.. . .. . .
Coi=4τi/R0=4*0.012/40=0.2μF (取0.2μF)
③ * 电流环等效时间常数为2T∑I=0.0116S, 转速反馈滤波时间常数Ton=0.015S
转速环最小时间常数T∑n=2T∑I+Ton=0.0266S, 机电时间常数Tm=0.12S,
电动势系数Ce=0.196V. min／r,
* 由于设计要求无静差，转速调节器必须有积分环节；又跟据动态要求，空载启动到额定转速时的转速超调量σn≤5%, 应按典型Ⅱ型系统设计转速环。故ASR选用PI调节器. * 按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5,则ASR的超前时间常数为
τn=hT∑n=5*0.0266=0.133S
KN=
h?122h2T?n=
5?12?52?0.02662=169.6
Kn=
(h?1)?CeTm(5?1)?0.024?0.196?0.12?=70.74
2h?RT?n2?5?0.001?0.18?0.0266* 由转速调节器的原理图可知，取R0=40KΩ,则
Rn=Kn*R0=70.7*40=2828KΩ (取Rn=2830KΩ) Cn=τn/Rn=0.133/2830=0.047μF (取Cn=0.05μF) Con=4Ton/R0=4*0.015/40=1.5μF (取Con=1.5μF) ④ 计算电动机带40%额定负载启动到最低转速时的转速超调量σn
σn%=（Δcmax/Cb）%·2（λ-Z）(Δnnom/n*)·(T∑n/Tm)
当h=5时，（Δcmax/Cb）%=81.2%，而
Δnnom=IdnomR/Ce=1.2*9.5/0.113=100.9r/min
σn%=81.2%*2*1.5*100.9*0.0274/(1600*0.1)=4.24%<10%
⑤ 计算空载启动到额定转速的时间
2-15有一个转速、电流双闭环调速系统，主电路采用三相桥式整流电路, 已知电动机额定参数: PN＝
555KW，UN＝750V，IN=760A，nN=375r／min，电动势系数Ce=1.82V. min／r, 主回路总电阻R＝0.14?，允许电流过载倍数λ=1.5, 触发整流环节的放大倍数Ks=75, 电磁时间常数Tl=0.03S, 机电时间常数Tm=0.112S, 电流反馈滤波时间常数Toi=0.002S 转速反馈滤波时间常数Ton=0.02S. 设调节器输入电压U*nm=U*im=Ucm=10V, 调节器输入回路电阻R0=40K?
设计指标：稳态无静差，电流超调量σi≤5%,空载启动到额定转速时的转速超调量σn≤10%, 可电流调节器已按典型Ⅰ型系统设计，并取参数KT=0.5, 试求:
① 选择转速调节器ASR结构， 计算其参数Rn、Cn、Con， R0=40K? ② 计算电流环的截止频率wc和转速环的截止频率wn，并考虑他们是否合理.
解: ① * 电流调节器已按典型Ⅰ型系统设计，并取参数KT=0.5, 由于设计要求无静差，转速调节器必须有积分环节；又跟据动态要求，空载启动到额定转速时的转速超调量σn≤10%, 应按典型Ⅱ形系统设计转速环。故ASR选用PI调节器.
* 三相桥式晶闸管整流装置的平均失控时间TS=0.00167S,
电流环最小时间常数T∑i= TS+Toi=0.00167+0.002=0.0037S 转速环最小时间常数T∑n=2T∑I+Ton=2*0.0037+0.02=0.0274S 按跟随和抗扰性能都较好的原则，取h=5,则ASR的超前时间常数为
τn=hT∑n=5*0.0274=0.137S
S. . . . . ..
.. . .. . .
KN=
h?122h2T?n=
5?12?52?0.01372=87.6
*Unα=
n*Unm=nNUi*=10/375=0.027 β=
n*Uim=idm=10/*1.5*760)=0.009
Kn=
(h?1)?CeTm(5?1)?0.009?0.196?0.12?=1.9
2h?RT?n2?5?0.027?0.18?0.0137* 由转速调节器的原理图可知，取R0=40KΩ,则
Rn=Kn*R0=1.9*40=76KΩ (取Rn=76KΩ) Cn=τn/Rn=0.137/76=1.8μF (取Cn=1.8μF) Con=4Ton/R0=4*0.02/40=2μF (取Con=2μF) ② 计算电流环的截止频率wc的计算和验证如下：
根据设计要求: 稳态无静差，电流超调量σi≤5%, 因此可按典型Ⅰ型系统设计, 电流调节器选用PI型。检查对单源电压的抗扰性： 标是可以接受的.
