直流傳動 控制系統(tǒng)

1、1 第十一章 直流傳動 控制系統(tǒng) 2 直流傳動控制系統(tǒng)直流傳動控制系統(tǒng) n直流傳動控制系統(tǒng)以直流電動機為動力。直流電動機直流傳動控制系統(tǒng)以直流電動機為動力。直流電動機 雖不像交流電動機那樣結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、維修容雖不像交流電動機那樣結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、維修容 易、價格便宜等，但具有良好的調(diào)速性能，可在很寬易、價格便宜等，但具有良好的調(diào)速性能，可在很寬 的范圍平滑調(diào)速。的范圍平滑調(diào)速。 n本章將介紹機電傳動控制系統(tǒng)的一般問題（如組成、本章將介紹機電傳動控制系統(tǒng)的一般問題（如組成、 分類、方案選擇等）和直流調(diào)速系統(tǒng)。分類、方案選擇等）和直流調(diào)速系統(tǒng)。 教學目標教學目標: n了解常用自動調(diào)速系統(tǒng)的

2、調(diào)速原理、特點及適用場合了解常用自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理、特點及適用場合 3 11.1 機電傳動系統(tǒng)的組成及分類機電傳動系統(tǒng)的組成及分類 n開環(huán) n直流發(fā)電機直流電動機 （G-M）系統(tǒng)中，發(fā)電機 勵磁繞組中的勵磁電流是輸 入量，直流電動機的轉(zhuǎn)速是 輸出量?？刂戚斎肓?，就可 控制輸出量的大小。單向控 制。 4 n閉環(huán) n為了設(shè)法在負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，盡可能使電動機的轉(zhuǎn)速不變，為此，在電 動機的軸上安裝一臺測速發(fā)電機BR，它的輸出電動勢E與電動機的轉(zhuǎn)速n成 正比，若把E與給定電壓Ug比較，就可以得到差值U=Ug-E。 n當電動機負載轉(zhuǎn)矩增加引起轉(zhuǎn)速下降時，E減小，而Ug不變，則U增大使發(fā) 電機的勵磁

3、電流增加，發(fā)電機電動勢EG增加，從而使電動機的轉(zhuǎn)速上升。 n反之，當電動機負載轉(zhuǎn)矩減小引起轉(zhuǎn)速上升時，E增加使U減小，則EG減小， 從而使電動機的轉(zhuǎn)速下降。 n這種控制方法叫做反饋控制。 n輸入量和輸出量之間既有正向的控制作用，又有反向的控制作用，形成一個 閉環(huán)，稱之為閉環(huán)控制系統(tǒng)或反饋控制系統(tǒng)。 5 控制系統(tǒng)分類控制系統(tǒng)分類 n 按反饋方式分：轉(zhuǎn)速負反饋控制系統(tǒng)、電動勢負按反饋方式分：轉(zhuǎn)速負反饋控制系統(tǒng)、電動勢負 反饋控制系統(tǒng)、電壓負反饋控制系統(tǒng)及電流正反饋反饋控制系統(tǒng)、電壓負反饋控制系統(tǒng)及電流正反饋 控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)； n 按復雜程度分：單環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和多環(huán)自動調(diào)按復雜程度分：單環(huán)自動

4、調(diào)節(jié)系統(tǒng)和多環(huán)自動調(diào) 節(jié)系統(tǒng)；節(jié)系統(tǒng)； n 按穩(wěn)態(tài)誤差分：有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)和無靜差調(diào)節(jié)系按穩(wěn)態(tài)誤差分：有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)和無靜差調(diào)節(jié)系 統(tǒng)；統(tǒng)； n 按給定量的變化分：定值調(diào)節(jié)、程序調(diào)節(jié)和隨動按給定量的變化分：定值調(diào)節(jié)、程序調(diào)節(jié)和隨動 控制；控制； n 按調(diào)節(jié)動作和時間的關(guān)系：斷續(xù)控制和連續(xù)控制；按調(diào)節(jié)動作和時間的關(guān)系：斷續(xù)控制和連續(xù)控制； n 按元件特性分：線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)。按元件特性分：線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)。 6 n在生產(chǎn)的各個部門，有大量的生產(chǎn)機械要求在不 同的場合、用不同的速度進行工作，以提高生產(chǎn) 率和保證產(chǎn)品的質(zhì)量。比如機床、起重運輸設(shè)備、 造紙機、紡織機等。如何根據(jù)不

