1、電力拖動自動控制系統(tǒng)習題集及解答（內(nèi)部參考資料）支長義 編鄭州大學電氣工程學院 第一章 習題集及解答11、改變給定電壓是否能夠改變電動機的轉(zhuǎn)速？為什么？如果給定電壓不變，調(diào)整反饋電壓的分壓比是否能夠改變轉(zhuǎn)速？為什么？如果測速機勵磁發(fā)生變化，系統(tǒng)有沒有克服這種擾動的能力？解：不管開環(huán)或是閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速對給定是惟命是從的，所以變必然導致n變。對于有靜差系統(tǒng)：分壓比的變化即的變化àK的變化，在不變時，必然變化，（或者à,變àn變），測速機的勵磁變化等效于的變化，所以n不必然變化，故系統(tǒng)沒有克服這種擾動的能力。12、某調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍是1500150rpm，要求是S

2、=2%,那么，系統(tǒng)允許的靜態(tài)速降是多少？如果開環(huán)系統(tǒng)的,則開環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)節(jié)放大倍數(shù)應(yīng)有多大？解：由知：閉環(huán)允許的速降為,如果開環(huán)，則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)大于等于：。13、有一V-M調(diào)速系統(tǒng)，電動機參數(shù)為=2.5KW,=220V，=15A，=1500rpm,=2,整流裝有置內(nèi)阻為：=1,=30,要求：=20，=10%。試求：1、計算開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降和調(diào)速系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降。2、畫出轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。3、當20V時，1000rpm,則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)應(yīng)為多少？4、系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)是多少？比例放大器放大倍數(shù)是多少？5、若主電路電壓L=60mH,=1.8整流電路為三相零式，則滿足D、S的轉(zhuǎn)速

3、負反饋系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行？為了保證穩(wěn)定，允許最大的開環(huán)放大倍數(shù)是多少？6、如果增設(shè)電流截止環(huán)節(jié)，要求2,1.2,=?,=?若要求電流反饋電阻如果做不到，須增加電流放大器，試計算電流反饋放大倍數(shù)，和各為多少？畫出系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。7、如果轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)的整流裝置采用三相零式電路，主電路平波電抗器的選擇要保證最小電流為20時仍能連續(xù)，系統(tǒng)GD2=2.94Nm2。按D=20，S=5%設(shè)計的系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行？如果系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，對系統(tǒng)過行動態(tài)校正，并計算調(diào)節(jié)器參數(shù)？8、如果改用電壓負反饋，能否達到題中所給的調(diào)速要求？若放大器Kp不變，=30V，在S=30%時，采用電壓負反饋最多能夠達到多大的調(diào)

4、速范圍？9、如果采用電壓負反饋和電流正反饋，能否滿足題中所給的調(diào)速要求？參數(shù)如何選擇？試畫出系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖。解：1、 （22015×2）0.127rpm開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為：=15×(2+1)/0.127=354.33rpm滿足調(diào)速要求所允許的穩(wěn)態(tài)速降為：=8.33rpm；2、采用轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為：3、在穩(wěn)態(tài)時，à=20/1000=0.02V/rpm。4、354.33/8.33-1=41.54 =41.54×0.127/(30×0.02)=8.79。5、由于0.06/(2+1)=0.02s，=1/(2×3×50

5、)=0.00333s=0.09349s所以系統(tǒng)臨界穩(wěn)定32.89,要滿足D、S的要求K41.54，故系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行。6、2×15A1.2×15 取1.2×1518A0.02×150030V，2.5，取2.5，則45V，如果要求，取1，則18V，45182.5系統(tǒng)的原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖為：7、L1.46×220/(0.2×15)=107.07mH=0.109707/3=0.0357s=1/(2×3×50)=0.0033s=2.94×3×/(375×0.1272×30)=0.15

6、27s系統(tǒng)穩(wěn)定的K為：0.1527(0.0357+0.0033)+0.00332/0.0357×0.0033=50.18=15×3/0.127=355rpm=1500×0.05/20(1-0.05)=3.947rpm滿足D、S時：所以穩(wěn)態(tài)要求K88.94 ，而穩(wěn)定時K50.67,故系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行。對象傳遞函數(shù)為：,校正環(huán)節(jié)為：，取則： ，取20K，,滿足近似條件。校正后的傳函為：。，8、由靜態(tài)性：僅由電樞電阻產(chǎn)生的速降：，故電壓達不到題中的調(diào)速要求。9、若使，則系統(tǒng)完全與轉(zhuǎn)速負反饋相同。則1-4、某機械采用下圖的晶閘管勵磁、發(fā)電機組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)，發(fā)電機的額

7、定功率為110KW，電動機的額定功率為100KW。系統(tǒng)采用電壓負反饋和電流截止負反饋控制，電流信號取自發(fā)電機和電動機的附加極繞組與，試畫出該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖并推導系統(tǒng)的靜特性方程式。其中為發(fā)電機勵磁回路總電阻，Kf為發(fā)電機放大系數(shù)，為發(fā)電機電樞電阻，為電動機電樞電阻，為電流反饋系數(shù)，為電壓反饋系數(shù)，為電流截止負反饋回路穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。解：靜態(tài)特性為：，,當時，；當時，。故其靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：通過結(jié)構(gòu)圖變換得靜特性方程為：當 時：1-5、已知數(shù)據(jù)，發(fā)電機為勵磁電壓電動機：，設(shè)置放大器限幅值為，要求D=10，S=20%，堵轉(zhuǎn)電流為：截止電流。試求：1、 計算系統(tǒng)所允許的穩(wěn)態(tài)速降2、 計算各環(huán)節(jié)

