电力拖动自动控制系统习题答案.doc

《电力拖动自动控制系统》习题答案1.txt32由于爱心，流浪的人们才干重返家园；由于爱心，疲倦的灵魂才干活力如初。渴望爱心，如同星光渴望彼此辉映；渴望爱心，如同世纪之歌渴望永远被唱下去。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—电动机系统可以获得更好的动态性能？

答：PWM—电动机系统在很多方面有较大的优越性：

（1） 主电路线路简朴，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
不大，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：在制动状态中，为负值，就发挥作用了。这种情况发生在电动运营过程中需要降
速的时候。这时，先减小控制电压，使
di2VT1gU的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电
压减少。但是，由于机电惯性，转速和反电动势还来不及变化，因而导致，很
快使电流反向，截止，在
dUdEU>
di2VDont≤＜Ｔ时，2gU变正，于是导通，反向电流沿回路
3流通，产生能耗制动作用。在＜Ｔ+时，关断，
2VTTt≤ont2VTdi.沿回路4经续流，向
电源回馈制动，与此同时，两端压降钳住使它不能导通。在制动状态中，和
轮流导通，而始终是关断的。
1VD1VD1VT2VT1VT1VT

在轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在关断后经续流时，还没有达成
周期Ｔ，电流已经衰减到零，这时两端电压也降为零，便提前导通了，使电流反向，
产生局部时间的制动作用。
1VTdi2VD2VD2VT

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：生产机械规定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表达，即
maxminnDn= 其中，和一般都指电动机额定负载时的最高和最低转速，对于少数负
载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。
maxnminn

当系统在某一转速下运营时，负载由抱负空载增长到额定值时所相应的转速降落，与理
想空载转速之比，称作静差率s，即
0NnsnΔ=

或用比例表达
0100%NnsnΔ=×

在直流电动机变压调速系统

中，一般以电动机的额定转速作为最高转速 Nn

则
0minNNNnnsnnnΔΔ==
+Δ

min(1)NNNnsnnssΔ.
∴=.Δ=

maxmin(1)
NNnnSDnn==
Δ.

由上式可看出调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。对于同一个调
速系统，值一定，假如对静差率规定越严，即规定s值越小时，系统可以允许的调速
范围也越小。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范
围。
NnΔ

１－４ 某一调速系统，测得的最高转速特性为max1500/minOnr=，最低转速特性为
，带额定负载时的速度降落min150/minOnr=15/minNnrΔ=，且在不同转速下额定速降
不变，试问系统可以达成的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ NnΔ

解 系统可以达成的调速范围为

maxminnDn===
.

系统允许的静差率 1115100%100%10%
15001115NNNDnsnDnΔ×=×=×=
+Δ+×

１－５ 某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min，规定系统的静差率，那么系
统允许的静态速降是多少？假如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？
2%s≤

解 由于
0minNNNnnsnnnΔΔ==
+Δ

所以
min1500.023.06/min110.02Nnsnrs×Δ===
..

由于
1opclnnKΔΔ=
+

所以
1001131.73.06opclnKnΔ=.=.=
Δ

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，假如
将开环放大倍数提高到30，它的速降为多少？在同样静差率规定下，调速范围可以扩大多
少倍？

解 （1） 由于 clenCΔ=dRI（1+K）

所以 clenC=Δ×dRI（1+K）=8（1+15）=128

则
1284.13/min130clenrCΔ===
+
dRI（1+K）

（2） 由
(1)
NNnSDnS=
Δ.
，可知在s和不变的情况下，D只与NnNnΔ有关

调速范围扩大1.94倍。

1－7 某调速系统的调速范围D=20，额定转速1500/minNnr=，开环转速降落
，若规定系统的静差率由10%减少到5%，则系统的开环增益将如何变
化？
240/minNopnrΔ=

