電力傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)金陵科技學(xué)院運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程網(wǎng)站PPT課件

1、第1篇直流調(diào)速系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第1頁/共85頁2.直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性 對(duì)于帶制動(dòng)電流通路的不可逆電路，其電壓平衡方程式分兩個(gè)階段： (2-19) (2-20)式中R、L分別為電樞電路的電阻和電感。)0(onddsttEdtdiLRiUEdtdiLRidd0)(Ttton第2頁/共85頁電壓平均值方程 平均電壓 平均電流 電樞電感壓降的均值 轉(zhuǎn)速nCRIERIUeddssdUUdI0dtdiLd eCEn （2-21） 第3頁/共85頁機(jī)械特性 機(jī)械特性方程式為 (2-22) 或用轉(zhuǎn)矩表示， (2-23)式中， 電動(dòng)機(jī)在額定磁通下的

2、轉(zhuǎn)矩系數(shù)； 理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比。dedeesICRnICRCUn0emeemeesTCCRnTCCRCUn0NmmKCesCUn0第4頁/共85頁圖2-12直流PWM調(diào)速系統(tǒng)（電流連續(xù)）的機(jī)械特性第5頁/共85頁3PWM控制器與變換器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型圖2-13 PWM控制器與變換器框圖 第6頁/共85頁傳遞函數(shù) 傳遞函數(shù)為 (2-24)式中：KsPWM裝置的放大系數(shù) TsPWM裝置的延遲時(shí)間， 近似的傳遞函數(shù) (2-25)sTscdsseKsUsUsW)()()(1)(sTKsWsss第7頁/共85頁4直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的電能回饋和泵升電壓 PWM變換器的直流電源通常由交流電網(wǎng)經(jīng)不可

3、控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容C濾波，以獲得恒定的直流電壓。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電能不可能通過整流裝置送回交流電網(wǎng)，只能向?yàn)V波電容充電， 形成直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)特有的電能回饋問題。第8頁/共85頁 對(duì)濾波電容充電的結(jié)果造成直流側(cè)電壓升高，稱作“泵升電壓”。 系統(tǒng)在制動(dòng)時(shí)釋放的動(dòng)能將表現(xiàn)為電容儲(chǔ)能的增加， 要適當(dāng)?shù)剡x擇電容的電容量，或采取其它措施，以保護(hù)電力電子開關(guān)器件不被泵升電壓擊穿。 第9頁/共85頁2.2 穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)和 直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性 對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求：（1）調(diào)速在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2）穩(wěn)速以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)

4、定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)；（3）加、減速頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。第10頁/共85頁2.2.1轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)1、調(diào)速范圍 生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin之比稱為調(diào)速范圍，用字母D表示，即（2-27） nmax和nmin是電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速， 對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的最高和最低轉(zhuǎn)速。minmaxnnD 第11頁/共85頁2、靜差率s 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落nN與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比：（2-28

5、） 用百分?jǐn)?shù)表示（2-29）0nnsN%1000nnsN第12頁/共85頁圖2-14 不同轉(zhuǎn)速下的靜差率 特性a和b的硬度相同， 特性a和b額定速降相同， 特性a和b的靜差率不相同。 第13頁/共85頁3. 調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系（2-30） 對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，nN值是定值。 要求s值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍D也越小。 一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。)1 (snsnDNN第14頁/共85頁例題2-1 某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為nN=1430r/min，額定速降nN=115r/min， 當(dāng)要求靜差率s30%時(shí)，允許多大的調(diào)速范圍

6、？ 如果要求靜差率s 20%，則調(diào)速范圍是多少？ 如果希望調(diào)速范圍達(dá)到10，所能滿足的靜差率是多少？ 第15頁/共85頁解 在要求s 30%時(shí)，允許的調(diào)速范圍為 若要求s 20%，則允許的調(diào)速范圍只有 若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是3 . 5)3 . 01 (1153 . 01430)1 (snsnDNN1 . 3)2 . 01 (1152 . 01430D%6 .44446. 011510143011510NNNnDnnDs第16頁/共85頁2.2.2 直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，即無反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。 調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 晶閘管整流器和PWM變換器

