電力拖動自動控制系統(tǒng)(第3版)(陳伯時)第19講

1、運(yùn)動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 運(yùn)動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)的定義與分類的定義與分類 v定義：定義： 以機(jī)械運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備電動機(jī)為被控對象，以控制以機(jī)械運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備電動機(jī)為被控對象，以控制 器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動控 制理論指導(dǎo)下組成的電力傳動自動控制系統(tǒng)。制理論指導(dǎo)下組成的電力傳動自動控制系統(tǒng)。 v分類：分類： （1）按被控物理量分：以轉(zhuǎn)速為被控量的系統(tǒng)叫調(diào)速系統(tǒng)，）按被控物理量分：以轉(zhuǎn)速為被控量的系統(tǒng)叫調(diào)速系統(tǒng)， 以角位移或直線位移為被控量的系統(tǒng)叫隨動系統(tǒng)（或伺服系以角位移或直線位移為被控量的系統(tǒng)叫隨動系統(tǒng)（或伺

2、服系 統(tǒng)）。統(tǒng)）。 （2）按驅(qū)動電動機(jī)的類型分：用直流電動機(jī)帶動生產(chǎn)機(jī)械的）按驅(qū)動電動機(jī)的類型分：用直流電動機(jī)帶動生產(chǎn)機(jī)械的 為直流傳動系統(tǒng)，用交流電動機(jī)帶動生產(chǎn)機(jī)械的為交流傳動為直流傳動系統(tǒng)，用交流電動機(jī)帶動生產(chǎn)機(jī)械的為交流傳動 系統(tǒng)。系統(tǒng)。 （3）按控制器的類型分：用模擬電路構(gòu)成控制器的系統(tǒng)為模）按控制器的類型分：用模擬電路構(gòu)成控制器的系統(tǒng)為模 擬控制系統(tǒng)，用數(shù)字電路構(gòu)成控制器的系統(tǒng)為數(shù)字控制系統(tǒng)。擬控制系統(tǒng)，用數(shù)字電路構(gòu)成控制器的系統(tǒng)為數(shù)字控制系統(tǒng)。 第一章第一章 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) v直流調(diào)速方法直流調(diào)速方法 （1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U； （2）減弱

3、勵磁磁通）減弱勵磁磁通 ； （3）改變電樞回路電阻）改變電樞回路電阻 R。 三種調(diào)速方法的性能與比較三種調(diào)速方法的性能與比較 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系 統(tǒng)來說，以統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。的方式為最好。 改變電阻改變電阻只能有級調(diào)速；只能有級調(diào)速； 減弱磁通減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍 不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。常用的可控直流電源常用的可控直流電源 旋轉(zhuǎn)變

4、流機(jī)組旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組用交流電動機(jī)和直流發(fā)電用交流電動機(jī)和直流發(fā)電 機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。 靜止式可控整流器靜止式可控整流器用靜止式的可控整流用靜止式的可控整流 器，以獲得可調(diào)的直流電壓。器，以獲得可調(diào)的直流電壓。 直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器用恒定直用恒定直 流電源或不控整流電源供電，利用電力電子流電源或不控整流電源供電，利用電力電子 開關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變開關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變 的平均電壓的平均電壓 V-M系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn) 晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠

5、性 上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯 示出較大的優(yōu)越性。示出較大的優(yōu)越性。 在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒 級，而晶閘管整流器是毫秒級級，而晶閘管整流器是毫秒級, 這將大大這將大大 提高系統(tǒng)的動態(tài)性能提高系統(tǒng)的動態(tài)性能 V-M系統(tǒng)的問題系統(tǒng)的問題 由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕挥捎诰чl管的單向?qū)щ娦?，它?允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造 成困難。成困難。 晶閘管對過電壓、過電流和過高晶閘管對過電壓、過電流和過高 的的dV/dt與與di/dt 都十分敏感，若超過都十分敏感，若超過 允許值

6、會在很短的時間內(nèi)損壞器件。允許值會在很短的時間內(nèi)損壞器件。 由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓 波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造 成成“電力公害電力公害”。 直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器 ss on d UU T t U 斬波電路三種控制方式斬波電路三種控制方式 T 不變，變不變，變ton 脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制(PWM）；）； ton不變，變不變，變 T 脈沖頻率調(diào)制脈沖頻率調(diào)制(PFM）；）； ton和和 T 都可調(diào)，改變占空比都可調(diào)，改變占空比混合型。混合型。 PWM系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) （1）主電路線路簡單

7、，需用的功率器件少；）主電路線路簡單，需用的功率器件少； （2）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，）開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少， 電機(jī)損耗及發(fā)熱都較??；電機(jī)損耗及發(fā)熱都較?。?（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬， 可達(dá)可達(dá)1:10000左右；左右； （4）若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶）若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，則系統(tǒng)頻帶 寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)；寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強(qiáng)； （5）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損）功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損 耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大，耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大

8、， 因而裝置效率較高；因而裝置效率較高； （6）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因 數(shù)比相控整流器高。數(shù)比相控整流器高。 整流與逆變狀態(tài)整流與逆變狀態(tài) 當(dāng)當(dāng) 0 0 ，晶閘管，晶閘管 裝置處于裝置處于整流狀態(tài)整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)，電功率從交流側(cè) 輸送到直流側(cè)；輸送到直流側(cè)； 當(dāng)當(dāng) /2 max 時，時， Ud0 0 ， 裝置處于裝置處于有源逆變狀態(tài)有源逆變狀態(tài)，電功率反向，電功率反向 傳送。傳送。 抑制電流脈動的措施抑制電流脈動的措施 設(shè)置平波電抗器；設(shè)置平波電抗器； 增加整流電路相數(shù)；增加整流電路相數(shù)； 采用多重化技術(shù)采用多重化技術(shù) 晶閘管晶閘管-電動

