自動控制系統(tǒng)論文

1、自動控制系統(tǒng)論文直流調(diào)速系統(tǒng)院系：山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院班級：機(jī)電1404姓名：王潤峰學(xué)號：201411456指導(dǎo)老師：引言直流電動機(jī)和交流電動機(jī)相比, 其制造工藝復(fù)雜,生產(chǎn)成本高, 維修困難, 需備有直流電源才能使用。但因直流電動機(jī)具有寬廣的調(diào)速范圍, 平滑的調(diào)速特性，較高的過載能力和較大的起動、制動轉(zhuǎn)矩, 因此被廣泛地應(yīng)用于調(diào)速性能要求較高的場合。在工業(yè)生產(chǎn)中, 需要高性能速度控制的電力拖動場合, 直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮著極為重要的作用, 高精度金屬切削機(jī)床, 大型起重設(shè)備、軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)、城市電車等領(lǐng)域都廣泛采用直流電動機(jī)拖動。特別是晶閘管直流電動機(jī)拖動系統(tǒng),具有自動化程度高、控制性能好、起動轉(zhuǎn)矩

2、大, 易于實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論和實(shí)踐上都比較成熟，從控制技術(shù)角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此加強(qiáng)對直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展有利于更進(jìn)一步發(fā)展交流調(diào)速系統(tǒng)，促進(jìn)調(diào)速系統(tǒng)的進(jìn)一步完善。晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)有可逆調(diào)速和不可逆調(diào)速兩種。不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)只適用于不要求改變電動機(jī)轉(zhuǎn)向或不要求經(jīng)常改變電動機(jī)轉(zhuǎn)向, 同時(shí)在停車時(shí)對快速性又無特殊要求的生產(chǎn)機(jī)械, 如車床、鏜床等。在工業(yè)生產(chǎn)中, 某些生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)既能頻繁正反轉(zhuǎn)又能快速起動、制動, 如龍門刨床、可逆軋鋼機(jī)等,這些生產(chǎn)機(jī)械就需要采用可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。直流電動機(jī)的調(diào)速方法有三種, 即電樞回路串電阻調(diào)速、弱磁調(diào)

3、速和調(diào)壓調(diào)速。其中弱磁調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速均可實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速, 調(diào)壓調(diào)速的調(diào)速范圍大, 調(diào)速性能最好, 是應(yīng)用最為廣泛的自動調(diào)速方法。采用調(diào)壓調(diào)速的直流調(diào)速系統(tǒng), 需要一可控直流電源為直流電動機(jī)電樞供電。常見的可控直流電源有三種:旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止可控整流器和直流斬波器。相應(yīng)的直流調(diào)速系統(tǒng)也有三種: 即發(fā)電機(jī)- 電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng), 晶閘管相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)和直流斬波器調(diào)速系統(tǒng)。晶閘管相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)- 電動機(jī) 調(diào)速系統(tǒng)相比,具有放大倍數(shù)大、快速好、效率高、經(jīng)濟(jì)性好、體積小、控制方便、運(yùn)行噪聲小等優(yōu)點(diǎn); 而直流斬波器調(diào)速系統(tǒng)和晶閘管相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)相比, 又具有功率器件少、線路簡單、

4、調(diào)速范圍寬、快速響應(yīng)好、效率和功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn), 但因受器件容量等因素的限制, 目前主要用于中小功率的調(diào)速系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)上, 早期應(yīng)用的是發(fā)電機(jī)- 電動機(jī) 調(diào)速系統(tǒng), 隨著電子技術(shù)的發(fā)展, 晶閘管相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。目錄1、直流調(diào)速概念11調(diào)速概念41.2直流調(diào)速類型41.3直流調(diào)速性能指標(biāo)62、自動控制系統(tǒng)概念2.1開環(huán)控制系統(tǒng)92.2閉環(huán)控制系統(tǒng)93、晶閘管-電動機(jī)直流調(diào)速控制系統(tǒng)3.1 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)存在的問題.103.2 速度負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性.113.3 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析12 3.4 單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)123.5 單閉