5、同生產(chǎn)機械對調(diào) 速的要求來選擇機電傳動控制系統(tǒng)的調(diào)速方案， 是本節(jié)所要介紹的內(nèi)容。 11.2 機電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇機電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇 7 n調(diào)速方法通常有機械的、電氣的、液壓的、氣動的幾種。 n在用純機械方法調(diào)速的設(shè)備中，驅(qū)動用的電動機一般運行在 固有機械特性的一個轉(zhuǎn)速上，速度的調(diào)節(jié)是通過變速齒輪箱 或幾套變速帶輪或其他變速機構(gòu)來實現(xiàn)的。 n在用純電氣方法調(diào)速的設(shè)備中，電動機能運行在固有機械特 性或人為機械特性上，在一定負載的情況下，電動機可獲得 多種轉(zhuǎn)速。這時機械變速機構(gòu)十分簡單，只要一套變速齒輪 或帶輪。 n在電氣與機械配合調(diào)速的設(shè)備中，可用電動機來得到多種轉(zhuǎn) 速，同

6、時，又可用機械變速機構(gòu)的換擋來進行變速。 n電氣調(diào)速的優(yōu)點：簡化機械變速機構(gòu)，提高傳動效率，操作 簡單，易于獲得無極調(diào)速，便于實現(xiàn)遠距離控制和自動控制。 當然僅用電氣方法調(diào)速時，電氣系統(tǒng)復雜些，投資要大些。 11.2.1 機械與電氣調(diào)速方法機械與電氣調(diào)速方法 8 11.2.2 生產(chǎn)機械對自動調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)指標要求生產(chǎn)機械對自動調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)指標要求 n1.靜差度靜差度 n當負載變化時，生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)速的變化維持在當負載變化時，生產(chǎn)機械轉(zhuǎn)速的變化維持在 一定范圍之內(nèi)，常用靜差度來表示生產(chǎn)機械一定范圍之內(nèi)，常用靜差度來表示生產(chǎn)機械 運行時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度，即要求靜差度愈小。運行時轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度，即要求靜差度

7、愈小。 靜差度靜差度S為，電動機由理想空載到額定負載為，電動機由理想空載到額定負載 時的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速的比值。時的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速的比值。 n2.調(diào)速范圍調(diào)速范圍 n生產(chǎn)機械所要求的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的最大范圍亦稱生產(chǎn)機械所要求的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的最大范圍亦稱 為調(diào)速范圍。（速度最大值比速度最小值）為調(diào)速范圍。（速度最大值比速度最小值） n3.調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性 n在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，可以得到的穩(wěn)定運行在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，可以得到的穩(wěn)定運行 轉(zhuǎn)速級數(shù)越多，調(diào)速的平滑性就越高；若級轉(zhuǎn)速級數(shù)越多，調(diào)速的平滑性就越高；若級 數(shù)趨于無窮大，則表示轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，稱為數(shù)趨于無窮大，則表示轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，稱為

8、無極調(diào)速。無極調(diào)速。 ）（ ）（ ）（ ：符合靜差率的調(diào)速范圍符合靜差率的調(diào)速范圍 調(diào)速范圍：調(diào)速范圍： 靜差率：靜差率： 2 2max 2 2 max 02 02 max 02 max min max min max 00 0 1 1 1 Sn Sn S n n n nn n n n n n n n n nn N S N n n N n N NN D D S 9 調(diào)速性能動態(tài)技術(shù)指標調(diào)速性能動態(tài)技術(shù)指標 %100 2 2max n nn M p n第第4章已經(jīng)討論了如何縮短開環(huán)控制系統(tǒng)過渡過程的時間問題，章已經(jīng)討論了如何縮短開環(huán)控制系統(tǒng)過渡過程的時間問題， 實際上除此之外，還要求最大超調(diào)量、