8、的傳遞函數(shù)3、 決定放大器結(jié)構(gòu)和放大系數(shù)Kp4、 計算比較電壓Ucom，并選用穩(wěn)壓管5、 分析Kp、Ucom等參數(shù)的變化對系統(tǒng)靜特性的影響6、 為什么主回路中設(shè)有串入平波電抗器解：1、，系統(tǒng)允許的穩(wěn)態(tài)速降為：2、，電壓反饋系數(shù)的計算：根據(jù)穩(wěn)態(tài)時，。3、如果采用P調(diào)節(jié)器，則電動機的速降：，所以用P放大器可以滿足要求，且，設(shè)運算放大器的輸入電阻R0=20K，則放大器反饋電阻R1=Kp*R0=16.3*20=326K,當然采用PI調(diào)節(jié)器時，被反饋環(huán)包圍的速降為0，只有沒有不被反饋包圍的速降，能滿足要求，在實際中常采用準PI調(diào)節(jié)器，那么準PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp也可以為16.3。4、再將：代入上式得，于是

9、，可選2CW15穩(wěn)壓管，其擊穿電壓為78.5V,兩只對接。5、Kpà工作段特性變硬，Ucom不變，下垂段特性的n0不變，增大，不變，Ucom下垂段特性的n0減小，減小。6、 于發(fā)電機的附加勵磁繞組是一個大電感，足以克服電流的脈動，所以不需在主回路接入平波電抗器。1-6、在下圖所示的轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)系統(tǒng)中，已知數(shù)據(jù)有：電動機：=2.2KW, =220V, =12.5A, =1500rpm, =1。整流電源采用三相橋式電路，整流電阻及平波電抗器電阻之和為1.9，主電路總電感L=40mH，Ks=44，GD2=1.5Nm2，最大給定電壓為10V，要求D=15，S=15%。問：1、該系統(tǒng)能否穩(wěn)

10、定運行，其臨界開環(huán)放大系數(shù)為多少？2、如果系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，對其進行動態(tài)校正解：1、所以要滿足D、S，開環(huán)，對于橋式整流電路：，要使系統(tǒng)穩(wěn)定運行開環(huán)放大倍數(shù)：，故系統(tǒng)滿足D、S時不能運行。2、 滿足D、S時開環(huán)傳函數(shù)為：，其中，所以所以轉(zhuǎn)折頻率為：，20lgk=33.8dB,故未加校正時的開環(huán)幅頻特性為：采用PI調(diào)節(jié)器進行校正，其校正傳函為：，取并使，取，則得L1=30dB,即。，如果取R0=40K，則，取R1=30K，故設(shè)計有效。校正后： ,幅值裕度為：， 所以校正有效。1-7、帶電流正反饋的電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng)，采用三相橋式全控整流電路供電，系統(tǒng)整流變壓器采用/Y接線，一次繞組每相電阻為2，

11、二次繞組每相電阻為0.5，電動機參數(shù)為：=3KW, =220V, =17.5A, =1500rpm, =2.2,平波電抗器電阻,設(shè)計指標：D=20，S=10%，運算放大器限幅值為8V。1、 計算不包含平波電抗器時的整流裝置內(nèi)阻，電流反饋電阻，電壓反饋系數(shù)和調(diào)節(jié)器放大系數(shù)Kp等參數(shù)。2、 分析等參數(shù)對系統(tǒng)靜特性的影響。解：1、，為整流變壓器繞組折算到二次側(cè)的等效電阻，它包括繞組電阻及一次繞組電阻折算到二次側(cè)的電阻；是由整流變壓器漏抗引起的換向壓降所對應(yīng)的電阻。本題中，整流變壓器采用/Y接線，為便于計算把它換算成Y/Y接線。設(shè)變壓器一次側(cè)每相電阻為R11，二次側(cè)每相電阻為R21，則R11=2，R2

12、1=0.5，換成Y/Y接線后，一次側(cè)每相電阻為，折算到二次側(cè)后每相電阻為：，U1為一次側(cè)相電壓有效值220V，U2為二次相電壓有效值，可按下式計算，95%為電網(wǎng)電壓波動系數(shù)；對于不可逆系統(tǒng)，可取，則U2=102V，于是，所以，又，式中Uk為變壓器的阻抗百分比，對于容量小于1000KV.A的變壓器Uk值一般取5，m為整流電壓一周期內(nèi)脈動次數(shù)，對三相橋式電路m=6。,，根據(jù)得，根據(jù)D、S得系統(tǒng)速降為：，根據(jù)帶電流補償電壓負反饋電流的靜特性方程：，由此式看出速降主要是由所產(chǎn)生，為補償其速降可使，由于，由于，為簡單計，取，3、 若不變，KpKs值隨Rs值增大而減小。1-8、某調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖所示：已

13、知數(shù)據(jù)如下：電動機=30KW, =220KW, =157.8A, =1000rpm, =0.1,采用三相橋式整流電路，等效內(nèi)阻=0.3, =40,當主電路電流最大時，整定。設(shè)計指標：D=50，S=10%，,試畫出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并計算：1、；2、Kp；3、R0、R1；4、R2和VST的擊穿電壓。解：當，；當，根據(jù)知，允許的，取R0=20K，則取R1=KpR0=940K,當時，Ui=10V,Ui=0.042Id,當時，即為穩(wěn)壓管的擊穿電壓。系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖為：系統(tǒng)的靜態(tài)方程為：在時，n=0,，。1-9、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)，已知=2.2KW, =220V, =12.5A, =1500r/min

14、, =1主電路總電阻R=2.9, =75，測速機采用ZYS-231/110型測速發(fā)電機，其的分壓系數(shù)。要求D=20，S=5%。1、 當采用的分壓系數(shù)是否滿足要求？2、 計算Kp、R1的值。解：，允許速降，當RP2的分壓比為1/8時，在最高速時產(chǎn)生的電壓為，故滿足要求。分壓比是1-10、有V-M系統(tǒng)，已知=2.8KW, =220V, =15.6A, =1500rpm, =1.5, 1, 37。1、 系統(tǒng)開環(huán)工作時，試計算D=30時的S值。2、 當D=30、S=10%時，計算允許的穩(wěn)態(tài)速降。3、 如為轉(zhuǎn)速負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D=30、S=10%，在=10V時，使電動機在額定工作點工作，計算K