解； 当s=10%时，8.33/min20NNnsnrD×Δ===
×15000.1（1-s）（1-0.1）

此时
2401127.88.33opclnKnΔ=.=.=
Δ

当s=5%时， 3.95/min20NNnsnrD×Δ===
×15000.05（1-s）（1-0.05）

此时
2401159.83.95opclnKnΔ=.=.=
Δ

则若规定系统的静差率由10%减少到5%，则系统的开环增益将变大。

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？
假如给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否可以改变转速？为什么？假如
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性

①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静

差的。

②反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。扰动性能是反馈控制系统最突出的特
征之一。

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，由于反馈控制系统完全服从给定作用。

（3）假如给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比或测速发电机的励磁发生了变化，
它不能得到反馈控制系统的克制，反而会增大被调量的误差。反馈控制系统所能克制的只是
被反馈环包围的前向通道上的扰动。

1—9 在转速负反馈调速系统中，当电网电压、负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻、测
速发电机励磁各量发生变化时，都会引起转速的变化，问系统对上述各量有无调节能力？为
什么？

答：当电网电压发生变化时，系统对其有调节能力。由于电网电压是系统的给定反馈控制系
统完全服从给定。

负载转矩、电动机励磁电流、电枢电阻变化时系统对其有调节能力。由于他们的变化最
终会影响到转速，都会被测速装置检测出来。再通过反馈控制作用，减小它们对稳态转速的
影响。

测速发电机励磁各量发生变化时，它不能得到反馈控制系统的克制，反而会增大被调量
的误差。反馈控制系统所能克制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。

1—10 有一V—M调速系统。电动机参数为：2.2220NNPkWUV12.5NIA=，
， 电枢电阻1500/minNnr=1.2aR=Ω，整流装置内阻1.5recR=Ω，触发整流环节的放
大倍数。规定系统满足调速范围D=20，静差率35sK=10%s≤。

（1）计算开环系统的静态速降和调速规定所允许的闭环静态速降。 opnΔclnΔ

（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框图。

（3）调整该系统参数，使当时，15nUV.=dNII=N，n=n，则转速负反馈系数α应当是
多少？

（4）计算放大器所需的放大倍数。

解：（1）先计算电动机的电动势系数

22023.51.20.1367min/
150012.5246.9/minNNaeNNeUIRCVnIRrC..×===.
×Δ===op
则开环系数额定速降为
（1.2+1.5）
n0.1367

额定负载时的稳态速降应为

8.33/min20NnsrD×Δ=≤=
×cl15000.1n（1-s）（1-0.1）

（2） 系统的静态结构框图如下所示

转速负反馈系统的原理图

（3） 当时，15nU.=dNII=N，n=n，则转速负反馈系数α应当是
150.011500nnNUUnnα..
====

（4）闭环系统的开环放大系数应为

246.91128.648.33opclnKnΔ=.=.=
Δ

运算放大器所需的放大倍数

28.6411.19/0.0135/0.1367PSeKKKCα===
×

1—11 在题1-10的转速负反馈系统中增设电流截止环节，规定堵转电流2dblNII≤，临界
截止电流1.2dcrNII≥，应当

选用多大的比较电压和电流反馈采样电阻？规定电流反馈采样
电阻不超过主电路总电阻的1/3，假如做不到，需要增长电流反馈放大器，试画出系统的原
理图和静态结构框图，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？

文本框: UBn
Kp Ks
α
1/CeU*
nUc ΔUn E n Ud0
Un+
+
- IdR-
UnKs
文本框: IBd
+
-
A GT MTG+
-
+
-
+
-
Utg
UdId
n+
-
-
+ Un
ΔUn
U*
n
UcUPE+
-
MTIdUn
UdUcUntg

解：由于
21.2ncomdblNScomdcrNSUUIIRUIIR.+
=≤
=≥

且=15V，计算可得.
nU1.522.5sRV=Ω=com，U

21.2ncomdblNScomdcrNSUUIIRUIIKR.+
=≤
=≥

1—12 某调速系统原理图如图1-58所示，已知数据如下：电动机；18NPkW=，220NUV=，
，941000/minNIAr==N，n0.15aR=Ω，整流装置内阻0.3recR=Ω，触发整流环节
的放大倍数。最大给定电压，当主电路电流达成最大值时，整定电流
反馈电压
40sK=15nmU.=
10imUV=

