運動控制 第四版第二單元

1、1第 1 篇2直流發(fā)電機工作原理 右圖為直流發(fā)電機的物理模型，N、S為定子磁極，abcd是固定在可旋轉導磁圓柱體上的線圈，線圈連同導磁圓柱體稱為電機的轉子或電樞。線圈的首末端a、d連接到兩個相互絕緣并可隨線圈一同旋轉的換向片上。轉子線圈與外電路的連接是通過放置在換向片上固定不動的電刷進行的。3電磁轉矩電磁轉矩 直流電動機的電磁轉矩T的大小可表示為 T=KTIa 式中KT與電動機結構有關的常數(shù) 每極磁通（Wb） Ia電樞電流（） T電磁轉矩（N.m）電樞電動勢電樞電動勢電樞電動勢和電流直流電動機兩電刷間總的電樞電動勢的大小為: Ea=Ken 式中Ke與電動機結構有關的常數(shù)4直流電動機的基本方程式

2、直流電動機的基本方程式式中式中 U電樞電壓（電樞電壓（V） Ia電樞電流（電樞電流（A） Ra電樞電阻（電樞電阻（） Ea電樞電動勢（電樞電動勢（V）U=Ea+IaRaMRaIaE+U5 直流電動機的穩(wěn)態(tài)轉速直流電動機的穩(wěn)態(tài)轉速:eKIRUn 調節(jié)直流電機轉速的方法調節(jié)直流電機轉速的方法: 調節(jié)電樞供電電壓調節(jié)電樞供電電壓 U 改變電樞回路電阻改變電樞回路電阻 R 減弱勵磁磁通減弱勵磁磁通 轉速：(r/min)電樞電壓（V）電樞電流（A）回路總電阻（）勵磁磁通（Wb）電動勢常數(shù)（由電機結構決定） 課本上有以上三種調速方式的比較。 電樞一般是指直流電動機的轉子線圈，電樞電壓就是直流電機轉子的電壓

3、67 當晶閘管承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流的情況下晶閘管才能開通 晶閘管一旦導通，門極就失去控制作用，不論門極觸發(fā)電流是否還存在，晶閘管都保持導通 。若要使已導通的晶閘管關斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過晶閘管的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。 變壓器T起變換電壓和隔離的作用，其一次側和二次側電壓瞬時值分別用u1和u2表示89單相半波可控整流電路單相半波可控整流電路uwttwwtwtw20wt1p2ptug0ud0id0uVT0qab)c)d)e)f)+圖3-2 帶阻感負載的單相半波可控整流電路及其波形帶阻感負載的工作情況 阻感負載的特點是電感對電流變化有抗拒作用，使得流過電感的

4、電流不能發(fā)生突變。 電路分析 晶閘管VT處于斷態(tài),id=0,ud=0,uVT=u2。 在wt1時刻，即觸發(fā)角a處 ud=u2。 L的存在使id不能突變，id從0開始增加。 u2由正變負的過零點處，id已經(jīng)處于減小的過程中，但尚未降到零，因此VT仍處于通態(tài)。 wt2時刻，電感能量釋放完畢，id降至零，VT關斷并立即承受反壓。 由于電感的存在延遲了VT的關斷時刻，使ud波形出現(xiàn)負的部分，與帶電阻負載時相比其平均值Ud下降。 1011第 2 章12內容提要內容提要 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源 穩(wěn)態(tài)調速性能指標和直流調速系統(tǒng)的機械特性穩(wěn)態(tài)調速性能指標和直流調速系統(tǒng)的機械特

5、性 轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 直流調速系統(tǒng)的數(shù)字控制直流調速系統(tǒng)的數(shù)字控制 轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的限流保護轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的限流保護 轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的仿真轉速反饋控制直流調速系統(tǒng)的仿真13 1.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)晶閘管-電動機調速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）原理圖2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源觸發(fā)裝置觸發(fā)裝置GTGT的作用就是把控制電的作用就是把控制電壓壓U UC C轉換成觸發(fā)脈沖的觸發(fā)延遲角轉換成觸發(fā)脈沖的觸發(fā)延遲角，用以控制整流電壓，達到變，用以控制整流電壓，達到變壓調速的目的。壓調速的目的。 GT觸發(fā)裝置；VT整流器，

6、L為平波電抗器。具體工作過程看課本。1415tiLRiEuddddd0式中式中 整流電壓瞬時值，整流電壓瞬時值，Ud0整流電壓平均值；整流電壓平均值； E 電動機反電動勢（電動機反電動勢（V）；）； id 整流電流瞬時值（整流電流瞬時值（A）；）； L 主電路總電感（主電路總電感（H）；）； R 主電路等效電阻（主電路等效電阻（ ），）， 等效電路圖（2-2) 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-等效電路圖等效電路圖2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源d0u16a a cosmsinUmUmd0(2-3)式中式中: : a a 從自然換相點算起的觸發(fā)脈沖控制角；從自然換相點算起的觸

7、發(fā)脈沖控制角； U Um m a a = 0 = 0 時的整流電壓波形峰值（時的整流電壓波形峰值（V V）；）； m m 交流電源一周內的整流電壓脈波數(shù)。交流電源一周內的整流電壓脈波數(shù)。表表2-1 不同整流電路的整流電壓波形峰值、脈波數(shù)及平均整流電不同整流電路的整流電壓波形峰值、脈波數(shù)及平均整流電 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-整流電壓平均值計算整流電壓平均值計算2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源17 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-電流的脈動及波形的連續(xù)與斷續(xù)電流的脈動及波形的連續(xù)與斷續(xù) 在整流變壓器二次側額定相電壓在整流變壓器二次側額定相電壓u2的瞬時值大于反電的瞬時值大于反電動勢