15、p和。4、 如改電壓負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，仍要在=10V時，使電動機在額定工作點工作，并保持系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)不變。試求D=30時的靜差率。解：1、，2、3、4、電壓反饋的速降為：,1-11、對于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求是各式各樣的，歸納起來，有三個方面：1、調(diào)速；2、穩(wěn)速；3、加、減速。1-12、調(diào)速和穩(wěn)速是調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)的兩個指標，它由調(diào)速范圍D和靜差率S%來反映。1-13、調(diào)速范圍D定義為，對于調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。1-14、靜差S%的定義：當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負載由理想空載增加到額定值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，即。1-15、靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的，它

16、和機械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。但是硬度相同的機械特性，轉(zhuǎn)差率并不一定相同。1-16、調(diào)速范圍和靜差率是調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標，這兩個指標能否彼此孤立的提？（否）1-17、D、S、之間的關(guān)系是：1-18、開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較1、在相同負載下，兩系統(tǒng)的開環(huán)速降2、 在同一n0下，兩系統(tǒng)的靜差率3、 當S%相同時，兩系統(tǒng)的調(diào)速范圍解：1、在相同負載下，兩系統(tǒng)的開環(huán)速降為：它們之間的關(guān)系為:2、 同一n0下，兩系統(tǒng)的靜差率為： 它們之間的關(guān)系為:3、 當S%相同時，兩系統(tǒng)的調(diào)速范圍為： 它們之間的關(guān)系為: 1-19、單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)當負載矩由突增到時，、和的變化過

17、程示于下圖。已知,Ce=0.1V/rpm,主回路電阻R1，Kp=20，Ks=40，0.01Vrpm。試求、和。解：轉(zhuǎn)矩變化之前穩(wěn)態(tài)，在轉(zhuǎn)矩變化后達到穩(wěn)態(tài)時，1-20、單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器調(diào)速系統(tǒng)，當負載由5A變到10A時的n、U和Uct的變化曲線，已知主回路總電阻為R=1，Ks=40。求：解：在負載未變化之前穩(wěn)態(tài)下： 在負載變化之后的穩(wěn)態(tài)有： 由-得：由-得：。1-21、單閉環(huán)P調(diào)節(jié)器的的波形圖如下，試標出哪一段是穩(wěn)態(tài)，哪一段是暫態(tài)。1-22、單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器的的波形圖如下圖示。試標出那段是暫態(tài)那些段是穩(wěn)態(tài)？123、速系統(tǒng)分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。124、直流調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：a、具有良

18、好的起、制動性能；b、宜于在廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速。125、直流調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點：a、復雜；b、價造高。126、交流調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點：a、簡單；b、造價低。127、在直流調(diào)系統(tǒng)中，對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式最好。改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在電機額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。128、旋轉(zhuǎn)變流機組供電系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點：a、可逆運行實現(xiàn)簡單；b、四象限運行；c、設(shè)備多體積大；d、費用高；e、效率低；f、安裝須打地基；g、運營行有噪聲；h、維護方便；i、快速

19、性差（響應(yīng)時間慢）。129、可控整流器供電系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點：a、響應(yīng)時間較快；b、體積小；c、維護方便；d、可逆較困難；e、元件對過電壓、過電流以及過高的都十分敏感；f、在較低速運行時，晶閘管的導通角很小，使得系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備。130、PWM調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點：a、電流容易連續(xù)；低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍寬；b、快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強；c、主電路損耗小，裝置效率高。131、旋轉(zhuǎn)變流機組，可控整流器，PWM三種供電調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)時間的數(shù)量級分別為：秒級、毫秒級和毫秒級。131、V-M系統(tǒng)的一個特殊問題是電流脈動不連續(xù)，這樣就

20、會產(chǎn)生以下兩方面的問題：a、脈動電流產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩，對生產(chǎn)機械不利。b、脈動電流造成較大的諧波分量，流入電流后對電網(wǎng)不利，同時也增加電機發(fā)熱。132、靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。它和機械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。然而靜差率和機械特性硬度又是有區(qū)別的，即硬度相同的機械特性，靜差率卻不一定相同。這主要是因為靜差率與理想空載轉(zhuǎn)速有關(guān)，所以，對于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速低時，靜差率越大，轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定性就差。由此可見，調(diào)速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義。一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時還能滿足所提靜差率要求的轉(zhuǎn)速

21、可調(diào)范圍。脫離了對靜差率的要求，任何調(diào)速系統(tǒng)都可以得到極高的調(diào)速范圍；反過來，脫離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了。133、直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍為D，要求的靜差率為S，帶額定負載時的轉(zhuǎn)速降落為：，額定負載時的額定轉(zhuǎn)速為，則的關(guān)系為：證明：在最低轉(zhuǎn)速時，應(yīng)滿足靜差率的要求：即調(diào)速范圍，對于調(diào)壓調(diào)速：代入式得：把代入得：134、調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)兩條機械特性的都是200rpm，那么這兩條機械特性的硬度相同，靜差率不一定相同。1-35、某龍門刨床工作臺拖動采用直流電機：Z2-93型，60KW，220V，305A，1000rpm,要求D=20，S5%。如果采用V-M系統(tǒng)，已知主回路總電阻R

22、=0.18,電動機，則當電流連續(xù)時，在額定負載下的轉(zhuǎn)速降落為：。開環(huán)系統(tǒng)機械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率為：這已大大超過了5%的要求，更談不上調(diào)到最低速時的情況了。如果要滿足D=20，S5%的要求，那么允許，最低轉(zhuǎn)速是，原閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)，若，則比例調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)為：。1-36、把下列部件連成一個單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)：解：用上述元件組成的負反饋原理圖如下：1-37、推導下面單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)性、靜態(tài)框圖和動態(tài)框圖：已知L=30mH，R0.1，Tm0.3S，Ce0.2Vrpm。解：其靜態(tài)框圖為 ：動態(tài)結(jié)構(gòu)圖：1、比例環(huán)節(jié)：2、觸發(fā)整流裝置：3、測速機部分：4、電機部分：故其動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：