设计指标：规定系统满足调速范围D=20，静差率10%s≤，1.5dblNII=，。1.1dcrNII=。
试画出系统的静态结构框图，并计算：

（1） 转速反馈系数α。
（2） 调节器放大系数。 pK
（3） 电阻1R的数值。（放大器输入电阻020Rk=Ω）
（4） 电阻2R的数值和稳压管VS的击穿电压值。

解：（1）转速负反馈系数α应当是

150.0151000nnNUUnnα..
====

（2）先计算电动机的电动势系数

220940.150.2059min/
.4/minNNaeNNeUIRCVnIRrC..×===.
×Δ===op
则开环系数额定速降为
（0.15+0.3）
n0.2059

5.56/min20NnsrD×Δ=≤=
×cl10000.1n（1-s）（1-0.1）

闭环系统的开环放大系数应为

205.41135.95.56opclnKnΔ=.=.=
Δ

运算放大器所需的放大倍数

35.912.3/0.01540/0.2059PSeKKKCα===
×

1—13 在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当下列参数发生变化时系统是否有调节作
用，为什么？

（1） 放大器的放大系数； pK
（2） 供电电网电压；
（3） 电枢电阻aR；
（4） 电动机励磁电流；
（5） 电压反馈系数γ。

答：在电压负反馈单闭环有静差调速系统中，当放大器的放大系数发生变化时系统有调
节作用再通过反馈控制作用，由于他们的变化最终会影响到转速，减小它们对稳态转速的影
响。
pK

电动机励磁电流、电枢电阻aR发生变化时仍然和开环系统同样，由于电枢电阻处在反
馈环外。

当供电电网电压发生变化时系统有调节作用。由于电网电压是系统的给定反馈控制系统
完全服从给定。

当电压反馈系数γ发生变化时，它不能得到反馈控制系统的克制，反而会增大被调量的
误差。反馈控制系统所能克制的只是被反馈环包围的前向通道上的扰动。

1-13 有一个V—M系统，已知：电动机：2.822023.6NNNPkWUVI===，，
，，整流装置内阻1500/minr=Nn1.5aR=Ω1recR=Ω，触发整流环节的放大倍数
。 35sK=
（1） 系统开环工作时，试计算调速范围D=30时的静差率s值。
（2） 当D=30，s=10%，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，规定D=30，10%s=，在时， 10nUV.=

dNII=N，n=n，计算转速负反馈系数α和放大器放大系数。 pK
（4） 如将上述调速系统改为电压负反馈有静差调速系统，仍规定期，
并保持系统本来的开环放大系数K不变，试求在D=30时静
10nUV.=
dNII=N，n=n

差率。

解：（1）系统开环工作时，

22023.61.50.1311min/
1500NNaeNUIRCVn..×===.

15.6297.5/minNeIRrC×Δ===op
则开环系数额定速降为
（1.5+1）
n0.1311

则
30297.5100%100%85.6%
.5NNNDnsnDnΔ×=×=×=
+Δ+×

（2）当D=30，s=10%，系统允许的稳态速降

15000.15.56/min30NNnsnrD×Δ===
×（1-s）（1-0.1）

（3）当时，10nU.=dNII=N，n=n，则转速负反馈系数α应当是
100.0071500nnNUUnnα..
====

闭环系统的开环放大系数应为

297.51152.515.56opclnKnΔ=.=.=
Δ

运算放大器所需的放大倍数

52.5130.6/0.00735/0.1311PSeKKKCα===
×

（4）在电压负反馈有静差调速系统中，开环与闭环的速降是同样的，

所以 297.5/minclopnnrΔ=Δ=

30297.5100%100%85.6%
.5NNNDnsnDnΔ×=×=×=
+Δ+×

1-15 在题1-10的系统中，若主电路电感L=50mH，系统运动部分的飞轮惯量
，整流装置采用三相零式电路，试判断按题1-10规定设计的转速负
反馈系统能否稳定运营？假如保证系统稳定运营，允许的最大开环放大系数K是多
少？
21.6GDNm=.
解：计算系统中各环节的时间常数：