5、環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)電流截止負(fù)反饋143.6 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)組成及靜特性154、總結(jié)165、參考文獻(xiàn)171、調(diào)速概念及直流調(diào)速類型1.1調(diào)速概念被控對象：電動機(jī) 被調(diào)量：速度調(diào)速：為了滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求，人為的改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。穩(wěn)速：把負(fù)載變化、電網(wǎng)波動等因素對電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，通過調(diào)節(jié)作用降到最低限度，甚至消除。調(diào)速系統(tǒng)要求調(diào)速和穩(wěn)速相結(jié)合。速度要求可調(diào)，但調(diào)至到某一速度運(yùn)行時(shí)，要求速度要穩(wěn)定。1.2流調(diào)速分類 機(jī)械調(diào)速：人為的改變傳動比，有級調(diào)速（汽車）。n 電氣調(diào)速：改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和其它參數(shù)的關(guān)系可以表示為： n ： 電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；U 3U 2U 1U

6、NI U：電樞供電電壓（V）； I： 電樞電流（A）；nN R： 電樞回路總電阻（ ）； ： 勵磁磁通（Wb）；n1 Ke：由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù) 。 可改變?nèi)缦聟?shù)調(diào)速：n2 調(diào)節(jié)U (降壓調(diào)速，如圖1-1) 工作條件： 保持勵磁 F = FN ；n3 電阻 R = Ra 調(diào)節(jié)過程：O 改變電壓 UN ® U¯ ®n ¯， n 0 ¯IL 調(diào)速特性： 圖1-1 隨著U ¯，轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。nn0OTeTL 圖1-2F NF 1F 2F 3nNn1n2n3 調(diào)節(jié) （弱磁調(diào)速，如圖1-2） 工作條件： 保持電壓 U

7、=UN ； 電阻 R = R a ； 調(diào)節(jié)過程： 減小勵磁 從FN ® ¯F ® n ­， n 0 ­ 調(diào)速特性： 隨著¯F，轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。調(diào)節(jié)R（電樞串電阻調(diào)速，如圖1-3）工作條件： 保持勵磁 F = FN ；電壓 U =UN ； 調(diào)節(jié)過程： 增加電阻從 Ra ® R­n®n ¯，n 0不變；調(diào)速特性：no 隨著R­，轉(zhuǎn)速下降，R0機(jī)械特性曲線變軟。n1n2n0R1n3R2R3IIL 圖1-3對于要求在一定范圍內(nèi)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，調(diào)壓方式最好改變電阻只能有級調(diào)速；并

8、且功耗大 ；特性軟。弱磁雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只與調(diào)壓方案配合，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速，以擴(kuò)大調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓或者改變勵磁磁通，都需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種：    （1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。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。    （2）靜止可控整流器。用靜止的可控整流器，如汞弧整流器和晶閘管整流裝置，產(chǎn)生可調(diào)的直流電壓。&

9、#160;   （3）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)大約在，控制功率小，有利于微電子技術(shù)引入到強(qiáng)電領(lǐng)域；在控制作用的快速性上也大大提高，有利于改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。但是，晶閘管整流器也有它的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下方面：（1）晶閘管一般是單向?qū)щ娫?，晶閘管整流器的電流是不允許反向的，這給電動機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行造成困難。必須實(shí)現(xiàn)四象限可逆運(yùn)行時(shí)，只好采用開關(guān)切換或正、反兩組全控型整流電路，構(gòu)成V-M可逆調(diào)速系統(tǒng)，后者所用變流設(shè)備要增多一倍。（2）晶閘管元件對于

10、過電壓、過電流以及過高的du/dt和di/dt十分敏感，其中任一指標(biāo)超過允許值都可能在很短時(shí)間內(nèi)元件損壞，因此必須有可靠的保護(hù)裝置和符合要求的散熱條件，而且在選擇元件時(shí)還應(yīng)保留足夠的余量，以保證晶閘管裝置的可靠運(yùn)行。（3）晶閘管的控制原理決定了只能滯后觸發(fā)，因此，晶閘管可控制整流器對交流電源來說相當(dāng)于一個(gè)感性負(fù)載，吸取滯后的無功電流，因此功率因素低，特別是在深調(diào)速狀態(tài)，即系統(tǒng)在較低速運(yùn)行時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角很小，使得系統(tǒng)的功率因素很低，并產(chǎn)生較大的高次諧波電流，引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備。如果采用晶閘管整流裝置的調(diào)速系統(tǒng)在電網(wǎng)中所占容量比重較大，將造成所謂的“電力公害”。為此，應(yīng)采