7、都是可控的直流電源，用UPE來統(tǒng)一表示可控直流電源， 第17頁/共85頁圖215 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖第18頁/共85頁機(jī)械特性 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：電力電子變換器直流電動(dòng)機(jī) 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性為 csdUKU0ed0dCRIUnedecsed0dCRICUKCRIUn（2-31） 第19頁/共85頁圖2-16 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖第20頁/共85頁圖2-17 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性第21頁/共85頁例題2-2 某龍門刨床工作臺(tái)拖動(dòng)采用直流電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢系

8、數(shù)Ce=0.2Vmin/r。如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率s5%，采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降nN最多能有多少？ 第22頁/共85頁解:當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的額定速降為開環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為如要求 ， ，即要求3050.18=275r/min0.2dNNeIRnC2750.21621.6%1000275NNNNnsnn 10000.052.63 /min(1)20(10.05)NNn snrDs20D%5s第23頁/共85頁2.3 轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)自動(dòng)控制原理，將系統(tǒng)的被調(diào)節(jié)量作為反饋量引入系統(tǒng)，與給定量進(jìn)行比較，用比較后的偏差值對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行

9、控制，可以有效地抑制甚至消除擾動(dòng)造成的影響，而維持被調(diào)節(jié)量很少變化或不變，這就是反饋控制的基本作用。 第24頁/共85頁2.3.1 轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的 數(shù)學(xué)模型 在負(fù)反饋基礎(chǔ)上的“檢測誤差，用以糾正誤差”這一原理組成的系統(tǒng)，其輸出量反饋的傳遞途徑構(gòu)成一個(gè)閉合的環(huán)路，因此被稱作閉環(huán)控制系統(tǒng)。 在直流調(diào)速系統(tǒng)中，被調(diào)節(jié)量是轉(zhuǎn)速，所構(gòu)成的是轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。第25頁/共85頁1轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性圖2-18 帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 第26頁/共85頁n電壓比較環(huán)節(jié)n比例調(diào)節(jié)器n測速反饋環(huán)節(jié) n電力電子變換器 n直流電動(dòng)機(jī) n*nnUUUnpcUKUnUn

10、csdUKU0ed0dCRIUnKp比例調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)（Vmin/r）第27頁/共85頁靜特性方程式 *(1/)(1)(1)psndpsndepseeeK K UI RK K URInCK KCCKCK（2-32） 式中: 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán) 放大系數(shù) 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（或轉(zhuǎn)矩）間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。 espCKKK第28頁/共85頁圖2-19轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（b）只考慮給定作用時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng) 第29頁/共85頁圖2-19轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（c）只考慮擾動(dòng)作用時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng)第30頁/共85頁圖2-19轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直

11、流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（a）閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 第31頁/共85頁2轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 一個(gè)帶有儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的線性物理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程可以用線性微分方程描述， 微分方程的解即系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程，它包括兩部分：動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)解。 在動(dòng)態(tài)過程中，從施加給定輸入值的時(shí)刻開始，到輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值以前，是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)； 系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，可用穩(wěn)態(tài)解來描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。第32頁/共85頁 比例放大器的傳遞函數(shù) 電力電子變換器的傳遞函數(shù) 測速反饋的傳遞函數(shù)1)(sTKsWsss(2-33) pncaKsUsUsW)()()(（2-42） )()()(snsUsWnfn(2-43) 第33頁/共85頁圖2

12、-20 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在額定勵(lì)磁下的等效電路 假定主電路電流連續(xù)，動(dòng)態(tài)電壓方程為(2-34) 忽略粘性摩擦及彈性轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)軸上的動(dòng)力學(xué)方程為(2-35)EdtdILRIUddd0dtdnGDTTLe3752第34頁/共85頁 額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別為 (2-36) (2-37) 包括電動(dòng)機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，（Nm） 電力拖動(dòng)裝置折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量，(Nm2) 電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，(Nm/A) 再定義下列時(shí)間常數(shù)： 電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)(s) 電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)(s)nCEedmeICT LT2GDemCC30RLTlmemCCRGDT3752第35頁