9、機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性電動機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性 )cos sin ( 1 )( 1 dm e d0d e RI m U m C RIU C n 電流連續(xù)電流連續(xù) 電流斷續(xù)電流斷續(xù) )e1( e) 6 sin() 6 sin(cos2 ctg e ctg 2 C U n 2 ) 6 cos() 6 cos( 2 23 2 e2 d n U C R U I V-M系統(tǒng)機(jī)械特性的特點(diǎn)系統(tǒng)機(jī)械特性的特點(diǎn) 當(dāng)電流連續(xù)時，特性還比較硬；當(dāng)電流連續(xù)時，特性還比較硬； 斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著的非斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著的非 線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函

10、數(shù)晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù) sT K sU sU sW s e )( )( )( s c 0d s sT K sW s s s 1 )( 簡單的不可逆簡單的不可逆PWM變換器變換器 有制動的不可逆有制動的不可逆PWM變換器電路變換器電路 橋式可逆橋式可逆PWM變換器變換器 （1）電流一定連續(xù)；）電流一定連續(xù)； （2）可使電機(jī)在四象限運(yùn)行；）可使電機(jī)在四象限運(yùn)行； （3）電機(jī)停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；）電機(jī)停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)； （4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1:20000左左 右；右； （5）低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖

11、仍較寬，有利）低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利 于保證器件的可靠導(dǎo)通。于保證器件的可靠導(dǎo)通。 在工作過程中，在工作過程中，4個開關(guān)器件個開關(guān)器件 可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān) 損耗大，而且在切換時可能損耗大，而且在切換時可能 發(fā)生上、下橋臂直通的事故，發(fā)生上、下橋臂直通的事故， 為了防止直通，在上、下橋?yàn)榱朔乐怪蓖?，在上、下?臂的驅(qū)動脈沖之間，應(yīng)設(shè)置臂的驅(qū)動脈沖之間，應(yīng)設(shè)置 邏輯延時。邏輯延時。 PWM控制與變換器控制與變換器 的數(shù)學(xué)模型的數(shù)學(xué)模型 1 )( s s s sT K sW 電能回饋與泵升電電能回饋與泵升電 壓的限制壓的限制 泵升電壓形成的原因泵升電

12、壓形成的原因; 抑制泵升電壓的方法抑制泵升電壓的方法 控制要求控制要求 （1）調(diào)速；）調(diào)速； （2）穩(wěn)速；）穩(wěn)速； （3）加、減速）加、減速 調(diào)速指標(biāo)調(diào)速指標(biāo) 調(diào)速范圍調(diào)速范圍 min max n n D 靜差率靜差率 %100 0 N n n s 調(diào)速范圍、靜差率和額定速降的關(guān)系調(diào)速范圍、靜差率和額定速降的關(guān)系 )1 ( N N sn sn D 開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系 （1）閉環(huán)系統(tǒng)靜性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬）閉環(huán)系統(tǒng)靜性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬 得多。得多。 K n n l 1 op c （2）如果比較同一的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉）如果

13、比較同一的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉 環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多 K s s l 1 op c （3）當(dāng)要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以）當(dāng)要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以 大大提高調(diào)速范圍大大提高調(diào)速范圍 opc )1 (DKD l （4）要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)）要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè) 置放大器置放大器 反饋控制規(guī)律的特點(diǎn)反饋控制規(guī)律的特點(diǎn) 1. 被調(diào)量有靜差被調(diào)量有靜差 2. 抵抗擾動抵抗擾動, 服從給定服從給定 3. 系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋 檢測精度檢測精度 直流電動機(jī)的傳遞函數(shù)直流電動機(jī)的傳遞函數(shù) 1/Ce Ud0 Id

14、L (s) E Id (s) Un + + - - 1/R Tl s+1 R Tms 控制與檢測環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)控制與檢測環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) p n c a )( )( )(K sU sU sW )( )( )( n fn sn sU sW 放大器放大器 測速反饋測速反饋 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 n(s)U*n (s) IdL (s) Uct (s) Un (s) + - Ks Tss+1 KP 1/Ce TmTl s2+Tms+1 + - R (Tl s+1) Ud0 (s) 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件 s 2 ssm )( TT

15、 TTTT K l l 靜態(tài)性能指標(biāo)：閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)增益越大越好；靜態(tài)性能指標(biāo)：閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)增益越大越好； 動態(tài)性能分析：為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)增益卻不宜太大。動態(tài)性能分析：為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)增益卻不宜太大。 必須通過動態(tài)校正的方法來解決動態(tài)與靜態(tài)的矛盾。必須通過動態(tài)校正的方法來解決動態(tài)與靜態(tài)的矛盾。 積分調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)器 ssU sU sW 1 )( )( )( in ex i 采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng) 轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時達(dá)到與轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時達(dá)到與 給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng) 仍有控制信號，保持仍有控制信號，保持 系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行

16、，實(shí)現(xiàn) 無靜差調(diào)速。無靜差調(diào)速。 比例與積分控制的比較比例與積分控制的比較 比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律 s s K s s sW 1 1 pi 1 pi 11 )( 比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的 優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長避短，互相補(bǔ)充。優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長避短，互相補(bǔ)充。 比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除 穩(wěn)態(tài)偏差。穩(wěn)態(tài)偏差。 穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 max * maxn n U 第二章第二章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和工程雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和工程 設(shè)計(jì)

17、方法設(shè)計(jì)方法 0n * n nnUU dLdi * i IIUU 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓的輸出限幅電壓U*im決定決定 了電流給定電壓的最大值；了電流給定電壓的最大值； 電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓的輸出限幅電壓Ucm限制限制 了電力電子變換器的最大輸出電壓了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 兩個調(diào)節(jié)器的作用兩個調(diào)節(jié)器的作用 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于 Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。時表現(xiàn)

18、為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。 當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到 Idm 后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié) 器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動 保護(hù)。保護(hù)。 穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 s dL * ne s de s d0 c / K RIUC K RInC K U U 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓是由給定電壓U*n決定的；決定的； ASR的輸出量的輸出量U*i是由負(fù)載電流是由負(fù)載電流 IdL 決定決定 的；的； 控制電壓控制電壓 Uc 的大小則同時取決于的大小則同時取決于 n 和和

