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运动控制系统陈伯时第4版课后习题答案完整

2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？解：10000.02(100.98) 2.04(1)

n n s

n rpm D s ?=

=??=-

系统允许的静态速降为2.04rpm

2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为

0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，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：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下）

max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n ===

2) 静差率 01515010%N s n n =?==

2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？

解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= 378(0.0230.022)0.1478115N n I R rpm ?==?+= (1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-=

[(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-=

2.5 某龙门刨床工作台采用

V-M

调速系统。已知直流电动机

60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V

?min/r,求：

（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？

（3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?= (2) 0274.5(1000274.5)21.5%N N S n n =?=+=

(3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??=

2.6 有一晶闸管稳压电源，其稳态结构图如图所示，已知给定电压*

8.8u U V =、比例调节器

放大系数2P K =、晶闸管装置放大系数15S K =、反馈系数γ=0.7。求：（1）输出电压d U ；（2）若把反馈线断开，d U 为何值？开环时的输出电压是闭环是的多少倍？（3）若把反馈

系数减至γ=0.35，当保持同样的输出电压时，给定电压*u U 应为多少？

解：（1）*

)2158.8(12150.7)12d p s u p s U K K U K K V γ=+=??+??= (2) 8.8215264d U V =??=,开环输出电压是闭环的22倍

(3) *

(1)12(12150.35)(215) 4.6u d p s p s U U K K K K V γ=+=?+???=

2.7 某闭环调速系统的调速范围是1500r/min~150r/min ，要求系统的静差率5%s ≤，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： 1）()s n s n D N N -?=1/

1015002%/98%N n =???

15002%/98%10 3.06/min

N n r ?=??=

2）()

7.31106.3/1001/=-=-??=cl op n n K

2.8 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8 r/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： ()()12881511=?+=?+=?cl op n K n

如果将开环放大倍数提高到30, 则速降为：

()()rpm K n n op cl 13.4301/1281/=+=+?=?

在同样静差率要求下，D 可以扩大937.1/21=??cl cl n n 倍

2.9 有一V-M 调速系统：电动机参数P N =2.2kW, U N =220V, I N =12.5A, n N =1500 r/min ，电枢电阻R a =1.5Ω，电枢回路电抗器电阻RL=0.8Ω，整流装置内阻R rec =1.0Ω,触发整流环节的放大倍数K s =35。要求系统满足调速范围D=20，静差率S<=10%。

（1）计算开环系统的静态速降Δn op 和调速要求所允许的闭环静态速降Δn cl 。（2）采用转速负反馈组成闭环系统，试画出系统的原理图和静态结构图。

（3）调整该系统参数，使当U n *=15V 时，I d =I N ，n=n N ，则转速负反馈系数 α应该是多少？（4）计算放大器所需的放大倍数。解：（1）

()()/22012.5 1.5/1500201.25/15000.134min/N N a e

e n U I R C C V r

=-??=-?==

()//12.5 3.3/0.134307.836/min

N N e

op N e n U I R C n I R C r ∑∑=-???=?=?=

()()/1150010%/20*90%8.33/min N N n n s D s r ?=-=?=（）所以，min /33.8r n cl =? （2）

（3）（4）()()()()[]

()()[]K C R I K KU K C R I U K K n e d n e d n s p +-+=+-=*

*1/1/1/α

()/1307.836/8.33135.955op cl K n n =??-=-=

()()()150035.95515/135.95512.5 3.3/0.134135.955α??=??+?-?+????

r V min/0096.0=?α

可以求得，*35.955*0.134

14.34*35*0.0096

e p s K C K K α=

== 也可以用粗略算法：

n U U n n

α=≈*

，01.01500

*===n U n α /p e s K KC K α=，()35.9550.134/350.0113.76p K =??=

2.10 在题2.9的转速负反馈系统中增设电流截止环节，要求堵转电流N dbl I I 2≤，临界截止电流N dcr I I 2.1≥，应该选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻？要求电流反馈采样电阻不超过主电路总电阻的1/3 ,如果做不到，需要增加电流反馈放大器，试画出系统的原理

图和静态结构图，并计算电流反馈放大系数。这时电流反馈采样电阻和比较电压各为多少？解：（1） A I I N dbl 252=≤，A I I N dcr 152.1=≥

s com s com dcr R U R U I /15/=?=

()

()Ω

=?+=?+≈5.1/1525/*

s s com s com n dbl R R U R U U I ，

V U com 5.225.115=?=

（2）

()(/3) 1.0 1.50.8/3 1.1,(/3)

