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运动控制系统第4版课后习题答案完整版_陈伯时_上海大学


I d b l 2 I N 25 A , I dcr 1.2 I N 15 A I dcr U com / Rs 15 U com / Rs
* I dbl U n U com / Rs 25 15 U com / Rs Rs 1.5



2.2 系统的调速范围是 1000~100 r min ,要求静差率 s=2%,那么系统允许的静差转速降是 多少? 解: n
nn s
D(1 s)
1000 0.02 (10 0.98) 2.04rpm
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 n0 max 1500r min ,最低转速特性为
发整流环节的放大倍数 K s 35 。 (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 % 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 D 30 , s 10 % ,在 U n 10V 时 I d I N ,
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:PN 2.8kW ,U N 220V , I N 15.6 A ,
n N 1500 r/min, R a =1.5Ω,整流装置内阻 R rec =1Ω, 电枢回路电抗器电阻 RL =0.8Ω, 触
可以求得, K p
K * Ce 35.955* 0.134 14.34 Ks * 35* 0.0096
也可以用粗略算法:
Un
* Un 15 U n n , 0.01 n 1500
K p KCe / K s ,
K p 35.955 0.134 / 35 0.01 13.76


nop 1 K ncl 1 15 8 128
如果将开环放大倍数提高到 30, 则速降为:
ncl nop / 1 K 128 / 1 30 4.13rpm
在同样静差率要求下,D 可以扩大 ncl 1 / ncl 2 1.937 倍 2.9 有一 V-M 调速系统:电动机参数 PN=2.2kW, UN =220V , I N =12.5A, nN =1500 r/min,电枢 电阻 Ra=1.5Ω,电枢回路电抗器电阻 RL=0.8Ω,整流装置内阻 Rre c=1.0Ω, 触发整流环节的放 大倍数 Ks =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 Δnop 和调速要求所允许的闭环静态速降 Δncl 。 (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 Un *=15V 时, Id =IN , n=nN , 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)
2.5 某 龙 门 刨 床 工 作 台 采 用 V-M
5.33
调 速 系 统 。 已 知 直 流 电 动 机 ,主电路总电阻 1r 0 0 0 mR=0.18 i n Ω,Ce=0.2V
PN 6 0k W , N U
•min/r, 求:
2 2 V 0N I ,
3 0 A 5n , N
(1)当电流连续时,在额定负载下的转速降落 nN 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 S N 多少? (3)若要满足 D=20,s ≤5%的要求,额定负载下的转速降落 nN 又为多少? 解:(1) nN I N R Ce 305 0.18 0.2 274.5r / min (2) S N nN n0 274.5 (1000 274.5) 21.5% (3) n nN S [ D(1 s)] 1000 0.05 [20 0.95] 2.63r / min
n U N I N Ra / Ce Ce 220 12.5 1.5 / 1500 201.25 / 1500 0.134V min/ r
n U N I N R / Ce nop I N R / Ce 12.5 3.3 / 0.134 307.836r / min
n n N ,计算转速负反馈系数 和放大器放大系数 K p 。
Tl L / R 0.05 / 3.3 0.015s Tm GD 2 R / 375CeCm 1.6 3.3 / 375 0.134 0.134 30 / 3.14 5.28 / 64.33 0.082 s Ts 0.00333s
2 2 K / 0.0151* 0.00333) Tm Tl Ts Ts / Tl Ts 0.082 0.015 0.00333 0.00333 ( 2 0.0015 0.00333 / 0.00004983 30.52
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 I dbl 2 I N , 临界截止 电流 I dcr 1.2 I N , 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)









当 n=0 时,
* * I dbl K p K s U n KiU com / R K p K s Ki Rs U n KiU com / Ki Rs
25 15 16.5Ki /1.1Ki Ki 15 / 22.5 13.5 1.36
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 GD =1.6Nm ,
2
2
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:
L 50 mH , GD2 1.6 Nm2 , R 3.3 , Ce 0.134V U d 8.8 2 15 264V , 开环输出电压是闭环的 22 倍 (3) Uu U d (1 K p K s ) K p K s 12 (1 2 15 0.35) (2 15) 4.6V
*
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 s 5% ,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) D n N s / n N 1 s
10 1500 2% / nN 98%
nN 1500 2% / 98% 10 3.06r / min
2) K nop / ncl 1 100 / 3.06 1 31 .7 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:
2) 静差率 s nN n0 15 150 10%
2.4 直流电动机为 PN =74kW,UN=220V,IN =378A,nN =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: Ce (U N I N Ra ) nN (220 378 0.023) 1430 0.1478V rpm
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Uu 8.8V 、比例调节器 放大系数 K P 2 、晶闸管装置放大系数 K S 15 、反馈系数γ=0.7。求: (1)输出电压U d ; (2)若把反馈线断开, U d 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) U d K p K sUu (1 K p K s ) 2 15 8.8 (1 2 15 0.7) 12V
n0 min 150r min ,带额定负载时的速度降落 nN 15r min ,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 D nmax nmin (均指额定负载情况下)
nmax n0 max nN 1500 15 1485 nmin n0 min nN 150 15 135 D nmax nmin 1485 135 11
U com 15 1.5 22 .5V
(2)
( R / 3) 1.0 1.5 0.8 / 3 1.1, 不符合要求,取Rs 1.1,
Rs ( R / 3)
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 Rs 1.1 ,则 Ucom I dcr Rs 15 1.1 16.5V





K nop / ncl 1 307.836 / 8.33 1 35.955
1500 35.955 15 / 1 35.955 12.5 3.3 / 0.134 1 35.955
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