《电力拖动自动控制系统》第三版陈伯时课后标准答案文档

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，刃；就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需要降速的

时候。这时，先减小控制电压，使〃刃的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压〃〃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£〉你，很快使电流乙反

向，丫。2截止，在vrvT时，”“变正，于是小导通，反向电流沿回路

3流通，产生能耗制动作用。在7</<T+3时，VT2关机门乙沿同路4经续

流，向电源回馈制动，与此同时，同两端压降钳住％使它不能导通。在制动状态中，仙和〃、轮流

导通，而始终是关断的。

在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在孑彳关断后乙经昭续流时，还没有达到

周期T,电流已经衰减到零，这时昭两端电压也降为零，VT.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

max

其中，刃唤和儿in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

我很轻的机械，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，负载山理想空载增加到额定值时所对应的转速降落，与理

△心

想空载转速之比，称作静差率s,即S=

或用百分比表示

在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速勺作为最高转速

△/A,An

n.ALi△_(!ns)△n

fflIY

max

umin△心(inS)

由上式可看出调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。对于同一个调速

系统，△心值一定，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某一调速系统，测得的最高转速特性为刃％=150()厂/min,最低转速特性为

叼加〃=150厂/min,带额定负载时的速度降落二15厂/min,且在不同转速下额

定速降

△心♦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n.

max

150□15

〃△心X100%11X15X100%=10%

系统允许的静差率

心+〃△/?.V1500+11x

15

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

因为

几八」50X0.02=3>06r/m.n

所以1口0.02

因为

z\100

"□1=□1=31.7

所以△3.06

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3(),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？

解(1)因为

Ri(LA,HK)=k(

1+15)=128所以-A=(

RI128

则△N=---------------==4.13r/min

刀

Q(i+K)1+30

由〃口心S翻句大知不变的情况下，D只与△心•有关

(2)由〃==____________,可知在sc和小,

Zi%(1□

S)

调速范围扩大1.94倍。

1-7某调速系统的调速范围”2(),额定转速心二15()()r/min,开环转速降

落

△刀如=240厂/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

解；当s=l()%时，An

gso._______________

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

△彳Zx240

op

此时K=□1=一□1=27.8

58.331500x3.95r/min

0.05

八»

当s=5%时，

"A1-s)20x(1-0.05)

△IA

»p

240

此时K=-----□1=—□1=59.8

Anc!3.95

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。

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。

测速发电机励磁各量发生变化时，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。

110杓一V—M调速系统。电动机参数为：Rv=2.2W；UN=220/,/A-=12.54

n,v=I500r/min,电枢电阻心二1.2Q,整流装置内阻心”=1.5Q,触发整流环

节的放

人倍数二35o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和调速要求所允许的闭环静态速降△{/.

(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〃口=15K时，/=/,n=n,则转速负反馈系数a应

ndNN

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

C-你口IX心

220□12.5x1.21500

0.1367PDmin/r

则开环系数额定速降为

(1.2+1.5)

Anop=_Ld?=12.5=246.9厂/min

Ce0.1367

额定负载时的稳态速降应为

An=n<150()x=8.33r/min

7Q<------------------

0.1

6仅I-s)20x(1-0.I)

(2)系统的静态结构框图如下所示

oc

转速负反馈系统的原理图

U

(3)当Ult=〃时，疗=/胪仁叭》则转速负反馈系数a应

15K”该是

□□

cx_Z-15

=0.01

n/7v1500

(4)闭环系统的开方放大系数应为

A/7246.9

叩□1=□1=28.64

58.33

运算放大器所需的放大倍数

28.64=11.19

aK"0701x35/

0.1367

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/他＜2/,I■临

界

截止电流/血.〉1.2Z”,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，需要噌加电流反馈放人器，试附出系统的原理图

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？

〃口+〃<21

COffl

I二R

解：因为"

s

/_Ueg>1・2/

L---------

R

s

且U口=15V,计算可得/?=1.50,=22.5V

U

nscom

<21

com

I=一

dbl

S

=Ucom1.2Z

dcrKRs'

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：P,=18MU=220人

IN=944nN=lOOOr/min，出二0八50,整流装置内阻心”=0.30,触发整

流环节

的放大倍数心=40.最大给定电压伽口=15/,当主电路电流达到最大值时，整定电

反馈电压/沏二ior

设计指标：耍求系统满足调速范围D-20,静差率s<10%,Idb!=1.5ZA.,0hicr-

1»IINo

试画出系统的静态结构框图，并计算：

(1)转速反馈系数a。

(2)调节器放大系数斤八

(3)电阻人的数值。(放大器输入电阻尺厂20人。)

(4)电阻心的数值和稳后管VS的击穿电压值。解：(1)转速负反馈系数a应该是

□□

化化=0.015

a、二......