8、動勢E時，晶閘管才可能被觸發(fā)導通；時，晶閘管才可能被觸發(fā)導通； 導通后如果導通后如果u2降低到降低到E以下，靠電感作用可以維持電以下，靠電感作用可以維持電流流id繼續(xù)導通，當時工作于逆變狀態(tài)；繼續(xù)導通，當時工作于逆變狀態(tài)； 由于電壓波形的脈動，造成了電流波形的脈動。由于電壓波形的脈動，造成了電流波形的脈動。2pa2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源18 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-電流的脈動及波形的連續(xù)與斷續(xù)電流的脈動及波形的連續(xù)與斷續(xù)帶負載三相半波整流電路的輸出電壓和電流波形2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源19 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-電流的脈

9、動及波形的連續(xù)與斷續(xù)電流的脈動及波形的連續(xù)與斷續(xù)a）電流連續(xù)b）電流斷續(xù)OuaubucaudOiaibicicwtEUdwtOuaubucaudOiaibicicEUdudwtwtudidid在Id上升階段，電感儲能；在Id下降階段，電感能量釋放來維持電流當負載電流較小時，電感中的儲能較少，等到Id下降到零時，造成電流波形斷續(xù)2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源20抑制電流脈動的措施，主要是：抑制電流脈動的措施，主要是： 設置平波電抗器；設置平波電抗器； 采用多重化技術，增加整流電路相數(shù)。采用多重化技術，增加整流電路相數(shù)。平波電抗器的設置與計算（下式計算為總電感再減

10、去電樞電感即為平波電抗器的電感值）平波電抗器的設置與計算（下式計算為總電感再減去電樞電感即為平波電抗器的電感值）w 單相橋式全控整流電路單相橋式全控整流電路 w 三相半波整流電路三相半波整流電路 w 三相橋式整流電路三相橋式整流電路 mind287.2IUL mind2IU46.1L mind2IU693.0L 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-電流的脈動及波形的連續(xù)與斷續(xù)電流的脈動及波形的連續(xù)與斷續(xù)2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源u2整流變壓器二次側整流變壓器二次側額定相電壓額定相電壓Idmin一般取電機額定一般取電機額定電流的電流的5%-10% 整流變壓器二次側額定相電壓

11、整流變壓器二次側額定相電壓u2，Idmin一一般取電機額定電流的般取電機額定電流的5%-10%2122MLTVT12c1b1a1c2b2a2LPM 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-電流的脈動及波形的連續(xù)與斷續(xù)電流的脈動及波形的連續(xù)與斷續(xù)2個三相橋并聯(lián)而成的個三相橋并聯(lián)而成的12脈波整流電路脈波整流電路 可減少輸入電流諧波，減小輸出電壓中的諧波并提高紋波頻率，因而可減小平波電抗器。2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源 可減少輸入電流諧波，減小輸出電壓中的諧波并提高紋波頻率，因而可減小平波電抗器2324 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-機械特性機械特性 當電流連續(xù)時，當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的

12、機械特性方程式為系統(tǒng)的機械特性方程式為 式中式中 Ce = Ke N 。)RIcosmsinUm(C1)RIU(C1ndmed0de a a (2-7)an = Id R / CenIdILO電流連續(xù)時V-M系統(tǒng)的機械特性2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源 虛線表示電流可能斷續(xù)，2-7式不再適用2526 以三相半波整流電路構成的以三相半波整流電路構成的V-M系統(tǒng)為例，電流斷續(xù)時系統(tǒng)為例，電流斷續(xù)時機械特性須用下列方程組表示機械特性須用下列方程組表示式中式中 ；q q 一個電流脈波的導通角。一個電流脈波的導通角。nU2C)6cos()6cos(R2U23I2e2dq

13、 q q q a a a a )e1 (Ce )6sin()6sin(cosU2nctgectg2 q q q q a a q q a a RLarctgw w 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-機械特性機械特性2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源27V-M系統(tǒng)的機械特性在電流連續(xù)區(qū)，顯示出較硬的機械特性。在電流斷續(xù)區(qū)，機械特性很軟，理想空載轉速翹得很高。 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-機械特性機械特性2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源28 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-放大系數(shù)與傳函放大系數(shù)與傳函 晶閘管觸發(fā)電路和整流電路的特性是非線性的；晶閘管觸發(fā)電路和整流電路的特

14、性是非線性的； 在設計調速系統(tǒng)時，只能在一定的工作范圍內近似在設計調速系統(tǒng)時，只能在一定的工作范圍內近似地看成線性環(huán)節(jié)；地看成線性環(huán)節(jié)； 得到了它的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)后，用線性控制理得到了它的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)后，用線性控制理論分析整個調速系統(tǒng)。論分析整個調速系統(tǒng)。2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源 工程中的典型非線性特性(圖2)有：死區(qū)（不靈敏區(qū)）特性，如測量元件的不靈敏區(qū)，伺服電壓的啟動電壓和干摩擦等特性。飽和特性，如放大器的飽和輸出特性，伺服閥的行程限制和功率限制。間隙特性，如齒隙特性和油隙特性。繼電器特性。變放大系數(shù)特性。2930 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-放大

15、系數(shù)與傳函放大系數(shù)與傳函-放電系數(shù)放電系數(shù)晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入-輸出特輸出特性和性和Ks的測定的測定 cdsUUK晶閘管的觸發(fā)和整流裝置的輸入量是Uc，輸出量是Ud，放大系數(shù)Ks可由工作范圍內的特性斜率決定；如果沒有實測特性，也可根據(jù)裝置的參數(shù)估算。2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源31最大可能的失控時間由下式確定最大可能的失控時間由下式確定: 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-放大系數(shù)與傳函放大系數(shù)與傳函-純滯后與失控時間純滯后與失控時間 滯后作用是由晶閘管整流裝置的失控時間引起的；滯后作用是由晶閘管整流裝置的失控時間引起的； 失控時間是個隨機