9、振蕩次數(shù)等。以右圖實際上除此之外，還要求最大超調(diào)量、振蕩次數(shù)等。以右圖 為例，系統(tǒng)從為例，系統(tǒng)從n1改變到改變到n2時的過渡過程。時的過渡過程。 10 調(diào)速性能動態(tài)技術(shù)指標調(diào)速性能動態(tài)技術(shù)指標 11 調(diào)速性能動態(tài)技術(shù)指標調(diào)速性能動態(tài)技術(shù)指標 上述三個指標是衡量一個自動調(diào)速系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)上述三個指標是衡量一個自動調(diào)速系統(tǒng)過渡過程品質(zhì) 好壞的主要指標。好壞的主要指標。 12 動態(tài)指標評價動態(tài)指標評價 系系 統(tǒng)統(tǒng) 超調(diào)超調(diào) 量量 過渡過程時間過渡過程時間 T 振蕩次數(shù)振蕩次數(shù) N 性性 能能 10長長無無不不 好好 2大大中中多多不不 好好 3小小短短中中好好 13 14 11.2 晶閘管電動機直

10、流傳動控制系統(tǒng)晶閘管電動機直流傳動控制系統(tǒng) 按結(jié)構(gòu)的不同：按結(jié)構(gòu)的不同： 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 可逆系統(tǒng)可逆系統(tǒng) 11.2.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 一、有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、有靜差調(diào)速系統(tǒng) 單純由被調(diào)量負反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動調(diào)節(jié)系單純由被調(diào)量負反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動調(diào)節(jié)系 統(tǒng)，簡稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)；統(tǒng)，簡稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)； （一）轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)（一）轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng) 1. 基本組成基本組成 按靜態(tài)誤差的不同：按靜態(tài)誤差的不同： 無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 有靜差直

11、流調(diào)速系統(tǒng)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 任務(wù)：任務(wù)： 調(diào)節(jié)速度；調(diào)節(jié)速度； 擴大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。擴大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。 分類：分類： 15 測速發(fā)電機測速發(fā)電機：與直流電動機：與直流電動機M 同軸相連，即兩者的速度相同，同軸相連，即兩者的速度相同， 測速發(fā)電機用來測量電動機的測速發(fā)電機用來測量電動機的 速度，稱檢測元件；速度，稱檢測元件； 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件：將測速發(fā)：將測速發(fā) 電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電 壓信號以便與給定電壓信號以便與給定電 壓進行比較。壓進行比較。 給定電位器：給定電位器：調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié)Rg的位置可改的位置可改 變給定電壓變給定電壓Ug的的 大小大小 。 比例放大器

12、：比例放大器：將外加電將外加電 壓和反饋信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后壓和反饋信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后 的電壓之差進行放大。的電壓之差進行放大。 觸發(fā)電路：觸發(fā)電路：將放大器放大后的將放大器放大后的 電壓信號變?yōu)槊}沖型號去控制電壓信號變?yōu)槊}沖型號去控制 整流電路的輸出大小。整流電路的輸出大小。 整流電路整流電路：變交流：變交流 電壓為直流電壓，電壓為直流電壓， 輸出電壓大小由觸輸出電壓大小由觸 發(fā)電路輸出脈沖信發(fā)電路輸出脈沖信 號所決定，整流電號所決定，整流電 路的輸出為直流電路的輸出為直流電 動機電樞的外加電動機電樞的外加電 壓；壓； 直流電動機：直流電動機：系統(tǒng)系統(tǒng) 的控制對象。的控制對象。 16 fg UUU 由系統(tǒng)

13、的結(jié)構(gòu)分析可知：由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析可知： v 系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速；系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速； v 系統(tǒng)的反饋信號是被控制對象系統(tǒng)的反饋信號是被控制對象n本身本身; v 反饋電壓和給定電壓的極性相反，即反饋電壓和給定電壓的極性相反，即: 該系統(tǒng)又稱該系統(tǒng)又稱轉(zhuǎn)速負反饋轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)。 2. 工作原理工作原理 當當Ug、Uf不變時，電動機的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱為不變時，電動機的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)。 fg UUU 不不變變 k U 不不變 變 不不變變 d U 不不變變 n 不不變變 (2) 調(diào)速（調(diào)速（Uf不變，改變不變，改變Ug的大?。┑拇笮。?g