15

n1000

(2)先计算电动机的电动势系数

f/n/=220n94x().15

vv=0.2059K□min/

1000

心

则开环系数额定速降为

(0.15+0.3)

△门讥「91=205.4”min

0.2059

△n=/7©.1000x=5.56r/min

"N°C

0.1

Z(1-s)20x(1-0.1)

闭环系统的开环放大系数应为

/n205.4

°P1=□1=35.9

△%5.56

运算放大器所需的放大倍数

Kp=K35.9=12.3

。/0.015x40/

cc0.2059

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？

(I)放大器的放大系数；

(2)供电电网电压；

(3)电枢电阻&；

(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发生变化时系统有调

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、电枢电阻心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。

1一13有一个V—M系统，已知I：电动机：&=2.8W,U那片22OK/&=15.6X

nN=1500r/min,R=1.5Q,整流装置内阻=IQ,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030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〃口=10T时,

Id=/胪n=nN,计算转速负反馈系数a和放大器放大系数斤°。

(4)如将上述调速

系统改为电压

负反馈仃静差

调速系统，仍

要求〃口二ior

时，n

Id=/胪n=g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）系统开环工作师

220□15.6x1.5

=0.1311Tnmin/r

1500

则开环系数额定速降为

(L5+1)

An_7,15.6=297.S"min

op一□-----

0.1311

闪30x297.5

则s=-----------x100%=-----------------------X100%=85.6%

nN+DAnN1500+30x297.5

(2)当D=30,s=10%,系统允许的稳态速降

□□

=0.007

a

10

△刃=Ss1500K二5-56厂/min

0.I

Al-s)30x(1-0.1)

(3)当〃口=时,Lri心,则转速负反馈系数ex应该

iorn=nN是

nnv1500

闭环系统的开环放大系数应为

297.5

nK二如口1=□1=52.51

Ane5.56

运算放大器所需的放大倍数

Kn=K52.51=30.6

aKS/0.007x35/

30.1311

(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△刃门=△%=297./

min

/7vx100%=30xx100%=85.6%

s------------------

为，+门、-297.5

1500+30X

297.5

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

GW=1.6”口分，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

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

电磁时间常数T==0.01855

R1.2+1.5

机电时间常数

375G&375x0.1367x30x

0.1367

7T

三相桥式整流电路，晶闸管装置的滞后时间常数为7,=0.00167s

为保证系统稳定，开环放大系数应满足的稳定条件：

7(7+7)+0.065x(0.0185+0.00167)+0.001672

T1

K<-------L——J------------------#------------------------------------=42.5

=0.00167

因为23.>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

入偏差电压△〃二0时，调节器的输出电压是多少？它取决于那些因素？答；在动态过程中，

当^〃“变化时，只要其极性不变，积分调节器的输出〃。便一直增长；只有达到〃口;“，

△/=()时，〃才停止上升；不到变负，〃不会下降。当

nitnrnrn

A/=0

时，并不是零，而是一个终值；如果不再变化，这个终值要保持恒定而不再变

化，

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

差量的全部历史。虽然现在二0,但历史上有过△〃八其积分就有一定数值，足以产生稳态运行

时需要的控制电压〃C。

L17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戒小到

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心行不行？改变电力电子变换器的放大倍数心行不行？改变

转速反馈系数a行不行？若耍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，各变量之间有下列关系

U=U=an=annno

因此转速刀是由给定电压〃□决定的；改变转速反馈系数也可以改变电动机转速。改变转

速调节器的放大倍数心和电力电子变换器的放大倍数心不可以。

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〃口决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR

ini

的输出限幅电压U5限制了电力电子变换器的最大输出电压U掰。

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山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

速刀是由给定电压〃口决定的。

ASR的输出量处i是由负载电流7dL决定的。控制电压氏的大小则同时取决于〃和币，或者

说，同时取决于〃”和TdL。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

中串入一个大电阻炸胚心、因而稳态速降极大，特性急剧下垂；比较电压”m与给定电压

临*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，阻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

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△乞是否

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〃「未改变，若增大转速反馈系数

n

系统稳定后转速反馈电压〃〃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。已知参数：

电动机:Ps=3.7般,你劫机长,//7=201郎=1000〃11±1,电枢回路总电阻

=1.5Q,设〃口.二|1口二〃=8K,电枢回路最大电流/

nmtmomdm

=40，电力电子变换器的

放大系数心二40。试求：

(1)电流反馈系数D和转速反馈系数a;