16、數(shù)；失控時間是個隨機數(shù)； 最大失控時間是兩個相鄰自然換相點之間的時間，最大失控時間是兩個相鄰自然換相點之間的時間，它與交流電源頻率和晶閘管整流器的類型有關。它與交流電源頻率和晶閘管整流器的類型有關。 交流電流頻率（交流電流頻率（Hz）；）； 一周內整流電壓的脈沖波數(shù)。一周內整流電壓的脈沖波數(shù)。fmf1Tmaxs (2-13)mmaxs21TTs2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源 TS平均失控時間。TSMax最大失控時間。3233 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-放大系數(shù)與傳函放大系數(shù)與傳函-純滯后與失控時間純滯后與失控時間u2udUctta10Uc1Uc2a1tt000a2a

17、2Ud01Ud02TS晶閘管觸發(fā)與整流裝置的失控時間2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源34整整流流電電路路形形式式 最最大大失失控控時時間間 Tsmax（ms） 平平均均失失控控時時間間 Ts（ms） 單單相相半半波波 單單相相橋橋式式（全全波波） 三三相相半半波波 三三相相橋橋式式、六六相相半半波波 20 10 6.67 3.33 10 5 3.33 1.67 表表1-2 各種整流電路的失控時間（各種整流電路的失控時間（f =50Hz） 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-放大系數(shù)與傳函放大系數(shù)與傳函-純滯后與失控時間純滯后與失控時間2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速

18、系統(tǒng)用的可控直流電源35 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-放大系數(shù)與傳函放大系數(shù)與傳函-傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)滯后環(huán)節(jié)當輸入為階躍信號1(t) 時，輸出要隔一定時間后才出現(xiàn)響應1(t-Ts)。)Tt(1UKUscs0d sTsc0dsseK)s(U)s(U)s(W 傳遞函數(shù)為：2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源拉普拉斯位移定理36 33s22ssssTssTsssT! 31sT! 21sT1KeKeK) s (Wss按Tayler級數(shù)展開，得： 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-放大系數(shù)與傳函放大系數(shù)與傳函-傳遞函數(shù)傳遞函數(shù) 考慮到考慮到 Ts 很小，可忽略高次項，則傳遞函數(shù)便近似成很小，可忽略

19、高次項，則傳遞函數(shù)便近似成一階慣性環(huán)節(jié)一階慣性環(huán)節(jié)。sT1K)s(Wsss （2-16）2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源37將傳遞函數(shù)中的將傳遞函數(shù)中的s s換成換成jj便得到相應的便得到相應的幅相頻率特性幅相頻率特性：.)61(.)241211 ()()(3344220wwwwwwwsssssTjsctdTTjTTKeKjUjUS顯然，上式近似成顯然，上式近似成Ks /Ks /（1+jT1+jTs s ）的條件是：）的條件是： 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-放大系數(shù)與傳函放大系數(shù)與傳函-傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)12122wsT2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的

20、可控直流電源381012122wsT從工程觀點上看，只要從工程觀點上看，只要就可以認為是就可以認為是1 1了，于是有：了，于是有： 作為近似條件可以粗略的取作為近似條件可以粗略的取: : 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-放大系數(shù)與傳函放大系數(shù)與傳函-傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)ssTT24.21151wsT31w2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源39sTssKeUc(s)Ud0(s)a) 準確的準確的1sTKssUc(s)Ud0(s)b） 近似的近似的閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結構框圖閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結構框圖 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-放大系數(shù)與傳函放大系數(shù)與傳函-動態(tài)結構動態(tài)結構2.1 直

21、流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源40 2.V-M系統(tǒng)系統(tǒng)-存在問題存在問題 晶閘管是單相導電的；晶閘管是單相導電的； 晶閘管對過電壓、過電流、過高的晶閘管對過電壓、過電流、過高的du/dt與與di/dt均十分敏感；均十分敏感； 晶閘管的導通角變小時，在交流側會產(chǎn)生較大諧波電流，使晶閘管的導通角變小時，在交流側會產(chǎn)生較大諧波電流，使得系統(tǒng)的功率因數(shù)也隨之減少，稱之為得系統(tǒng)的功率因數(shù)也隨之減少，稱之為“電力公害電力公害”。2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源諧波是指電流中所含有的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是指對周期性的非正弦電量進行傅里葉級數(shù)分

22、解，其余大于基波頻率的電流產(chǎn)生的電量。41 電網(wǎng)中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補償設備以后，可以提供感性負載所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。4243 全控型電力電子器全控型電力電子器件問世后，出現(xiàn)了采用脈沖寬度調制的高件問世后，出現(xiàn)了采用脈沖寬度調制的高頻開關控制方式，形成了脈寬調制變換器頻開關控制方式，形成了脈寬調制變換器-直流電動機調速直流電動機調速系統(tǒng)，簡

23、稱直流脈寬調速系統(tǒng)或直流系統(tǒng)，簡稱直流脈寬調速系統(tǒng)或直流PWM調速系統(tǒng)；調速系統(tǒng)； 與與V-M系統(tǒng)相比，系統(tǒng)相比，PWM調速系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)調速系統(tǒng)在很多方面具有較大的優(yōu)越性；越性； 直流直流PWM調速系統(tǒng)的應用日益廣泛，特別在中、小容量的調速系統(tǒng)的應用日益廣泛，特別在中、小容量的高動態(tài)性能系統(tǒng)中，已完全取代了高動態(tài)性能系統(tǒng)中，已完全取代了V-M系統(tǒng)。系統(tǒng)。2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源2.1.2 直流直流PWM變換器變換器-電動機系統(tǒng)電動機系統(tǒng)44（1）主電路）主電路線路簡單線路簡單，需用的功率器件少。，需用的功率器件少。（2）開關）開關頻率高頻率