1.1,

s s R R R R ∑∑=++=Ω>=Ω不符合要求，取需加电流反馈放大器

由于需要的检测电阻值大，说明要求的电流信号值也大。要同时满足检测电阻小和电流信号大的要求，则必须采用放大器，对电流信号进行放大。为此，取 1.1s R =Ω，则15 1.116.5com dcr s U I R V =?=?=

（3）当dcr d I I >时，有

()[

]()()[

]

()[]()

()()[

](

)()()

[]

K C I R K K K R K C U K U K K K C RI K C U I R K K K K C U K K n e d s i s p e com i n s p e d e com d s i s p e n s p ++-++=+-+--+=1/1/1/1/1/**

当n=0时，

()()()**//dbl p s n i com p s i s n i com i s I K K U K U R K K K R U K U K R =++≈+

()()251516.5/1.115/22.513.5 1.36

i i i K K K =+?=-=

2.11在题2.9的系统中，若主电路电感L=50mH ，系统运动部分的飞轮惯量2

GD =1.6Nm ，整流装置采用三相零式电路，试判断按题2-9要求设计的转速负反馈系统能否稳定运行？如要保证系统稳定运行，允许的最大开环放大系数是多少？

解： mH L 50=，2

26.1Nm GD =， 3.3R ∑=Ω，0.134/e

C V rpm =

()()2/0.05/3.30.015/375 1.6 3.3/3750.1340.13430/3.145.28/64.330.0820.00333l m e m s T L R s

T GD R C C s T s

∑∑=====????===

()()222

/0.0820.0150.003330.00333/0.0151*0.003330.00150.00333/0.0000498330.52

l m l s s s K T T T T T T ????<++=?++??????=+=??（）

可见与前面的K>35.955相矛盾，故系统不稳定。要使系统能够稳定运行，K 最大为30.52。 2.12 有一个晶闸-电动机调速系统，已知：电动机：kW P N 8.2=，V U N 220=，A I N 6.15=，1500=N n r/min ，a R =1.5Ω，整流装置内阻rec R =1Ω, 电枢回路电抗器电阻L R =0.8Ω，触

发整流环节的放大倍数35=s K 。

(1)系统开环工作时，试计算调速范围30=D 时的静差率s 值。 (2)当30=D ，%10=s 时，计算系统允许的稳态速降。

(3)如组成转速负反馈有静差调速系统，要求30=D ，%10=s ，在V U n 10*

=时N d I I =，

N n n =，计算转速负反馈系数α和放大器放大系数p K 。

解：

()r V C e m in/1311.01500/5.16.15220=?-=

（1）

()min 0min /15.6 3.3/0.1311392.68/min 1500/3050

/392.68/392.685088.7%

op N e op n I R C r n s n n ∑?=?=?====??=+=

（2）

()min

/56.59.0/550/1.0r n n n ==?+??=

（3）

()()

?=+-+=∑e s p e d e n s p C K K K K C I R K C U K K n /1/1/*α

()()()()

()????

?=-=-??=+-+=∑5

.52156.5/48.2971/1/6.151/1500*cl op e e n s p n n K K C R K C U K K 2.13旋转编码器光栅数1024，倍频系数4，高频时钟脉冲频率MHz 1f 0=，旋转编码器输出的脉冲个数和高频时钟脉冲个数均采用16位计数器，M 法测速时间为0.01s ，求转速