(2)当电动机在最高速发生堵转时的UdUP、"、/值。

解：（1）稳态时

〃口

因为/血=一莎

□

〃2

所以|J-=0.2K/4

=40

/如

〃匚8=0.008K□min/

ry=nm

1000

(2)电动机在最高速发生堵转时n=0

U沁=吸诵+A斤=40x1.5=60Au-=口耳=P4/=8r

1.5K

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〃口=8时，主电路电流达到最大电流80A”当负载电流由40A增加到70A时，试

im

问：

(1)〃口应如何变化？

1

(2)〃应如何变化？

(3)“°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，作点正常运行，现因果种

原因使电动机励磁电源电压突然下降一半，系统1：作情况将会如何变化？写出/口、

U你及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.氐要求阶跃响应超调量

(1)求系统的开环增益；

(2)计算过度过程时间八和上升时间tT；

(3)绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间r,<0.25s，则K=？，cy二？

241有一个系统，其控制对象的传递函数为俗3)二二------------------，要求设计一个

咖TS+10.01S+1

无静差系统，在阶跃输入下系统超调量OV5%(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。

⑸二£5(75+

2126一个闭环系统，具控制对象的传递函数为"舄

，要求

0

5(0.

02s

+1)

校正为典型n型系统，在阶跃输入下系统超调量0<30%(按线性系统考虑)。试决定调

节

器结构，并选择其参数。

(s)18

2-13调节对象的传递函数为必林，要求用调节器分别将其校

=(0.25s+1)(0.005s

+D

正为典型i型和n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，已知电司机的额定

数据为：。$二60£俗，U=2207,1O=308A,=1000r/min,电动势系数

G=0.196/0min/，・，主回路总电阻0.180,触发整流环节的放大倍数心=

35。电

磁时间常数7；=0.012s,机电时间常数石=0.12s,电流反馈滤波时间常数必二

0.0025s,

转速反馈滤波时间常数乙二0.015s。额定转速时的给定电(，:口)二10K,调节器ASR、

压

ACR饱和输出电压〃口=8K,(/=6.5V°

imom

系统的静、动态指标为：稳态无静差，调速范围410,电流超调量o；＜5%,空载

起

动到额定转速时的转速超调量。“v10%。试求：

(1)确定电流反馈系数0(假设起动电流限制在339A以内)和转速反馈系数OC;

(2)试设计电流调节器ACR,计算其参数心、:、C,”•“画出其电路图，调节器输

入回路电阻心=40£Q;

(3)设计转速调节器ASR,计算其参数心、玖、①。(几二40W);

(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。八

(5)计算空栽起动到额定转速的时间。

解：1.电流反馈系数口和转速反馈系数a分别为

〃口二二0.0236K/A

Ph8

%339

Uu==0.01Anmin/r

a=10

%1000

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电流滤波时间常数陶•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T-2.5ms=0.0025s.

③电流环小时间常数之和口按小时间常数近似处理，取7人.二■+£«♦=0.0058s

(2)选择电流调节器结构

根据设计要求o<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

式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)-

T0.012s

检查对电源电压的抗扰性能：_==2.07,参照表2.3的典型I型系统动态

T0.0058s

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.

/1

电流环开环增益：要求O<5%时，按表2-2,应取攵厂=0.5,因此

TO.0058s

Kr/?86X0.012X0.18

于是,ACR的比例系数=一一」­=0.225

为：

K,35x0.0236

电流环截止频率：=K=86卢1

①晶闸管整流装置传递函数的近似条件

11=1OU01>3

343x

满足近似条件・0.0033s占

②忽略反电动势变化对对电流环动态影响的条件

满足近似条件.

③电流环小时间常数近似处理条件

116.15(),

3TSTN30.0033sx0.0025s

满足近似条件.

(5)计算调节器电阻电容

由图2-25,按所用运算放大器取儿=40kQ,各电阻和电容值为

R：=K.R=0.225x402Q=%。

].33Xion6F=i.33p尸，取1.33y/

C=T^=Q>012F=

R：9x103

4F.4xO.0025,

-oi.F=0.25X!0O6F=0.25口尸，取0.2n产

40Xio*s

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

要求.

3.(1)确定时间常数

1=27=2x0.()()58A=

©电流环等效时间常数1/心•已取K避.=0.5,刀().0116s

K/

1

②转速滤波时间常数Ton•根据所用测速发电机纹波情况，取Ton=0.01S.

③转速环小时间常数7­按小时间常数近似处理，取

E〃

L+J

=0.0116s+0.015s=0.026T

2+1)

K」

(2)选择转速调吊帑结构按照设计要求，选用PI调节器，其传递函数S)=TnS

(3)计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则，取治3,则ASR的超前时间常数

为7"=3x0.0266s=0.0798s

=hTn--------------

S

K产力+14c32=314io02

山式(2-75)nJ得转速环开环增益：入

2处22x32X

0.02662

7是，由式(2・76)可得ASP的比例系数为:

(力+1)|3

。I2x3x0.01x0.18x

2力aRnr7T

0.0266

(4)检验近似条件3_(厂“=314.1x0.07985。1=25-1严

由式(2-33)得转速环截止频率为：c“3〃

①电流环传递函数简化条件为：

1KJ=8c01=40.6$d、

,满足简化条件

330.0058cn

E,

②转速环小时间常数近似处理条件为:

=25.2严

,满足近似条件.