23、1-38、單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性與開環(huán)機械特性相比較具有：在同樣的負載擾動下，閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬得多，。在同樣的下，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率小得多，。當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍，。要取得上述三條優(yōu)越性，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器和檢測反饋裝置。1-39、調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降是由電樞回路的電阻壓降決定的，閉環(huán)系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降，難道閉環(huán)后能使電阻減少嗎？顯然不能。那么降低速降的實質(zhì)是什么呢？答：在開環(huán)系統(tǒng)中，當負載電流增大時，電樞壓降也增大，轉(zhuǎn)速只能老老實實地降下來，閉環(huán)系統(tǒng)裝有反饋裝置，轉(zhuǎn)速稍有降落，反饋電壓就減少，使機械特性上移，因而轉(zhuǎn)速又有回升。由此看來，閉

24、環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負載的變化而相應(yīng)地改變電機電壓。1-40、單閉環(huán)比例調(diào)節(jié)器具有以下三個特性：a、被調(diào)量有靜差；b、抵抗被反饋包圍的主通道上的干擾與服從給定；c、系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測精度。1-41、為什么說單閉環(huán)比例調(diào)節(jié)器是有差的？解：電動機兩端的電壓，若誤差。那么，電機就會停轉(zhuǎn)。所以，從該式可以看出，越大，在其它條件相同的情況下，就越小，即開環(huán)放大倍數(shù)越大，誤差越小，從另一方面看，要消除偏差，K=才能使，而這是不可能的， 這種系統(tǒng)也正是靠這種偏差的變化才能實現(xiàn)控制作用的。1-41、下圖中，控制系統(tǒng)能夠抗哪些干擾，為什么？答：根據(jù)反饋控制規(guī)律

25、，反饋控制系統(tǒng)只能抵抗被反饋包圍的前向通道上的干擾。對給定的干擾和檢測元件的干擾是不能抵抗的，并且服從給定，所以能抵抗的干擾有Kp變化，電源波動，負載變化，電阻變化，勵磁變化，系統(tǒng)服從給定波動和變化。1-42、圖示單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)：電動機：10KW，220V，55A，1000rpm,Ra=0.5,晶閘管裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓器Y/Y聯(lián)結(jié)，二次線電壓，觸發(fā)器觸發(fā)電壓，VM系統(tǒng)主電路總電阻R=1.0。最大給定電壓是12V。測速機：永磁式，ZYS231/110型額定數(shù)據(jù)為23.1W，110V，0.21A,1900rpm.生產(chǎn)機械要求：D=10，S5%，求穩(wěn)態(tài)參數(shù)。若，按保證最小電流時電流

26、連續(xù)的條件，計算電樞回路電感量，系統(tǒng)能否穩(wěn)定？若不穩(wěn)定則進行校正。系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是：解：反電勢常數(shù)，為滿足D、S要求，閉環(huán)允許速降為：開環(huán)速降：開環(huán)放大倍數(shù)：在穩(wěn)態(tài)時，測速機的反電勢常數(shù)：的選擇方法：考慮到測速發(fā)電機輸出最高電壓時，其電流約為額定值的這樣，測速機電樞壓降對檢測信號的線性度影響較小，于是，此時所消耗的功率為：為了使電位器溫度不要很高，實選瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率的一倍以上，故應(yīng)選為5W，計算運算放大器的放大系數(shù)和參數(shù)：實取21。取，實取10K，則，電樞回路電感為實取17mH,三相橋式電路：機電時間常數(shù)：為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)放大系數(shù)穩(wěn)態(tài)要求：K53.3,而穩(wěn)定性要求K49.4,所以系統(tǒng)不

27、穩(wěn)定。開環(huán)傳遞函數(shù)三個轉(zhuǎn)折頻率分別為：， ，原始系統(tǒng)的伯德圖如下圖示，用PI調(diào)節(jié)器，去掉比例環(huán)節(jié)Kp,則校正網(wǎng)絡(luò)為，畫出伯德圖如下：取，希望的截止頻率在之間，取，則在時，對應(yīng)的原伯德圖的幅值近似為：，而對應(yīng)于校正網(wǎng)絡(luò)的波特圖的幅值近似值為：所以PI調(diào)節(jié)器為若取取22K檢驗條件：滿足條件。1-43、圖示單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)框圖：已知主回路總電感為L，總電阻為R，電機反電勢常數(shù)為Ce，測速反饋系數(shù)為，比例調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)是Kp，推導系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動態(tài)方程，畫出動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并求系統(tǒng)穩(wěn)定的條件。解：1、比例環(huán)節(jié)：2、觸發(fā)整流裝置：把代入上式得：當把上面條件整理得：所以整流環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為：3、測速機部分：4、

28、電機部分：故其動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：令所以特征方程為：根據(jù)勞斯-赫爾維茨判據(jù)得系統(tǒng)的穩(wěn)定條件為：1-44、設(shè)計一個反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時，首先應(yīng)進行總體設(shè)計、基本部件選擇和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算，這樣就形成了基本的閉環(huán)控制系統(tǒng)，或稱原始系統(tǒng)。然后，應(yīng)該建立原始系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型，檢查它的穩(wěn)定性和其動態(tài)性能。如果原始系統(tǒng)不穩(wěn)定或動態(tài)性能不好，就必須配置合適的校正裝置，使校正后的系統(tǒng)能夠全面地滿足要求。1-45、常用的校正方法有：串聯(lián)校正;反饋校正;復合控制。1-46、在伯德圖上，用來衡量最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定程度（即相對穩(wěn)定性）的指標是相角裕度和增益裕度。1-47、反映系統(tǒng)性能的伯德圖特征有下列四個方面：1、中頻段

29、以-20dB/dec的斜率穿越零分貝線，而且這一斜率占有足夠的頻帶寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性好。2、截止頻率（或稱剪切頻率）Wc越高，則系統(tǒng)的快速性越好。3、低頻段的斜率陡，增益高，表示系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度好（即靜差率小，調(diào)速范圍寬）。4、高頻段衰減得越快，說明系統(tǒng)抗高頻噪聲干擾的能力越強。以上四個方面常常是相互矛盾的，對穩(wěn)態(tài)精度要求很高可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定，加上校正裝置后系統(tǒng)穩(wěn)定了，又可能要犧牲快速性，提高截止頻率可加快系統(tǒng)的響應(yīng)又容易引入高頻干擾，如此等等。1-48、在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，常優(yōu)先考慮串聯(lián)校正方案。用運算放大器實現(xiàn)的串聯(lián)校正裝置可有比例（P）、比例積分（PI）、比例微分（PD）、比例積分微分（P

