【正文】 解: 要求校正為典型Ⅱ型系統(tǒng),調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)選用PI調(diào)節(jié)器,WPI(S)=, τ1=hT=7*= WPI(S) Wobj(S)= 為典型Ⅱ型系統(tǒng).查典型Ⅱ型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)表可知超調(diào)量σ≤30%, h=7213 調(diào)節(jié)對象的傳遞函數(shù)為Wobj(S)=，要求分別校正成典型Ⅰ型系統(tǒng)和典型Ⅱ型系統(tǒng), 求調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。系統(tǒng)的開環(huán)增益K=wc截止頻率 KT= K=5②過渡過程時間ts==6T=上升時間tr= 取ξ=③ 上升時間tr = ξ= wn==則K=wc=wn[σ==211 有一個系統(tǒng),其控制對象的傳遞函數(shù)為Wobj(S)==，要求設(shè)計一個無靜差系統(tǒng),在階躍輸入下系統(tǒng)超調(diào)量σ≤5%(按線性系統(tǒng)考慮),試決定調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu),并選擇其參數(shù)。已知時間常數(shù)T=，要求階躍響應(yīng)超調(diào)量σ≤10%① 求系統(tǒng)的開環(huán)增益； ② 計算過渡過程時間ts和上升時間tr ③ 畫出開環(huán)對數(shù)特性。答: 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載在額定工作點(diǎn)正常運(yùn)行，現(xiàn)因某種原因使電動機(jī)勵磁電源突然下降一半，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩減小為原來的一半，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器反饋電壓Un減小, 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓增大, 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出電壓即電流調(diào)節(jié)器的給定電壓U*i增大. 電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uc增大，轉(zhuǎn)速上升，達(dá)到新的穩(wěn)定。 主電路電流達(dá)到最大電流80A，電流調(diào)節(jié)器的給定電壓U*i=U*im=8V最大保持不變,② 當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A，電流調(diào)節(jié)器反饋電壓Ui增加, 電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓減小, 電流調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uc減小.③ : 電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓(電流調(diào)節(jié)器的給定電壓U*i電流調(diào)節(jié)器反饋電壓)、條電流調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)、電流調(diào)節(jié)器積分時間常數(shù)以及電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等條件決定。當(dāng)ASR的輸出達(dá)到U*im=8V時，主電路電流達(dá)到最大電流80A，當(dāng)負(fù)載電流由40A增加到70A，試問： ① U*I如何變化？　　② Uc如何變化？　?、?？答: ① 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR、ACR兩個調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器。已知電動機(jī)參數(shù)為：PN＝，UN＝220V，IN=20A，nN=1000r／min，電樞繞組總電阻Ra＝1. 5W，U*nm =U*im＝U*cm=8V，電樞回路最大電流Idm=40A, 電力電子變換器的放大倍數(shù)Ks=40,試求:① 電流反饋系數(shù)b和轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a ② 當(dāng)電動機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時的Ud0、U*I、Ui、Uc值.解：① 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和，輸入偏差為0，α==8/1500=穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，電流調(diào)節(jié)器不飽和，輸入偏差為0，β===8/40=② 當(dāng)電動機(jī)在最高轉(zhuǎn)速發(fā)生堵轉(zhuǎn)時, 電樞回路最大電流Idm=40A, 電流調(diào)節(jié)器反饋電壓最大U*im=8V,電流調(diào)節(jié)器輸入偏差最大大，電流調(diào)節(jié)器飽和, 輸出最大U*cm=8V, 電流開環(huán).經(jīng)過電力電子變換器后的Ud0= Ks*Uc =40*8=320V., 電機(jī)轉(zhuǎn)速很小。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸入偏差為0，轉(zhuǎn)速反饋電壓Un等于轉(zhuǎn)速給定信號U*n，不變。26 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，給定信號U*n未變，增加轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓Un是增加、減小還是不變？答：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，給定信號U*n未變，增加轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器反饋電壓增加，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸入偏差變大，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出變大即電流調(diào)節(jié)器給定變大，電流調(diào)節(jié)器輸入偏差變大，電流調(diào)節(jié)器輸出變大即電機(jī)電流變大，進(jìn)入重新調(diào)節(jié)階段。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出突變?yōu)檎龢O限值U*im,電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差變大，電流調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器作用，直至進(jìn)入新的穩(wěn)定狀態(tài)，電流無靜差。當(dāng)系統(tǒng)帶額定負(fù)載運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速反饋線突然斷線，當(dāng)系統(tǒng)重新進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行時電流調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號DUi是否為零?答：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，兩個調(diào)節(jié)器均采用PI調(diào)節(jié)器。在電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電源電壓擾動的性能要差一些。 帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，負(fù)載擾動立即引起電流變化，當(dāng)電流大于截止電流Idcr時，電流調(diào)節(jié)器起作用，可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。④ 抗負(fù)載擾動的性能：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，負(fù)載擾動在轉(zhuǎn)速外環(huán)中，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動的作用。③ 啟動的快速性:在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在啟動/制動過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器在最大電流Idm附近進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，時間最短，提高了啟動/制動的快速性。② 動態(tài)限流性能:在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，將電流限制在Idm內(nèi)。24 試從下述五個方面來比較轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和帶電流截止環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)：① 調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)性能； ② 動態(tài)限流性能； ③ 啟動的快速性④ 抗負(fù)載擾動的性能；⑤ 抗電源波動的性能答：① 調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)性能:在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，整個系統(tǒng)成為一個無靜差的系統(tǒng)。23 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不是PI調(diào)節(jié)器，而是P調(diào)節(jié)器，對系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能將會產(chǎn)生什么影響?答：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用P調(diào)節(jié)器，整個系統(tǒng)成為一個有靜差的系統(tǒng)。22 在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，兩個調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓和輸出電壓各是多少？為什么?答：在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中穩(wěn)定運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和，PI的作用使得轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓為0，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出電壓由于維持在U*im（n*）。因此，可以通過改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α來改變轉(zhuǎn)速，但在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中穩(wěn)定運(yùn)行最終的轉(zhuǎn)速還是服從給定。因此，不能通過改變電力電子變換器的放大倍數(shù)Ks，來改變轉(zhuǎn)速④ 改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α，能改變轉(zhuǎn)速。② 改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)Kn，只是加快過渡過程，但轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)Kn的影響在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)內(nèi)的前向通道上，它引起的轉(zhuǎn)速變化，系統(tǒng)有調(diào)節(jié)和抑制能力。解：（1）開環(huán)系統(tǒng)的速降為 允許的靜態(tài)速降為，（2）計算放大器的放大倍數(shù)，（15分）有一轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)VM有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)，其系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示，試?yán)么藞D推導(dǎo)其靜特性方程。五、計算題(每小題15分，共30分)（15分）有一VM系統(tǒng)：電動機(jī)Pnom=，Un=220V，In=15A，nn=1500r/min，RS=2Ω，Rrec=1Ω，KS=30，要求調(diào)速范圍D=20，靜差率s=20%。答：泵升電壓產(chǎn)生的原因：采用二極管整流獲得直流電源時，電機(jī)制動時不能回饋電能，只好對濾波電容充電，使電容兩端電壓升高，產(chǎn)生泵升電壓。其中I環(huán)節(jié)的作用是消除靜差，提高系統(tǒng)的控制精度和無差度。PID控制器中的P、I、D分別代表什么環(huán)節(jié)? 并說明I環(huán)節(jié)的作用。ACR的是什么的英文縮寫？調(diào)節(jié)器的設(shè)計過程可以簡化為哪兩步？答：ACR的是電流調(diào)節(jié)器的英文縮寫。 （ ）四、簡答題(每小題5分，共20分) 在《電力拖動及其自動控制系統(tǒng)》這門課程中如何對其定義？其基本任務(wù)是什么？答：在《電力拖動及其自動控制系統(tǒng)》這門課程中對其定義如下：具有自動控制和調(diào)節(jié)工作機(jī)械的速度或位移的電力拖動系統(tǒng)稱為“電力拖動自動控制系統(tǒng)”，或者“運(yùn)動自動控制系統(tǒng)”。 （ ）當(dāng)閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)大于系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)時，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。 （ ）在無靜態(tài)調(diào)速系統(tǒng)中的PI調(diào)節(jié)器中，P 部分的作用是加快動態(tài)響應(yīng)。A、飽和非線性控制 B、轉(zhuǎn)速超調(diào) C、準(zhǔn)時間最優(yōu)控制 D、飽和線性控制在交—直—交變頻裝置中，若采用不控整流，則PWN逆變器的作用是（ C ）。 A、無靜差調(diào)速系統(tǒng) B、有靜差調(diào)速系統(tǒng) C、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) D、交流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行時，控制電壓Uct的大小取決于（ C ）。A、電網(wǎng)電壓 B、電機(jī)勵磁電壓變化 C、給定電源變化 D、運(yùn)算放大器參數(shù)變化在速度負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)下列（ C ）參數(shù)變化時系統(tǒng)無調(diào)節(jié)能力。 A、正弦波 B、方波 C、等腰三角波 D、鋸齒波常用的數(shù)字濾波方法不包括（ D ）。 A、電壓方程 B、磁鏈方程 C、轉(zhuǎn)矩方程