11、取相應(yīng)的無功補(bǔ)償、濾波和高次諧波的抑制措施。（4）晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，而且脈波數(shù)總是有限的。如果主電路電感不是非常大，則輸出電流總存在連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，因而機(jī)械特性也有連續(xù)和斷續(xù)兩段，連續(xù)段特性比較硬，基本上還是直線；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈現(xiàn)出顯著的非線性。1.3調(diào)速性能指標(biāo)轉(zhuǎn)速控制要求各種生產(chǎn)機(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)提出了不同的轉(zhuǎn)速控制要求，歸納起來有以下三個(gè)方面：    （1）調(diào)速。在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分檔（有級）地或者平滑（無級）地調(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)

12、定地運(yùn)行，不因各種可能的外來干擾（如負(fù)載變化、電網(wǎng)電壓波動等）而產(chǎn)生過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。    （3）加、減速控制。對頻繁起、制動的設(shè)備要求盡快地加、減速，縮短起、制動時(shí)間，以提高生產(chǎn)率；對不宜經(jīng)受劇烈速度變化的生產(chǎn)機(jī)械，則要求起、制動盡量平穩(wěn)。運(yùn)動控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的性能指標(biāo)稱為穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，又稱靜態(tài)指標(biāo)。例如，調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)調(diào)速范圍和靜差率，位置隨動系統(tǒng)的定位精度和速度跟蹤精度，張力控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)張力誤差等等。下面我們具體分析調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。穩(wěn)態(tài)指標(biāo)    （1）調(diào)速范圍D  

13、;  生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)能達(dá)到的最高轉(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                                        

14、                               （1.1）    其中nmax和nmin一般指額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可以用實(shí)際負(fù)載的轉(zhuǎn)速。在設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，通常視nmax為電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速nnom。（2）靜差率

15、S    當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載變到額定負(fù)載時(shí)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速no之比，稱為靜差率S，即                                     

16、60;               （1.2）    顯然，靜差率表示調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度，它和機(jī)械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定程度就越高。（3）調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中D，S和之間的關(guān)系    在直流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，就是電動機(jī)的額定速度nnom，若額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落為，則系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率，即  

17、                                                  

18、                 （1.3）    而額定負(fù)載時(shí)的最低轉(zhuǎn)速為                           

19、                                 （1.4）    考慮到式（1.3），式（1.4）可以寫成         

20、;                                  （1.5）    而調(diào)速范圍為           

21、;                                                  

22、0;  （1.6）    將式（1.5）代入式（1.6），得                                         

23、;                      （1.7）式（1.7）表達(dá)了調(diào)速范圍D、靜差率S和額定速降之間應(yīng)滿足的關(guān)系。對于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，其特性硬度或值是一定的，如果對靜差率的要求越嚴(yán)（即S值越?。?，系統(tǒng)允許的調(diào)速范圍D就越小。例如，某調(diào)速系統(tǒng)電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為nnom=1430r/min，額定速降為，當(dāng)要求靜差率S30%時(shí)，允許的調(diào)速范圍為  

24、0;                                       （1.8）    如果要求靜差率S10%，則調(diào)速范圍只有   

25、60;                                      （1.9）動態(tài)指標(biāo)運(yùn)動控制系統(tǒng)在過渡過程中的性能指標(biāo)稱為動態(tài)指標(biāo)，動態(tài)指標(biāo)包括跟隨性能指標(biāo)和抗擾性能指標(biāo)兩類。   &

26、#160;（1）跟隨性能指標(biāo)    在給定信號（或稱參考輸入信號）R（t）的作用下，系統(tǒng)輸出量C（t）的變化情況用跟隨性能指標(biāo)來描述。對于不同變化方式的給定信號，其輸出響應(yīng)不一樣。通常，跟隨性能指標(biāo)是在初始條件為零的情況下，以系統(tǒng)對單位階躍輸入信號的輸出響應(yīng)（稱為單位階躍響應(yīng)）為依據(jù)提出的，如圖8.4所示。具體的跟隨性指標(biāo)有下述幾項(xiàng)：上升時(shí)間tr    單位階躍響應(yīng)曲線從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間稱為上升時(shí)間，它表示動態(tài)響應(yīng)的快速性。     超調(diào)量 

