電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)（第三版）陳伯時(shí) 第二章習(xí)題答案

第二章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)2-1 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，應(yīng)調(diào)節(jié)什么參數(shù)？改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)行不行？改變電力電子變換器的放大倍數(shù)行不行？改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)行不行？若要改變電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流，應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的什么參數(shù)？答：改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定信號(hào)Un；改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)不行，改變電力電子變換器的放大倍數(shù)不行。若要改變電機(jī)的堵轉(zhuǎn)電流需要改變ASR的限幅值。2-2 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有哪些作用？其輸出限幅值應(yīng)按什么要求來整定？電流調(diào)節(jié)器有哪些作用？其輸出限幅值應(yīng)如何整定？答：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用是：（1）使轉(zhuǎn)速n很快的跟隨給定電壓Un變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可以實(shí)現(xiàn)無靜差。（2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的限幅值應(yīng)按電樞回路允許的最大電流來進(jìn)行整定。電流調(diào)節(jié)器作用：（1）使電流緊緊跟隨給定電壓Ui變化。（2）對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。（3）在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電動(dòng)機(jī)允許的最大電流，從而加快動(dòng)態(tài)過程。（4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。電流調(diào)節(jié)器的最大值應(yīng)該按變換電路允許的最大控制電壓來整定。2-3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器的輸入偏差（給定與反饋之差）是多少？它們的輸出電壓是多少？為什么？答：若都是PI調(diào)節(jié)器，則兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入偏差為0，即Ui=Ui，Un=Un；輸出電壓為：Ui=Id=Ui，Uc=Ud0/Ks=RId+Cen=(RUi/)+(CeUn/)。2-4 如果轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不是PI調(diào)節(jié)器，而是比例調(diào)節(jié)器，對(duì)系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能會(huì)有什么影響？答：若采用比例調(diào)節(jié)器可利用提高放大系數(shù)的辦法使穩(wěn)態(tài)誤差減小即提高穩(wěn)態(tài)精度，但還是有靜差的系統(tǒng)，但放大倍數(shù)太大很有可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定。2-5 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，采用PI調(diào)節(jié)器，當(dāng)系統(tǒng)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速反饋線突然斷線，系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓Ui是否為0，為什么？答：反饋線未斷之前，Id=In，令n=n1，當(dāng)轉(zhuǎn)速反饋斷線，ASR迅速進(jìn)入飽和，Un=Unmax，Uc，Id至Idm，TeTl，n，Id，Ui出現(xiàn)，Id至Idm，n，Id，此過程重復(fù)進(jìn)行直到ACR飽和，n，Id，當(dāng)Id=In，系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，此時(shí)的速度n2n1，電流給定為Unmax= Idmax電流反饋信號(hào)Un= In，偏差Ui不為0。2-6 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速給定信號(hào)Un未改變，若增大轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓Un是增加還是減少還是不變？為什么？答：Un不變，因?yàn)镻I調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時(shí)無靜差，即：Un=Un，Un未改變，則，Un也不變。2-7 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中，兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。已知參數(shù)：電動(dòng)機(jī)：Pnom=3.7kW ， Unom=220V ， Inom=20A ，nnom=1000r/min，電樞回路總電阻R=1.5，設(shè)Unm*= Uim*= Ucm=8V，電樞回路最大電流Idm=40A，電力電子變換器的放大系數(shù)Ks=40.試求：（1）電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；（2）當(dāng)電動(dòng)機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)的Ud0、Ui、Uc值。解：（1）= Uim*/Idm=8/40=0.2 = Unm */ nnom=8/1000=0.008（2）Ud0=IdmR=40×1.5=60V Ui= Uim*=8V（極性相反） Uc= Ud0/Ks=60/40=1.5A2-8 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器ASR、ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。當(dāng)ASR輸出達(dá)到Uim=8V時(shí)，主電路電流達(dá)到最大電流80A。當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A時(shí)，試問：（1）Ui應(yīng)如何變化？（2）Uc應(yīng)如何變化？解：（1）= Uim*/Idm=8/80=0.1 電流為40A時(shí)：Ui= Id=40×0.1=4V 電流為70A時(shí)：Ui= Id=70×0.1=7V（2）Uc增加。2-9在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在額定工作點(diǎn)正常運(yùn)行，現(xiàn)因某種原因電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁下降一半，系統(tǒng)工作情況將會(huì)如何變化？（=1.5）答：設(shè)突發(fā)狀況之前的磁通為Ø1，令此時(shí)的磁通為Ø2，之前的電磁力矩為Te1，此刻的電磁力矩為Te2，負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒為Tl，電機(jī)勵(lì)磁下降一半，則Ø2=0.5Ø1，Te2=Cm（Ø2）Id=0.5 Te1Tl，n，Id甚至到Idm，Te2=Cm（Ø2）Idm=0.75 Te1Tl，n會(huì)一直下降到0。2-10 有一個(gè)系統(tǒng)，其控制對(duì)象的傳遞函數(shù)為Wobj（s）=10/（0.01s+1），要求設(shè)計(jì)一個(gè)無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量5%（按線性系統(tǒng)考慮）。試對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：可選擇積分調(diào)節(jié)器，設(shè)其傳遞函數(shù)為：W（s）=ki/s，則校正成新系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：W新（s）=10Ki/s（0.01s+1），將原系統(tǒng)校正成型系統(tǒng)W（s）=K/s（Ts+1）以實(shí)現(xiàn)無靜差，按5%要求查表?。篕T=0.5即：10Ki×0.01=0.5，得：Ki=5。2-11 調(diào)節(jié)對(duì)象的傳遞函數(shù)為Wobj（s）=18/(0.25s+1)(0.005s+1),要求用調(diào)節(jié)器將其校正成典型型和系統(tǒng)，確定調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。解：（1）校正成典型型系統(tǒng)： 選擇調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，Wpi（s）=Kpi（s+1）/s； 令=0.25，則校正之后的新系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為W（s）=18Kpi/s (0.005s+1)； W（s）=K/s（Ts+1），令KT=0.5，則，18Kpi/×0.005=0.5，代入=0.25，得：Kpi=1.4。（2）校正成典型型系統(tǒng)： 傳遞函數(shù)近似處理：Wobj（s）=18/(0.25s+1)(0.005s+1)18/0.25s(0.005s+1)； 選擇調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，Wpi（s）=Kpi（s+1）/s； 校正之后的新系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為W（s）=18Kpi（s+1）/ 0.25s2（0.005s+1)； W（s）=K（s+1）/s2（Ts+1），令h=5，h=/T=/0.005=5，則=0.025；K=（h+1）/2h2T2=18Kpi/ 0.25，代入，T，h，得：Kpi=1.67。4