电磁时间常数
0.050.01851.21.5lLTsR===
+

机电时间常数
21.6(1.21.5)0..13670.1367memGDRTsCCπ×+
===
×××

三相桥式整流电路，晶闸管装置的滞后时间常数为 0.00167sTs=

为保证系统稳定，开环放大系数应满足的稳定条件：

22()0.065(0.01850.00167)0.0016742.50.01850.00167mlsslsTTTTKTT++×++
<=
×

由于 23.1>28.75,所以该系统不可以稳定运营,

假如保证系统稳定运营，允许的最大开环放大系数K最大为23.1.

1-16 为什么用积分控制的调速系统是无静差的？在转速单闭环调速系统中，当积分调节器
的输入偏差电压时，调节器的输出电压是多少？它取决于那些因素？ 0UΔ=

答；在动态过程中，当变化时，只要其极性不变，积分调节器的输出便一直增长；
只有达成时，才停止上升；不到
nUΔcU,0nnnUUU.=Δ=cUnUΔ变负，不会下降。当
时，并不是零，而是一个终值；假如
cU0nUΔ=
cUn

UΔ不再变化，这个终值便保持恒定而不再变化，
这是积分控制的特点。因此，积分控制可以使系统在无静差的情况下保持恒速运营，实现无
静差调速。

比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏
差量的所有历史。虽然现在，但历史上有过0nUΔ=nUΔ，其积分就有一定数值，足以产
生稳态运营时需要的控制电压。 cU

1-17 在无静差转速单闭环调速系统中，转速的稳态精度是否还受给定电源和测速发电机精
度的影响？并说明理由。

答：系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。

因此转速的稳态精度还受给定电源和测速发电机精度的影响。

1-18 采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运营时的速度是否有静差？为
什么？试说明理由。

答：采用比例积分调节器控制的电压负反馈调速系统，稳态运营时的速度是无静差的。

电压负反馈实际是一个自动调压系统，只有被包围的电力电子装置内阻引起的稳态速降被
减小到1/（1+K），它的稳态性能比带同样放大器的转速负反馈系统要差。但基本控制原
理与转速负反馈类似。它与转速负反馈同样可以实现无静差调节。

第二章 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法
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nKsK行不行？改变

转速反馈系数α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：双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系

因此 转速 n 是由给定电压决定的；改变转速反馈系数也可以改变电动机转速。改变转
速调节器的放大倍数和电力电子变换器的放大倍数
nU.
nKsK 不可以。

2-2 转速、电流双闭环调速系统稳态运营时，两个调节器的输入偏差电压和输出电压各是
多少？为什么？

答：当两个调节器都不饱和时，它们的输入偏差电压都是零

转速调节器ASR的输出限幅电压imU.决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR
的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。 cmUdmU

2-3 假如转速、电流双闭环调速系统中的转速调节器不是PI调节器，而改为P调节器，对
系统的静、动态性能将会产生什么影响？

答：改为P调节器时其输出量总是正比于输入量，PI调节器的输出量在动态过程中决定于
输入量的积分，到达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关而是由它后面环节的需

要
决定的。

2-4 试从下述五个方面来比较转速、电流双闭环调速系统和带电流截止环节的转速单闭环
调速系统：

（1）调速系统的静态特性；

（2）动态限流性能；

（3）起动的快速性；

（4）抗负载扰动的性能；

（5）抗电源电压波动的性能。

答：（1）转速、电流双闭环调速系统在稳态工作点上，转速 n 是由给定电压决定的。
ASR的输出量U*i是由负载电流 IdL 决定的。控制电压Uc的大小则同时取决于n和Id，
或者说，同时取决于和 IdL。双闭环调速系统的稳态参数计算是和无静差系统的稳态计
算相似。
nU.
nU.