14、UU fg UU k U d U n nUUUUUU dkfgg 改變改變Ug的大小可改變電動機的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱為的大小可改變電動機的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱為調(diào)速調(diào)速. (1) 穩(wěn)態(tài)（穩(wěn)態(tài)（ Ug、Uf 不變）不變） (3) 穩(wěn)速（穩(wěn)速（Ug不變、負載變化使不變、負載變化使Uf變化變化 ) nUUUUUUn dkfgf 當負載增加使當負載增加使 nUUUUUUn dkfgf 當負載減小使當負載減小使 當負載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過反饋能維持速度基本不變，這種狀態(tài)當負載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過反饋能維持速度基本不變，這種狀態(tài) 稱為穩(wěn)速。稱為穩(wěn)速。 17 3. 靜特性分析靜特性分析

15、 目的：找到減小靜態(tài)速降、擴大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能的途徑。目的：找到減小靜態(tài)速降、擴大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能的途徑。 靜特性表示出靜特性表示出電動機的轉(zhuǎn)速與負載電流之間的大小關(guān)系。電動機的轉(zhuǎn)速與負載電流之間的大小關(guān)系。 (1) 各環(huán)節(jié)輸入輸出的關(guān)系各環(huán)節(jié)輸入輸出的關(guān)系 電動機電路電動機電路 RInCRInKU aeaed 式中式中: ax RRR 電樞回路的總電阻；電樞回路的總電阻； x R 可控整流電源的等效內(nèi)阻；可控整流電源的等效內(nèi)阻； 電動機的電樞電阻。電動機的電樞電阻。 a R 可控硅和觸發(fā)電路可控硅和觸發(fā)電路 設(shè)可控硅和觸發(fā)電路的放大倍數(shù)為設(shè)可控硅和觸發(fā)電路的放大倍數(shù)為K2 ，則：

16、則： kd UKU 2 放大器電路放大器電路 設(shè)放大器的放大倍數(shù)為設(shè)放大器的放大倍數(shù)為KP ，則：則： )( fgpPk UUKUKU 反饋電路反饋電路 速度反饋信號電壓與轉(zhuǎn)速速度反饋信號電壓與轉(zhuǎn)速n 成正比，設(shè)放大系數(shù)為成正比，設(shè)放大系數(shù)為Kf，則：則： nKU ff 18 (2) 靜特性靜特性 nKU )UU(KU UKU RInCU ff fgpk kd aed 2 RInCUK aek2 RInC)UU(KK aefgp2 RInCnKKKUKK aefpgp22 efp ap CKKK RIUgKK n 2 2 則：則：令：令： e fp pG C KKK K,KKK 2 2 fof

17、 e a e gG nn )K(C RI )K(C UK n 11 閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性 2 KKK pG 從放大器輸入端到可從放大器輸入端到可 控整流電路輸出端的電壓控整流電路輸出端的電壓 放大倍數(shù)；放大倍數(shù)； 2 KK C K K p e f 閉環(huán)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。閉環(huán)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。 如果系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)速負反饋（即如果系統(tǒng)沒有轉(zhuǎn)速負反饋（即 開環(huán)系統(tǒng)）時，則整流器的輸出開環(huán)系統(tǒng)）時，則整流器的輸出 電壓電壓: RInCUKUKKU aegGgpd2 由此可得開環(huán)系統(tǒng)的機械特性由此可得開環(huán)系統(tǒng)的機械特性 方程方程: nnI C R C UK n a ee gG 0 開環(huán)系統(tǒng)的靜特性開

18、環(huán)系統(tǒng)的靜特性 19 (3)分析與結(jié)論分析與結(jié)論 fof e a e gG nn )K(C RI )K(C UK n 11 閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性 nnI C R C UK n a ee gG 0 開環(huán)系統(tǒng)的靜特性開環(huán)系統(tǒng)的靜特性 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 在給定電壓一定時，有在給定電壓一定時，有: K n )K(C UK n e gG f 11 0 0 轉(zhuǎn)速降轉(zhuǎn)速降 如果將系統(tǒng)閉環(huán)與開環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)得一樣，即，如果將系統(tǒng)閉環(huán)與開環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)得一樣，即，00 nn f K n I )K(C R n a e f 11 調(diào)速范圍與靜差度調(diào)速范圍與靜差度 在最大運行轉(zhuǎn)速和低速時最