19、 Id， 或者說，同時取決于或者說，同時取決于U*n 和和 IdL 圖圖2-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 U*n Uc -IdL n Ud0 Un + - - + - Ui WASR(s)WACR(s) Ks Tss+1 1/R Tl s+1 R Tms U*i Id 1/Ce + E 系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu) 數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型 s s KsW n n nASR 1 )( s s KsW i i iACR 1 )( 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器 起動過程起動過程 第第 I 階段階段 電流上升階段電流上升階段 第第 II階段階段 恒流升速階段恒流升

20、速階段 第第階段階段 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段 起動過程的特點(diǎn)起動過程的特點(diǎn) （1）飽和非線性控制；）飽和非線性控制； （2）轉(zhuǎn)速超調(diào)；）轉(zhuǎn)速超調(diào)； （3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 1）調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，）調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器， 跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時 可減小轉(zhuǎn)速誤差?？蓽p小轉(zhuǎn)速誤差。 2）對負(fù)載變化起抗擾作用。）對負(fù)載變化起抗擾作用。 3）其輸出限幅值決定電機(jī)允）其輸出限幅值決定電機(jī)允 許的最大電流。許的最大電流。 電流調(diào)節(jié)器的作用電流調(diào)節(jié)器的作用 1）在轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，使電）在轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，使電 流跟隨外環(huán)調(diào)節(jié)器的

21、輸出量變化。流跟隨外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量變化。 2）對電網(wǎng)電壓波動起抗擾作用。）對電網(wǎng)電壓波動起抗擾作用。 3）動態(tài)過程中，加快動態(tài)過程。）動態(tài)過程中，加快動態(tài)過程。 4）當(dāng)電機(jī)過載和堵轉(zhuǎn)時，限制）當(dāng)電機(jī)過載和堵轉(zhuǎn)時，限制 電樞電流，起快速保護(hù)作用。電樞電流，起快速保護(hù)作用。 跟隨性能指標(biāo)跟隨性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo)抗擾性能指標(biāo) tr 上升時間上升時間 超調(diào)量超調(diào)量 ts 調(diào)節(jié)時間調(diào)節(jié)時間 5%（或2%） )(tC C CCmax max C C 0 t O trts max C 1 C 2 C 5%（或2%） C N N O ttm tv Cb Cmax 動態(tài)降落動態(tài)降落 tv 恢復(fù)時間恢復(fù)時間 典

22、型典型 I 型系統(tǒng)在跟隨性能上可以型系統(tǒng)在跟隨性能上可以 做到超調(diào)小，但抗擾性能稍差，做到超調(diào)小，但抗擾性能稍差， 典型典型型系統(tǒng)的超調(diào)量相對較型系統(tǒng)的超調(diào)量相對較 大，抗擾性能卻比較好。大，抗擾性能卻比較好。 兩種系統(tǒng)比較兩種系統(tǒng)比較 非典型系統(tǒng)的典型化非典型系統(tǒng)的典型化 調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理 ) 1)(1)(1( ) 1( )( 321 sTsTsTs sK sW 高階系統(tǒng)的降階近似處理高階系統(tǒng)的降階近似處理 低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理 1 1 TsTs 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則 先

23、內(nèi)環(huán)后外環(huán)先內(nèi)環(huán)后外環(huán) 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化：電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化：1）忽略反電動勢的動態(tài)影響忽略反電動勢的動態(tài)影響 2）等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)）等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) 3）小慣性環(huán)節(jié)近似處理）小慣性環(huán)節(jié)近似處理 2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇（電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇（電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主， 應(yīng)選用典型應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)）型系統(tǒng)） 3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計(jì)算 4.電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) )( 22 isis i T T K R TK RT K ll 0 i i R R K iii CR oi0oi 4 1 CRT 轉(zhuǎn)速

24、調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù) （傳遞函數(shù)化簡）傳遞函數(shù)化簡） 2.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 1）系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理）系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理 2）轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡化）轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡化 3）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇（典型典型 型系型系 統(tǒng)）統(tǒng)） 3.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇 4.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn) n me n 2 ) 1( RTh TCh K 0 n n R R K nnn CR on0on 4 1 CRT 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 在調(diào)壓調(diào)速范圍內(nèi)，因?yàn)閯畲糯磐ㄔ谡{(diào)壓調(diào)速范圍內(nèi)，

25、因?yàn)閯畲糯磐?不變，容許的轉(zhuǎn)矩也不變，稱作不變，容許的轉(zhuǎn)矩也不變，稱作 “恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。 恒功率調(diào)速方式恒功率調(diào)速方式 在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱， 容許的轉(zhuǎn)矩不得不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積容許的轉(zhuǎn)矩不得不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積 則不變，即容許功率不變，是為則不變，即容許功率不變，是為“恒功率調(diào)恒功率調(diào) 速方式速方式”。 電樞電壓與勵磁配合控制特性電樞電壓與勵磁配合控制特性 P TeU n O Te N nNnmax 變電壓調(diào)速變電壓調(diào)速弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速 UN U 第三章第三章 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化 ) 1()

26、()( )()()()()( IsamIP IP 1 samIP kukeTKkeK kukeKieTKkeKku k i 數(shù)字控制的主要特點(diǎn)數(shù)字控制的主要特點(diǎn)離散化離散化和和數(shù)字化數(shù)字化 離散化和數(shù)字化的負(fù)面效應(yīng)離散化和數(shù)字化的負(fù)面效應(yīng) （1）A/D轉(zhuǎn)換的量化誤差轉(zhuǎn)換的量化誤差 （2） D/A轉(zhuǎn)換的滯后效應(yīng)轉(zhuǎn)換的滯后效應(yīng) 數(shù)字測速指標(biāo)數(shù)字測速指標(biāo)（1）分辯率）分辯率（2）測速精度）測速精度 （3）檢測時間）檢測時間 Tc 數(shù)字測速方法數(shù)字測速方法1. 旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器 2. 測速原理測速原理 （1）M法法脈沖直接計(jì)數(shù)方法；脈沖直接計(jì)數(shù)方法； （2）T 法法脈沖時間計(jì)數(shù)方法；脈沖時間計(jì)數(shù)方