30、ID）四類調(diào)節(jié)器：由P調(diào)節(jié)器構(gòu)成的校正裝置是最簡單的有差調(diào)節(jié)器。它即不產(chǎn)生超前也不產(chǎn)生遲后。由PD調(diào)節(jié)器構(gòu)成的超前校正，可提高穩(wěn)定裕度并獲得足夠的快速性，但穩(wěn)定精度可能受到影響；由PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成的滯后校正，可以保證穩(wěn)態(tài)精度，卻是以對快速性的限制來換取系統(tǒng)的穩(wěn)定的。用PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)的滯后-超前校正則兼有二者的優(yōu)點，可以全面提高系統(tǒng)的控制性能，但線路及其調(diào)試要復雜一些。一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以穩(wěn)和準為主，對快速性要求不高，所以常用PI調(diào)節(jié)器，在隨動系統(tǒng)中快速性是主要要求，常用PD或PID調(diào)節(jié)器。1-49、某調(diào)節(jié)器如下圖示，求其傳遞函數(shù)，畫出其近似伯德圖。解：利用節(jié)點電流法：令，得：1-50、畫出常用

31、的兩種內(nèi)外限幅電路圖，簡述工作原理并比較其優(yōu)缺點？解：常用的限幅電路有內(nèi)限幅和外限幅兩種，其電路圖分別如下：上圖為外限幅，下圖為內(nèi)限幅外限幅電路又稱為輸入限幅電路，其中二極管VD1和電位器RP1提供正電壓限幅，VD2和RP2提供負電壓限幅，電阻R2是限流電阻。正限幅電壓，負限幅電壓，其中和分別表示電位器滑動端M點和N點的電位，是二極管正向壓降。調(diào)節(jié)電位器RP1和RP2可以任意改變正、負限幅值。外限幅電路只保證對外輸出限幅，對集成電路本身的輸出電壓（C點電壓）并沒有限住，只是把多余的電壓降在電阻R2上罷了。這樣，輸出限幅時，PI調(diào)節(jié)器C1上的電壓仍繼續(xù)上升，直到集成電路內(nèi)的輸出級晶體管飽和為止。

32、一但控制系統(tǒng)需要運算放大器的輸出電壓從限幅值降低下來，電容上的多余電壓還需要一段放電時間，將影響系統(tǒng)的動態(tài)過程。這是外限幅電路的缺點。要避免上述缺點可采用內(nèi)限幅電路，或稱反饋限幅電路。正限幅電壓等于穩(wěn)壓管VST1的穩(wěn)壓值，負限幅值等于VST2的穩(wěn)壓值。如果輸出電壓要超過限幅值，當即擊穿該方向的穩(wěn)壓管，對運算放大器產(chǎn)生強烈的反饋作用，使其回到限幅值。穩(wěn)壓管限幅電路雖然簡單，但要調(diào)整限幅值時必須更換穩(wěn)壓管，是其不足之處。1-51、單閉環(huán)P調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)是有差的，為什么？若把P調(diào)節(jié)器分別換成PD、PI、PID調(diào)節(jié)器穩(wěn)態(tài)是否有誤差，為什么？答：單閉環(huán)P調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)是有差的，因為P調(diào)節(jié)器

33、就是靠這個誤差來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的，若無這個誤差，電機就會停下來。若換成PD調(diào)節(jié)器穩(wěn)態(tài)仍然是有差的，原因同上。若換成PI或PID調(diào)節(jié)器，調(diào)速系統(tǒng)是無差的，因為這兩個調(diào)節(jié)器都含有積分環(huán)節(jié)，那么調(diào)節(jié)器的輸出與過去的誤差有關(guān)，它是當前時刻以前的誤差的累計，也就是說，現(xiàn)在誤差為0，只要歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過誤差，調(diào)節(jié)器輸出就不等于0，所以PI、PID調(diào)節(jié)器調(diào)速系統(tǒng)可以做到無差。1-52、P、I、PI調(diào)節(jié)器的輸入波形如下，試畫出這幾種調(diào)節(jié)器的輸出波形（0初始條件下，不考慮積分飽和）。解：P調(diào)節(jié)器輸出波形為：I調(diào)節(jié)器 輸出波形為：PI調(diào)節(jié)器：這是P和I調(diào)節(jié)器的疊加。1-53、為什么單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差0

34、？ 答：因為PI調(diào)節(jié)器中含有積分環(huán)節(jié)，當不為0時，輸出觸發(fā)電壓就增減，觸發(fā)電壓增減，導致電機電壓增減，從而使電機速度增減，系統(tǒng)不能恒速執(zhí)行，只有當0時，調(diào)節(jié)器才恒定，那么電機電樞電壓才恒定，電機才能穩(wěn)速運行，所以說PI調(diào)節(jié)器是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。1-54、畫出單閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器的突增和突減負載時的波形圖。解：負載突增和突減時的波形圖分別如下：1-55、畫出單閉環(huán)P調(diào)節(jié)器突增和突減負載時的波形圖。解：負載突增和突減時的波形圖分別如下：1-56、有一V-M調(diào)速系統(tǒng)，電動機參數(shù)為2.5KW，220V，15A，1500rpm，2，整流裝置內(nèi)阻1，觸發(fā)整流環(huán)節(jié)的放大系數(shù)Ks=30，要求調(diào)速范圍D=20，靜差率

