电力拖动与自动控制系统--运动控制系统

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60,220,305,1000minNNNNPkWUVIAnr，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V•min/r,求：（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落Nn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NS多少？（3）若要满足D=20,s≤5%的要求，额定负载下的转速降落Nn又为多少?解：(1)3050.180.2274.5/minNNnIRCer(2)0274.5(1000274.5)21.5%NNSnn(3)[(1)]10000.05[200.95]2.63/minNnnSDsr2.7某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min，要求系统的静差率5%s，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？解：1）snsnDNN1/1015002%/98%Nn15002%/98%103.06/minNnr2）7.31106.3/1001/clopnnK2.9有一V-M调速系统：电动机参数PN=2.2kW,UN=220V,IN=12.5A,nN=1500r/min，电枢电阻Ra=1.5Ω，电枢回路电抗器电阻RL=0.8Ω，整流装置内阻Rrec=1.0Ω,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Δnop和调速要求所允许的闭环静态速降Δncl。（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α应该是多少？（4）计算放大器所需的放大倍数。解：（1）/22012.51.5/1500201.25/15000.134min/NNaeenUIRCCVr//12.53.3/0.134307.836/minNNeopNenUIRCnIRCr/1150010%/20*90%8.33/minNNnnsDsr（）所以，min/33.8rncl（2）（3）（4）KCRIKKUKCRIUKKnednednsp1/1/1//1307.836/8.33135.955opclKnn150035.95515/135.95512.53.3/0.134135.955rVmin/0096.0可以求得，*35.955*0.13414.34*35*0.0096epsKCKK也可以用粗略算法：nUUnn，01.0150015*nUn/pesKKCK，35.9550.134/350.0113.76pK2.11在题2.9的系统中，若主电路电感L=50mH，系统运动部分的飞轮惯量22GD=1.6Nm，整流装置采用三相零式电路，试判断按题2-9要求设计的转速负反馈系统能否稳定运行？如要保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数是多少？解：mHL50，226.1NmGD，3.3R，0.134/eCVrpm2/0.05/3.30.015/3751.63.3/3750.1340.13430/3.145.28/64.330.0820.00333lmemsTLRsTGDRCCsTs222/0.0820.0150.003330.00333/0.0151*0.003330.00150.00333/0.0000498330.52lmlsssKTTTTTT（）3.8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，已知电动机的额定数据为：60NPkW,220NUV,308NIA,1000Nnr/min,电动势系数eC=0.196V·min/r,主回路总电阻R=0.18Ω,触发整流环节的放大倍数sK=35。电磁时间常数lT=0.012s,机电时间常数mT=0.12s,电流反馈滤波时间常数iT0=0.0025s,转速反馈滤波时间常数nT0=0.015s。额定转速时的给定电压(Un*)N=10V,调节器ASR，ACR饱和输出电压Uim*=8V,Ucm=6.5V。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i≤5%,空载起动到额定转速时的转速超调量n≤10%。试求：（1）确定电流反馈系数β(假设起动电流限制在1.1NI以内)和转速反馈系数α。（2）试设计电流调节器ACR,计算其参数Ri,、Ci、COi。画出其电路图,调节器输入回路电阻R0=40k。（3）设计转速调节器ASR,计算其参数Rn、Cn、COn。(R0=40kΩ)（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σn。（5）计算空载起动到额定转速的时间。解：（1）*/8/(1.1*)8/3390.0236/imdmNUIVIVAVA10/10000.01min/Vr（2）电流调节器设计确定时间常数：)0.00333saTs)0.0025oibTs0)0.00250.003330.00583iiscTTTs电流调节器结构确定：因为5%i，可按典型I型系统设计，选用PI调节器，(1)()iiACRiKSWSS,电流调节器参数确定:10.012,0.5,0.5/85.76ilIiIiTsKTKTs选，85.760.0120.180.224350.0173IiisKRKK。