27、法； （3）M/T法法脈沖時間混合計(jì)數(shù)方法脈沖時間混合計(jì)數(shù)方法 M法測速只適用于高速段法測速只適用于高速段T法測速適用于低速段法測速適用于低速段 PI調(diào)節(jié)器的差分方程調(diào)節(jié)器的差分方程 位置式算法位置式算法 增量式算法增量式算法 )() 1()( ) 1()()( samIP keTKkekeK kukuku 積分分離算法積分分離算法 k i ieTKCkeKku 1 samIIp )()()( 其中 )(,0 )(, 1 I ie ie C 為一常值。 能有效抑制振蕩，或減小超調(diào)，常用于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器能有效抑制振蕩，或減小超調(diào)，常用于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。 智能型智能型PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng) 模

28、糊控制模糊控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 智能控制特點(diǎn)智能控制特點(diǎn)： 控制算法不依賴或不完全依賴于對象模型，因而系統(tǒng)具有控制算法不依賴或不完全依賴于對象模型，因而系統(tǒng)具有 較強(qiáng)的魯棒性較強(qiáng)的魯棒性和和對環(huán)境的對環(huán)境的適應(yīng)性適應(yīng)性。 第四章第四章 可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng) （1）V-M系統(tǒng)的可逆線路可分為兩大類：系統(tǒng)的可逆線路可分為兩大類： 電樞反接可逆線路電樞反接可逆線路電樞反接反向過程快，電樞反接反向過程快， 但需要較大容量的晶閘管裝置；但需要較大容量的晶閘管裝置； 勵磁反接可逆線路勵磁反接可逆線路勵磁反接反向過程慢，勵磁反接反向過程慢， 控制相對復(fù)雜，但所需晶閘管裝置容控制相對復(fù)雜

29、，但所需晶閘管裝置容 量小。量小。 （2）每一類線路又可用不同的換向方式：）每一類線路又可用不同的換向方式： 接觸器切換線路接觸器切換線路適用于不經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的適用于不經(jīng)常正反轉(zhuǎn)的 生產(chǎn)機(jī)械；生產(chǎn)機(jī)械； 晶閘管開關(guān)切換線路晶閘管開關(guān)切換線路適用于中、小功率適用于中、小功率 的可逆系統(tǒng)；的可逆系統(tǒng)； 兩組晶閘管反并聯(lián)線路兩組晶閘管反并聯(lián)線路適用于各種可逆適用于各種可逆 系統(tǒng)。系統(tǒng)。 V-M系統(tǒng)反并聯(lián)可系統(tǒng)反并聯(lián)可 逆線路的工作狀態(tài)逆線路的工作狀態(tài) V-M系統(tǒng)的工作狀態(tài)系統(tǒng)的工作狀態(tài) 正向運(yùn)行正向運(yùn)行正向制動正向制動反向運(yùn)行反向運(yùn)行反向制動反向制動 電樞端電壓極性電樞端電壓極性+ 電樞電流極性電樞電

30、流極性 + 電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向 + 電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電動電動回饋發(fā)電回饋發(fā)電電動電動回饋發(fā)電回饋發(fā)電 晶閘管工作的組別和狀態(tài)晶閘管工作的組別和狀態(tài) 正組整流正組整流反組逆變反組逆變反組整流反組整流正組逆變正組逆變 機(jī)械特性所在象限機(jī)械特性所在象限一一二二三三四四 環(huán)流的定義環(huán)流的定義采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同 時出現(xiàn)，便會產(chǎn)生時出現(xiàn)，便會產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電 流流，稱作環(huán)流，稱作環(huán)流 環(huán)流的環(huán)流的兩重性兩重性 危害危害

31、：一般地說，這樣的環(huán)流對負(fù)載無益，徒然加重晶閘管和變一般地說，這樣的環(huán)流對負(fù)載無益，徒然加重晶閘管和變 壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時會導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng)壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時會導(dǎo)致晶閘管損壞，因此應(yīng) 該予以抑制或消除。該予以抑制或消除。 利用利用：只要合理的對環(huán)流進(jìn)行控制，保證晶閘管的安全工作，可只要合理的對環(huán)流進(jìn)行控制，保證晶閘管的安全工作，可 以利用環(huán)流作為流過晶閘管的基本負(fù)載電流，使電動機(jī)在空載或以利用環(huán)流作為流過晶閘管的基本負(fù)載電流，使電動機(jī)在空載或 輕載時可工作在晶閘管裝置的電流連續(xù)區(qū)，以避免電流斷續(xù)引起輕載時可工作在晶閘管裝置的電流連續(xù)區(qū)，以避免電流斷續(xù)引起 的非

32、線性對系統(tǒng)性能的影響。的非線性對系統(tǒng)性能的影響。 環(huán)流的分類環(huán)流的分類（1）靜態(tài)環(huán)流）靜態(tài)環(huán)流兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作時出現(xiàn)的環(huán)兩組可逆線路在一定控制角下穩(wěn)定工作時出現(xiàn)的環(huán) 流，其中又有兩類：流，其中又有兩類： 直流平均環(huán)流直流平均環(huán)流由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產(chǎn)生的環(huán)流由晶閘管裝置輸出的直流平均電壓所產(chǎn)生的環(huán)流 稱作直流平均環(huán)流。稱作直流平均環(huán)流。 瞬時脈動環(huán)流瞬時脈動環(huán)流兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差為零，但因電兩組晶閘管輸出的直流平均電壓差為零，但因電 壓波形不同，瞬時電壓差仍會產(chǎn)生脈動的環(huán)流，稱作瞬時脈動環(huán)流。壓波形不同，瞬時電壓差仍會產(chǎn)生脈動的環(huán)流，稱作瞬時脈動環(huán)流。