19、大允許靜差度不變的情況下，在最大運行轉(zhuǎn)速和低速時最大允許靜差度不變的情況下， 開環(huán)：開環(huán)： )S(n Sn D N maxe 2 2 1 閉環(huán)閉環(huán) ： D)K( )S( K n Sn )S(n Sn D N maxe Nf max f 1 1 1 1 2 2 2 2 20 結(jié)論：結(jié)論： 由于放大倍數(shù)不可能為無窮大，即靜態(tài)速降不可能為由于放大倍數(shù)不可能為無窮大，即靜態(tài)速降不可能為0，因此，上述系統(tǒng)只能，因此，上述系統(tǒng)只能 維持速度基本不變。這種維持被調(diào)量（轉(zhuǎn)速）近于恒值不變，但又具有偏差的反維持速度基本不變。這種維持被調(diào)量（轉(zhuǎn)速）近于恒值不變，但又具有偏差的反 饋控制系統(tǒng)通常稱為有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)（即

20、有差調(diào)速系統(tǒng)）。饋控制系統(tǒng)通常稱為有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)（即有差調(diào)速系統(tǒng)）。 采用轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動作用（如負載的變化、電動機勵磁的變化、采用轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動作用（如負載的變化、電動機勵磁的變化、 晶閘管交流電源電壓的變化等）對電動機轉(zhuǎn)速的影響。晶閘管交流電源電壓的變化等）對電動機轉(zhuǎn)速的影響。 提高系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)提高系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)K是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落、擴大調(diào)速范圍的有效措施。是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落、擴大調(diào)速范圍的有效措施。 系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準確度就越高，靜差度就越小，調(diào)速范圍就越大。但是放系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準確度就越高，靜差度就越小，調(diào)速范圍就越大。但是放 大倍數(shù)也不能過

21、分增大，否則系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。大倍數(shù)也不能過分增大，否則系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。 21 （二）其他反饋在自動調(diào)速系統(tǒng)中的應用（二）其他反饋在自動調(diào)速系統(tǒng)中的應用 1. 電壓負反饋系統(tǒng)電壓負反饋系統(tǒng) 由公式由公式 a e a e d I K R K U n 可知：可知： 電動機的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電樞電壓的大小，可以近似地反電動機的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電樞電壓的大小，可以近似地反 映電動機轉(zhuǎn)速的高低。電壓負反饋系統(tǒng)就是把電動機電樞電壓作為反饋量，以映電動機轉(zhuǎn)速的高低。電壓負反饋系統(tǒng)就是把電動機電樞電壓作為反饋量，以 調(diào)整轉(zhuǎn)速。調(diào)整轉(zhuǎn)速。 (1) 電壓負反饋與轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速

22、系統(tǒng)的區(qū)別電壓負反饋與轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別 反饋信號不同，前者為被控制量的間接量電壓，后者為被控制量本身；反饋信號不同，前者為被控制量的間接量電壓，后者為被控制量本身； 檢測元件不同，前者為電位器，后者為測速發(fā)電機。檢測元件不同，前者為電位器，后者為測速發(fā)電機。 22 (2) 工作原理工作原理 穩(wěn)速和調(diào)速的工作過程與轉(zhuǎn)速負反饋相同。穩(wěn)速和調(diào)速的工作過程與轉(zhuǎn)速負反饋相同。 在給定電壓在給定電壓Ug一定時，其調(diào)整過程如下：一定時，其調(diào)整過程如下： 負載負載 n a I f UU k U d U UIa為為時，晶閘管的輸出電壓時，晶閘管的輸出電壓設(shè)設(shè)0 電壓負反饋系統(tǒng)的特點電壓負反饋系統(tǒng)的特點:

