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1、东北大学继续教育学院直流自动控制系统 试 卷（作业考核 线上） B 卷学习中心：院校学号：姓名（共 3页）总分题号一二三四五六七八九十得分第一题（15分）有一 V-M调速系统，电动机参数为Pn0m 2.5 kW , Un0m 220V , 1nom 15A , nnom 1500 r/min , Ra 2 ;整流装置内阻R 1 ,触发整流装置的放大倍数Ks 30 c 要求调速范围D=20,静差率S 10%,试求1 .计算开环系统的静态速降nop； （3分）2 .计算调速要求所允许的静态速降,；（3分）3 .采用负反馈组成闭环系统，试画出系统的静态结构图；（3分） 一一 4 .调整该系统，使Un
2、 20V时转速n 1000 r/min ,此时转速反馈系数应为多少（可 认为Un Un） （3分）5 .计算所需放大器的放大倍数。（3分）解：(1)由动机的 C” -皿=2加一52 = ”277.痴r n1500XLDUll外环素练爵态压降z,JR =+艮应)_ 1乂(2.1) = 3国331/1n1n0 127调速要求允许的器态11降An “ =也n=8.33r/miii_ 1500x01D(l-s) - 20x (1-0.1)静秀结构图：。. 上 4 J J q 1 JuTp-an- 1/G 口 N如V时n=1.000r/iiim转速反馈系数0=%之匕=卫可一山=口 口2 Vn n 100
3、0- min/ r闭坏系统的开环鼓大本应为/C = -1 =打运篁的大器所需的放大倍数为246.983S-1 = 25.64氏尸二K =28.64*/ CQ,01x 35 91367 3= 1L19第二题（20分）某调速系统如下图所示，已知数据为：电动机参数为Pnom 30kWInom 157.8A , nnom 1000 r/min，& 0.1;整流装置内阻 %c 0.3 ,放大倍数Ks 40;最大给定电压Unm 12V ,当主电路电流最大时，整定 统的设计指标为：D=20, S=10%, IdbL 1.5lnom, Idcr 1.1Inom。1 .画出系统的静态结构图；（4分）2 .计算转
4、速反馈系数；（3分）3 .计算放大器放大倍数；（4分）4 .计算电流反馈系数；（3分）5 .当Ro 20k 时，求Ri的数值；（3分）U nom 220V ,触发整流装置的Uim 45V。系6.计算稳压管的击穿电压U com o （3分）*2)当 Unm 12V 时，nnn0m 1000r/min 代入 Un n3)CeUnnnomU nomnop121000I nom RannomR InomCeo0.012V min/r220 157.8 0.11000(0.1 0.3) 157.80.2040.204V min/r309.41r/minS nnomncl(1 S)nclS nnom0.1
5、 1000100D(1S) 20 (1 0.1)185.56r/min,309.41 ,11 54.655.56KpCKsKpK CeKs54.65 0.204 ” “23.2340 0.0124)当Um45 V时，则有所以UimI dbLUm1.5Inom450.19 V/A5)KpR RR0KpRo6)U com1.5 157.823.23 20464.6kIdcr 0.19 1.1Inom 0.0841.1 157.8 32.98 V第三题（20分）设控制对象的传递函数为解：(1)用P调节器校正时，调节器传递函数为Wp(s) Kp需近似处理后才能校正成为二阶典型系统11T1s 1T1s则
6、校正后系统开环传递函数为W(s)KpK1T1S(T2s 1)(T3S 1)(T；s 1)Ks(Ts 1)式中，KKpKT1, T T2 T3 T4 0.06 0.008 0.0020.07s1为使 5% ,取二阶工程最佳参数K,，因此2TKpKK1T10.432K1T2 2 0.071.54调节时间ts 6T6 0.07 0.42s(2)用I调节器校正时，调节器传递函数为1,KiWi(s) (也可以写成 Wi(s) )iss按二阶典型系统校正，校正后开环传递函数为W2包sTh调节时间 ts 6T 6 0.01s 0.06s oKK 1按 5%,可取K ，所以i 2Ti 2K1T2 2 0.5