33、 （2）動態(tài)環(huán)流）動態(tài)環(huán)流僅在可逆僅在可逆V-M系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流。系統(tǒng)處于過渡過程中出現(xiàn)的環(huán)流。 直流平均環(huán)流直流平均環(huán)流 與配合控制與配合控制 采用采用封鎖觸發(fā)脈沖封鎖觸發(fā)脈沖的方法，在任何時候，只允許一組晶閘管裝置的方法，在任何時候，只允許一組晶閘管裝置 工作工作 采用采用配合控制配合控制的策略，使一組晶閘管裝置工作在整流狀態(tài)，另一的策略，使一組晶閘管裝置工作在整流狀態(tài)，另一 組則工作在逆變狀態(tài)組則工作在逆變狀態(tài) 配合控制的條件配合控制的條件 f r 配合控制方法配合控制方法將兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖零位都定在將兩組晶閘管裝置的觸發(fā)脈沖零位都定在90，即，即 當(dāng)控制電壓當(dāng)控制電

34、壓 Uc= 0 時，使時，使 f = r = 90，此時此時 Ud0f = Ud0r = 0 ，電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。，電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)。 增大控制電壓增大控制電壓Uc 移相時，只要使兩組觸發(fā)裝置的控制電移相時，只要使兩組觸發(fā)裝置的控制電 壓大小相等符號相反就可以了壓大小相等符號相反就可以了 = 配合控制電路配合控制電路 = 配合控制特性配合控制特性 90o rmin 180o 0o Ucm 90o 0o 180o fmin fmin rmin r f CTR CTF Uc1 Uc- Ucm = 控制的控制的工作狀態(tài)工作狀態(tài) 待整流狀態(tài)待整流狀態(tài) 當(dāng)逆變組當(dāng)逆變組 工作時，另一組在等待整工作時，另

35、一組在等待整 流，稱流，稱“待整流狀態(tài)待整流狀態(tài)”。 待逆變狀態(tài)待逆變狀態(tài) 逆變組除逆變組除 環(huán)流外并未流過負(fù)載電流，環(huán)流外并未流過負(fù)載電流， 它只是處于它只是處于“待逆變狀待逆變狀 態(tài)態(tài)”，表示該組晶閘管裝，表示該組晶閘管裝 置是在逆變角控制下等待置是在逆變角控制下等待 工作工作 瞬時脈動環(huán)流的產(chǎn)生瞬時脈動環(huán)流的產(chǎn)生正組整流電壓和反組逆變電壓之間的瞬時電壓差正組整流電壓和反組逆變電壓之間的瞬時電壓差 瞬時脈動環(huán)流的抑制瞬時脈動環(huán)流的抑制在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做在環(huán)流回路中串入電抗器，叫做環(huán)流電抗器環(huán)流電抗器，或稱均衡電抗器，或稱均衡電抗器 環(huán)流電抗的大小可以按照把瞬時環(huán)流的直流分量限制在

36、負(fù)載額環(huán)流電抗的大小可以按照把瞬時環(huán)流的直流分量限制在負(fù)載額 定電流的定電流的5%10%來設(shè)計(jì)來設(shè)計(jì) 制動過程制動過程本組逆變階段本組逆變階段 它組制動階段它組制動階段 它組建流子階段；它組建流子階段； 它組逆變子階段；它組逆變子階段； 反向減流子階段反向減流子階段 無環(huán)流控制的可逆晶閘管無環(huán)流控制的可逆晶閘管-電動機(jī)系統(tǒng)電動機(jī)系統(tǒng)邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng) 錯位控制無環(huán)流系統(tǒng)錯位控制無環(huán)流系統(tǒng) 第五章第五章 異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 交流拖動控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域交流拖動控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域一般性能的節(jié)能調(diào)速一般性能的節(jié)能調(diào)速 高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)高性能的交流調(diào)

37、速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng) 特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速 交流調(diào)速系統(tǒng)的主要類型交流調(diào)速系統(tǒng)的主要類型降電壓調(diào)速；降電壓調(diào)速； 轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速； 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速； 繞線電機(jī)串級調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速；繞線電機(jī)串級調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速； 變極對數(shù)調(diào)速；變極對數(shù)調(diào)速； 變壓變頻調(diào)速變壓變頻調(diào)速 按電動機(jī)的能量轉(zhuǎn)換類型分類按電動機(jī)的能量轉(zhuǎn)換類型分類1. 轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng) 2.轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng) 3. 轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng) 異步電動機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)異步電動機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng) 異步電動機(jī)等

38、效電路異步電動機(jī)等效電路 圖圖5-3 異步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路異步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路 Us 1 RsLls Llr LmRr /s Is I 0 Ir Lm 電流公式電流公式 2 rs 2 1 2 r s s rs ll LL s R R U II 轉(zhuǎn)矩公式轉(zhuǎn)矩公式 2 rs 2 1 2 r s1 r 2 sp r2 r 1 p 1m m e /3 3 ll LL s R R sRUn s R I n P T 電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比 最大轉(zhuǎn)矩公式最大轉(zhuǎn)矩公式 2 rs 2 1 2 s r m )( ll LLR R s 2 rs 2 1 2 ss1 2

