数

电流调节器超前时间常数:T,=T=0.012S,.

电流环开环增益：要求oW5%时，按表2-2,应

取KT=0.5,因此

0.50.5

Ki==----=4-^4

8s

T^i0.00585

T860.0120.18

KR

于是,ACR的啊京KIi350.0236=0.225

数为：i=K.B

（4）校验近取出_I-----

电流环截止频5=Ki=-

率：c86sl

i

①晶闸管整流装置传递函数的

近似条件

37=30.00335=1015>ci

满足近似条件.s

②忽略反电动势变化对对电流环动态影响

的条件

11

3TT=30.12sx=79.06.「<ci

满足近似条mix0.012s

件.

③电流环小时间常数近似处

理条件—r

111CD

满足近似条件.3TT

soici

x116.

34>

0.0033sx0.00255

(5)计算调节器电阻电容

由图2-25,按所用运算放大器取&=40kQ,各电阻和电容

值为

R=KRkQ=Qk

iTZ0=0.225409-口

0.012

C=i=F1.33106F1.33piF,1.33F

iR9103

C=4T=40.0025F=-F=piF

oo360.25pF,0.2

0.2510

Ro4010

按照上述参数，电流环可以达到的动态跟随性能指标为。尸4.3%<5%(见表2-2),满

足设计

要求.

3.(1)确定时间常数

KT/^fO,52立广"20.0058s=0.0116s

①电流环等效时间常数1/

扁.已取

Ki

②转速滤波时间常数兀”.根据所用测速发电机纹波情况，取To„=0.01s.

③转速环小时间常数二〃.按小时间常数近似处理，取

1

T^n=+T„„=0.0116s+0.015s=0.0266s

T

K(s+1)

(s)=nn

(2)选择转速调节器结构按照设计要求，选用PI调节器，其T

传递函数WASR

re

(3)计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=3,则ASR的超前

时间常数

为小=h7£rt=30.0266s=0.0798s

h+14--

由式(2-75)可得转速环开KN=22=22s2=314.Is2

环增益：

2/i2〃230.0266

T

于是，由式(2-76)可得ASP的比例系数为：

K=(h+1)PCT40.02360.1960.12=7.73

nem

3Kt--

由式(2-33)得转速环截止频c=N=N=314.10.07985=25.151

率为：nKn

-----------co

①电流环传递函数简化1

条件为：

1K186-03

/=x5=40.6./>C,满足简化条件.

一n

3工i30.0058

②转速环小时间常数近似处理条------------

件为：

1KL\86--3

=x25.2s1，满足近似条件.

3Ton30.01cn

(5)计算调节器电阻和电容

根据图2-27,取Ro=4OkQ,则R“=KR〃0=7.7340kQ=309.22,3102

0798

3

nR31010

Tn0.

F-

F=F|i

60.2

0.25757

10p

F,

0.2

57

n40.0151L

C=4T=401(//=]510一尸=]5^R取i5产

oo6

nn

R

0

(6)校核转速超调量

当h=3时，由表2-6查得，。“=52.6%,不能满足设计要求.实际上,由于表2-6是

按线性系统

计算的，而突加阶跃给定时,ASR饱和，不符合线性系统的前提,应该按ASR退饱和

的情况重新

计算超调量。

(7)由表2-7查得『AC=72.2%

由用3得，Ch

m

ax

I339=1.1

入=〃z=308

IN

3080.18

T

AC

0.1960.0266

on-x=9.96%10%

2(max)(-z)272.2%1.1

10000.12

4.如果只起动

5.空载起动到额定转速的时间

7.7310

KU*

tu2nnT=6x

0.02660.386

2+

I*-P/》II

hU

1imdL480.0236308

2-15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：

An=375/min

min/

Ce=1.82V-

N555,N750w760,N,电动势系数r,

电枢回路总电阻R=0.14Q,允许电流过载倍数入=1.5,触发整流环节

的放大倍数

Ks=75o电磁时间T/=0.031s,机电时间常数。”=0.112s,电流反馈滤波时间常

常数数

乙,=0.002s,转速反馈滤波7；”=0.02s。设调节器输入输出电压

时间常数

10,调节器输入电阻Ro=40mo

U*=U*=U=V

nmimom

设计指标：稳态无静差，电流超调量df5%,空载起动到额定转速时的转速

超调量

o„<10%o电流调节器已按典型I型系统设计，并取参数KT=0.5o

(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3d和转速环的截止频率。“，并考虑它们是否合

理。

2-16在一个转速、电流双闭环V—M系统中，转速调节器ASR,电流调节器ACR

均采用

PI调节器。

(1)在此系统中，当转速给定信号最大值时，nnN^1500/min；

电

流给定信号最大值。油*」0V时，允许最大电流/揄=30A,电枢回路总电阻R=

Q2,晶

闸管装置的放大倍数Ks=30,电动机额定电流

/N=20A,电动势系数

G-0.128V-min/r,现系统在U”*=5V，〃=20A时稳定运行。求此时的稳态转

速n=?

ACR的输出电压〃=?

(2)当系统在上述情况下运行时，电动机突然失磁(①=0),系统将会发

生什么现象？

心=?5?

试分析并说明。若系统能够稳定下来，则稳定*

不=

后n=?

/"=?Uc=?

（3）该系统转速环按典型II型系统设计，且按Mmin准则选择参数，取中频

宽h=5,

已知转速环小时间常数T=0.05s,求转速环在跟随给定作用下的开环传递函数，

并计算

）

出放大系数及各时间常数。

（4）该系统由空载（1心。）突加额定负载时，电流。和转速n的动态

过程波形是

怎样的？已知机电时Tin=0.05S,计算其最大动态速降A〃max和恢复时间tva

间常数

2-17有一转速、电流双闭环控制的H性形双极式PWM直流调速系统，已知电

动机参数为：

P=200,