电力拖动自动控制系统(版)陈伯时.doc

电力拖动自动自动系统——运动控制系统 上海大学 陈博时 第三版 习题答案 第一章：闭环控制的直流调速系统 1-1 为什么PWM-电动机系统比晶闸管-电动机系统能够获得更好的动态性能？ 答：PWM系统与V-M系统相比，在很多方面有较大的优越性： （1） 主电路线路简单，需用的功率器件少； （2） 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小； （3） 低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1：10000左右； （4） 若与快速响应的电动机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； （5） 功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也大， 因而装置效率较高； （6） 直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高； 1-2 试分析有制动通路的不可逆PWM变换器进行制动时，两个VT是如何工作的。 答：如图P13，1-17，制动状态时，先减小控制电压，使Ug1的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压Ud降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而造成E＞Ud，很快使电流id反向，VD2截止，在ton≤t＜T时，Ug2变正，于是VT2导通，反向电流沿回路3流通，产生能耗制动作用。在T≤t＜T+ton(即下一周期的0≤t＜Ton)时，VT2关断，-id沿回路4经VD1续流，向电源回馈制动，与此同时，VD1两端压降钳住VT1使它不能导通。在制动状态中，VT2和VD1轮流导通，而VT1始终是关断的。 有一种特殊状态，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在VT1关断后id经VD2续流时，还没有达到周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时VD2两端电压也降为零，VT2便提前导通了，使电流反向，产生局部时间的制动作用。 1-3 调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系?为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”? 答：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母D表示,即 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落ΔnN与理想空载转速n0之比，称作静差率s，即。 调速范围、静态速降和最小静差率之间的关系是： 按上述关系可得出：D越小，s越小，D越大，s越大；D与s相互制约，所以说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”。 1-4 某一调速系统，测得的最高转速特性为，最低转速特性为，带额定负载时的速度降落，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：思路一： 系统能够达到的调速范围为： 系统允许的静差率 思路二： 系统允许的静差率 系统能够达到的调速范围为 1-5 某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min，要求系统的静差率，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：因为， 所以系统允许的静态速降 又，，故闭环系统的开环放大倍数 1-6 某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：因为 所以 K=30时，电动机在额定负载下的速降为 又因为 所以在同样静差率要求下，且不变，D的变化只与有关，即调速范围D扩大了倍。 1-7 某调速系统的调速范围D=20，额定转速，开环转速降落，若要求系统的静差率由10%减少到5%，则系统的开环增益将如何变化？ 解：当静差率s=10%时， 当静差率s=5%时， 因此，若要求系统的静差率由10%减少到5%，则系统的开环增益将从27.8变化到59.8。 1-8 转速单闭环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？ 答：（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征： ① 只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。 ② 抵抗扰动，服从给定。 ③ 系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。 （2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从给定作用。 （3）如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比会改变转速，因为反馈信号与给定信号的比较值发生了变化，破坏了原先的平衡，调速系统就要继续动作，使反馈信号