13、/共85頁 整理后得 (2-38) (2-39)式中， 負(fù)載電流（A）。)(0dtdITIREUdldddtdERTIImdLdmLdLCTI第36頁/共85頁 在零初始條件下，取拉氏變換，得電壓與電流間的傳遞函數(shù) (2-40) 電流與電動(dòng)勢間的傳遞函數(shù) (2-41)11)()()(10sTRsEsUsIddsTRsIsIsEmdLd)()()(第37頁/共85頁圖2-21 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖(a)電壓電流間的結(jié)構(gòu)框圖 (b)電流電動(dòng)勢間的結(jié)構(gòu)框圖 (c）直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖第38頁/共85頁 直流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)輸入量， 一個(gè)是施加在電樞上的理想空載電壓Ud0，是控制輸入量，

14、 另一個(gè)是負(fù)載電流IdL。擾動(dòng)輸入量。 如果不需要在結(jié)構(gòu)圖中顯現(xiàn)出電流，可將擾動(dòng)量的綜合點(diǎn)移前，再進(jìn)行等效變換，得圖2-22。 第39頁/共85頁 額定勵(lì)磁下的直流電動(dòng)機(jī)是一個(gè)二階線性環(huán)節(jié)， 時(shí)間常數(shù)Tm表示機(jī)電慣性 時(shí)間常數(shù)Tl表示電磁慣性。 圖2-22 直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的變換 第40頁/共85頁圖2-23 轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖第41頁/共85頁轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù) ) 1)(1()()()(2sTsTTsTKsUsUsWmlmsnn(2-44) 式中 espCKKK/第42頁/共85頁轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù) KsTsTTsTCKK

15、sTsTTsTCKKsTsTTsTCKKsUsnsWmlmsespmlmsespmlmsespncl) 1)(1(/) 1)(1(/1) 1)(1(/)()()(222*111)(1)1 (23sKTTsKTTTsKTTTKCKKsmslmslmesp（2-45） 第43頁/共85頁2.3.2 比例控制的直流調(diào)速系統(tǒng)1開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和比例控制閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系 開環(huán)機(jī)械特性為 (2-46) 式中， 表示開環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速， 表示開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。 比例控制閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性為 (2-47) 式中， 表示閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速， 表示閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。opopedenspeddnnCR

16、ICUKKCRIUn0*0clcledenspnnKCRIKCUKKn0*)1 ()1 (opn0opn0clncln第44頁/共85頁（1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng) 機(jī)械特性硬得多 在同樣的負(fù)載擾動(dòng)下， 開環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落 閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落 它們的關(guān)系是 (2-48)edopCRIn)1 (KCRInedclKnnopcl1第45頁/共85頁（2）閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要比開環(huán)系統(tǒng) 小得多 閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率為 開環(huán)系統(tǒng)的靜差率為 當(dāng) 時(shí)， （2-49）clclclnns0opopopnns0clopnn00Kssopcl1第46頁/共85頁（3）如果所要求的靜差率一定，則 閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提

17、高調(diào)速范圍 如果電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速都是nN，最低速靜差率都是s，可得 開環(huán)時(shí)， 閉環(huán)時(shí)， 得到 （2-50）)1 (snsnDopNop)1 (snsnDclNclopclDKD)1 ( 第47頁/共85頁圖2-24 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性的關(guān)系第48頁/共85頁 開環(huán)系統(tǒng) Id n 例如：在圖2-24中工作點(diǎn)從A A 閉環(huán)系統(tǒng) Id n Un Un Uc n Ud0 例如：在圖2-24中工作點(diǎn)從A B 比例控制直流調(diào)速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降的變化。第49頁/共85頁例題2-3 在例題2-2中，

18、龍門刨床要求D=20，s5%，已知 Ks=30,= 0.015Vmin/r，Ce=0.2Vmin/r，采用比例控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足上述要求時(shí)，比例放大器的放大系數(shù)應(yīng)該有多少？ 第50頁/共85頁解: 開環(huán)系統(tǒng)額定速降為 =275 r/min， 閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為 2.63 r/min，由式（2-48）可得 則得 即只要放大器的放大系數(shù)等于或大于46。opncln6 .103163. 22751clopnnK462 . 0/015. 0306 .103/espCKKK第51頁/共85頁2反饋控制規(guī)律（1）比例控制的反饋控制系統(tǒng)是被調(diào)量有靜差的控制系統(tǒng) 比例控制反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)值越大，