24、高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較 小。小。（3）低速性能好，穩(wěn)速）低速性能好，穩(wěn)速精度高精度高，調速范圍寬，達，調速范圍寬，達1:10000左右。左右。（4）若與快速響應的電機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，）若與快速響應的電機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快動態(tài)響應快，動，動態(tài)抗擾能力強。態(tài)抗擾能力強。（5）功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通）功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小損耗小，當開關頻率適，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高。當時，開關損耗也不大，因而裝置效率較高。（6）直流電源采用不控整流時，）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功

25、率因數(shù)電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。比相控整流器高。PWM調速系統(tǒng)的優(yōu)越性：調速系統(tǒng)的優(yōu)越性：2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源45 1. 直流直流PWM變換器變換器-電動機系統(tǒng)電動機系統(tǒng)脈寬調制變換器的作用是：用脈沖寬度調制的辦法，把恒脈寬調制變換器的作用是：用脈沖寬度調制的辦法，把恒定的直流電源電壓調制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，定的直流電源電壓調制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以從而可以改變平均電壓的大小改變平均電壓的大小，以調節(jié)電動機的轉速。，以調節(jié)電動機的轉速?？赡嫦到y(tǒng)不可逆系統(tǒng)變換器的分類PWM2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流

26、調速系統(tǒng)用的可控直流電源461. 直流直流PWM變換器變換器-電動機系統(tǒng)電動機系統(tǒng)-簡單的不可逆系統(tǒng)簡單的不可逆系統(tǒng)VTM+_EMidVDUs+C_21UdUgUgTonTt簡單的不可逆PWM變換器-直流電動系統(tǒng) 2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源不可控的二極管整流器產(chǎn)生不可控的二極管整流器產(chǎn)生，并，并采用大電容采用大電容C進行濾波，以獲得進行濾波，以獲得恒定的直流電壓恒定的直流電壓47UTonTt2T3TUsidudUdid 當當0 0 t t t tonon時，時，U Ug g為正，為正，VTVT導通，電源電導通，電源電壓通過壓通過VTVT加到電動機電加到電動

27、機電樞兩端；樞兩端； 當當t ton on t t T T 時，時， U Ug g為負，為負，VTVT關斷，電樞關斷，電樞失去電源，經(jīng)失去電源，經(jīng)VDVD續(xù)流，續(xù)流，電樞電壓近似為電樞電壓近似為0 0。 1. 直流直流PWM變換器變換器-電動機系統(tǒng)電動機系統(tǒng)-簡單的不可逆系統(tǒng)簡單的不可逆系統(tǒng)-工作狀工作狀態(tài)、電壓和電流波形態(tài)、電壓和電流波形電壓和電流波形2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源48電機兩端得到的平均電壓為電機兩端得到的平均電壓為ssondUUTtU 改變改變 （ 0 EU Ud d, ,使使電電流反向流反向。 在在 t tonont tT T期間，期間，

28、U Ug2 g2 變正，變正，于是于是VTVT2 2導通，反向電流導通，反向電流 i id d 沿回沿回路路 3 3 流通，產(chǎn)生流通，產(chǎn)生能耗制動作用能耗制動作用。 在在 T Tt t T+ T+t tonon 期間，期間，VTVT2 2 關斷，關斷，-i-id d 沿回路沿回路4 4經(jīng)經(jīng)VDVD1 1續(xù)流，向續(xù)流，向電源回饋制動電源回饋制動，與此同時，與此同時，VDVD1 1 兩兩端壓降鉗住端壓降鉗住VTVT1 1使它不能導通。使它不能導通。 電電能不可能通過整流裝置回送交流能不可能通過整流裝置回送交流電網(wǎng)，只能向濾波電容電網(wǎng)，只能向濾波電容C充電。充電。制動狀態(tài)的電壓電流波形UTonTt2

29、T3TUsidudUdidE44443332.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源U=Ea+IaRa由于機電慣性，轉速和反電動勢來不及變化能耗制動電源回饋制動VT2和和VD1輪流導通輪流導通53MVT2VT1Ug2Ug1VD2VD11234-+UsC-+UdidEUg1TonTt-Ug2=UTonTt2T3TUsidudUdidE41233) 輕載電動狀態(tài)（平均電流較?。┹p載電動狀態(tài)（平均電流較?。?輕載電動狀態(tài)，一個周期分成輕載電動狀態(tài)，一個周期分成四個階段：四個階段：第第1階段，階段， VT1導通，電流導通，電流 id 沿回路沿回路1流通流通第第2階段，階段， VD

30、2續(xù)流，電流續(xù)流，電流 id 沿回路沿回路2流通流通第第3階段，階段， VT2導通，電流導通，電流 id 沿回路沿回路3流通流通第第4階段，階段，VD1續(xù)流，電流續(xù)流，電流 id 沿回路沿回路4流通流通輕載電動狀態(tài)的電流波形2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源54 表表2-3 二象限不可逆二象限不可逆PWM變換器在不同工作狀態(tài)下的變換器在不同工作狀態(tài)下的 導通器件和電流回路與方向導通器件和電流回路與方向 1. 直流直流PWM變換器變換器-電動機系統(tǒng)電動機系統(tǒng)-有制動不可逆系統(tǒng)有制動不可逆系統(tǒng)2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源55 1.