(5)计算调节器诃和电容=7.73x40WQ=309.2£Q，取310£0

根据图2-27,取心二40kQ,

a6

rzj=F=0.257x10F=0.257口尸，取0.257y尸

0.0798

310x

103

474x0.015

onF=1.5x10U6Z7=1.5inF,MX1.5PF

R。40x103

(6)校核转速超调量当h=3时，由表2-6查得,

o“=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v

(7)由表2-7查得，由力=3得，△:x/=72.2%

339

—=L1

308x0.18

r308

An0266

刀〃=2x72.2%xl.lx0L196X°-

n9.96%<10%

-z)

10000.12

4.如果只起动

5•空载起动到额定转速的时间

06口7.73xx0.0266=0.386s

10

□()刀”口4&□0.0236x308

〜KU

〃口f□

□QUndi.°口

2・15有一转速、电流双闭环谎速系统，主电路采用三相桥式整流电路。已知电动机参数为:

P,二555凰，U=750P,r=7604nf=375F/min,电动势系数Q=582K□min/厂,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

斤$=75。电磁时间常数7；=0.0315,机电时间常数石=0.112s,电流反馈滤波时间常数

Toi=，转速反馈滤波时间常数焉二o设调节器输入输出电压

0.00250.025

广二厂二U=10K,调节器输入电阻斤=40W.

nmmiom1)

设计指标：稳态无静差，电流超调量O；<5%,空载起动到额定转速时的转速超调量

0/?<1()%0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)计算出流环的截止频率3c和转速环的截止频率3纫，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

PT调节器。

(1)在此系统中，当转速给定信号最大值〃口=15K时，n=a=1500r/

nmN

min；电

流给定信号最大值〃角二ior时，允许最大电液/>30〃，电枢回路总电阻&二2Q,晶

闻管装置的放大倍数Ks=,电动机额定电流IN=2。，电动势系数

30A

C=0.128PDmin/r,现系统在〃口=5K,7=20/(时稳定运行.求此时的稳态转速n=?cnal

ACR的输出电压〃。T

(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？

试分析并说明。若系统能够稳定下来，则稳定后尸？uJUJIdJucA-n«-

□

(3)该系统转速环按典型n型系统设计，且按财血准则选择参数，取中频宽25,

已知转速环小时间常数P=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(/血二0)效额定负我时，电流公和转速n的动态过程波形是

怎样的？已知机电时间常数刀尸0.055,计算其最大动态速降△/?嘶和恢复时间®。

2/7有•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：

=2()0H',UN=48P,人=3.7人/四二久乂万八口^^电枢电阻凡=6.5Q,电枢回路总电阻冗二

8Q,允许电流过载倍数入二2，电势系数Q=0.12K□min/r,电磁时间常数

Tf=0.015s，机电时间常数乙=0.2s,，电流反馈滤波时间常数=0.（X）I5，转速

反馈

波波时间常数砂二0.005s。设调节器输入输出电压伽口币〃口。"一U=10K,调节

器输入

电阻心=40>CQ。已计算出晶体管D202的开关频率仁1kHz,PWM环节的放大倍数

心=4.80

试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差，电流超调量o.<5%;空战起

引到额定转速时的转速超调量o“v20%;过载过程时间一<0-Iso

第3章直流调速系统的数字控制

34直流电机额定转速®=375P/min,电枢电流额定值为/洲=760，允许过流倍

数

入=1.5,计算机内部定点数占一个字的位置（16位），试确定数字控制系统的转速反馈

存

储系数和电流反馈存储系数，适当考虑余量。

解：定点数长度为1个字（16位），但最高位须用作符号位，只有15位可表示量值，故最大存

储值Dmax=2凡1。电枢电流最大允许值为1.5卜,考虑到调节过程中瞬时值可能超过此值，故

取WI.SIN0因此，电枢电流存储系数为

□1=23.95/'

2二32768

Kp二

1.8/.v1.8x760

额定转速nN=375r/min,取nmax=l.3nN,则转速存储系数为

2,5□132768

Ka=--------=k~3-*—min/r=67.21min/r

1.3/?、375

对上述运算结果取整得心，=23〃巴K==67min/八

Pa

3・2旋转编码器光栅数为1024,倍频系数为4,高