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电力拖动自动控制系统(第三版)陈伯时 第二章习题答案


第二章 双闭环直流调速系统
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行不行?改变电力电子变换器的放大倍数行不行? 改变转速反馈系数行不行?若要改变电动机的堵转电流, 应调节系统中的什么参 数? 答:改变电机的转速需要调节转速给定信号 Un※;改变转速调节器的放大倍数不 行,改变电力电子变换器的放大倍数不行。若要改变电机的堵转电流需要改变 ASR 的限幅值。

2-2 在转速、电流双闭环调速系统中,转速调节器有哪些作用?其输出限幅值应 按什么要求来整定?电流调节器有哪些作用?其输出限幅值应如何整定? 答:转速调节器的作用是: (1)使转速 n 很快的跟随给定电压 Un※变化,稳态时可减小转速误差,如果采 用 PI 调节器,则可以实现无静差。 (2)对负载变化起抗扰作用。 转速调节器的限幅值应按电枢回路允许的最大电流来进行整定。 电流调节器作用: (1)使电流紧紧跟随给定电压 Ui 变化。 (2)对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 (3)在转速动态过程中,保证获得电动机允许的最大电流,从而加快动态过程。 (4)当电机过载甚至堵转时,限制电枢电流的最大值,起快速的自动保护作用。 电流调节器的最大值应该按变换电路允许的最大控制电压来整定。


2-3 转速、电流双闭环调速系统稳态运行时,两个 PI 调节器的输入偏差(给定 与反馈之差)是多少?它们的输出电压是多少?为什么? 答:若都是 PI 调节器,则两个调节器的输入偏差为 0,即 Ui※=Ui,Un※=Un;输 出电压为:Ui※=βId=Ui,Uc=Ud0/Ks=RId+Cen=(RUi※/β)+(CeUn※/α)。

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2-4 如果转速、电流双闭环调速系统的转速调节器不是 PI 调节器,而是比例调 节器,对系统的静、动态性能会有什么影响? 答: 若采用比例调节器可利用提高放大系数的办法使稳态误差减小即提高稳态精 度,但还是有静差的系统,但放大倍数太大很有可能使系统不稳定。

2-5 在转速、电流双闭环系统中,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△Ui 是否为 0,为什么? 答:反馈线未断之前,Id=In,令 n=n1,当转速反馈断线,ASR 迅速进入饱和, Un※=Un※max,Uc↑,Id↑至 Idm,Te>Tl,n↑,Id↓,△Ui 出现,Id↑至 Idm,n↑, Id↓,此过程重复进行直到 ACR 饱和,n↑,Id↓,当 Id=In,系统重新进入稳态, 此时的速度 n2>n1,电流给定为 Un △Ui 不为 0。


max=

Idmaxβ>电流反馈信号 Un= Inβ,偏差

2-6 在转速、电流双闭环系统中,转速给定信号 Un 未改变,若增大转速反馈系 数 α,系统稳定后转速反馈电压 Un 是增加还是减少还是不变?为什么? 答:Un 不变,因为 PI 调节器在稳态时无静差,即:Un※=Un,Un※未改变,则, Un 也不变。



2-7 在转速、电流双闭环系统中,两个调节器 ASR、ACR 均采用 PI 调节器。已 知参数: 电动机: Pnom=3.7kW , Unom=220V , Inom=20A , nnom=1000r/min, 电枢回路总电阻 R=1.5 ,设 Unm*= Uim*= Ucm=8V,电枢回路最大电流 Idm=40A,电力电子变换器的放大系数 Ks=40.试求: (1)电流反馈系数 β 和转速反馈系数 α; (2)当电动机在最高转速发生堵转时的 Ud0、Ui、Uc 值。 解:(1)β= Uim*/Idm=8/40=0.2 α= Unm */ nnom=8/1000=0.008 (2)Ud0=IdmR=40×1.5=60V Ui= Uim*=8V(极性相反) Uc= Ud0/Ks=60/40=1.5A
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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 Uim=8V 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,试问: (1)Ui 应如何变化? (2)Uc 应如何变化? 解:(1)β= Uim*/Idm=8/80=0.1 电流为 40A 时:Ui= Idβ=40×0.1=4V 电流为 70A 时:Ui= Idβ=70×0.1=7V (2)Uc 增加。

2-9 在双闭环直流调速系统中,电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运行, 现因某种原因电动机励磁下降一半,系统工作情况将会如何变化?(λ=1.5) 答:设突发状况之前的磁通为 ?1,令此时的磁通为 ?2,之前的电磁力矩为 Te1, 此刻的电磁力矩为 Te2,负载转矩恒为 Tl,电机励磁下降一半,则 ?2=0.5?1, Te2=Cm(?2)Id=0.5 Te1<Tl,n↓,Id↑甚至到 Idm,Te2=Cm(?2)Idm=0.75 Te1 <Tl,n 会一直下降到 0。

2-10 有一个系统,其控制对象的传递函数为 Wobj(s)=10/(0.01s+1),要求 设计一个无静差系统,在阶跃输入下系统超调量 σ≤5%(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。 解:可选择积分调节器,设其传递函数为:W(s)=ki/s,则校正成新系统的传 递函数为:W 新(s)=10Ki/s(0.01s+1),将原系统校正成Ⅰ型系统 WⅠ(s)=K/s (Ts+1)以实现无静差,按 σ≤5%要求查表取:KT=0.5 即:10Ki×0.01=0.5,得: Ki=5。

2-11 调节对象的传递函数为 Wobj(s)=18/[(0.25s+1)(0.005s+1)],要求用调节器 将其校正成典型Ⅰ型和Ⅱ系统,确定调节器的结构和参数。 解:(1)校正成典型Ⅰ型系统: ① 选择调节器为 PI 调节器,Wpi(s)=Kpi(τs+1)/τs;

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② 令 τ=0.25,则校正之后的新系统的传递函数为 W(s)=18Kpi/[τs (0.005s+1)]; ③ WⅠ(s)=K/s(Ts+1),令 KT=0.5,则,18Kpi/τ×0.005=0.5,代入 τ=0.25, 得:Kpi=1.4。 (2)校正成典型Ⅰ型系统: ① 传递函数近似处理: (s) Wobj =18/[(0.25s+1)(0.005s+1)]≈18/[0.25s(0.005s+1)];

② 选择调节器为 PI 调节器,Wpi(s)=Kpi(τs+1)/τs; ③ 校正之后的新系统的传递函数为 W (s) =18Kpi τs+1) [0.25τs2 ( / (0.005s+1)]; ④ WⅡ(s)=K(τs+1)/s2(Ts+1),令 h=5,h=τ/T=τ/0.005=5,则 τ=0.025; K=(h+1)/2h2T2=18Kpi/ 0.25τ,代入 τ,T,h,得:Kpi=1.67。

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