35、S=10%，試：1、 計算開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降和調(diào)速要求所允許的穩(wěn)態(tài)速降。2、 采用轉(zhuǎn)速負反饋組成閉環(huán)系統(tǒng)，試畫出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。3、 調(diào)整系統(tǒng)，使20V時，轉(zhuǎn)速n=1000rpm,此時轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)應(yīng)為多少？（可認為0）。4、 計算所需的放大器放大系數(shù)，并實現(xiàn)調(diào)節(jié)器。5、 如果改用電壓負反饋，能否達到所提出的調(diào)速要求？若放大器的放大系數(shù)不變，最大給定電壓為30V，在靜差率為S=30%時采用電壓負反饋最多能夠得到多大的調(diào)速范圍？解：1、電機的反電勢常數(shù)：開環(huán)穩(wěn)態(tài)速降：滿足D、S要求允許的閉環(huán)速降：2、 用轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為：3、當20V時，n=1000rpm,則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)4、閉環(huán)系統(tǒng)

36、的開環(huán)放大系數(shù)為：，則所需比例放大器放大系數(shù)：若取則，取91。5、用電壓負反饋后，電動機電樞電阻造成的穩(wěn)態(tài)速降已經(jīng)是：，可見不可能達到題中提出的調(diào)速要求。采用電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性方程式為：，式中其中電壓反饋系數(shù)r為：所以：因此，采用電壓負反饋后調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為：1-57、轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)系統(tǒng)中，已知數(shù)據(jù)有：電動機：2.2KW，220V，12.5A，1500rpm，1。采用三相橋式整流電路，主電路總電阻R2.9，主電路總電感L40mH，44，1.5，10V，要求調(diào)速范圍D=15，S=5%，問：1、 該系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行，其臨界開環(huán)放大系數(shù)為多少？2、 如系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，對其進行動態(tài)校

37、正。解：1、開環(huán)速降：所以三相橋式整流電路：臨界：可見系統(tǒng)不穩(wěn)定。2、原始系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)：三個轉(zhuǎn)折頻率為：串聯(lián)較正環(huán)節(jié)為：，令所以截止頻率應(yīng)在23.347.6之間，若取則：PI調(diào)節(jié)器為：若取，校驗：故設(shè)計有效。1-58、試就快速性、效率、功率放大系數(shù)、硅鋼片和鐵用量、體積、噪聲和維護等方面，對V-M系統(tǒng)和G-M系統(tǒng)作一列表比較。解：類別G-MV-MPWM快速性s級(慢)ms級(快)ms級(最快)效率低高最高功率放大系數(shù)低高高硅鋼片和鐵用量多少少體積大小小噪聲大小小維護不方便方便方便四象限調(diào)速容易較難容易1-59、比例控制規(guī)律和積分控制規(guī)律的根本區(qū)別是什么？答：比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差

38、量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史，雖然現(xiàn)在0，只要歷史上有過，其積分有一定數(shù)值，就能產(chǎn)生足夠的控制電壓，保證新的穩(wěn)態(tài)運行。1-60、比例控制規(guī)律和比例積分控制規(guī)律的根本區(qū)別是什么？答：比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而比例積分調(diào)節(jié)器的輸出不但包含了輸入偏差量的全部歷史，而且與當前偏差量有關(guān)，雖然現(xiàn)在0，只要歷史上有過，其積分有一定數(shù)值，就能產(chǎn)生足夠的控制電壓，保證新的穩(wěn)態(tài)運行。1-61、單閉環(huán)比例積分調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)運行時5V，那么電機的轉(zhuǎn)速是多少？（10V，1000rpm）。解：轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為：。當5V時，1-62、單閉環(huán)比例積分調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)，在

39、穩(wěn)態(tài)運行時的靜差為什么為0？有人說000n0，這種說法對否？為什么？ 答：這種說法不對，因為PI調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時，只有0，才能恒定恒定轉(zhuǎn)速恒定。這時的為：第二章 習題集及解答2-1、某可控硅供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下：，Ra0.2，電樞回路總電阻，平波電抗器，調(diào)節(jié)器的限幅值為10V，反饋濾波時間常數(shù)，。設(shè)計要求：穩(wěn)態(tài)指標：無靜差。動態(tài)指標：電流超調(diào)量，起動額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量。解：電流環(huán)設(shè)計：。三相橋式可控硅整流裝置的滯后時間常數(shù)：電流環(huán)的小時間常數(shù)：，因此可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計，選電流調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：選，因為要求取因此校驗條件：滿足條件滿

40、足條件滿足條件電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)：取R0=40K，R0=KiR0=41.36K，取0.75f按上述指標設(shè)計：，滿足設(shè)計要求。轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計：1、 確定常數(shù)：電流環(huán)等效時間常數(shù)為：（）轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)（根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)2、 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：由于設(shè)計要求無靜差，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)；又根據(jù)動態(tài)要求，應(yīng)按典型系統(tǒng)設(shè)計轉(zhuǎn)速環(huán)。故ASR選用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：3、 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：按跟隨和抗擾性能都較好的原則，則h=5,則ASR的超前時間常數(shù)為，轉(zhuǎn)速開環(huán)增益：PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為4、 校驗近似條件：，滿足條件，滿足條件5、計算ASR調(diào)節(jié)器的電阻和電容參數(shù)，取，取

41、470K，取0.2f5、 校驗轉(zhuǎn)速超調(diào)量：當h=5時，；而因此滿足要求。2-2、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中已知數(shù)據(jù)為：電動機，電樞回路總電阻，。電樞回路最大電流，ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器，試求：1、 電流反饋系數(shù)和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。2、 當電動機在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的的值。解：1、2、 最高轉(zhuǎn)速時，即2-3、ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，主電路最大電流當負載電流由20A增加到30A時，試問：1、應(yīng)如何變化？2、應(yīng)如何變化？3、值由哪些條件決定？解：1、系統(tǒng)穩(wěn)定時有：應(yīng)由2Và3V。2、3、2-4、在轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，若ASR和ACR均采用PI調(diào)節(jié)器。則1、 試作出負

42、載突增時、和n在調(diào)整過程中的波形。2、 若15V，n1500rpm，10V，20A，R=2。20，0.127V/rpm，當5V，10A時，求穩(wěn)態(tài)運行時的n, ,和。3、 若系統(tǒng)中測速機勵磁和電網(wǎng)電壓發(fā)生變化，系統(tǒng)有沒有克服過兩種擾動的能力？為什么？解：1、2、3、若測速機勵磁發(fā)生變化，系統(tǒng)不能克服這種擾動。若電源發(fā)生變化，系統(tǒng)可以克服這種擾動。2-5、有一個系統(tǒng)，其控制對象的傳遞函數(shù)為，要求設(shè)計一個無靜差系統(tǒng)，在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量小于5%，試對系統(tǒng)進行動態(tài)校正，決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：要求無靜差，故選用I調(diào)節(jié)器，要求，所以選用I型且KT=0.5，調(diào)節(jié)器原理圖如下：、2-6、有一個閉