23、 線路簡單線路簡單 穩(wěn)定速度的效果并不大穩(wěn)定速度的效果并不大 電動機端電壓即使由于負反饋的作用電動機端電壓即使由于負反饋的作用 而維持不變，但是負載增加時，電動機電而維持不變，但是負載增加時，電動機電 樞內(nèi)阻所引起的內(nèi)阻壓降仍然要增大，電樞內(nèi)阻所引起的內(nèi)阻壓降仍然要增大，電 動機速度還是要降低?；蛘哒f電壓負反饋，動機速度還是要降低?；蛘哒f電壓負反饋， 頂多只能補償可控整流電的等效內(nèi)阻所引頂多只能補償可控整流電的等效內(nèi)阻所引 起的速度降落。起的速度降落。 則則 Ud=U-UAK 23 2. 電流正反饋與電壓負反饋的綜合反饋系統(tǒng)電流正反饋與電壓負反饋的綜合反饋系統(tǒng) (1) 系統(tǒng)特點系統(tǒng)特點 RP為

24、電壓反饋檢測元件，并接在電動機電樞兩端，其上的電壓大小直接為電壓反饋檢測元件，并接在電動機電樞兩端，其上的電壓大小直接 反映電動機電樞兩端電壓的大小，故稱電壓反饋；反映電動機電樞兩端電壓的大小，故稱電壓反饋； R為電流正反饋檢測元件，串接在電動機電樞回路中，其上的電壓大為電流正反饋檢測元件，串接在電動機電樞回路中，其上的電壓大 小直接反映電動機電樞電流的大小，故稱電流反饋。小直接反映電動機電樞電流的大小，故稱電流反饋。 系統(tǒng)的總反饋電壓系統(tǒng)的總反饋電壓 IVf UUU IVgfg UUUUUU 因為反饋電壓因為反饋電壓UV的極性與給定電壓的極性相反，故稱的極性與給定電壓的極性相反，故稱電壓負反

25、饋電壓負反饋，反饋電，反饋電 壓壓UI的極性與給定電壓的極性相同，故稱的極性與給定電壓的極性相同，故稱電流正反饋電流正反饋。 要使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，系統(tǒng)總的反饋特性必須呈現(xiàn)出負反饋的性質(zhì)。要使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，系統(tǒng)總的反饋特性必須呈現(xiàn)出負反饋的性質(zhì)。 0 IVf UUU 24 (2)工作原理工作原理 穩(wěn)速和調(diào)速的工作過程與轉(zhuǎn)速負反饋相同。穩(wěn)速和調(diào)速的工作過程與轉(zhuǎn)速負反饋相同。 在給定電壓在給定電壓Ug一定時，其調(diào)整過程如下：一定時，其調(diào)整過程如下： UUdUUUUU U U nn I KIVg I V a (3) 靜特性靜特性 aoV UU o bI UU boaoobaoabf UUUUUU 21

26、2 RR R 令令 UUao 3 RIU abo 21 2 3 RR UR RIUUUU aboaoab 25 從電動機電樞回路電勢平衡關(guān)系知從電動機電樞回路電勢平衡關(guān)系知 )RR(IEU aa3 )RR/()EU(I aa 3 aa a ab RR ER RR UR RR UR R RR EU RR UR U 3 3 3 3 21 2 3 321 2 上式如果滿足下列條件上式如果滿足下列條件 0 3 3 21 2 a RR UR RR UR E RR R U R R R R RR R RR R a ab aa 3 33 1 2 3 3 21 2 nC RR R U e a ab 3 3 時，

27、時，當滿足條件當滿足條件 a R R R R 3 1 2 系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速反饋的特性。系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速反饋的特性。 26 3. 電流截止負反饋系統(tǒng)電流截止負反饋系統(tǒng) (1) 電流截止負反饋的作用電流截止負反饋的作用 過載保護。過載保護。 電流正反饋可以改善電動機運行特性，而電流負反饋會使電流正反饋可以改善電動機運行特性，而電流負反饋會使 隨著負載電流隨著負載電流 的增加而減少，使電動機的速度迅速降低。的增加而減少，使電動機的速度迅速降低。 U 如果電動機的速度在負載過分增大時也不會降下來，這就會使電樞過流而燒如果電動機的速度在負載過分增大時也不會降下來，這就會使電樞過流而燒 壞。本來采用過流保護繼電器