min /r 1500n =和min /r 150n =时的测速分辨率和误差率最大值。

解：

（1）M 法：分辨率min /465.101

.04102460

60r ZT Q c =??==

最大误差率：→=

ZT M n 1

60 min /1500r n =时，102460

.0102441500601=???==

c nZT M min /150r n =时，4.1026001.010*********=???==

c nZT M min /1500r 时，%098.0%1001024

1%1001%1max =?=?=

M δ min /150r 时，%98.0%1004

.1021%1001%1max =?=?=

M δ 可见M 法适合高速。

（2）T 法：分辨率：

min /1500r n =时，min /17115004102510160150041024606

02r Zn f Zn Q =??-????=-= min /150r n =时，min /55.1150

4102410160150410246062

02r Zn f Zn Q =??-????=-=

最大误差率：2

60ZM f n =

，Zn f M 0260=，

当min /1500r n =时，77.915004102410606

2=???=

M 当min /150r n =时，7.97150

4102410606

2=???=

min /1500r n =时，%4.11%1001

77.91

%10011%2max =?-=

?-=

M δ

min /150r n =时，%1%1001

7.971

%1001

1%2max =?-=

?-=

M δ

可见T 法适合低速

习题三

3.1双闭环调速系统的ASR 和ACR 均为PI 调节器，设系统最大给定电压*

nm U =15V ，

N n =1500r/min ，N I =20A ，电流过载倍数为2，电枢回路总电阻R =2Ω，s K =20，

e C =0.127V ·min/r ，求：（1）当系统稳定运行在*n U =5V ，dL I =10A 时，系统的n 、n U 、*

i U 、

i U 和c U 各为多少？（2）当电动机负载过大而堵转时，*i U 和c U 各为多少？

解：(1)

***

**0*/15/15000.01/55,

5000.01/150.375/400.375*10 3.750.127*50010*2

4.17520500,5, 3.75,nm N n

im dm i d i d dL e N dL C s s s n i i c U n V rpm V rpm

U V

U V n rpm

V rpm

U V V A

I A

U I V U U E I R C n I R U V K K K n rpm U V U U V U αα

ββ=====

========+++=========当转速即

4.175v

（2）堵转时，V I U dm i 15*==β，

()040*2420

e d d dm c s s s C n I R U I R U V K K K +=====

3.2 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器ASR ，ACR 均采用PI 调节器。已知参数：电动机：N P =3.7kW ，N U =220V ，N I =20A ，N n =1000 r/min ,电枢回路总电阻R =1.5Ω,

设cm im nm U U U ==** =8V ，电枢回路最大电流dm I =40A,电力电子变换器的放大系数s K =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,0d U c i i U U U ,,*值。

解:1）

**880.2/0.008/401000im nm dm N U V U V V A V rpm I A

n rpm

βα======

2) 040*1.560d dl e N dl U E I R C n I R A V ∑∑=+=+=Ω= 这时：

*8,0n n U V U ==，ASR 处于饱和，输出最大电流给定值。

*8,8,i i U V U V ==

06040 1.5C d S U U K V ===

3.3 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

im U =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）*i U

应如何变化？（2）c U 应如何变化？（3）c U 值由哪些条件决定？

解: 1)

80.1/80im dm U V V A I A

β=== 因此当电流从40A ?70A 时， *i U 应从4V ?7V 变化。 2) C U 要有所增加。

3) C U 取决于电机速度和负载大小。因为 0d dl e N dl U E I R C n I R ∑∑=+=+

()0e d d c s s

C n I R U U K K +== 3.5 某反馈控制系统已校正成典型I 型系统。已知时间常数T=0.1s, 要求阶跃响应超调量σ≤10％。

（1）系统的开环增益。

（2）计算过渡过程时间s t 和上升时间r t ；

（3）绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间r t <0.25s, 则K=?，σ％=? 解：取0.69,0.6,%9.5%KT ξσ===

(1) 系统开环增益：0.69/0.69/0.1 6.9(1/)

K T s ===

(2) 上升时间 3.30.33r t T S == 过度过程时间：

660.10.6s n

t T s ξω≈

==?=

（3）

如要求0.25r t s <，查表3-1则应取 1,0.5KT ξ== , 2.4 2.4*0.10.24r t T s === 这时1/10K T ==,超调量=16.3%。

3.6有一个系统，其控制对象的传递函数为1

01.010

1)(1+=+=

s s K s W obj τ，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）。试对系统进行动态校正，决定调节器结构，并选择其参数。解：按典型I 型系统设计，选0.5,

0.707,

3-1% 4.3%KT ξσ===查表，得。

选I

调节器，

(),W s s τ=校正后系统的开环传递函数为

110

(),

T 0.01(0.011)

W s s s ττ=

+这样，＝， K=10/，已选KT ＝0.5, 则K ＝0.5/T=50, 所以

10/10/500.2K S τ===，积分调节器：11()0.2W s s s

τ=

=。

3.7有一个闭环系统，其控制对象的传递函数为)

102.0(10

)1()(1+=

s s Ts s K s W obj ，要求校正为典型Ⅱ型系统，在阶跃输入下系统超调量σ％≤30％（按线性系统考虑）。试决定调节器结构，并选择其参数。

解：应选择PI 调节器，1

(1)(1)(),()(1)