31、直流直流PWM變換器變換器-電動機系統(tǒng)電動機系統(tǒng)-有制動不可逆系統(tǒng)有制動不可逆系統(tǒng) 有制動不可逆系統(tǒng)之所以不可逆是因為平均電壓有制動不可逆系統(tǒng)之所以不可逆是因為平均電壓Ud始終大于始終大于零，電流雖然能夠反向，但電壓和轉速仍不能反向；零，電流雖然能夠反向，但電壓和轉速仍不能反向； 如果要求反向，需要再增加如果要求反向，需要再增加VT和和VD構成可逆的構成可逆的PWM變換器變換器-直流電動機系統(tǒng)，我們將在第四章學習。直流電動機系統(tǒng)，我們將在第四章學習。2.1 直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調速系統(tǒng)用的可控直流電源56 2. 直流直流PWM變換器變換器-電動機系統(tǒng)電動機系統(tǒng)-機械特性機械特性 對

32、于帶制動電流通路的不可逆電路，電壓平衡方程式分對于帶制動電流通路的不可逆電路，電壓平衡方程式分兩個階段：兩個階段： EtdidLRiUdd s （0 t ton） （2-17）EtdidLRi0dd （ton t Uc1Uc2Uc3 2. 直流調速系統(tǒng)的機械特性直流調速系統(tǒng)的機械特性開環(huán)直流調速系統(tǒng)的機械特性edCRI nN = T=KTId742.2 穩(wěn)態(tài)調速系統(tǒng)指標和直流調速系統(tǒng)的機械特性穩(wěn)態(tài)調速系統(tǒng)指標和直流調速系統(tǒng)的機械特性例題例題1-2 某龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機，額某龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機，額定數(shù)據(jù)如下：定數(shù)據(jù)如下：60kW，220V，305A，1000r/min

33、，采用，采用V-M系統(tǒng)系統(tǒng),主電路總電阻主電路總電阻R=0.18 ，電動機電動勢系數(shù)，電動機電動勢系數(shù)Ce=0.2Vmin/r。如果要求調速范圍。如果要求調速范圍 D = 20，靜差率，靜差率s 5%，采用開環(huán)調速能否滿足？若要滿足這個要求，系統(tǒng)的額定采用開環(huán)調速能否滿足？若要滿足這個要求，系統(tǒng)的額定速降最多能有多少？速降最多能有多少？ 2. 直流調速系統(tǒng)的機械特性直流調速系統(tǒng)的機械特性-舉例舉例752.2 穩(wěn)態(tài)調速系統(tǒng)指標和直流調速系統(tǒng)的機械特性穩(wěn)態(tài)調速系統(tǒng)指標和直流調速系統(tǒng)的機械特性 2. 直流調速系統(tǒng)的機械特性直流調速系統(tǒng)的機械特性-舉例舉例 如果要求如果要求D = 20，s 5%，則：

34、，則： min/r63. 2min/r)05. 01(2005. 01000) s1(DsnnNN 解：當電流連續(xù)時，解：當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的額定速降為系統(tǒng)的額定速降為min/r275min/r2.018.0305CRInedNN 在額定轉速時的靜差率為：在額定轉速時的靜差率為：%6 .21216. 02751000275nnnsNNNN 已大大超過了已大大超過了5%更不必談調到最低速了。更不必談調到最低速了。762.3 轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 開環(huán)調速系統(tǒng)不能滿足基本的穩(wěn)態(tài)調速性能指標；開環(huán)調速系統(tǒng)不能滿足基本的穩(wěn)態(tài)調速性能指標； 根據(jù)自控原理，將系統(tǒng)被調

35、量作為反饋量引入系統(tǒng)，可以有根據(jù)自控原理，將系統(tǒng)被調量作為反饋量引入系統(tǒng)，可以有效的抑制擾動造成的影響，這是反饋控制的基本作用；效的抑制擾動造成的影響，這是反饋控制的基本作用； 通過通過“檢測誤差檢測誤差”糾正糾正“誤差誤差”的基本原理，使輸出量的反的基本原理，使輸出量的反饋與給定量組成一個閉合的回路，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。饋與給定量組成一個閉合的回路，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。 直流調速系統(tǒng)中，被調量是轉速，所構成的直流調速系統(tǒng)中，被調量是轉速，所構成的轉速反饋控制轉速反饋控制的的直流調速系統(tǒng)。直流調速系統(tǒng)。772.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-原理圖原

36、理圖帶轉速負反饋的閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理框圖+-UPEMUcUd+-AGE+-+-+UcId+-UtgUnUn*Un+-nUna a npcUKU cs0dUKU 111 用用UPE來統(tǒng)一表示可控直流電源。來統(tǒng)一表示可控直流電源。GE是測是測速裝置速裝置78792.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-靜特性靜特性轉速負反饋直流調速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的轉速負反饋直流調速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關系穩(wěn)態(tài)關系如下：如下： 電壓比較環(huán)節(jié)電壓比較環(huán)節(jié) n*nnUUU 放大器放大器 npcUKU 電力電子變換器電力電子變換器 cs0dUKU 調速系統(tǒng)開環(huán)機械特性調速系統(tǒng)開環(huán)機

37、械特性 ed0dCRIUn 測速反饋環(huán)節(jié)測速反饋環(huán)節(jié) nUna a Kp:比例調節(jié)器放大系數(shù)；比例調節(jié)器放大系數(shù)；：轉速反饋系數(shù)：轉速反饋系數(shù)(Vmin/rmin/r) 802.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng))K1(CRI)K1(CUKK)C/KK1(CRIUKKnede*nspesped*nsp a a 式中，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)式中，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K為為pseK KKCaw 注意注意 閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動機轉速與負載電閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動機轉速與負載電流（或轉矩）間的穩(wěn)態(tài)關系流（或轉矩）間的穩(wěn)態(tài)關系，它在形式上與開環(huán)機械特性

38、相似，它在形式上與開環(huán)機械特性相似，但本質上卻有很大不同，故定名為，但本質上卻有很大不同，故定名為“靜特性靜特性”，以示區(qū)別。，以示區(qū)別。（2-32） 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-靜特性靜特性812.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)Un*UnUnKpKsIdRC1UcUd0EenUn*KpKsC1en 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-靜特性靜特性閉環(huán)調速系統(tǒng)C1en-IdRKpKs只考慮給定時的閉環(huán)調速系統(tǒng)只考慮擾動時的閉環(huán)調速系統(tǒng)區(qū)別穩(wěn)態(tài)結構框圖穩(wěn)態(tài)結構框圖和動態(tài)結構框圖動態(tài)結構框圖的區(qū)別822.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-動態(tài)模