27、0;  動態(tài)過程中，輸出量超過輸出穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比，用百分?jǐn)?shù)表示，叫做超調(diào)量，即                                          &#

28、160;              （1.10）     超調(diào)量用來說明系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性，超調(diào)量越小，說明系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性越好，即動態(tài)響應(yīng)比較平穩(wěn)。     調(diào)節(jié)時(shí)間ts    調(diào)節(jié)時(shí)間又稱過渡過程時(shí)間，它衡量系統(tǒng)整個(gè)動態(tài)響應(yīng)過程的快慢。原則上它應(yīng)該是系統(tǒng)從給定信號階躍變化起，到輸出量完全穩(wěn)定下來為止的時(shí)間，對于線性控制系統(tǒng)，理論上要到才

29、真正穩(wěn)定。實(shí)際應(yīng)用中，一般將單位階躍響應(yīng)曲線衰減到與穩(wěn)態(tài)值的誤差進(jìn)入并且不再超出允許誤差帶（通常取穩(wěn)態(tài)值的±5%或±2%）所需的最小時(shí)間定義為調(diào)節(jié)時(shí)間。2、自動控制系統(tǒng)概念2.1開環(huán)控制系統(tǒng)若系統(tǒng)的輸出量不被引回來對系統(tǒng)的控制部分產(chǎn)生影響，這樣的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。如圖2-1，為數(shù)控加工機(jī)床開環(huán)控制框圖。此系統(tǒng)的輸入量為加工程序指令，輸出量為機(jī)床工作臺的位移，系統(tǒng)的控制對象為加工臺，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為步進(jìn)電動機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)。由圖可見，此系統(tǒng)無反饋環(huán)節(jié)，輸出量并不返回影響控制部分，因此是開環(huán)系統(tǒng)。輸出量輸入量控制對象執(zhí)行原件控制器（控制脈沖）（位移）（脈沖分配器）（工作臺）（步進(jìn)電動

30、機(jī)）圖2-1開環(huán)系統(tǒng)無反饋環(huán)節(jié)，一般結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，成本也低。在輸出量和輸入量之間關(guān)系固定切內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)擾動因素不大，或這些擾動因素產(chǎn)生的誤差可以預(yù)計(jì)確定并能進(jìn)行補(bǔ)償，則應(yīng)盡量采取開環(huán)控制系統(tǒng)。 2.2閉環(huán)控制系統(tǒng)若系統(tǒng)輸出量通過反饋環(huán)節(jié)返回來作用于控制部分，形成閉合回路，這樣的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)。圖2-2為電爐箱恒溫自動控制系統(tǒng)，由于爐壁散熱和增、減工件，將使?fàn)t溫產(chǎn)生變化，而這種變化通常是無法預(yù)先確定的。因此，若工藝要求保持爐溫恒定，則開環(huán)控制將無法自動補(bǔ)償，必須采用閉環(huán)控制。由于需要溫度保持恒定，所以最常用的方法是采用溫度負(fù)反饋。T散熱工件增、減UsTU電

31、壓放大電動機(jī)功率放大電爐調(diào)壓器減速器_+UfT熱電偶當(dāng)溫度偏低時(shí)，UfTUST,形成偏差電壓供給電動機(jī)電樞，從而調(diào)節(jié)溫度當(dāng)T=TST(TST為給定值)，UfT=ST，這樣爐溫就自動回復(fù)，并保持恒定值。反饋控制可以自動進(jìn)行補(bǔ)償，這是閉環(huán)控制系統(tǒng)的一個(gè)突出特點(diǎn)。當(dāng)然，閉環(huán)控制系統(tǒng)要增加檢測、反饋比較，調(diào)節(jié)器等部件，會使系統(tǒng)復(fù)雜、成本提高。而且閉環(huán)控制會帶來副作用，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，甚至造成不穩(wěn)定。這是采用閉環(huán)控制時(shí)必須重視并要加以解決的問題。3.1 開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)存在的問題只通過改變觸發(fā)或驅(qū)動電路的控制電壓來改變功率變換電路的輸出平均電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，它們都屬于開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)