28、也可以保護這種嚴重過載，但是過流保護繼電器，壞。本來采用過流保護繼電器也可以保護這種嚴重過載，但是過流保護繼電器， 要觸頭斷開，電動機斷電方能保護，而采用電流負反饋作用為保護手段，則不必要觸頭斷開，電動機斷電方能保護，而采用電流負反饋作用為保護手段，則不必 切斷電動機的電路，只是使它的速度暫降下來，一旦過負載去掉后，它的速度又切斷電動機的電路，只是使它的速度暫降下來，一旦過負載去掉后，它的速度又 會自動升起來，這樣有利于生產(chǎn)。會自動升起來，這樣有利于生產(chǎn)。 (2) 基本思想方法基本思想方法 27 IO=1.35IaN Iao=(23)Ian 當負載正常，電樞當負載正常，電樞 電流在一定范圍內(nèi)（

29、如小電流在一定范圍內(nèi)（如小 于于1.35倍的額定電流），倍的額定電流）， 電流截止負反饋不起作用；電流截止負反饋不起作用； 當負載增加使電樞電流超過一定數(shù)當負載增加使電樞電流超過一定數(shù) 值（如額定電流的值（如額定電流的1.35倍）時，電流負反倍）時，電流負反 饋開始起作用，減小電動機電樞外加電饋開始起作用，減小電動機電樞外加電 壓，使轉(zhuǎn)速下降；壓，使轉(zhuǎn)速下降； 當負載繼續(xù)增加使電樞電流超過一定值（大于額當負載繼續(xù)增加使電樞電流超過一定值（大于額 定電流的定電流的23倍）時，電流負反饋足夠強，它足以將倍）時，電流負反饋足夠強，它足以將 給定信號的絕大部分抵消掉，使電動機速度降到零，給定信號的絕大

30、部分抵消掉，使電動機速度降到零， 電動機停止運轉(zhuǎn)，從而起到保護作用。電動機停止運轉(zhuǎn)，從而起到保護作用。 因為只有當電流大因為只有當電流大 到一定程度反饋才起作到一定程度反饋才起作 用，故稱電流截止負反用，故稱電流截止負反 饋。這種特性因它常被饋。這種特性因它常被 用于挖土機上，故又稱用于挖土機上，故又稱 “挖土機特性挖土機特性”。 28 （3）工作原理）工作原理 當電流小于轉(zhuǎn)折點的電流時，反饋電壓當電流小于轉(zhuǎn)折點的電流時，反饋電壓UIUb ,二極管二極管V導通，電流反饋導通，電流反饋UI與與Ub 比較比較 后反饋后反饋 到輸入端一起控制電動機，使其轉(zhuǎn)速下降；到輸入端一起控制電動機，使其轉(zhuǎn)速下降

31、； 當電流等于堵轉(zhuǎn)點的電流時，電流反饋當電流等于堵轉(zhuǎn)點的電流時，電流反饋UI與與Ub 比較后反饋比較后反饋 到輸入端的電壓能夠抵消，到輸入端的電壓能夠抵消， 給定電壓的大小，時電動機的轉(zhuǎn)速為零，電流不再增加；給定電壓的大小，時電動機的轉(zhuǎn)速為零，電流不再增加； 如果電流下降到小于堵轉(zhuǎn)點的電流，轉(zhuǎn)速則上升；如果電流下降到小于堵轉(zhuǎn)點的電流，轉(zhuǎn)速則上升； 29 二、無靜差轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)二、無靜差轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng) 1. 比例積分（PI）調(diào)節(jié)器 比例器調(diào)節(jié)器 其輸入輸出之間的關(guān)系如下： i 0 1 o U R R U tU CR ti C Ud 1 d 1 i o 1o 積分調(diào)節(jié)器 其輸入輸出之間的