39、型動態(tài)模型 一個帶有儲能環(huán)節(jié)的線性物理系統(tǒng)的動態(tài)過程可以用線性微一個帶有儲能環(huán)節(jié)的線性物理系統(tǒng)的動態(tài)過程可以用線性微分方程描述；分方程描述； 微分方程的解即系統(tǒng)的動態(tài)過程，它包括兩部分：微分方程的解即系統(tǒng)的動態(tài)過程，它包括兩部分：動態(tài)響應動態(tài)響應和和穩(wěn)態(tài)解穩(wěn)態(tài)解； 在動態(tài)過程中，從施加給定輸入值的時刻開始到輸出達到穩(wěn)在動態(tài)過程中，從施加給定輸入值的時刻開始到輸出達到穩(wěn)定值以前是系統(tǒng)的動態(tài)響應；定值以前是系統(tǒng)的動態(tài)響應； 系統(tǒng)達到穩(wěn)定后，可用穩(wěn)態(tài)解來描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。系統(tǒng)達到穩(wěn)定后，可用穩(wěn)態(tài)解來描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。從施加給定輸入值開始到達到穩(wěn)態(tài)值的過程，是動態(tài)響應達到穩(wěn)態(tài)后，可以用穩(wěn)態(tài)解來描述

40、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性832.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-動態(tài)模型動態(tài)模型pnca)()()(KsUsUsWa)()()(nfnsnsUsW 比例放大器的傳函：比例放大器的傳函： 電力電子變換器的傳函：電力電子變換器的傳函：s( )1ssKW sTs 測速反饋的傳函：測速反饋的傳函：842.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)MUdIdR+Ee,n+EtILRIUddddd0 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-動態(tài)模型動態(tài)模型他勵直流電動機等效電路他勵直流電動機等效電路tnGDTTdd3752Le 假定主電路電流連續(xù)，動態(tài)電壓方程為：假定主電

41、路電流連續(xù)，動態(tài)電壓方程為： 忽略粘性摩擦及彈性轉矩，電動機軸上的動力學方程為：忽略粘性摩擦及彈性轉矩，電動機軸上的動力學方程為：(2-34) (2-35) 852.2 穩(wěn)態(tài)調速系統(tǒng)指標和直流調速系統(tǒng)的機械特性穩(wěn)態(tài)調速系統(tǒng)指標和直流調速系統(tǒng)的機械特性額定勵磁下的感應電動勢和電磁轉矩分別為額定勵磁下的感應電動勢和電磁轉矩分別為 dmeICT nCEe(2-36) (2-37) 式中式中: TL 包括電機空載轉矩在內的負載轉矩包括電機空載轉矩在內的負載轉矩(Nm)； GD2 電力拖動系統(tǒng)折算到電機軸上的飛輪慣量電力拖動系統(tǒng)折算到電機軸上的飛輪慣量(Nm2)； Cm 電機額定勵磁下的轉矩系數(shù)電機額定

42、勵磁下的轉矩系數(shù)(Nm/A)， 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-動態(tài)模型動態(tài)模型定義下列時間定義下列時間常數(shù)常數(shù):Tl 電樞回路電磁時間常數(shù)電樞回路電磁時間常數(shù)(s)RLTlTm電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)(s)me2m375CCRGDT m30eCCp862.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)整理后，得：整理后，得：)dd(dd0dtITIREUltERTIIddmdLd(2-38) (2-39) mLdLCTI式中式中 為負載電流。為負載電流。 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-動態(tài)模型動態(tài)模型872.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 1. 數(shù)學

43、模型數(shù)學模型-動態(tài)模型動態(tài)模型 在零初始條件下，取等式兩側的拉氏變換，在零初始條件下，取等式兩側的拉氏變換， 得得電壓與電流間電壓與電流間的傳遞函數(shù)的傳遞函數(shù) （由（由2-38得）得）11)()()(0ddsTRsEsUsIl電流與電動勢電流與電動勢間的傳遞函數(shù)間的傳遞函數(shù) （由（由2-39得）得）sTRsIsIsEmdLd)()()(2-40) (2-41) 882.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)Id (s)IdL(s)+-E (s) R Tmsb)電流電動勢間的結構框圖電流電動勢間的結構框圖Id (s)E(s)Ud0(s)+-1/RTl s+1a)電壓電流間的結構框

44、圖電壓電流間的結構框圖+額定勵磁下直流電動機動態(tài)結構框圖額定勵磁下直流電動機動態(tài)結構框圖n(s) 1/CeUd0(s)IdL (s) EId (s)E (s)+-1/R Tl s+1 R Tms 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-動態(tài)模型動態(tài)模型11)()()(0ddsTRsEsUsIlsTRsIsIsEmdLd)()()(892.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 直流電動機有兩個輸入量；直流電動機有兩個輸入量； 一個是施加在電樞上的理想空載電壓一個是施加在電樞上的理想空載電壓Ud0，是，是控制輸入量控制輸入量； 另一個是負載電流另一個是負載電流IdL，是，是擾動輸入量擾動輸入量；

45、 如果不需要在結構圖中顯現(xiàn)出電流，可將擾動量的綜合點前如果不需要在結構圖中顯現(xiàn)出電流，可將擾動量的綜合點前移，再進行等效變換。移，再進行等效變換。 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-動態(tài)模型動態(tài)模型902.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)n(s)Ud0 (s)+-1/Ce TmTl s2+Tms+1IdL (s) R (Tls+1) 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-動態(tài)模型動態(tài)模型額定勵磁下的直流電動機是一個額定勵磁下的直流電動機是一個二階線性環(huán)節(jié)二階線性環(huán)節(jié)；時間常數(shù)時間常數(shù)Tm表示機電慣性；表示機電慣性；時間常數(shù)時間常數(shù)Tl表示電磁慣性。表示電磁慣性。912.3轉速反饋控制的直流調速系

