电力拖动自动控制系统-运动控制系统习题解答第2、3章

习题解答（供参考）2.1试分析有制动电流通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的？解：减小控制电压，使Ug1得正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压Ud降低，使得EUd，电机流过反向电流，电机进入制动状态。0tton时，通过二极管VD1续流，在tontT期间Ug2为正，VT2导通，流过反向制动电流。因此在制动状态时，VT2和VD1轮流导通，VT1始终关断。2.2系统的调速范围是1000~100minr，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？解：10000.022.04(1)100.98nnnrpmrpmDs系统允许的静态速降为2.04rpm。2.3某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为min1500max0rn，最低转速特性为0min150minnr，带额定负载时的速度降落15minNnr，且在不同转速下额定速降不变，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：1）调速范围maxminnDn(均指额定负载情况下）max0max1500151485Nnnnrpmmin0min15015135Nnnnrpmmaxmin148511135nDn2)静差率min1510%150Nnsn2.4直流电动机为NP=74kW,NU=220V，NI=378A，Nn=1430r/min，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。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：2203780.0230.1478/1430NNaeNUIRCVrpmn378(0.0230.022)1150.1478NeIRnrpmC当s=20%时14300.23.1(1)115(10.2)NnsDns当s=30%时14300.35.33(1)115(10.3)NnsDns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)3050.18274.50.2NNeIRnrpmC(2)0274.521.5%1000274.5NNnsn(3)10000.052.63(1)200.95NnsnrpmDs第三章3.1有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压*8.8uUV、比列调节器放大系数2PK、晶闸管装置放大系数15SK、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压dU；（2）若把反馈线断开，dU为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若把反馈系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压*uU应为多少？解：（1）*2158.812112150.7psudpsKKUUVKK(2)若把反馈线断开，则=0，*8.8215264dpsuUKKUV,开环输出电压是闭环的22倍(3)*(1)12(12150.35)4.6215dpsupsUKKUVKK3.2转速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）(1)NnsDns15000.057.9/min(1)0.9510NNnsnrDsNn为闭环静态速降2）1001111.667.9opclnKn3.3转速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？解：11158128/minopclnKnr如果将开环放大倍数提高到30,则速降为：1284.13/min1130opclnnrK在同样静差率要求下，D可以扩大1281.9374.13clclnn倍3.4有一PWM变换器供电直流调速系统：电动机参数NP=2.2kW,NU=220V,NI=12.5A,Nn=1500r/min，电枢电阻aR=1.5Ω，PWM变换器的放大倍数sK=22,电源内阻recR=0.1Ω。要求系统满足调速范围D=20，静差率5%s。(1)计算开环系统的静态速降opn和调速要求所允许的闭环静态速降cln。（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*nU=15V时，NdII，Nnn，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）22012.51.5201.250.134min/15001500NNaeNUIRCVrnmin3.149134.05.12)1.05.1()(rCIRRneNrecaop15000.053.95(1)20(10.05)NNnsnDsr/min所以，3.95/minclnr（2）（3）由以上知149.31136.83.95opclnKn因为**(1)(1)(1)(1)psndndeeeKKURIKURInCKCKKCK把已知各项代入上式，得0097.0也可以用粗略算法：nUUnn，01.0150015*nUn（4）放大器的放大倍数epsKCKK36.8*0.13422.422*0.01epsKCKK3.5在题3.4的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流NdblII2，临界截止电流NdcrII2.1，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？解：（1）AIINdbl252，AIINdcr152.1=15comdcrsUIR*=25ncomdblsUUIR*25==15+15dblssncomIRRUU可得1.5sR，15=151.522.5comsURV（2）1.6R1.53sRR，由于需要的检测电阻值大，说明要求的电流信号值也大。要同时满足检测电阻小和电流信号大的要求，则必须采用放大器，对电流信号进行放大。为此，取0.5sR，则150.57.5comdcrsUIRV（3）当dcrdII时，有KCIRKKKRKCUKUKKKCRIKCUIRKKKKCUKKnedsispecominspedecomdsispensp11111**当n=0时，**psnicomnicomdblpsisisKKUKUUKUIRKKKRKR已知项代入157.5*25*0.5iiKK可得3iK3.6在题3.4的系统中，若开关频率为8KHz，主电路电感L=15mH，系统运动部分的飞轮惯量GD2=0.16Nm2，试判断按题3.5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K是多少？解：2216.0NmGD，1.6R，0.134eCrpmV0.0150.094s0.16lLTR10.000125s8000sT20.160.160.0363s3753750.1340.13430memGDRTCC按照式（3-22）的稳定条件，应有291000125.0094.0000125.0)000125.0094.0(0363.0)(22slsslmTTTTTTK可见题3.4中要求K36.8满足系统稳定条件。3.7有一个PWM变换器供电的直流调速系统，已知：电动机：kWPN8.2，VUN220，AIN6.15，1500Nnr/min，aR=1.5Ω，整流装置内阻recR=0.2Ω，PWM变换器的放大倍数31sK。(1)系统开环工作时，试计算调速范围100D时的静差率s值。(2)当100D，5%s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100D，5%s，在VUn10*时NdII，Nnn，计算转速负反馈系数和放大器放大系数pK。。解：22015.61.5=0.1311min/1500NNaeNUIRCVrn（1）()(1.50.2)15.6202.3/min0.1311arecNopeRRInrCmaxminmin1500100nDnn，min15/minnr静差率0minmin202.393%15202.3opopNnnsnnn（2）当100D，5%s时，15000.050.789(1)100(10.05)NNnsnDsminr（3）202.311255.40.789opclnKn估算*100.00671500nUn255.4*0.131116131*0.0067epsKCKK