32、，稱為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，控制電壓與輸出轉(zhuǎn)速之間只有順向作用而無反向聯(lián)系，即控制是單方向進(jìn)行的，輸出轉(zhuǎn)速并不影響控制電壓，控制電壓直接由給定電壓產(chǎn)生。如果生產(chǎn)機(jī)械對靜差率要求不高，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，而且開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。但是，在實(shí)際中許多需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對靜差率提出較嚴(yán)格的要求，不能允許很大的靜差率。例如，由于龍門刨床加工各種材質(zhì)的工件，刀具切入工件和退出工件時(shí)為避免刀具和工件碰壞，有調(diào)節(jié)速度的要求；又由于毛坯表面不平，加工時(shí)負(fù)載常有波動，為了保證加工精度和表面光潔度，不允許有較大的速率變化。因此，龍門刨床工作臺電氣傳動系統(tǒng)一般要求調(diào)速范圍D=

33、2040，靜差率S5%，動態(tài)速降，快速起、制動。多機(jī)架熱連軋機(jī)，各機(jī)架軋輥分別由單獨(dú)的電動機(jī)拖動，鋼材在幾個(gè)機(jī)架內(nèi)同時(shí)軋制，為了保證被軋金屬的每秒流量相等，不致造成鋼材拉斷或拱起，各機(jī)架出口線速度需保持嚴(yán)格的比例關(guān)系。根據(jù)以上軋鋼工藝要求，一般須使電力拖動系統(tǒng)的調(diào)速范圍D=10時(shí)，靜差率S0.2%0.5%，動態(tài)速降，恢復(fù)時(shí)間。在上述情況下，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是不能滿足要求的。3.2 速度負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不能滿足較高的性能指標(biāo)要求。根據(jù)自動控制原理，為了克服開環(huán)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，必須采用帶有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)的方框圖如圖3-1在閉環(huán)系統(tǒng)中，把系統(tǒng)的輸

34、出量通過檢測裝置（傳感器）引向系統(tǒng)的輸入端，與系統(tǒng)的輸入量進(jìn)行比較，從而得到反饋量與輸入量之間的偏差信號。利用此偏差信號通過控制器（調(diào)節(jié)器）產(chǎn)生控制作用，自動糾正偏差。圖3-1轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性： 電壓比較環(huán)節(jié)：     放大器：     晶閘管整流器與觸發(fā)裝置：     V-M系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性：     測速發(fā)電機(jī)：     以上各關(guān)系式中：  

35、60; Kp放大器的電壓放大系數(shù)；    Ks晶閘管整流器與觸發(fā)裝置的等效電壓放大倍數(shù)；    轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，單位為V·min/r；    Ce電機(jī)反電勢系數(shù)（在第三章中按習(xí)慣用Ke表示，在本章中為了避免與放大系數(shù)相混淆而用Ce表示）；    運(yùn)用結(jié)構(gòu)圖的計(jì)算方法，可以推導(dǎo)出轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式：        

36、0;                                                   式中

37、，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系（倍）數(shù)。    閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（或轉(zhuǎn)矩）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系，它在形式上與開環(huán)機(jī)械特性相似，但本質(zhì)上卻有很大不同，因此稱為“靜特性”，以示區(qū)別。3.3 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析單閉環(huán)調(diào)系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)和傳遞函數(shù)。圖3-2饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖利用結(jié)構(gòu)圖的計(jì)算方法，可以求出轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為                

38、60;                   式中，閉環(huán)控制系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)。 3.4 單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)圖3-3調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)圖3-4時(shí)PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過程可以看出，不管負(fù)載怎樣變化，積分調(diào)節(jié)作用一定要把負(fù)載變化的影響完全補(bǔ)償?shù)?，使轉(zhuǎn)速回升到原來的轉(zhuǎn)速，這就是無靜差調(diào)節(jié)過程。    從以上分析可以看出，電壓的增長速度與偏差電壓一一對應(yīng)，只要有偏差