46、統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)n(s)U*n (s)IdL (s) Uct (s)Un (s)+- KsTss+1KP1/Ce TmTl s2+Tms+1 a+-R (Tl s+1)Ud0 (s)Un (s) 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-動態(tài)模型動態(tài)模型反饋控制閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖反饋控制閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖922.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 由圖可見，反饋控制閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的開由圖可見，反饋控制閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是（環(huán)傳遞函數(shù)是（設設Idl=0） ) 1)(1()()()(m2msnnsTsTTsTKsUsUsWl式中式中 K = Kp Ksa

47、 a / Ce （2-44） 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-動態(tài)模型動態(tài)模型932.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 1. 數(shù)學模型數(shù)學模型-動態(tài)模型動態(tài)模型 設設Idl=0，從給定輸入作用上看，閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的閉，從給定輸入作用上看，閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是：環(huán)傳遞函數(shù)是： 111)(1)1 () 1)(1(/) 1)(1(/1) 1)(1(/)(sm2sm3smespm2msespm2msespm2msespcsKTTsKTTTsKTTTKCKKKsTsTTsTCKKsTsTTsTCKKsTsTTsTCKKsWlllllla（2-45） 942.3轉速反饋控制的直

48、流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 2. 比例控制的直流調速系統(tǒng)比例控制的直流調速系統(tǒng)-開閉環(huán)特性比較開閉環(huán)特性比較開環(huán)機械特性與比例控制閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)機械特性與比例控制閉環(huán)系統(tǒng)靜特性靜特性的比較（參照課本的比較（參照課本P26 圖圖2-19）如果斷開比例控制閉環(huán)反饋回路，則上述系統(tǒng)的開環(huán)機械特性為：如果斷開比例控制閉環(huán)反饋回路，則上述系統(tǒng)的開環(huán)機械特性為： opop0ede*nsped0dnnCRICUKKCRIUn(2-46) 而閉環(huán)時的靜特性可寫成：而閉環(huán)時的靜特性可寫成： clcl0ede*nsp)1()1(nnKCRIKCUKKn(2-47) 式中：式中： n0op(n0cl)：開(

49、閉)環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉速；nop(ncl)：開(閉)環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。952.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 2. 比例控制的直流調速系統(tǒng)比例控制的直流調速系統(tǒng)-開閉環(huán)特性比較開閉環(huán)特性比較1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬得多機械特性硬得多。 在同樣的負載擾動下，兩者的轉速降落分別為在同樣的負載擾動下，兩者的轉速降落分別為Knn1opcl(2-48) edopCRIn)1 (edcKCRInl它們的關系是它們的關系是962.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)2）如果比較同一個開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)（）如果比較同一個開環(huán)

50、和閉環(huán)系統(tǒng)（n0相同），相同）， 則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。 閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為：閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為： cl0clclnnsop0opopnns當當 n0op =n0cl 時，時，Kss1opcl（2-49） 2. 比例控制的直流調速系統(tǒng)比例控制的直流調速系統(tǒng)-開閉環(huán)特性比較開閉環(huán)特性比較972.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 2. 比例控制的直流調速系統(tǒng)比例控制的直流調速系統(tǒng)-開閉環(huán)特性比較開閉環(huán)特性比較3 3）當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大）當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調速范圍提高調速范

51、圍。 如果電動機的最高轉速都是如果電動機的最高轉速都是nN，而對最低速靜差率的要求相同，那么：，而對最低速靜差率的要求相同，那么：開環(huán)時開環(huán)時: : opclDKD)1 ( (2-50) )1 (opNopsnsnD)1 (clNclsnsnD閉環(huán)時閉環(huán)時:再考慮式（再考慮式（2-49），得：），得：982.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)nOIdId4n04Ud4n03n02n01Ud3Ud2Ud1Id3Id2Id1ABCD開環(huán)機械特性閉環(huán)機械特性閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)系統(tǒng)機械特性的關系閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)系統(tǒng)機械特性的關系開環(huán)系統(tǒng)：開環(huán)系統(tǒng)：Idn (AA)閉環(huán)系統(tǒng)：閉

52、環(huán)系統(tǒng)：IdnUn UnUc (AB)n Ud0 比例控制直流調速系統(tǒng)比例控制直流調速系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質在能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質在于它的自動調節(jié)作用，在于于它的自動調節(jié)作用，在于它能隨著負載的變化而相應它能隨著負載的變化而相應地地改變電樞電壓，以補償電改變電樞電壓，以補償電樞回路壓降的變化樞回路壓降的變化 2. 比例控制的直流調速系統(tǒng)比例控制的直流調速系統(tǒng)-開閉環(huán)特性比較開閉環(huán)特性比較A992.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 在例題在例題2-3中，龍門刨床要求中，龍門刨床要求:D = 20，s 5%，已知，已知 Ks = 30， a a = 0.015Vmin/

53、r， Ce = 0.2Vmin/r， 采用比例控制閉環(huán)調速系統(tǒng)滿足此要采用比例控制閉環(huán)調速系統(tǒng)滿足此要求時，比例放大器的放大系數(shù)應該是多大？求時，比例放大器的放大系數(shù)應該是多大？ 解解: 在上例中已經(jīng)求得在上例中已經(jīng)求得 nop = 275 r/min 但為了滿足調速要求，須有但為了滿足調速要求，須有ncl = 2.63 r/min 由式（由式（2-48）可得）可得6 .103163. 22751clopnnK代入已知參數(shù)，則得（根據(jù)式代入已知參數(shù)，則得（根據(jù)式2-44 K = Kp Ksa a / Ce ）462 . 0/015. 0306 .103/espCKKKa 2. 比例控制的直流調