PI PI PI K s K s K W s W s s s s Ts ττττ++=

=+校正后系统的开环传递函数，对照典型Ⅱ型系统， 1/,h 83-4PI K K K hT ττσ==,选＝，查表， %=27.2%，满足设计要

求。这样8*0.020.16hT s τ===，

12222

181

175.78,/175.78*0.16/10 2.8122*8*0.02

PI h K K K K h T τ++=

=====

3.8在一个由三相零式晶闸管整流装置供电的转速、电流双闭环调速系统中，已知电动机的额定数据为：60=N P kW , 220=N U V , 308=N I A , 1000=N n r/min , 电动势系数e C =0.196 V ·min/r , 主回路总电阻R =0.18Ω,触发整流环节的放大倍数s K =35。电磁时

间常数l T =0.012s,机电时间常数m T =0.12s,电流反馈滤波时间常数i T 0=0.0025s,转速反馈滤波时间常数n T 0=0.015s 。额定转速时的给定电压(U n *

)N =10V,调节器ASR ，ACR 饱和输出电压U im *

=8V,U cm =6.5V 。

系统的静、动态指标为:稳态无静差,调速范围D=10,电流超调量i σ≤5% ,空载起动到额定转速时的转速超调量n σ≤10%。试求：

（1）确定电流反馈系数β(假设起动电流限制在1.1N I 以内)和转速反馈系数α。（2）试设计电流调节器ACR,计算其参数R i, 、C i 、C Oi 。画出其电路图,调节器输入回路电阻R 0=40Ωk 。

（3）设计转速调节器ASR,计算其参数R n 、C n 、C On 。(R 0=40k Ω) （4）计算电动机带40%额定负载起动到最低转速时的转速超调量σn 。（5）计算空载起动到额定转速的时间。

解：（1）*

/8/(1.1*)8/3390.0236/im dm N U I V I V A V A β====

10/10000.01min/V r α==

（2）电流调节器设计

确定时间常数：)0.00333s a T s =

)0.0025oi b T s =

0)0.00250.003330.00583i i s c T T T s ∑=+=+=

电流调节器结构确定：

因为5%i σ≤，可按典型I 型系统设计，选用PI 调节器，(1)

()i i ACR i K S W S S

ττ+=

电流调节器参数确定: 1

0.012,0.5,0.5/85.76i l I i I i T s K T K T s τ-∑∑=====选，

85.760.0120.18

0.224350.0173

I i i s K R K K τβ??=

==?。校验等效条件：1

85.76ci I K s ω-==

1111

)1101.01330.00333)79.06)115.52ci

S ci

a T

b S

c s ωωω--==>?==<===>电力电子装置传递函数的近似条件：忽略反电势的影响的近似条件：

可见满足近似等效条件，电流调节器的实现：选040R K =,则：

00.224408.96i i R K R K K ==?=, 取9K.

由此

000/0.012/(910) 1.334/40.0025/40100.25i i i i i C R F C T R F

τμμ==?===??=

（3）速度调节器设计确定时间常数：

a) 电流环等效时间常数1/I K :因为0.5I i K T ∑=

则 1/220.005830.01166I i K T s ∑==?= b) 0.015on T s =

c) 1/0.011660.0150.02666n I on T K T s ∑=+=+= 速度调节器结构确定：

按照无静差的要求，应选用PI 调节器，

(1)

()n n ASR n K s W s s

ττ+=

, 速度调节器参数确定：

,5,0.1333n n n n hT h hT s ττ∑∑====取

222216

168.822250.02666

(1)60.02360.1960.12

6.94

2250.010.180.02666

N n e m n n h K s h T h C T K h RT βα-∑∑+===??+???=

==????校验等效条件：

1/168.820.133322.5cn N N n K K s ωωτ-===?=

)40.43

)25.2

a s

b s

==>

可见满足近似等效条件。

转速超调量的校验 (空载Z=0）

max

3080.180.02666 %2*()()281.2% 1.1

0.19610000.12

11.23%10%

b m

C n

C n T

σλ∑

???

=-=????