带电流截止环节的转速单闭环调速系统静态特性特点：电流负反馈的作用相称于在主电
路中串入一个大电阻 Kp Ks Rs ，因而稳态速降极大，特性急剧下垂；比较电压 Ucom 与
给定电压 Un* 的作用一致，好象把抱负空载转速提高了。这样的两段式静特性常称作下垂
特性或挖土机特性。

（2）

（3）双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：饱和非线性控制、转速超调、准
时间最优控制。

（4）由动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器
ASR来产生抗负载扰动的作用。在设计ASR时，应规定有较好的抗扰性能指标。

0n*
nnnUUαα===

（5）在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环
节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。双闭环系统中，由于增设了
电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才干
反馈回来，抗扰性能大有改善。

2-5 在转速、电流双闭环调速系统中，两个调节器均采用PI调节器。当系统带额定负载运
行时，转速反馈线忽然断线，系统重新进入稳态后，电流调节器的输入偏差电压是否
为零？为什么？
iUΔ

2-6 在转速、电流双闭环调速系统中，转速给定信号nU.未改变，若增大转速反馈系数α，
系统稳定后转速反馈电压是增长还是减少？为什么？ nU

2-7 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：3.7,220,20,1000/minNNNNPkWUVIAnr====，电枢回路总电阻
，设，电枢回路最大电流1.5R=Ω8nmimomUUU..===40dmIA=，电力电子变换器的
放大系数。试求： 40sK=

（1）电流反馈系数β和转速反馈系数α；

（2）当电动机在最高速发生堵转时的、0dUiU.、、值。 iUcU

解：（1）稳态时

80.2/
40imdmimdmUIUVAIββ.
.
=
===
由于
所以

max80.008min/
1000nmUVrnα.
===.

（2）电动机在最高速发生堵转时n=0

0401.560dedUCnIR=+=×=

8iidUUIβ.=.==

8iUV=

0601.540dcsUUVK===

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
达成时，主电路电流达成最大电流80A。当负载电流由40A增长到70A时，试问： 8imU.=

（1）应如何变化？ iU.

（2）应如何变化？ cU

（3）值由哪些条件决定？ cU

2-9 在转速、电流双闭环调速系统中，电动机拖动恒转矩负载在额定工作点正常运营，现
因某种因素使电动机励磁电源电压忽然下降一半，系统工作情况将会如何变化？写出、
、、
iU.
cU0dUdI及n在系统重新进入稳定后的表达式。

2-10 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，规定阶跃响应超调量
10%σ≤。

（1）求系统的开环增益；

（2）计算过度过程时间st和上升时间tτ；

（3）绘出开环对数幅频特性。假如规定上升时间0.25tτ<，则K=？，?σ=

2-11 有一个系统，其控制对象的传递函数为110()
10.011objKWsssτ==
++
，规定设计一个
无静差系统，在阶跃输入下系统超调量5%σ≤（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。

2-12 有一个闭环系统，其控制对象的传递函数为110()
(1)(0.021)objKWssTsss==
++
，规定
校正为典型II型系统，在阶跃输入下系统超调量30%σ≤（按线性系统考虑）。试决定调节
器结构，并选择其参数。

2-13 调节对象的传递函数为
18()
(0.251)(0.0051)objWsss=
++
，规定用调节器分别将其校
正为典型I型和II型系统，求调节器的结构与参数。

2-14 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：，电动势系数
，主回路总电阻
60,220,308,1000/minNNNNPkWUVIAnr====
0.196min/eCV=.0.18R=Ω，触发整流环节的放大倍数。电35sK=

磁时间常数，机电时间常数0.012lT=0.12mT=，电流反馈滤波时间常数，
转速反馈滤波时间常数。额定转速时的给定电压 ，调节器ASR、
ACR饱和输出电压。
0.0025oiTs=
0.015onT=()10nNU.=
8,6.5imomUVU.==

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5%iσ≤，空载起
动到额定转速时的转速超调量10%nσ≤。试求：

（1）拟定电流反馈系数β（假设起动电流限制在339A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iR、、。画出其电路图，调节器输
入回路电阻
iCoiC040Rk=Ω；

（3）设计转速调节器ASR，计算其参数nR、、。（nConC040Rk=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nσ。

（5）计算空栽起动到额定转速的时间。

解：1.电流反馈系数β和转速反馈系数α分别为

80.0236/
339imdmUVAIβ.
===

max100.01min/
1000nmUVrnα.
===.