43、環(huán)系統(tǒng)，其控制對象的開環(huán)傳遞函數(shù)為，要求校正為典型型系統(tǒng)，在階躍輸入下，試決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并選擇其參數(shù)。解：選用PI調(diào)節(jié)器，根據(jù)，取h=7或8,，取，2-7、調(diào)節(jié)對象的傳遞函數(shù)為，要求用PI調(diào)節(jié)器分別將其校正成典型I型和型系統(tǒng)，并求調(diào)節(jié)器參數(shù)。解：1、I型系統(tǒng)取：,取，取，取27K，2、型，取h=5，滿足條件2-8、某系統(tǒng)調(diào)節(jié)對象的傳遞函數(shù)為用串聯(lián)校正使之成為典型I型系統(tǒng)，要求校正后，試決定調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及其參數(shù)。并畫出幅頻特性。解：如果用PI調(diào)節(jié)器，且取，滿足要求2-9、有一雙閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)，采用三相橋式全控整流電路，整流變壓器采用/Y接法，二次側(cè)相電壓有效值，主電路在最小電流為時仍能連續(xù)，

44、已知電動機參數(shù)為：Z2-61型，。電動機的，對電網(wǎng)擾動和負載擾動有較好的抗擾性，試設(shè)計ACR和ASR的參數(shù)。其中，。解：對于三相橋式全控整流電路，2-10、某雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，采用三相橋式整流電路，已知電動機參數(shù)為：，允許電流過載倍數(shù)1.5,R=0.1,，調(diào)節(jié)器輸入電阻設(shè)計指標：穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量，空載起動到額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)速超調(diào)量，電流調(diào)節(jié)器已按典型I型系統(tǒng)設(shè)計，并取KT=0。5，速度環(huán)按典型II型設(shè)計，且h取5。試求：1、 選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，并計算其參數(shù)。（10分）2、 計算電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率和。（10分）解：三相橋式整流電路,.電流調(diào)節(jié)器選用PI,小時間常數(shù).根據(jù)電流環(huán)性能指標要

45、求,取,則電流環(huán)校驗：滿足,滿足,滿足電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)：取R0=40K，f,RiR0=21K, f 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選用PI調(diào)節(jié)器，取h=5,則滿足要求。校驗：滿足64滿足轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)：取R0=40K，f,RnR0=3.5K, f 2-11、帶轉(zhuǎn)速微分負反饋的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，采用三相橋式整流電路。已知電動機的參數(shù)為：，R0.5，電流過載倍數(shù)2，。轉(zhuǎn)速環(huán)已按典型型系統(tǒng)進行設(shè)計，取h=5。電流環(huán)已按典型I型且。1、 要求在帶20%額定負載條件下起動到額定轉(zhuǎn)速的，試求：a、 微分負反饋環(huán)節(jié)參數(shù)b、 退飽和時間和退飽和轉(zhuǎn)速2、 當突加150%額定負載擾動時，試求系統(tǒng)的動態(tài)速降和恢復時間。解：,1、a、,

46、取，=875.8rpm2、=2（查表211）， 動態(tài)速降為：恢復時間為： 2-12、V-M調(diào)速系統(tǒng)存在幾個很難克服的問題是：a、 存在電流的諧波分量，因而在深調(diào)速時轉(zhuǎn)矩脈動大，限制了調(diào)速范圍。b、 深調(diào)速時功率因數(shù)低，也限制了調(diào)速范圍。要克服上述困難，就必須加大平波電抗器的電感量，但是電感大大限制了系統(tǒng)的快速性。2-13、在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動過程中，電機電流很快升至最大電流，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快飽和。只有電流調(diào)節(jié)器起調(diào)節(jié)作用。這時是利用電機的最大電流受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，使系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，以盡量縮短起動過程的時間，以提高生產(chǎn)效率。在穩(wěn)定運行時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器起主要作

47、用。電流調(diào)節(jié)器起電流跟隨作用，并且主回路電流等于負載的等效電流，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速由和決定。觸發(fā)電壓等于。2-14、在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器一般均使用PI調(diào)節(jié)器，并且兩個調(diào)節(jié)器均帶限幅，速度調(diào)節(jié)器的限幅值，決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值，即，電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅值，它限制晶閘管整流器的最大電壓值。并且電流調(diào)節(jié)器一般不會達到飽和狀態(tài)。速度調(diào)節(jié)器有飽和和非飽和之分。2-15、標出下圖雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各點的電壓極性（其中觸發(fā)單元的輸入電壓為正）。2-16、畫出上圖的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖和動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并寫出其特性表達式。解：, 2-17、某調(diào)節(jié)器的電路圖如下所示。其中運算放大器的限幅值為+17V，當時，試畫出其輸出的

48、波形圖（初始條件為0）。解：2-18、在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動機、晶閘管整流裝置及其觸發(fā)裝置都可按負載的工藝要求選擇和設(shè)計，轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)可以通過穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算得到；轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)與參數(shù)，一般則應(yīng)在滿足穩(wěn)態(tài)精度的前提下，按照動態(tài)校正的方法確定。2-19、典型I型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為，它在階躍輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差為0，在單位斜坡輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差為1/K；在加速度輸入時穩(wěn)態(tài)誤差為；所以典型I系統(tǒng)稱為I階無差系統(tǒng)。對于典型的I型系統(tǒng)為 了保證系統(tǒng)穩(wěn)定，且有一足夠的穩(wěn)定余量。對數(shù)幅頻特性的中頻段應(yīng)以的斜率穿越0dB線，要做到這一點，開環(huán)截止頻率或，則相角穩(wěn)定裕度，開環(huán)放大倍數(shù)與開環(huán)截止