54、速系統(tǒng)比例控制的直流調速系統(tǒng)-放大系數(shù)計算舉例放大系數(shù)計算舉例1002.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 2. 比例控制的直流調速系統(tǒng)比例控制的直流調速系統(tǒng)-反饋控制規(guī)律反饋控制規(guī)律1）比例控制的反饋控制系統(tǒng)是被調量有靜差的控制系統(tǒng)。）比例控制的反饋控制系統(tǒng)是被調量有靜差的控制系統(tǒng)。比例控制反饋控制系統(tǒng)的比例控制反饋控制系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好開環(huán)放大系數(shù)值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好；但只要比例放大系數(shù)但只要比例放大系數(shù)Kp=常數(shù)，開環(huán)放大系數(shù)常數(shù)，開環(huán)放大系數(shù)K，反饋控制就只能減，反饋控制就只能減小穩(wěn)態(tài)誤差，而不能消除它；小穩(wěn)態(tài)誤差，而不能消除它；這樣

55、的控制系統(tǒng)叫做有靜差控制系統(tǒng)。這樣的控制系統(tǒng)叫做有靜差控制系統(tǒng)。2）反饋控制系統(tǒng)的作用是：）反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動，服從給定抵抗擾動，服從給定。反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，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反饋環(huán)所它能有效地抑制一切被負反饋環(huán)所包圍的前向通道上的擾動包圍的前向通道上的擾動；對于給定作用的變化惟命是從。對于給定作用的變化惟命是從。)1 (edcKCRInl1012.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 2. 比例控制的直流調速系統(tǒng)比例控制的直流調速系統(tǒng)-反饋控制規(guī)律反饋控制規(guī)律閉環(huán)調速系統(tǒng)的給定作用和擾動作用閉環(huán)調速系統(tǒng)的給定作用

56、和擾動作用 勵磁變化勵磁變化Id變化變化電源波動電源波動Kp變化變化電阻變化電阻變化檢測誤差檢測誤差KpKs a 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+- R 1022.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 2. 比例控制的直流調速系統(tǒng)比例控制的直流調速系統(tǒng)-反饋控制規(guī)律反饋控制規(guī)律3）系統(tǒng)的精度依賴于）系統(tǒng)的精度依賴于給定給定U*n和和反饋檢測的精度反饋檢測的精度a。 反饋控制系統(tǒng)無法鑒別是對給定電壓的正常調節(jié)還是不反饋控制系統(tǒng)無法鑒別是對給定電壓的正常調節(jié)還是不應有的給定電壓的電源波動；應有的給定電壓的電源波動； 反饋檢測裝置的誤差也是反饋控制系統(tǒng)無法克服的；反饋檢測裝置

57、的誤差也是反饋控制系統(tǒng)無法克服的； 現(xiàn)代調速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是用現(xiàn)代調速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是用數(shù)字給定數(shù)字給定和和數(shù)字測速數(shù)字測速來提來提高調速系統(tǒng)的精度。高調速系統(tǒng)的精度。1032.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 2. 比例控制的直流調速系統(tǒng)比例控制的直流調速系統(tǒng)-動態(tài)穩(wěn)定性動態(tài)穩(wěn)定性比例控制閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為（根據(jù)式比例控制閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為（根據(jù)式2-452-45）：）：0111)(1sm2sm3smsKTTsKTTTsKTTTll（2-51） 0111)(smsmsmKTTTKTTKTTTllssms)1 ()(TTKTTTTll或s2ssm)(TTTTTTKll

58、（2-52） 式（式（2-52）右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)）右邊稱作系統(tǒng)的臨界放大系數(shù)Kcr，當，當 K Kcr 時，系統(tǒng)將時，系統(tǒng)將不穩(wěn)定。不穩(wěn)定。根據(jù)三階系統(tǒng)的根據(jù)三階系統(tǒng)的Routh-HurwithRouth-Hurwith判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：整理，得：整理，得：104比例控制的閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差小與系統(tǒng)的穩(wěn)定性是矛盾的，對于自動控制系統(tǒng)來說，穩(wěn)定性是系統(tǒng)能否正常工作的首要條件，是必須要保證的。)1 (edcKCRInls2ssm)(TTTTTTKll1052.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)例題例題2-4 : 在例題在例

59、題2-3中，系統(tǒng)采用的是三相橋式可控整流電路，已知電樞中，系統(tǒng)采用的是三相橋式可控整流電路，已知電樞回路的總電阻回路的總電阻 R = 0.18 ，電感量，電感量L=3mH， 系統(tǒng)運動部分的飛輪慣量系統(tǒng)運動部分的飛輪慣量GD2 = 60Nm2，試判別這個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。，試判別這個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 sRLTl0167. 018. 0003. 0 2. 比例控制的直流調速系統(tǒng)比例控制的直流調速系統(tǒng)-動態(tài)穩(wěn)定性舉例動態(tài)穩(wěn)定性舉例解：計算系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)：解：計算系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)： sCCRGDTmem075. 02 . 0302 . 037518. 0603752psTs00167. 05 .4

60、900167. 00167. 000167. 000167. 00167. 0075. 0)(2s2ssmTTTTTTKll電磁時間常數(shù)：電磁時間常數(shù)：機電時間常數(shù)：機電時間常數(shù)：三相橋式整流電路，滯后時間常數(shù)：三相橋式整流電路，滯后時間常數(shù)：開環(huán)放大系數(shù)的穩(wěn)定條件：開環(huán)放大系數(shù)的穩(wěn)定條件：閉環(huán)系統(tǒng)的閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性動態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)性能指標指標K103.6103.6相相矛盾。矛盾。1062.3轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng) 2. 比例控制的直流調速系統(tǒng)比例控制的直流調速系統(tǒng)-動態(tài)穩(wěn)定性舉例動態(tài)穩(wěn)定性舉例例題例題2-5 : 在上題的閉環(huán)直流調速系統(tǒng)中，若改用全