39、sp maxe )(2 3 ll LLRR Un T 變壓調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)變壓調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn) 靜特性左右兩邊都有極限，不能無限延長，它們是額定電靜特性左右兩邊都有極限，不能無限延長，它們是額定電 壓壓UsN 下的機(jī)械特性和最小輸出電壓下的機(jī)械特性和最小輸出電壓Usmin 下的機(jī)械特性。下的機(jī)械特性。 當(dāng)負(fù)載變化時，如果電壓調(diào)節(jié)到極限值，閉環(huán)系統(tǒng)便失去當(dāng)負(fù)載變化時，如果電壓調(diào)節(jié)到極限值，閉環(huán)系統(tǒng)便失去 控制能力，系統(tǒng)的工作點(diǎn)只能沿著極限開環(huán)特性變化。控制能力，系統(tǒng)的工作點(diǎn)只能沿著極限開環(huán)特性變化。 近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 WFBS(s) U*n(s) Un(s) Uc (s) - n(s)

40、WASR(s) WGT-V (s)WMA (s) Us(s) s s KsW n n nASR 1 )( 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置 1 )( s s VGT sT K sW 測速反饋環(huán)節(jié)測速反饋環(huán)節(jié) 1 )( on FBS sT sW 異步電機(jī)近似的傳遞函數(shù)異步電機(jī)近似的傳遞函數(shù) 1 )( m MA MA sT K sW v由于它是偏微線性化模型，只能用于機(jī)械特性線性段上工作點(diǎn)附近的穩(wěn)定性判別和由于它是偏微線性化模型，只能用于機(jī)械特性線性段上工作點(diǎn)附近的穩(wěn)定性判別和 動態(tài)校正，不適用于起制動時轉(zhuǎn)速大范圍變化的動態(tài)響應(yīng)。動態(tài)校正，不適用于起制動時轉(zhuǎn)速大范圍變

41、化的動態(tài)響應(yīng)。 由于它完全忽略了電磁慣性，分析與計(jì)算有很大的近似性由于它完全忽略了電磁慣性，分析與計(jì)算有很大的近似性 第六章第六章 異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 變壓變頻調(diào)速的變壓變頻調(diào)速的 基本控制方式基本控制方式 保持電機(jī)中每極磁通量保持電機(jī)中每極磁通量 m為額定值不變?yōu)轭~定值不變。如果。如果磁通太弱，沒有充磁通太弱，沒有充 分利用電機(jī)的鐵心分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果，是一種浪費(fèi)；如果過分增大磁通，又會使鐵過分增大磁通，又會使鐵 心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞 電機(jī)電機(jī)。 基頻以下

42、調(diào)速基頻以下調(diào)速 恒值電動勢頻率比的控制方式恒值電動勢頻率比的控制方式 恒壓頻比的控制方式恒壓頻比的控制方式 （低頻電壓補(bǔ)償）（低頻電壓補(bǔ)償） 基頻以上調(diào)速基頻以上調(diào)速 定子電壓定子電壓Us卻不可能超過額定卻不可能超過額定 電壓電壓UsN，最多只能保持，最多只能保持 s=UsN，這將迫使磁通與頻率，這將迫使磁通與頻率 成反比地降低成反比地降低 f1N 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 UsN mN m 恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速 mUs f1O 機(jī)械特性機(jī)械特性 恒壓恒頻正弦波供電恒壓恒頻正弦波供電 n n0 s Te 01 0 Te sm Temax Temax 恒壓頻比控制（恒壓頻比控制（ Us / 1 ）

43、 恒恒 Eg / 1 控制控制 恒恒 Er / 1 控制控制 恒恒 Us / 1 控制控制 0 s 1 0Te 恒恒 Er / 1 控制控制 恒恒 Eg / 1 控制控制 c 交交-直直-交和交交和交-交變壓變頻器交變壓變頻器 交交-直直-交變壓變頻器交變壓變頻器 變壓變頻變壓變頻 (VVVF) 中間直流環(huán)節(jié)中間直流環(huán)節(jié)恒壓恒頻恒壓恒頻 (CVCF) 逆變逆變DCAC AC 50Hz 整流整流 交交-交變壓變頻器交變壓變頻器 交交變頻交交變頻 AC 50Hz AC CVCFVVVF 電壓源型和電流源型逆變器電壓源型和電流源型逆變器 逆 變 器 逆 變 器 Ld Id Cd Ud Ud + -

44、- a) 電壓源逆變器電壓源逆變器b) 電流源逆變器電流源逆變器 180導(dǎo)通型和導(dǎo)通型和120導(dǎo)通型逆變器導(dǎo)通型逆變器 相電壓相電壓 S SSA u uuu 3 2 3 4 3 1 3 2 3 2 2 1 22 ) S SA u uu 6 1 4 3 2 1 2 1 2 0 兩種極性兩種極性PWM控制方式的比較控制方式的比較 v單極性單極性PWM控制方式控制方式v雙極性雙極性PWM控制方式控制方式 圖6-5 uruc u O t O t uo uof uo Ud -Ud 圖6-6 uruc u O t O t uouof uo Ud -Ud （1）異步調(diào)制）異步調(diào)制 異步調(diào)制異步調(diào)制載波信號和

45、調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式。載波信號和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式。 通常保持通常保持f fc c 固定不變，當(dāng) 固定不變，當(dāng)f fr r 變化時，載波比 變化時，載波比 N N 是變化的；是變化的； 在信號波的半周期內(nèi)，在信號波的半周期內(nèi)，PWMPWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不 固定，正負(fù)半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后固定，正負(fù)半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/41/4周期的周期的 脈沖也不對稱；脈沖也不對稱； 當(dāng)當(dāng)f fr r 較低時， 較低時，N N 較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn)較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn) 生的不利影響都較小；生的不利影響

46、都較小； 當(dāng)當(dāng)f fr r 增高時， 增高時，N N 減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，PWMPWM脈沖不脈沖不 對稱的影響就變大對稱的影響就變大 （2）同步調(diào)制）同步調(diào)制 同步調(diào)制同步調(diào)制N N 等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波 保持同步。保持同步。 基本同步調(diào)制方式，基本同步調(diào)制方式，f fr r變化時變化時N N不變，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定；不變，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定； 三相電路中公用一個三角波載波，且取三相電路中公用一個三角波載波，且取N N 為為3 3的整數(shù)倍，使三相輸出對稱；的整數(shù)倍，使三相輸出對稱； 為使一相