7、2s调节时间ts 6T 6 0.5s 3s。(3)用PI调节器校正时，调节器传递函数为Wpi(s) Kpiis取i Ti 0.43s,并将T2, T3, T4看成小时间常数，令T T2 T3 T4 0.06s 0.008S 0.002s 0.07S则按二阶典型系统校正时系统开环函数为W(s)Kpi( is 1)Kigis(Tis i)(Ts i)Ks(Ts i)同样，取KKpKii ,则2TKpii2KiT0.432 2 0.07i.54调节时间 ts 6T 6 0.07s 0.42 s o(4) 用PID调节器校正时，其传递函数为(is i)( 2s i)Wpid (s)s取Ti0.43s,
8、 2 T2 0.06s,令 T T3 T4 0.008s 0.002S 0.0is ,则按二阶典型系统校正后系统开环传递函数为(is i)( 2s i)gKs(T1s i)(T2s i)(Ts i) s(Ts i)K,1同样，取K 一，则2T2KiT 2 2 0.01s 0.04s比较采用不同调节器的 ts,可知采用PID调节器调节时间最短，效果最好；采用 I调节器调节时间最长，效果最差；采用 P调节器和PI调节器虽然有相同的调节时间，但采用P调节器时，系统是有差系统, 因此两者的稳态性能是截然不同的。第四题（45分）某品闸管供电的双闭环直流调速系统,变流装置采用三相全控桥式整流电路， 已知如
9、下数据:直流电动机：Unom 220V , Inom 624A,nnom750r/min , Ce0,278, I 1.5;变流装置：Ks 38, Ts 0,0017s；电枢回路总电阻：R 0.05时间常数:Ti0.06s, Tm 0.08s；电流反馈:0.008V/A( 5V/Inom), T0i0.002s转速反馈:0.013V min/ r( 皿)，Ton 0.005s设计要求:1,电流环按二阶典型系统设计（取工程最佳参数K），请计算电流调节器参数（不2T要求计算电阻电容值）；（20分）2,转速环按对称三阶系统设计（取对称最佳参数h 4 , Cm/Z% 88.5% ),请计（鳏转速JW4
10、0%麴雄蝌蜘娜算咽姆骄博训量刑四动的陟）电流环小时间常数为T i Ts T0i 0.0017 0.002 0.0037s电流调节器ACR的传递函数为WASR(S)KpnlnS电流环开环放大倍数:11KI 135.12T i 2 0.0037电流调节器参数选择为积分时间常数：i T1 0.06s比例放大系数：Kpi KipiR1 R 工 0.05 0.06 .2 Ks T i 2 38 0.008 0.00371.33选才i ACR输入电阻 R0 20k则ACR的反馈电阻和电容可计数如下：R KpiR0 1.33 20 26.6k ,实取 R 27kCi2.2 Fi 0.063R 26.6 10
11、滤波电容为Ci4TiRo4 0.00220 1030.4 F近似条件校验：电流环截止频率：ci KI 135.1s13 ,TsTi1、0.0017 0.002180.8s1所以ci-j满足近似条件3TsTi(2)转速环小时间常数为Tn 2Ti Ton 2 0.0037 0.005 0.0124s转速调节器ASR的传递函数为WaCR（S）K pi iS按对称三阶系统设计，取对称最佳参数h 4,则转速环开环放大倍数:Kkl 1 一h X hT n241 2 813.02 0.01242转速调节器参数选择为积分时间常数：nhTn4 0.01240.0496s比例放大系数：Kpn pl IKn813.
12、00.0496 0.008 0.278 0.080.013 0.0511.04对近似条件进行如下校验:转速环的截止频率为 cn cn1-hTn2 0.012440.3s 1电流环传递函数简化条件（cn13A13Ki3 2K i2Ki 113,2 0.003763.7s 1满足近似处理条件。转速环小时间常数近似处理条件（cn3荷 iTn）3,2TiT0n3.2 0.0037 0.005154.8s 1cn满足近似处理条件。 cn选才i ASR输入电阻 R0 20k则ASR的反馈电阻和电容可计数如下：Rn KpnR011.04 20 220.8k ,实取 Rn 230kCnnRn0.0496230 1030.21 F滤波电容为Cn4T0n4 0.005(3)Ro320 10转速环按对称三阶系统设计，取对称最佳参数h 4, cm/Z% 88.5%,基值为:Z 2NK2T 2( I 0.4)InomT2R_U 2CeTm一 0.05 0.0124 c。一1.1 38.270.278 0.08所以，带40%额定负载启动到额定转速时的超调量为:88.5% Z % 88.5% 38.27,4.51%nnom750tstCe TmnnomR ( I 0.4)Inom启动时间:0.278 0.08 750 八 _0.49s0.05 1.1 624