19、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。 但只要比例放大系數(shù)Kp常數(shù)，開環(huán)放大系數(shù)K，反饋控制就只能減小穩(wěn)態(tài)誤差，而不能消除它， 這樣的控制系統(tǒng)叫做有靜差控制系統(tǒng)。第52頁/共85頁（2）反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動(dòng), 服從給定 反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它能有效地抑制一切被負(fù)反饋環(huán)所包圍的前向通道上的擾動(dòng)作用， 對(duì)于給定作用的變化唯命是從。第53頁/共85頁圖2-25 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動(dòng)作用第54頁/共85頁（3）系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度 反饋控制系統(tǒng)無法鑒別是對(duì)給定電壓的正常調(diào)節(jié)還是不應(yīng)有的給定電壓的電源波動(dòng)。 反饋檢測裝置的誤差也是反饋控制系統(tǒng)無法克服的。 現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨

20、勢是用數(shù)字給定和數(shù)字測速來提高調(diào)速系統(tǒng)的精度。 第55頁/共85頁3比例控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的 動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 比例控制閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為 (2-51) 根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯-古爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是 整理后得 (2-52)0111)(123sKTTsKTTTsKTTTsmslmslm0111)(KTTTKTTKTTTslmsmslmslsslmTTTTTTK2)(第56頁/共85頁例題2-4 在例題2-3中，系統(tǒng)采用的是三相橋式可控整流電路，已知電樞回路總電阻 ，電感量 3mH，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量 ，試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。0.18R L 2260mNGD第57頁/共85頁解 ：

21、電磁時(shí)間常數(shù) 機(jī)電時(shí)間常數(shù) 晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為 為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件： 閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和例題2-3中穩(wěn)態(tài)性能要求 是矛盾的。sRLTl0167. 018. 0003. 0sCCRGDTmem075. 02 . 0302 . 037518. 0603752sTs00167. 05 .4900167. 00167. 000167. 0)00167. 00167. 0(075. 0)(22slsslmTTTTTTK103.5K 第58頁/共85頁例題2-5 在上題的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，若改用全控型器件的PWM調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)不變，電樞回路參數(shù)為： ， ， ，PWM開關(guān)頻率為

22、8 。按同樣的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) ， ，該系統(tǒng)能否穩(wěn)定？如果對(duì)靜差率的要求不變，在保證穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)能夠達(dá)到的最大調(diào)速范圍有多少？0.1R 1LmH44sK kHz20D 5%s 第59頁/共85頁解 ：0.0010.01 s0.1lLTR2600.10.0417 s375375 0.20.230memGD RTC C10.000125 s8000sT 4 .339000125. 001. 0000125. 0)000125. 001. 0(0417. 0)(22slsslmTTTTTTK第60頁/共85頁 按照穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) 、 要求 PWM調(diào)速系統(tǒng)能夠在滿足穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)要求下穩(wěn)定運(yùn)行。 20D 5%

23、s 2.63 r/mincln（見例題2-2） 3050.1152.5 r/min0.2NopeI RnC152.511572.63opclnKn 0，積分調(diào)節(jié)器的輸出Uc便一直增長；只有達(dá)到Un=0時(shí)， Uc才停止上升；只有到Un變負(fù)， Uc才會(huì)下降。n當(dāng)Un=0時(shí)， Uc并不是零，而是某一個(gè)固定值Ucf 第66頁/共85頁 突加負(fù)載時(shí)，由于Idl的增加，轉(zhuǎn)速n下降，導(dǎo)致Un變正， 在積分調(diào)節(jié)器的作用下，Uc上升，電樞電壓Ud上升，以克服Idl增加的壓降，最終進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài) 。*nnUU0nU2dLdII2ccUU 圖2-27積分控制無靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)過程第67頁/共85頁積分控制