2.（1）拟定期间常数

① 整流装置滞后时间常数Ts.按表1-2,三相零式电路的平均失控时间Ts=0.0033s.

② 电流滤波时间常数Toi.三相桥式电路每个波头的时间是3.3ms,为了基本滤平波头,应有
(1–2)Toi=3.33ms,因此取Toi=2.5ms=0.0025s.

③ 电流环小时间常数之和.按小时间常数近似解决,取
iTΣ0.0058SoiiTTT=+=Σ

（2）选择电流调节器结构

根据设计规定iσ≤5℅,并保证稳态电流无差,可按典型I型系统设计电流调节器.电流
环控制对象是双惯性型的,因此可用PI型电流调节器,其传递函数见式(2-57).

检核对电源电压的抗扰性能:
0.0122.070.0058liTsTs==
Σ,参照表2-3的典型I型系统动态
抗扰性能,各项指标都是可以接受的.

（3）计算电流调节器参数

电流调节器超前时间常数: l=T=0.012siτ.

电流环开环增益:规定iσ≤5℅时,按表2-2,应取,因此 10.5iKT=Σ

1I0.50.5K80.0058isTs.===
Σ

于是,ACR的比例系数为:
860.0120.180.225350.0236IiisKRKKτβ××===
×

（4）校验近似条件

电流环截止频率: 186ciIKsω.==

① 晶闸管整流装置传递函数的近似条件

.0033cissTsω.==
×

满足近似条件.

② 忽略反电动势变化对对电流环动态影响的条件
1113379.060.120.012cimlsTTssω.=×=<
×

满足近似条件.

③ 电流环小时间常数近似解决条件

11111116.1330.00330.0025cisoisTTssω.=×=>
×

满足近似条件.

（5）计算调节器电阻电容

由图2-25,按所用运算放大器取0R=40kΩ,各电阻和电容值为
00.225409iiRKRkk==×Ω=

636300.0121.33101.33,1.33910440.00250.25100.25,0.24010iiioioiCFFFRTCFFFRτμμμμ.
.
===×=
××===×=
×
取
取

按照上述参数,电流环可以达成的动态跟随性能指标为iσ=4.3℅<5℅(见表2-2),满足设计
规定.

3. （1）拟定期间常数

① 电流环等效时间常数1/.已取IK0.5IiKT=Σ,
I1220.00580.0116KiTs==×=Σ
② 转速滤波时间常数.根据所用测速发电机纹波情况,取=0.01s. onTonT
③ 转速环小时间常数.按小时间常数近似解决,取
nTΣ1=0.0116s+0.015s=0.0266sonnITTK=+Σ

（2）选择转速调节器结构按照设计规定,选用PI调节器,其传递函数ASRWττnnnK（s+1）
（s）=
s

（3）计算转速调节器参数按跟随和抗扰性能都较好的原则,取h=3,则 ASR的超前时间常数
为=h=30.0266s=0.0798snnTτ×Σ

由式(2-75)可得转速环开环增益: .12230.0266NnhKshT..+
===
××Σ

于是,由式(2-76)可得ASP的比例系数为:
(1)40.02360.1960.127.732230.010.180.0266emnnhCTKhRTβα+×××==
××××Σ

（4）检查近似条件

由式(2-33)得转速环截止频率为

: 111314.10.079825.1NcnNnKKsωτω..===×=

①电流环传递函数简化条件为:

11118640.6330.0058IcniKssTω..=×=>
Σ,满足简化条件.

②转速环小时间常数近似解决条件为:

11118625.2330.01IcnonKssTω..=×=> ,满足近似条件.

