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      2. 《電力拖動自動控制系統》習題解答(前三章) - 下載本文

        《電力拖動自動控制系統》部分習題參考答案

        答:積分(I)調節器,其輸出的數學表達式為Uct?1???Udt,當?U?0時,U

        nct

        歷史的全部積累值Uctf 。所以,在?U?0時,積分調節器的輸出電壓仍能繼續保持。 15. 在無靜差調速系統中如果給定電壓不穩,測速發電機不精是否會造成系統的偏差?

        答:會造成偏差。

        16. 為什么通常采用兩級電流互感器檢測電流?

        答:通常選用定型生產的交流電流互感器,其副邊額定電流都是5安培,難以滿足一般控制電路要求0.1安培左右的電流。所以通常可再用一個5安/ 0.1安的電流互感器(變流器),接在標準互感器后面,實現控制匹配。

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        《電力拖動自動控制系統》部分習題參考答案

        第二章

        1. 求額定勵磁下直流電動機的傳遞函數,ud-E為輸入量,ia為輸出量。 答:

        Ia(s)1/R?a?

        Ud(s)?Ea(s)1??as2. 如何解決調速系統穩態精度和動態穩定性之間的矛盾?

        答:通常利用調節器兼做校正裝置,改造系統的傳遞函數,從而保證系統同時滿足靜、動態指標,解決靜、動態之間的矛盾。

        3. 為什么說絕對的“無靜差”調速系統是不存在的?

        答:要想真正實現“無靜差”,運算放大器的放大系數就必須為無窮大。實際上,運算放大器本身的開環放大系數,其數值雖大,還是有限的,因此仍存在著很小的?Un,也就是說,仍有很小的靜差?n,絕對的“無靜差”只是理論上的。

        4. 在電力拖動調速系統中,最常用又比較簡單的動態校正方案是什么? 答:串聯校正。

        *5. 某無靜差調速系統穩定運行時,實測參數有:Un=10V,n=1000 r/min。求轉速負反饋系數α 。

        答:

        ??Un?Un?Un?0.01

        nnnN6. 哪些生產機械需引入給定積分器進行控制?系統的加速度大小怎樣調整? 答:并不是所有的快速系統都是根據過載能力來確定加速度大小的。某些生產機械根

        據生產工藝條件,對其加速度有嚴格的限制,如高爐卷揚機、礦井提升機、冷熱連軋機等都屬于這一類的生產機械。在磁場控制系統中,為防止磁場控制系統的過電流和過電壓的出現,也應該限制給定信號電壓的變化速率。因此,對要求加速度受限制的生產機械,系統的給定信號就不能再采用階躍方式,而需要引入給定積分器進行控制。

        系統的加速度大小應根據實際生產工藝要求進行調整。以典型給定積分器(下圖)為例,要改變加速度,即改變斜率有三個辦法:1) 改變R;2) 改變C;3) 改變U2m。從而得到任意的加速度,實現工藝給出的速度圖。

        *R1*C1??1K1M20KUsrR'1.5μF20K20KC20KRF1U1mR'F2WU2mR'F3Usc調整限幅值電路典型給定積分器

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        《電力拖動自動控制系統》部分習題參考答案

        第三章

        1. 若要改變雙閉環系統的轉速,應調節什么參數?改變轉速調節器的放大系數Kn行不行?改變晶閘管裝置的放大系數Ks行不行?改變轉速反饋系數α行不行?若要改變電動機的堵轉電流應調節系統中的什么參數?

        答:

        若要改變雙閉環系統的轉速,應調節U?n或α; 改變kn不行; 改變ks也不行; 改變轉速反饋系數α行;

        若要改變電動機的堵轉電流,應調節電流反饋系數β 。

        2. 當轉速、電流雙閉環調速系統穩態運行時,兩個調節器的輸入偏差是多少?寫出它們各自的輸出電壓值。

        答:

        穩定運行時,兩個調節器ASR、ACR的輸入偏差都是0。 ASR輸出電壓U?i?Ui??Ia??IL kn?IaR?aU?ACR輸出電壓Uct?d?ekskskeU?n??ILR?a

        ks3. 如果雙閉環調速系統的轉速調節器不是PI調節器,而改用P調節器,對系統的靜、

        動態性能會有什么影響?

        答:

        改為P調節器,輸出量總是正比于輸入偏差量,靜態一定有誤差,動態反應快,但很容易不穩定。

        4. 雙閉環調速系統中ASR、ACR均采用PI調節器,在帶額定負載運行時,轉速反饋線突然斷線,當系統重新進入穩定運行時電流調節器的輸入偏差信號?Ui是否為零?

        答:

        當系統重新進入穩定運行時電流調節器的輸入偏差信號?Ui為零。系統保持最大電流Iamax運行。

        5. 雙閉環調速系統中已知數據為:電動機:UN=220V,IN=20A,nN=1000 r/min,

        **電樞回路總電阻R?a?1.5Ω。設Unm?Uim?Uctm?8V,電樞回路最大電流Idm=40A,Ks

        =40,ASR與ACR均采用PI調節器。試求:

        (1) 電流反饋系數β和轉速反饋系數α 。

        (2) 當電動機在最高轉速發生堵轉時的Ud,Ui*,Ui和Uct值。 答:

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        《電力拖動自動控制系統》部分習題參考答案

        ?①U?i??Ia,Un??n ?8U??im??0.2

        Idu40??Unm?nN?8?0.008 1000②堵轉時,n=0

        Ud?ken?IaR?a?40?1.5?60V

        ?Ui??Ui??Id?0.2?40?8V

        Uct?Ud?60?1.5V ks407. 在轉速、電流雙閉環調速系統中,當出現電網電壓波動與負載擾動時,哪個調節器起主要調節作用?