39、，整流輸出電壓就要增長，而且的增長是積累的。因此可以說，偏差存在的時(shí)間越久，電壓增長量就越大。調(diào)節(jié)過程結(jié)束后的新電壓穩(wěn)態(tài)值不但取決于偏差的大小，還取決于偏差存在的時(shí)間。增長的那一部分電壓，正好補(bǔ)償由于負(fù)載增加引起的那部分主回路電阻R上的壓降。    在整個(gè)調(diào)節(jié)過程中，比例部分在開始和中間階段主要作用，由于的出現(xiàn)，阻止轉(zhuǎn)速n的繼續(xù)下降，幫助轉(zhuǎn)速的順利回升，隨著轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)態(tài)值，比例部分作用變小。積分部分在調(diào)節(jié)過程的后期主要作用，而且依靠它最后消除轉(zhuǎn)速偏差。在動態(tài)過程中最大的轉(zhuǎn)速降落叫做動態(tài)速降（如果突減負(fù)載，則為動態(tài)速升），這是一個(gè)重要的動態(tài)性能指標(biāo)，它表明

40、了系統(tǒng)抗擾的動態(tài)性能。    總之，采用PI調(diào)節(jié)器的單閉調(diào)速系統(tǒng)，在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，只要不變，轉(zhuǎn)速n的數(shù)值也保持不變，與負(fù)載的大小無關(guān)；但是在動態(tài)調(diào)節(jié)過程中，任何擾動都會引起動態(tài)速度變化。因此系統(tǒng)是轉(zhuǎn)速無靜差系統(tǒng)。需要指出，“無靜差”只是理論上的，因?yàn)榉e分或比例積分調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時(shí)電容器C兩端電壓不變，相當(dāng)于開路，運(yùn)算放大器的放大系數(shù)理論上為無窮大，才能達(dá)到輸入偏差電壓，輸出電壓為任意所需值。實(shí)際上,這時(shí)的放大系數(shù)是運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù),其數(shù)值很大,但仍是有限的,因此仍然存在著很小的n，只是在一般精度要求下可以忽略不計(jì)而已。3.5 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)

41、電流截止負(fù)反饋為了實(shí)現(xiàn)截止負(fù)反饋，必須在系統(tǒng)中引入電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)。電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)的具體線路有不同形式，但是無論哪種形式，其基本思想都是將電流反饋信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后去和一個(gè)比較電壓Ucom進(jìn)行比較。電流負(fù)反饋信號的獲得可以采用在交流側(cè)的交流電流檢測裝置，也可以采用直流側(cè)的直流電流檢測裝置，我們將在電流檢測裝置一節(jié)中作詳細(xì)介紹。最簡單的是在電動機(jī)電樞回路串入一個(gè)小阻值的電阻Rs，IdRs是正比于電流的電壓信號，用它去和比較電壓Ucom進(jìn)行比較。當(dāng)IdRs>Ucom，電流負(fù)反饋信號Ui起作用，當(dāng)IdRsUcom，電流負(fù)反饋信號被截止。比較電壓Ucom可以利用獨(dú)立的電源，在反饋電壓

42、IdRs和比較電壓Ucom之間串接一個(gè)二極管組成電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)，如圖3-5也可以利用穩(wěn)壓管的擊穿電壓Ubr作為比較電壓，組成電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)，如圖3-5后者線路更為簡單。圖3-5 靜特性如圖3-6圖3-6顯然，在IdIdcr時(shí)，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速是無靜差的，靜特性是平直的（圖中的no-A）段；當(dāng)Id>Idcr時(shí)A，A-B段的靜特性則很陡，靜態(tài)速降很大。這種兩段式的特性常被稱為下垂特性或挖土機(jī)特性，因?yàn)橥谕翙C(jī)在運(yùn)行中如果遇到堅(jiān)硬的石塊而過載時(shí)，電動機(jī)停下，這時(shí)的電流稱為堵轉(zhuǎn)電流Idbl。電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，n=o，得      &

43、#160;                                                              Idbl應(yīng)小于電動機(jī)的允許最大電流（1.52.5）Inom，另一方面，從正常運(yùn)行特性n0-A這一段看，希望有足夠的運(yùn)行范圍，截止電流Idcr應(yīng)大于電動機(jī)的額定電流，例如取。這些就是設(shè)計(jì)電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)參數(shù)的依據(jù)。3.