（5）计算调节器电阻和电容

根据图2-27,取,则 0=40kRΩ07.7340309.2,310nnRKRkkk==×Ω=Ω取

636300.07980.257100.257,0..0151.5101.5,4010nnnononCFFFRTCFFFRτμμμμ.
.
===×=
××===×=
×
取
取1.5

（6）校核转速超调量

当h=3时,由表2-6查得, nσ=52.6℅,不能满足设计规定.事实上,由于表2-6是按线性系统
计算的,而突加阶跃给定期,ASR饱和,不符合线性系统的前提,应当按ASR退饱和的情况重新
计算超调量。

（7） 由表2-7查得,max372.2%
bChCΔ==由得，

3391.1308mNIIλ===
max*
3080.180.02660.1962272.2%1.19.96%10%
10000.12nnbmTCCnTσλ×ΔΔΣ=×=××××=<Nn（）（-z）

4.假如只起动

5.空载起动到额定转速的时间

2267.73100.02660.3861480.0236308nnnimdLKUhtThUIβ.
.
×....≈=××....Σ+..×....

2-15 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：
，电动势系数， 555,750,760,375/minNNNNPkWUVIAnr====1.82min/eCV=.

电枢回路总电阻0.14R=Ω，允许电流过载倍数1.5λ=，触发整流环节的放大倍数

75sK=。电磁时间常数，机电时间常数0.031lT=0.112mT=，电流反馈滤波时间常数
，转速反馈滤波时间常数0.002oiT=0.02onT=。设调节器输入输出电压
，调节器输入电阻10nmimomUUU..===040Rk=Ω。

设计指标：稳态无静差，电流超调量5%iσ≤，空载起动到额定转速时的转速超调量
10%nσ≤。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ciω和转速环的截止频率cnω，并考虑它们是否合理。

2-16 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时，15nmUV.=1500/minNnnr==；电
流给定信号最大值时，允许最大电流10imU.=30dmIA=，电枢回路总电阻2R=Ω，晶
闸管装置的放大倍数，电动机额定电流30sK=20NIA=，电动势系数
，现系统在，0.128min/eCV=.5nUV.=20dlIA=时稳定运营。求此时的稳态转速n=？
ACR的输出电压?cU=

（2）当系统在上述情况下运营时，电动机忽然失磁（0Φ=），系统将会发生什么现象？
试分析并说明。若系统可以稳定下来，则稳定后n=？?nU=?iU.=?dI=?cU=

（3）该系统转速环按典型II型系统设计，且按准则选择参数，取中频宽h=5，
已知转速环小时间常数，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。
minM0.05nT=Σ

（4）该系统由空载（）突加额定负载时，电流0dLI=dI和转速n的动态过程波形是
如何的？已知机电时间常数，计算其最大动态速降0.05mT=maxnΔ和恢复时间。 Vt

2-17 有一转速、电流双闭环控制的H性形双极式PWM直流调速系统，已知电动机参数为：

200,48,3.7,200/minNNNNPkWUVIAnr====，电枢电阻6.5aR=Ω，电枢回路总
电阻，允许电流过载倍数8R=Ω2λ=，电势系数0.12min/eCV=.，电磁时间常数

0.015lT=，机电时间常数，，电流反馈滤波时间常数0.2mT=0.001oiT=，转速反馈
滤波时间常数。设调节器输入输出电压，调节器输入
电阻
0.005onT=10nmimomUUU..===
040Rk=。已计算出晶体管D202的开关频率f=1kHz，PWM环节的放大倍数
。 4.8sK=

试对该系统进行动态参数设计，设计指标：稳态无静差，电流超调量5%iσ≤；空载起
动到额定转速时的转速超调量20%nσ≤；过载过程时间0.1sts≤。

第3章 直流调速系统的数字控制

3-1 直流电机额定转速，电枢电流额定值为375/minNnr=760dNIA=，允许过流倍数
1. 5λ=，计算机内部定点数占一个字的