24、規(guī)律和比例控制規(guī)律的根本區(qū)別： 比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。 積分調(diào)節(jié)器到穩(wěn)態(tài)時(shí)Un =0，只要?dú)v史上有過Un ，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓。第68頁/共85頁2比例積分控制規(guī)律 比例積分調(diào)節(jié)器（PI調(diào)節(jié)器）的輸入輸出關(guān)系為 （2-55）式中，UinPI調(diào)節(jié)器的輸入，UexPI調(diào)節(jié)器的輸出。 其傳遞函數(shù)為 （2-56）式中，KpPI調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)， PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)。 令1=Kp，則PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)也可寫成如下形式 （2-57）表明，PI調(diào)節(jié)器也可用積分和比例微分兩個(gè)環(huán)節(jié)表示，式中，1微分

25、項(xiàng)中的超前時(shí)間常數(shù)。tininpexdtUUKU01ssKsKsWppPI11)(ssKsWpPI111)(第69頁/共85頁 用運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)器的輸入極性和輸出極性是反相的； (2-58) 式中 Rbal為運(yùn)算放大器同相輸入端的平衡電阻。圖2-28 比例積分（PI）調(diào)節(jié)器線路圖dtUUKdtUCRURRUininpininex11100101RRKp10CR第70頁/共85頁 PI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)。 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。第71頁/共85頁 在t=0時(shí)就有Uex(t)=KpUin，實(shí)現(xiàn)了快速控制； 隨

26、后Uex(t)按積分規(guī)律增長， 。 在t=t1時(shí)，Uin=0， 。 圖2-29 PI調(diào)節(jié)器的輸入輸出特性ininpexUtUKtU)(in1exUtU第72頁/共85頁 在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用PI調(diào)節(jié)器輸出部分Uc由兩部分組成， 比例部分和Un成正比， 積分部分表示了從t=0到此時(shí)刻對(duì)Un(t)的積分值， Uc是這兩部分之和。圖2-30 閉環(huán)系統(tǒng)中PI調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動(dòng)態(tài)過程第73頁/共85頁2.3.4 直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析圖2-31 比例積分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器用ASR表示） 第74頁/共85頁 使用比例調(diào)節(jié)器時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 （2-44） 式中 使用

27、積分調(diào)節(jié)器時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 （2-59） 式中 使用比例積分調(diào)節(jié)器時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 （2-60） 式中 ) 1)(1()(2sTsTTsTKsWmlmsespCKKK/) 1)(1()(2sTsTTsTsKsWmlmsesCKK) 1)(1() 1()(2sTsTTsTssKKsWmlmspesCKK第75頁/共85頁 根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)中積分環(huán)節(jié)的數(shù)目劃分控制系統(tǒng)的類型， 比例控制的調(diào)速系統(tǒng)是0型系統(tǒng)， 積分控制、比例積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是型系統(tǒng)。 穩(wěn)態(tài)誤差定義為輸入量和反饋量的差值，即 （2-61） 衡量系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確度的是系統(tǒng)對(duì)給定輸入U(xiǎn)n*的跟隨能力； 衡量系統(tǒng)抑制干擾

28、能力的是系統(tǒng)抑制負(fù)載電流IdL的抗擾能力。)()()(*tUtUtUnnn第76頁/共85頁1階躍給定輸入的穩(wěn)態(tài)誤差 在分析階躍給定輸入的穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，令I(lǐng)dL(s)=0。比例調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)為 （2-62） 階躍給定輸入 的穩(wěn)態(tài)誤差是 ) 1)(1(11)()(2*sTsTTsTKsUsUmlmsnnsUsUnn*)(KUsTsTTsTKsUssUsUnmlmsnsnsn1) 1)(1(11)(*2*00limlim（2-65） 第77頁/共85頁 積分調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)為 （2-63） 階躍給定輸入 的穩(wěn)態(tài)誤差是 sUsUnn*)(（2-66） ) 1)(1(11)()(2*sTsTTsTsKsUsUmlmsnn0) 1)(1(11)(2*00limlimsTsTTsTsKsUssUsUmlmsnsnsn第78頁/共85頁 比例積分調(diào)節(jié)器系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)為 （2-64） 階躍給定輸入 的穩(wěn)態(tài)誤差是 sUsUnn*)(（2-67） ) 1)(1