转速超调量的校验结果表明，上述设计不符合要求。因此需重新设计。

查表，应取小一些的h，选h=3进行设计。

按h=3，速度调节器参数确定如下：0.07998

n n

hT s

∑

2222

(1)/24/(290.02666)312.656

(1)/240.02360.1960.12/(230.010.180.02666)7.6

N n

n e m n

K h h T s

K h C T h RT

βα

∑

=+=??=

=+=???????=

校验等效条件：1

/312.6560.0799825

cn N N n

K K s

ωωτ-

===?=

1/21/21

)1/3(/)1/3(85.76/0.00583)40.43

)1/3(/)1/3(85.76/0.015)25.2

I i cn

I on cn

a K T s

b K T s

∑

==>

可见满足近似等效条件。

转速超调量的校验：

272.2% 1.1(3080.18/0.1961000)(0.02666/0.12)9.97%10% n

σ=??????=<

转速超调量的校验结果表明，上述设计符合要求。

速度调节器的实现：选

R K

=,则

7.640304

n n

R K R K

=?=?=,取310K。

/0.07998/310100.258

4/40.015/4010 1.5

n n n

on on

C R F

C T R F

τμ

==?=

==??=

4) 40%额定负载起动到最低转速时:

%272.2%(1.10.4)(3080.18/0.196100)(0.02666/0.12)63.5% n

σ=??-????=

5) 空载起动到额定转速的时间是：(书上无此公式）

仅考虑起动过程的第二阶段。

222()(),

()375375375m dm dL dm dL e L dm dL

e m

m e

GD dn

dn C I I R I I R T T I I GD GD R dt

dt C T C C C --=-===-根据电机运动方程：所以：*0.196*0.12*1000

0.385()(1.1*3080)*0.18

e m dm dL C T n t s I I R ===--

3.10 有一转速、电流双闭环调速系统,主电路采用三相桥式整流电路。已知电动机参数为：P N =500kW ，U N =750V ，I N =760A ，n N =375 r/min ，电动势系数C e =1.82V ·min/r, 电枢回路总电阻R=0.14Ω,允许电流过载倍数λ=1.5,触发整流环节的放大倍数K s =75,电磁时间常数l T =0.031s,机电时间常数m T =0.112s,电流反馈滤波时间常数i T 0=0.002s,转速反馈滤波时

间常数n T 0=0.02s 。设调节器输入输出电压U nm *=U im *

= U nm =10V,调节器输入电阻R 0=40k Ω。设计指标:稳态无静差，电流超调量i σ≤5%，空载起动到额定转速时的转速超调量n σ≤10%。电流调节器已按典型I 型系统设计,并取参数KT=0.5。（1）选择转速调节器结构,并计算其参数。

（2）计算电流环的截止频率ci ω和转速环的截止频率cn ω，并考虑它们是否合理?

解：（1）*

*100.00877/1.5*760100.0267min/375

im dm nm N U V A

I U V r

n βα======

电流调节器已按典型I 型系统设计如下：

确定时间常数：)0.00176)0.002)0.00367S oi i a T s

b T s

c T s

∑===

电流调节器结构确定：因为σ%≤5%，可按典型I 型系统设计，选用PI 调节器， W ACR (s)=K i (τi s+1)/τi s ， T l /T ∑i =0.031/0.00367=8.25<10

电流调节器参数确定：τi =T l =0.031s ， K I T ∑i = 0.5， K I = 0.5/T ∑i =136.24 s -1

/136.240.0310.14/750.008770.899i I I s K K T R K β==???=

校验等效条件：ωci =K I =136.24 s

-1

11/21/211/21/21)1/31/30.00167199.6)(1/)3(1/0.1120.031)50.9)1/3(1/)1/3(1/0.001670.002)182.39s ci

m l ci

s oi ci

a T s

b T T s

c T T s ωωω---=?=>=?=<=?=>

可见满足近似等效条件。

电流调节器的实现：选R 0=40K ，则

00.8994035.96i i R K R =?=?= 取36K

000/0.031/36100.864/40.002/40100.2i i i i i C T R F C T R f

μμ==?===??=

速度调节器设计确定时间常数：

a) 电流环等效时间常数1/K I ：因为K I T ∑i = 0.5 则1/K I =2T ∑i =2*0.00367=0.00734s b) b)T on =0.02s

c) c)T ∑n =1/K I +T on =0.00734+0.02=0.02734s 速度调节器结构确定：

按照无静差的要求，应选用PI 调节器， W ASR (s)=K n (τn s+1)/τn s 速度调节器参数确定：

τn =hT ∑n ，选h=5，则τn =hT ∑n =0.1367s,

K N =(h+1)/（2h 2T 2∑n ）=6/2*25*0.027342=160.54 s -2

K n =(h+1)βC e T m /（2h αRT ∑n ）= 6*0.00877*1.82*0.112/2*5*0.0267*0.14*0.02734=10.5