32、關(guān)系如下： 30 tI C RIUd 1 1 1 110 0i01 / RUIItU CR U R R Ud 1 i 10 i 0 1 0 比例積分調(diào)節(jié)器 PI調(diào)節(jié)器的輸出由兩部分組成，第一部分是比例部分，第二部分是積分部 分。在零初始狀態(tài)和階躍輸入下，輸出電壓的時間特性如圖所示。 當突加輸入信號Ui時，開始瞬間電容C1相當于短路，反饋回路中只有電阻R1， 此時相當于比例調(diào)節(jié)器，它可以毫無延遲地起調(diào)節(jié)作用，故調(diào)節(jié)速度快； 隨著電容C1被充電而開始積分，U0線性增長，直到穩(wěn)態(tài)。 在穩(wěn)態(tài)時， C1相當于開路，放大器呈現(xiàn)出極大的開環(huán)放大倍數(shù)。 31 2. 采用PI調(diào)節(jié)器的無靜差調(diào)速系統(tǒng) 放大器采用具

33、有比例積分調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)為無靜差調(diào)速系統(tǒng)。 靜態(tài)時U=UgUf，調(diào)節(jié)作用停止，由于積分作用，調(diào)節(jié)器的輸出電 壓Uk保持在某一數(shù)值上，即Ud固定，以維持電動機在給定轉(zhuǎn)速下 運轉(zhuǎn)。由于靜態(tài)時呈現(xiàn)出無窮大的放大倍數(shù)，系統(tǒng)可以消除靜態(tài)誤 差，故稱無靜差調(diào)速系統(tǒng)。 32 11.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 一、轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點一、轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點 采用采用PI調(diào)節(jié)器組成速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器組成速度調(diào)節(jié)器ST的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，既能得到轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，既能得到轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào) 節(jié)，又能獲得較快的動態(tài)響應。節(jié)，又能獲得較快的動態(tài)響應。 啟動過程中，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)

34、速負反饋的作用越來越大，使啟動轉(zhuǎn)矩越來啟動過程中，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)速負反饋的作用越來越大，使啟動轉(zhuǎn)矩越來 越小，啟動過程變慢，因此轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)不能滿足快速啟動、停止和反向越小，啟動過程變慢，因此轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)不能滿足快速啟動、停止和反向 的要求。的要求。 用加大過渡過程中的電流即加大動用加大過渡過程中的電流即加大動 態(tài)轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)快速啟動、停止和反向的態(tài)轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)快速啟動、停止和反向的 要求，但電流不能超過晶閘管和電動機要求，但電流不能超過晶閘管和電動機 的允許值。為此，應采取一種方法，使的允許值。為此，應采取一種方法，使 電動機在啟動過程中，動態(tài)轉(zhuǎn)矩保持不電動機在啟動過程中，動態(tài)轉(zhuǎn)

35、矩保持不 變，即電動機電樞電流不變，且為電動變，即電動機電樞電流不變，且為電動 機電樞允許的最大電流，當啟動結(jié)束后，機電樞允許的最大電流，當啟動結(jié)束后， 使電流回到額定值。使電流回到額定值。 33 二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 1）系統(tǒng)采用兩個調(diào)節(jié)器（一般采用PI調(diào)節(jié)器）分別對速度和電 流兩個參量進行調(diào)節(jié)。 對速度進行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器稱為速度調(diào)節(jié)器ST； 對電流進行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器稱為電流調(diào)節(jié)器LT。 34 2）來自速度給定電位器的信號Ugn與速度反饋信號Ufn比較的偏差 送到速度調(diào)節(jié)器ST的輸入端。速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器LT 的給定信號，與電流反饋信號比較的偏差送到電流調(diào)節(jié)器LT的輸入 端，電流調(diào)節(jié)器的輸出送到觸發(fā)器以控制可控整流器，整流器為電 動機提供直流電壓 3）從閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)環(huán)在外面，為外環(huán)，二者進行串級聯(lián)接。在控制系統(tǒng)中，常把這 種系統(tǒng)稱為雙閉環(huán)系統(tǒng)。 35 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)分析 1 1、電流上升階段、電流上升階段 2 2、恒流升速階段、恒流升速階段 3 3、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段 36 37 11.3 可逆直流調(diào)