47、的為使一相的PWMPWM波正負(fù)半周鏡對稱，波正負(fù)半周鏡對稱，N N應(yīng)取奇數(shù)；應(yīng)取奇數(shù)； f fr r很低時，很低時，f fc c也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除；也很低，由調(diào)制帶來的諧波不易濾除； f fr r很高時，很高時，f fc c會過高，使開關(guān)器件難以承受。會過高，使開關(guān)器件難以承受。 同步調(diào)制三同步調(diào)制三 相相PWM波形波形 uc urUurVurW u uUN uVN O t t t t 0 0 0 uWN 2 Ud 2 Ud 1）逆變器的一個工作周期分）逆變器的一個工作周期分6個扇區(qū)，每個扇區(qū)相當(dāng)于常個扇區(qū)，每個扇區(qū)相當(dāng)于常 規(guī)六拍逆變器的一拍。為了使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場逼近圓形，規(guī)六

48、拍逆變器的一拍。為了使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場逼近圓形， 每個扇區(qū)再分成若干個小區(qū)間每個扇區(qū)再分成若干個小區(qū)間T0，T0 越短，旋轉(zhuǎn)磁場越短，旋轉(zhuǎn)磁場 越接近圓形，但越接近圓形，但T0的縮短受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻的縮短受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻 率的制約。率的制約。 2) 在每個小區(qū)間內(nèi)雖有多次開關(guān)狀態(tài)的切換，但每次切換在每個小區(qū)間內(nèi)雖有多次開關(guān)狀態(tài)的切換，但每次切換 都只涉及一個功率開關(guān)器件，因而開關(guān)損耗小。都只涉及一個功率開關(guān)器件，因而開關(guān)損耗小。 3) 每個小區(qū)間均以零電壓矢量開始，又以零矢量結(jié)束。每個小區(qū)間均以零電壓矢量開始，又以零矢量結(jié)束。 4) 利用電壓空間矢量直接生成三相利用電壓空間矢

49、量直接生成三相PWM波，計(jì)算簡便。波，計(jì)算簡便。 5) 采用采用SVPWM控制時，逆變器輸出線電壓基波最大值為控制時，逆變器輸出線電壓基波最大值為 直流側(cè)電壓，這比一般的直流側(cè)電壓，這比一般的SPWM逆變器輸出電壓提高了逆變器輸出電壓提高了 15%。 SVPWM控制模式有以下特點(diǎn)控制模式有以下特點(diǎn) 1. 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 M 3 電壓 檢測 泵升 限制 電流 檢測 溫度 檢測 電流 檢測 單 片 機(jī) 顯示 設(shè)定 接口 PWM 發(fā)生器 驅(qū)動 電路 URUIR0 R1 R2 Rb VTb K R0 R1Rb R2 轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制調(diào)速系統(tǒng) 通用變頻器通用變頻器-異步

50、電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 控制轉(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。控制轉(zhuǎn)差頻率就代表控制轉(zhuǎn)矩，這就是轉(zhuǎn)差頻率控制的基本概念。 轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律 （1）在）在 s sm 的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩 Te 基本上基本上 與與 s 成正比，條件是氣隙磁通不變。成正比，條件是氣隙磁通不變。 （2）在不同的定子電流值時，按上圖的函數(shù)關(guān)）在不同的定子電流值時，按上圖的函數(shù)關(guān) 系系 Us = f ( 1 , Is) 控制定子電壓和頻率，就能控制定子電壓和頻率，就能 保持氣隙磁通保持氣隙磁

51、通 m恒定。恒定。 交流電機(jī)數(shù)學(xué)模型交流電機(jī)數(shù)學(xué)模型 交流電機(jī)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)交流電機(jī)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng) 三相異步電動機(jī)的多變量三相異步電動機(jī)的多變量 非線性數(shù)學(xué)模型非線性數(shù)學(xué)模型 r s rrrs srss r s i i LL LL i Li LRii Li LRiLiRiu d d d d d d d d )( ttt p )120sin()( )120sin()( sin)( bCaBcA aCcBbA cCbBaAmspe iiiiii iiiiii iiiiiiLnT td d tn J TT d d p Le 異步電機(jī)數(shù)學(xué)

52、模型的性質(zhì)異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型的性質(zhì) （1）雙輸入雙輸出的系統(tǒng)雙輸入雙輸出的系統(tǒng)。 （2）非線性因素存在于非線性因素存在于1 （）和）和2（）中）中。 （3）多變量之間的耦合關(guān)系多變量之間的耦合關(guān)系 主要也體現(xiàn)在主要也體現(xiàn)在1（）和）和2 （） 兩個環(huán)節(jié)上兩個環(huán)節(jié)上。 坐標(biāo)變換和變換矩陣坐標(biāo)變換和變換矩陣 三相三相-兩相變換（兩相變換（3/2變換）變換） A N2i N3i A N3i C N3i B N2i 60o 60o C B C B A 2 3 2 3 2 3 0 2 1 2 1 1 i i i N N i i 兩相兩相兩相旋轉(zhuǎn)變換（兩相旋轉(zhuǎn)變換（2s/2r變換）變換） it sin i

53、Fs 1 imcos i m imsin itcos i it M T sincos tm iii cossin tm iii K/P變換變換 is (F s) 1 s i m i t M T 2 t 2 ms iii m t s arctan i i 基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)基于動態(tài)模型按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng) 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向按轉(zhuǎn)子磁鏈定向 d軸是沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶康姆较颍⒎Q之為軸是沿著轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶康姆较?，并稱之為 M 軸，而軸，而q軸再逆軸再逆 時針轉(zhuǎn)時針轉(zhuǎn)90，即垂直于轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶?，稱之為，即垂直于轉(zhuǎn)子總磁鏈?zhǔn)噶?，稱之為T軸軸。 這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就具體規(guī)