校验等效条件：185.76ciIKs11011)1101.01330.0033311)3379.060.120.0121111)115.52330.003330.0025ciScimlcisiaTbSTTcsTT电力电子装置传递函数的近似条件：忽略反电势的影响的近似条件：电流环小时间常数的近似条件：可见满足近似等效条件，电流调节器的实现：选040RK,则：00.224408.96iiRKRKK,取9K.由此33000/0.012/(910)1.334/40.0025/40100.25iiiiiCRFCTRF（3）转速调节器设计确定时间常数：a)电流环等效时间常数1/IK:因为0.5IiKT则1/220.005830.01166IiKTsb)0.015onTsc)1/0.011660.0150.02666nIonTKTs转速调节器结构确定：按照无静差的要求，应选用PI调节器，(1)()nnASRnKsWss,转速调节器参数确定：,5,0.1333nnnnhThhTs取2222216168.822250.02666(1)60.02360.1960.126.942250.010.180.02666NnemnnhKshThCTKhRT校验等效条件：11/168.820.133322.5cnNNnKKs1101185.76)40.43330.005831185.76)25.2330.015IcniIcnnKasTKbsT电流环近似条件：转速环小时间常数近似：可见满足近似等效条件。转速超调量的校验(空载Z=0）max*3080.180.02666%2*()()281.2%1.10.19610000.1211.23%10%nNnbmTCnzCnT转速超调量的校验结果表明，上述设计不符合要求。因此需重新设计。查表，应取小一些的h，选h=3进行设计。按h=3，速度调节器参数确定如下：0.07998nnhTs2222(1)/24/(290.02666)312.656(1)/240.02360.1960.12/(230.010.180.02666)7.6NnnemnKhhTsKhCThRT校验等效条件：11/312.6560.0799825cnNNnKKs1/21/211/21/21)1/3(/)1/3(85.76/0.00583)40.43)1/3(/)1/3(85.76/0.015)25.2IicnIoncnaKTsbKTs可见满足近似等效条件。转速超调量的校验：272.2%1.1(3080.18/0.1961000)(0.02666/0.12)9.97%10%n转速超调量的校验结果表明，上述设计符合要求。转速调节器的实现：选040RK,则07.640304nnRKRK,取310K。330/0.07998/310100.2584/40.015/40101.5nnnononCRFCTRF4)40%额定负载起动到最低转速时:%272.2%(1.10.4)(3080.18/0.196100)(0.02666/0.12)63.5%n5)空载起动到额定转速的时间是：(书上无此公式）仅考虑起动过程的第二阶段。222()(),()375375375mdmdLdmdLeLdmdLememeGDdndnCIIRIIRTTIIGDGDRdtdtCTCCC根据电机运动方程：所以：*0.196*0.12*10000.385()(1.1*3080)*0.18emdmdLCTntsIIR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=375r/min，电动势系数Ce=1.82V·min/r,电枢回路总电阻R=0.14Ω,允许电流过载倍数λ=1.5,触发整流环节的放大倍数Ks=75,电磁时间常数lT=0.031s,机电时间常数mT=0.112s,电流反馈滤波时间常数iT0=0.002s,转速反馈滤波时间常数nT0=0.02s。设调节器输入输出电压Unm*=Uim*=Unm=10V,调节器输入电阻R0=40kΩ。设计指标:稳态无静差，电流超调量i≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量n≤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ci和转速环的截止频率cn，并考虑它们是否合理?解：（1）**100.00877/1.5*760100.0267min/375imdmnmNUVAIUVrn电流调节器已按典型I型系统设计如下：确定时间常数：)0.00176)0.002)0.00367SoiiaTsbTscTs电流调节器结构确定：因为σ%≤5%，可按典型I型系统设计，选用PI调节器，WACR(s)=Ki(τis+1)/τis，Tl/T∑i=0.031/0.00367=8.2510电流调节器参数确定：τi=Tl=0.031s，KIT∑i=0.5，KI=0.5/T∑i=136.24s-1/136.240.0310.14/750.008770.899iIIsKKTRK校验等效条件：ωci=KI=136.24s-111/21/211/21/21)1/31/30.00167199.6)(1/)3(1/0.1120.031)50.9)1/3(1/)1/3(1/0.001670.002)182.39scimlcisoiciaTsbTTscTTs可见满足近似等效条件。电流调节器的实现：