49、頻率的關(guān)系為。由于KT<1,故其閉環(huán)系統(tǒng)的阻尼比，由于時，動態(tài)響應(yīng)較慢，所以一般常把系統(tǒng)設(shè)計成欠阻尼或臨界阻尼狀態(tài)。即阻尼比。從關(guān)系式可以看出，開環(huán)增益K越大，系統(tǒng)響應(yīng)速度越快。但系統(tǒng)的相對穩(wěn)定裕量越小。2-20、典型II型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為。它在階躍輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差為0；在斜坡輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差為0；在單位加速度輸入時的穩(wěn)態(tài)誤差為1/K。對于II型系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，且有足夠的穩(wěn)定余量。對數(shù)幅頻特性的中頻段應(yīng)以的斜率穿越0dB線。要做到這一點，應(yīng)有或。相角穩(wěn)定裕度。比T越大，則穩(wěn)定裕度越大。如果定義，開環(huán)放大倍數(shù)與開環(huán)截止頻率的關(guān)系為：或，根據(jù)閉環(huán)幅頻特性峰值最小準則，則K，h, T

50、之間的關(guān)系為。221.用下列元器件及裝置組成一個雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。還有若干電阻、電容和電位器，1、觸發(fā)裝置的控制電壓Uct為正。2、觸發(fā)裝置的控制電壓Uct為負。解：1、觸發(fā)裝置的控制電壓Uct為正時的連接圖：2.置的控制電壓Uct為負時的連接圖：2-22、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖為：試畫出其靜態(tài)性圖及靜態(tài)性表達式。解：（一）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和這時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，由于使用的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)誤差等于0，因此有：即：于是得到靜態(tài)性的運行段n0A。由于ASR不飽和，即，也就是說n0A段靜態(tài)性從（理想空載狀態(tài)）一直延續(xù)到，而一般都是大于額定電流的。這就是靜態(tài)性的運行段。（二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和

51、當ASR輸出達到限幅值時，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時，這就是靜特性的段。223. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：在n0A段ASR調(diào)節(jié)器飽和否？ACR調(diào)節(jié)器飽和否？這兩個調(diào)節(jié)器誰起主要作用？在Idm段ASR飽和否？ACR飽和否？這兩個調(diào)節(jié)器哪個起作用？答：n0A段是雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)運行段，ASR和ACR均不飽和，ASR 起主要調(diào)節(jié)作用，ACR起輔助作用。Idm段是雙閉環(huán)過流自保護段，這時ASR飽和，相當于斷開，它不起調(diào)節(jié)作用；ACR不飽和，它起主要調(diào)節(jié)作用。2-24、上題的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，已知。求穩(wěn)態(tài)時，。解：穩(wěn)態(tài)

52、時：所以所以是由負載和給定決定的，n是由給定電壓決定的，ASR的輸出量是由負載電流決定的。2-25、大致畫出雙閉環(huán)起動過程的電流、轉(zhuǎn)速曲線并簡述之。答：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓由靜止狀態(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的過渡過程大致曲線如下：在0t1是電流上升階段。突加給定電壓后，兩個調(diào)節(jié)器使Id、Uct、Ud0都上升，當IdIdL時，電機開始轉(zhuǎn)動。由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速的增長不會很快，因而Un數(shù)值較大轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器迅速飽和達到Uim*，強迫電流Id迅速上升。當IdIdm時，UiUim*，電流調(diào)節(jié)器的作用使Id不再迅猛增長，標志著這一階段的結(jié)束。在t1t2段是恒流升速階段。從電流升到最大值Idm開始，到轉(zhuǎn)速

53、升到給定值n*為止，屬于恒流升速階段，是啟動過程中的主要階段。在這個階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一直是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定Uim*作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流恒定，因而系統(tǒng)加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。與此同時，反電勢E也按線性增長。對電流調(diào)節(jié)器系統(tǒng)來說，這個反電勢是一個線性漸增的擾動量，為了克服這個擾動，Uct和Ud0也必須基本上按線性增長，才能保持恒定。由于電流調(diào)節(jié)器是PI調(diào)節(jié)器，要使它的輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓Ui必須保持一定的值，也就是說，Id應(yīng)略低于Idm。在t2以后是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。在這個階段開始時，轉(zhuǎn)速已經(jīng)達到給定值，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓相等，

54、輸入偏差為0，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值Uim*，所以電動機仍在最大電流下加速，必然使轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)以后，速度調(diào)節(jié)器輸入端出現(xiàn)負的偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，其輸出電壓立即從限幅值降下來，主電流也因而下降。但是仍大于IdL，在一段時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速仍繼續(xù)上升。到IdIdL時，電機產(chǎn)生轉(zhuǎn)距與負載轉(zhuǎn)矩相等，則0，轉(zhuǎn)速達到峰值（t=t3）。此后，電機才開始在負載的阻力下減速，與此相應(yīng)，電流Id也出現(xiàn)一段小于IdL的過程，直到穩(wěn)定。2-26、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動過程的三大特點是什么？答：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動的三大特點是：1、飽和非線性控制，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器由不飽和到飽和再到不飽和，電流調(diào)節(jié)器始終不飽和。2、準時間最優(yōu)。3、轉(zhuǎn)速必然有超調(diào)。227. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)受如下干擾時，系統(tǒng)對那些干擾能抑制，對那些干擾不能抑制，為什么？答：對b、c、d、e、IdL、f、g、j、h這些干擾有抑制作用。因為這些干擾位于轉(zhuǎn)速環(huán)的前向通道上。對a、i不能抑制。因為a干擾的給定，系統(tǒng)對給定是跟隨作用，給定如何變，輸出也跟著變。i是反饋通道上的干擾，系統(tǒng)無法抑制反饋通道上的干擾。因此系統(tǒng)的精度取決于給定和反饋元件的精度。2-28、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)兩個調(diào)節(jié)器的作用是什么？答：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用：1、 使轉(zhuǎn)速跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。2、 對負載變化起抗擾作用。3、 其輸出限幅值決定允許的最大電流。電流調(diào)節(jié)器的作