* ACR超前时间常数：τi=Tl=0.03S, 要求σi≦5%时，应取KIT∑i=0.5,因此
KI=0.5/T∑I=0.5/0.0037=135.1 S-1 电流环截止频率ωci=KI=135.1 1/s
晶闸管装置传递函数近似条件： 1/3Ts=1/(3×0.0017)=196.11/s>ωc,满足近似条件。
忽略反电动势对电流环的影响的条件:
TLT?i=0.03/0.0037=8.11〈10 参考典型Ⅰ型系统的动态抗扰性能,各项指
ωci≥3
1TmTl 3
1TmTl=310.112?0.03=
=3*17.25=53<ωc满足近似条件。
小时间常数近似处理条件：
113TsToi1130.017?0.02=180.8 S-1>ωc 满足近似条件。
和转速环的截止频率wnwc的计算和验证如下：
转速环截止频率为：ωn=KN/ωi=KNτn=87.6*0.137=12 S-1 电流环传递函数简化条件：
1KI1135.1?3T?i30.0037=63.7 S-1>ωn满足简化条件。
转速环小时间常数近似处理条件：
1KI1135.1?=27.4>ωn, 满足近似条件。
3Ton30.022-16 在一转速、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, n=nN=1500r／min; 电流给定信号最大值U*im =10V, 允许最大电流Idm =30A, 电枢回路总电阻R＝2?, 晶闸管装置的放大倍数Ks=30,电动机的额定电流IN=20A, 电动势系数Ce=0.128V. min／r, 现系统在U*n=5V, IdL=20A时稳定运行.求此时的稳态转速n=?, ACR的输出电压UC=?
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.
S. . . . . ..
.. . .. . . 若系统能够稳定下来,则稳定后n=?, Un=?, U*I=?, Ui=?, Id =?, UC=?,
③ 该系统转速环按典型Ⅱ型系统设计,且按Mmin准则选择参数, 取中频宽h=5, 转速环小时间常数T∑n=0.05, 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(IdL=0)突加额定负载时,电流Id和转速n的动态过程波形是怎样的?已知机电时间常数Tm=0.05S, 计算其最大动态降落△nmax和恢复时间tv.
2-17 有一转速、电流双闭环控制的H型双极式PWM直流调速系统, 已知电动机参数为: PN＝200KW，
UN＝48V，IN=3.7A，nN=200r／min，电枢电阻Ra＝6.5?, 电枢回路总电阻R＝8?，允许电流过载倍数λ=2, 电动势系数Ce=0.12V. min／r, 电磁时间常数Tl=0.015S, 机电时间常数Tm=0.2S, 电流反馈滤波时间常数Toi=0.001S 转速反馈滤波时间常数Ton=0.005S. 设调节器输入电压U*nm=U*im=Ucm=10V, 调节器输入回路电阻R0=40K?, 已计算出电力晶体管D202的开关频率f=1kHz,PWM环节的放大倍数Ks=4.8
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σi≤5%,空载启动到额定转速时的转速超调量σn≤20%, 过渡过程时间ts≤0.1S
问题2-18：哪些是控制系统的稳态性能指标、稳定性指标和动态性能指标？
① 稳态性能指标是：调速围D=nmax/nmin=nnom/nmin和静差率S=△nnom/n0*100%② 稳定性指标：柏德图（对数幅频特性和对数幅频特性）
典型Ⅰ型系：对数幅频特性以－20dB/dec的斜率穿越零分贝线，只有保证足够的中频带宽度，系统就一定是稳定的，且有足够的稳定裕量。γ=90° -tg-1 ωcT > 45°典型Ⅱ型系统：对数幅频特性以－20dB/dec的斜率穿越零分贝线。
γ=180°-180°+tg-1ωct-tg-1ωcT=tg-1ωct-tg-1ωcT③ 动态性能指标分跟随性能指标和
抗扰性能指标：
跟随性能指标 上升时间：在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量从零起第一次上升到稳态值所经过的时间（有些教材定义为10%--90%）