        答:

        電網電壓波動?Ud的影響由ACR調節 負載擾動IL的影響由ASR調節

        8. 采用PI調節器的雙閉環系統的轉速穩態精度受下述哪些因素波動的影響?運算放

        *大器的放大系數Kn,Ki;負載電流I L;電網電壓U2;反饋系數α,β及給定電壓Un。

        答:

        *反饋系數α,β及給定電壓Un。

        9. 設控制對象的傳遞函數為 Wobj(s)?K1

        (?1s?1)(?2s?1)(?3s?1)(?4s?1)式中,K1?2;?1?0.4s;?2?0.08s;?3?0.015s;?4?0.005s。要求階躍輸入時系統超調量?<5%。

        分別用I ,PI和PID調節器校正成典型 I 型系統, 試設計各調節器參數并計算調節時間ts。

        10. 一個由三相半波晶閘管裝置供電的轉速、電流雙閉環調速系統,其額定數據如下:直流電動機:PN=60 kW,UN=220V,IN=305A,nN=1000 r/min,Ke=0.2 V·min/r;主回路總電阻R?a?0.18Ω;晶閘管裝置放大系數Ks=30;電磁時間常數?a?0.012s;機電

        時間常數?m?0.12s;反饋濾波時間常數 ?oi?0.0025s; ?on?0.014s; 額定轉速時的給

        **定電壓(Un)N=10 V;調節器ASR、ACR的飽和輸出電壓 Uim?8V,Uctm?8V;系統的調速范圍D=10。

        系統的靜、動態指標為:系統要求穩態無靜差,電流超調量?i≤5%,起動到額定轉速時轉速超調量?n≤10%。

        (1) 確定電流反饋系數β和轉速反饋系數α ,假設起動電流限制在336 A以內。

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        《電力拖動自動控制系統》部分習題參考答案

        (2) 試設計電流調節器ACR,計算其參數Ri ,Ci和Coi,畫出其電路圖。調節器輸入回路電阻R0=40 kΩ。當電動機在最高轉速發生堵轉時的Ud0,Ui*,Ui和Uct值。

        (3) 試設計轉速調節器ASR參數Rn,Cn,Con 。 (4) 計算最低速起動時的轉速超調量?nmin 。 (5) 計算空載起動到額定轉速的時間t 2 。

        11. 轉速、電流雙閉環晶閘管-直流電動機系統,轉速調節器ASR和電流調節器ACR均采用PI調節器。

        *(1) 在此系統中,當轉速給定信號最大值Unm=15 V時,n=nN=1000 r/min,電流給

        *定信號最大值Uim=10 V,允許最大電流Iamax=30 A,電樞回路總電阻R?a?2Ω,晶閘管

        裝置放大系數Ks=30,電動機額定電流IN=20A,電勢系數Ke=0.127 V·min/r,現系統在

        *=5V,IL=20 A時穩定運行。求此時的穩態轉速n和ACR的輸出電壓Uct 。 Un

        (2) 當系統在上述情況下運行時,電動機突然失磁(Φ=0),系統將會發生什么現象?試分析說明之。若系統能夠穩定下來,求穩定后下列各量的值:n;Un;Ui*;Ui;Ia;Uct 。 (3) 該系統轉速環按典型 II 型系統設計且按Mrmin準則選擇參數,取中頻寬h=5,已知轉速環小時間常數之和??n?0.05s,求轉速環在跟隨給定作用下的開環傳遞函數,并計

        算出放大系數及各時間常數。

        (4) 該系統由空載(IL=0)突加額定負載時,電流Ia和轉速n的動態過程波形是怎樣的?已知機電時間常數?m?0.5s,計算其最大動態速降?nmax和恢復時間tf 。

        12. 某雙閉環調速系統,主電路采用三相橋式整流電路,已知電動機參數為:PN=550

        kW,UN=750V,IN=780A,nN=375 r/min,Ke=1.92 V·min/r,允許電流過載倍數?=1.5,主電路總電阻R?a?0.1Ω,觸發整流環節放大系數Ks=75;時間常數?a?0.03s,

        **?m?0.084s,?0i?0.002s,?0n?0.02s,調節器輸入輸出電壓Unm?Uim?Uctm?12V,調節器輸入電阻R0=40 kΩ。設計指標:穩態無靜差,電流超調量?i≤5%,空載起動到額定轉速時的轉速超調量?n≤10%,電流調節器已按典型 I 型系統設計,并取KI??a?0.5。

        (1) 選擇調節器結構,并計算其參數。

        (2) 計算電流環和轉速環截止頻率?ci和?cn,并考慮它們是否合理?

        13. 在具有電流變化率調節器的三環調速系統中,采用電流變化率環的目的是什么?在Ia從零上升到最大值之前,ASR,ACR,ADR分別工作在線性狀態還是限幅狀態? 14. 試簡述保持電勢恒定的弱磁調速過程。為什么說保持電勢恒定,就是保持功率恒定?

        (未做習題可參考書中相應章節)

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