校验等效条件：ωcn =K N /ω1=K N τn =160.54*0.1367 =21.946 s -2

a) 1/3(K I /T ∑i )1/2=1/3(136.24/0.00367)1/2=64.22s -1

>ωcn

b) 1/3(K I /T on )1/2=1/3(136.24/0.02)1/2=27.51s -1

>ωcn 可见满足近似等效条件。

速度调节器的实现：选R 0=40K ，则 R n =K n *R 0=10.5*40=420K

由此 C n =τn /R n =0.1367/420*103=0.325μF 取0.33μF C 0n =4T 0n /R 0=4*0.02/40*103

=2μF

2) 电流环的截止频率是：ωci =K I =136.24 s -1

速度环的截止频率是： ωcn =21.946 s -2

从电流环和速度环的截止频率可以看出，电流环比速度环要快，在保证每个环都稳定的情况下，再求系统的快速性，充分体现了多环控制系统的设计特点。

3.11 在一个转速、电流双闭环V-M 系统中，转速调节器ASR ，电流调节器ACR 均采用PI 调节器。

（1）在此系统中,当转速给定信号最大值U nm *

=15V 时,n=n N =1500 r/min;电流给定信号最大值U im *

=10V 时,允许最大电流I dm =30A,电枢回路总电阻R=2Ω,晶闸管装置的放大倍数K s =30 ,电动机额定电流I N =20A ,电动势系数C e =0.128V ·min/r 。现系统在U n *

=5V ,I dl =20A 时稳定运行。求此时的稳态转速n=? ACR 的输出电压U c =?

（2）当系统在上述情况下运行时,电动机突然失磁(Φ=0) , 系统将会发生什么现象? 试分析并说明之。若系统能够稳定下来,则稳定后n=? U n =? U i *

=? U i =? I d =? U c =? （3）该系统转速环按典型Ⅱ型系统设计, 且按M rmin 准则选择参数,取中频宽h=5, 已知转速环小时间常数T ∑n =0.05s ,求转速环在跟随给定作用下的开环传递函数,并计算出放大系数及各时间常数。

（4）该系统由空载(dL I =0)突加额定负载时,电流d I 和转速n 的动态过程波形是怎样的?已知机电时间常数m T =0.05s,计算其最大动态速降max n ?和恢复时间v t 。

1) α= U*nm /n N =15/1500=0.01 Vmin/r β= U*im /I dm = 10/30=0.33 V/A

U*n =5 V ，n=U*n /α=5/0.01=500 r/min

U c =U d0/K s =(E+I d R ∑)/K s =(C e n+I dLl R ∑)/Ks=(0.128*500+20*2)/30=3.467 V

2) 在上述稳定运行情况下，电动机突然失磁（Φ=0）则电动机无电动转矩，转速迅速下降到零，转速调节器很快达到饱和，要求整流装置输出最大电流I dm 。因此，系统稳定后， n=0，U n =0

U*i =U*im =10， U i =U*i =10 I d =I dm =30A

U c =U d0/K s =(E+I d R ∑)/K s =(0+30*2)/30=2 V

3) 在跟随给定作用下，转速环处于线性状态，此时系统的开环传递函数是：

()(

)()

112

++=

∑s T s s K s W n n N n τ

τn =hT ∑n =5*0.05=0.25s T ∑n =0.05s

K N =(h+1)/2h 2T 2

=6/2*25*0.052=48s-2 4) 空载突加额定负载时，转速有动态降落。（p93,94)

Δn b =2(λ-z)Δn N T ∑n /T m =2*(1-0)*20*2/0.128*(0.05/0.05)= 625 r/min [ C b =2FK 2T=2I dN RT ∑n /C e T m =2*20*2*0.05/0.128*0.05=625 r/min ] 最大动态速降：Δn max =(ΔC max /C b )*Δn b =81.2%*625 =507.5 r/min 恢复时间：t v =8.8T=8.8*0.05=0.44s(p81表）

习题五

5.8两电平PWM 逆变器主回路，采用双极性调制时，用“1”表示上桥臂开通，“0”表示上桥臂关断，共有几种开关状态，写出其开关函数。根据开关状态写出其电压空间矢量表达式，画出空间电压矢量图。解：两电平PWM 逆变器主回路：

U 2

d U A

O 采用双极性调制时，忽略死区时间影响，用“1”表示上桥臂开通，“0”表示下桥臂开通，逆变器输出端电压：

d x x d x U S u U S ?=??=??-=?? (21)

2d x x U u S =-，

以直流电源中点'O 为参考点

2()

j j A B C u u e u e =++γγs u

空间电压矢量图：