超调量：在典型的阶跃响应跟随过程中，输出量超出稳态值的最大偏移量
与稳态值之比。
调节时间：又称过度过程时间原则上是系统从给定量阶跃变化到输出量完全
稳定下来的时间。一般在阶跃响应曲线的稳态值附近， 取±5%（或±2%）的围作为允许误差。
抗扰性能指标： 动态降落：在系统稳定时，突加一个约定的标准的扰动量，在过度过程中引起
的输出量最大降落值。
恢复时间：从阶跃扰动作用开始，到输出量基本恢复稳态，距新稳态值之差
进入某基准量的±5% （或±2%）围之所需的时间。
2-19 转速、电流双闭环调速系统启动过程的特点是 饱和非线性控制 、 转速超调 和 准时间最优 。
2-20、调节器的设计顺序是 先环后外环:从环开始,逐步向外扩展 。常用的调节器设计方法有工程设计方法 、 调节器最佳整定方法 、模型系统法和 振荡指标法。
2-21、转速、电流双闭环调速系统中，转速环按典型 Ⅱ 型系统设计，抗扰能力 强 ，稳态无静差 。
2-22、转速、电流双闭环调速系统中，电流环按典型 Ⅰ型系统设计，抗扰能力 较差 ，超调 小 。
S. . . . . ..
.. . .. . . 2-23、在电机调速控制系统中，对于（ C ）的扰动，系统是无能为力的。
A、运算放大器的参数的变化； B、电机励磁电压的变化； C、转速反馈参数的变化； D、电网电压的变化
2-24 带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，
则调节器的输出为（ A ）
A、零； B、大于零的定值 C、小于零的定值； D、保持原先的值不变
2-25 带有比例积分调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，
则调节器的输出为（B ）
A、零； B、大于零的定值 C、小于零的定值； D、保持原先的值不变
无静差调速系统的PＩ调节器中P部份的作用是（ A）
A、消除稳态误差； B、不能消除稳态误差也不能加快动态响应 C、既消除稳态误差又加快动态响应；D、加快动态响应
2-27、双闭环调速系统在稳定时，控制电压Uct的大小取决于（C）。P51
A、转速n; B、负载电流Idl C、转速n和负载电流Idl; D、电流反馈系数β
2-28 转速电流双闭环调速系统在起动的恒流升速阶段中，两个调节器的关系为（ C ）
A、AＳＲ和ACＲ均饱和限幅输出; B、AＳＲ不饱和，ACＲ饱的限幅输出 C、AＳＲ饱和限幅输出，ACＲ不饱和; D、AＳＲ和ACＲ均不饱和
2-29、带电流变化率环的三环调速系统中的电流变化率调节器一般采用 积分 调节器.
2-30、带电压环的三环调速系统中的电压调节器一般采用 积分 调节器.
2-31转速微分负反馈的引入，可使转速调节器在起动时 转速调节器退饱和时间提前τdn,使得转速调节器提前进入调节状态，从而抑制了超调。
2-32、带比例调节器的单闭环调速系统的开环放大系数_大于_临界放大系数时，系统将不稳定。P29
2-33、有一采用PI调节器的双闭环调速系统，已知电动机参数：Unom＝220V，Inom=100A，nnom=1000r／min，?=1.5, U*n＝10V, Ks=30, ASR、ACR限幅值为U*im＝10V， Uctm＝8V，电枢主回路总电阻R＝1?，系统的转速反馈系数?＝10/1000=0.001 , ?＝10/150=0.067，系统原来稳定运行在额定工作状态，突然转速反馈线断线，系统重新稳定后，U*i＝__10V___，n=___1000r／min_，Uct＝__8V_，Id=_100A_.
2-34、在转速、电流双闭环调速系统中，电流环为什么校正成典型Ⅰ型系统，转速环为什么校正成典型II型系统？
答：在转速、电流双闭环调速系统中，电流环的一项重要作用是保持电枢电流在动态过程中不超过允许值，因而在突加控制作用时不希望有超调，或者超调量越小越好。从这个观点出发，应该把电流环校正成典型Ⅰ型系统。电流环的还有一项作用是对电网电压波动及时调节，为了提高其抗扰性能，又希望把电
S. . . . . ..
.. . .. . .
流环校正成典型II型系统。在一般情况下，当控制对象的两个时间常数之比抗扰恢复时间还是可以接收的，因此一般多按典型Ⅰ型系统来设计电流环。
TLT?i=〈10，典型Ⅰ型系统的
在转速、电流双闭环调速系统中，为了实现转速无静差，还必须在扰动作用点以前设置一个积分环节，因此需要II型系统。再从动态性能来看，调速系统首先需要有较好的抗扰性能，所以把转速环校正成典型II型系统。
2-35、弱磁控制的直流调速系统属于（ B ）。A、恒转矩调速 B、恒功率
调速
C、恒磁通调速； D、不能确定
2-36、典Ⅰ型系统在阶跃输入：R(t)=R0的稳态误差是（ A ）。
A、0； B、R0 C、R0/K； D、无穷大
2-36、典Ⅰ型系统在阶跃输入：R(t)=R0的稳态误差是（ A ）。
A、0； B、R0 C、R0/K； D、无穷大
2-37、典Ⅰ型系统在斜坡输入：R(t)=V0t的稳态误差是（ C ）。
A、0； B、v0 C、v0/K； D、无穷大
a0t22-38、典Ⅰ型系统在加速度输入：R(t)=
2R0的稳态误差是（ D ）。
A、0； B、a0 C、a0/K； D、无穷大
2-39、典II型系统在阶跃输入：R(t)=R0的稳态误差是（ A ）。
A、0； B、R0 C、R0/K； D、无穷大
2-40、典Ⅰ型系统在斜坡输入：R(t)=V0t的稳态误差是（ A ）。
A、0； B、v0 C、v0/K； D、无穷大
a0t22-41、典Ⅰ型系统在加速度输入：R(t)=
2R0的稳态误差是（ C ）。
A、0； B、a0 C、a0/K； D、无穷大
S. . . . . ..
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