54、定為這樣的兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系就具體規(guī)定為 M，T 坐標(biāo)系，坐標(biāo)系， 即即按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的坐標(biāo)系。 rrmrd 0 rtrq 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的意義按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的意義轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩分量無關(guān)轉(zhuǎn)子磁鏈僅由定子電流勵磁分量產(chǎn)生，與轉(zhuǎn)矩分量無關(guān)，從，從 這個意義上看，這個意義上看，定子電流的勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的定子電流的勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量是解耦的。 r 與與 ism之間的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，時間常數(shù)為轉(zhuǎn)之間的傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，時間常數(shù)為轉(zhuǎn) 子磁鏈勵磁時間常數(shù)子磁鏈勵磁時間常數(shù)，當(dāng)勵磁電流分量，當(dāng)勵磁電流分量ism突變時，突變時， r 的的

55、變化要受到勵磁慣性的阻撓，這和直流電機(jī)勵磁繞組的慣變化要受到勵磁慣性的阻撓，這和直流電機(jī)勵磁繞組的慣 性作用是一致的。性作用是一致的。 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 控制器控制器 VR-12/3 電流控制電流控制 變頻器變頻器 3/2VR 等效直流等效直流 電機(jī)模型電機(jī)模型 + i*m1 i*t1 1 i*1 i*1 i*A i*B i*C iA iB iC i1 i1 im1 it1 反饋信號 異步電動機(jī) 給定 信號 A i 電流控制 變頻器 mp r Ln L C i B i sm i st i r 異步電機(jī)矢量 變換模型 s3/r2 C r A i C i B i r R

56、A ASR 轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)控制矢量控制系統(tǒng)直接矢量控制系統(tǒng)直接矢量控制系統(tǒng) VR-12/3 Lr ATRASR AR 電流變 換和磁 鏈觀測 M 3 TA + + + cos sin is npLm is * T*e Te *r r r i*st i*sm i* s i* s i*sA i*sB i*sC ist 電流滯環(huán)型電流滯環(huán)型PWM變頻器變頻器 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī) 圖圖6-60 帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng)帶轉(zhuǎn)矩內(nèi)環(huán)的轉(zhuǎn)速、磁鏈閉環(huán)矢量控制系統(tǒng) 磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)磁鏈開環(huán)轉(zhuǎn)差型矢量控制系統(tǒng)間接矢量控制系統(tǒng)間接矢量控制系統(tǒng) p 1 K/P

57、 ACRUR CSI M TG + TA + + + + + Ld 3 +s Tr Lm Lm Tr p+1 ASR 矢量控制器 1 *s *s i*s is i*st i*sm *r * 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理和特點(diǎn) v系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 圖圖6-62 按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) 基于動態(tài)模型按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)基于動態(tài)模型按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng) n 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) p轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)：轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)： lASRASR的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號；的輸出作為電磁轉(zhuǎn)矩的給定信號； l設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，它可以抑制磁鏈變

58、設(shè)置轉(zhuǎn)矩控制內(nèi)環(huán)，它可以抑制磁鏈變 化對轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，從而使轉(zhuǎn)速和化對轉(zhuǎn)速子系統(tǒng)的影響，從而使轉(zhuǎn)速和 磁鏈子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了近似的解耦。磁鏈子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了近似的解耦。 p轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制器轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制器： 用滯環(huán)控制器取代通常的用滯環(huán)控制器取代通常的PIPI調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。 n 控制特點(diǎn)控制特點(diǎn) 與與VCVC系統(tǒng)一樣，它也是分別控制異步電動機(jī)的系統(tǒng)一樣，它也是分別控制異步電動機(jī)的 轉(zhuǎn)速和磁鏈，但在具體控制方法上，轉(zhuǎn)速和磁鏈，但在具體控制方法上，DTCDTC系統(tǒng)與系統(tǒng)與 VCVC系統(tǒng)不同的特點(diǎn)是：系統(tǒng)不同的特點(diǎn)是： 1 1）轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式砰轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制采用雙位式砰- -砰控制器砰

59、控制器，省去了旋轉(zhuǎn)，省去了旋轉(zhuǎn) 變換和電流控制，簡化了控制器的結(jié)構(gòu)。變換和電流控制，簡化了控制器的結(jié)構(gòu)。 2）選擇）選擇定子磁鏈作為被控量。定子磁鏈作為被控量。 3）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)載變化的動態(tài)過）由于采用了直接轉(zhuǎn)矩控制，在加減速或負(fù)載變化的動態(tài)過 程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必須注意限制過大的沖程中，可以獲得快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)，但必須注意限制過大的沖 擊電流，以免損壞功率開關(guān)器件。擊電流，以免損壞功率開關(guān)器件。 表表6-1 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)特點(diǎn)與性能比較直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)特點(diǎn)與性能比較 第七章第七章 繞線式異步電機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)繞線式異步電機(jī)串級調(diào)

60、速系統(tǒng) 雙饋調(diào)速的概念雙饋調(diào)速的概念 所謂所謂“雙饋雙饋”，就是指把繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的，就是指把繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的定子繞組與交流電定子繞組與交流電 網(wǎng)連接網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組與其他含電動勢的電路相連接，使它們可以進(jìn)轉(zhuǎn)子繞組與其他含電動勢的電路相連接，使它們可以進(jìn) 行電功率的相互傳遞行電功率的相互傳遞。 功率變換單元功率變換單元 電網(wǎng) K1 M 3 K2 TI 雙饋調(diào)速的基本結(jié)構(gòu)雙饋調(diào)速的基本結(jié)構(gòu) l五種工況小結(jié)五種工況小結(jié) 圖圖7-2 異步電機(jī)在轉(zhuǎn)子附加電動勢時的工況及其功率流程異步電機(jī)在轉(zhuǎn)子附加電動勢時的工況及其功率流程 五種工況都是異步電五種工況都是異步電 機(jī)轉(zhuǎn)子加入附加電動勢機(jī)轉(zhuǎn)子加入附加電