運(yùn)動控制系統(tǒng)期末復(fù)習(xí)第1章

1、運(yùn)動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)第第 1 1 篇篇eKIRUn 回顧：直流調(diào)速方法回顧：直流調(diào)速方法 由上式得出：有三種方法調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。由上式得出：有三種方法調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 （1 1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U； （2 2）減弱勵磁磁通）減弱勵磁磁通 ； （3 3）改變電樞回路電阻）改變電樞回路電阻R。 工作條件：工作條件： 保持保持勵磁勵磁 = N ； 保持電阻保持電阻 R = Ra 調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程： 改變電壓改變電壓 UN U U n ， n0 調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。曲線平行下移。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1

2、n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線調(diào)壓調(diào)速特性曲線 工作條件：工作條件： 保持保持勵磁勵磁 = N ； 保持電壓保持電壓 U =UN ； 調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程： 增加電阻增加電阻 Ra R R n ，n0不變；不變； 調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線變軟。曲線變軟。nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3調(diào)阻調(diào)速特性曲線調(diào)阻調(diào)速特性曲線 工作條件：工作條件： 保持電壓保持電壓 U =UN ； 保持電阻保持電阻 R = R a ； 調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程： 減小減小勵磁勵磁 N n ， n0 調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。曲線變軟

3、。nn0OTeTL N 1 2 3nNn1n2n3調(diào)磁調(diào)速特性曲線調(diào)磁調(diào)速特性曲線自動控制的直流調(diào)速系自動控制的直流調(diào)速系 統(tǒng)往往以統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速為主。為主。1.1 直流調(diào)速的預(yù)備知識直流調(diào)速的預(yù)備知識1.2 比例調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)比例調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)1.3比例積分調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)比例積分調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)1.4 單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)的限流保護(hù)單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)的限流保護(hù) 晶閘管整流器晶閘管整流器用可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電用可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。壓。 直流脈寬調(diào)制變換器直流脈寬調(diào)制變換器(PW

4、M)用恒定直流電源或不用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開關(guān)器件進(jìn)行脈寬調(diào)制，控整流電源供電，利用電力電子開關(guān)器件進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。以產(chǎn)生可變的平均電壓。1.1.1 直流調(diào)速的可控電樞電源直流調(diào)速的可控電樞電源思考：思考： 1 半控整流，電機(jī)可運(yùn)行哪些象限？半控整流，電機(jī)可運(yùn)行哪些象限？2 全控整流，電機(jī)可運(yùn)行哪些象限全控整流，電機(jī)可運(yùn)行哪些象限3 若要四象限運(yùn)行，可如何改進(jìn)？若要四象限運(yùn)行，可如何改進(jìn)？v弱點(diǎn)控制強(qiáng)電。弱點(diǎn)控制強(qiáng)電。v在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒級，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，這將大大提高系而晶閘管整流器是

5、毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。統(tǒng)的動態(tài)性能。v由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。v晶閘管對過電壓、過電流和過高的晶閘管對過電壓、過電流和過高的d dV V/d/dt t與與d di i/d/dt t 都十分敏感，若超過允許值會在很短都十分敏感，若超過允許值會在很短的時間內(nèi)損壞器件。的時間內(nèi)損壞器件。v由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，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，造成殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害電力公害”。思考：思考：（1）什么是電壓系數(shù)，不可逆）什

6、么是電壓系數(shù)，不可逆PWM變換電路的電壓系數(shù)變換電路的電壓系數(shù)是什么？是什么？（2）制動時）制動時VT1和和VT2如何交替工作？如何交替工作？2 直流直流PWM變換器變換器-電動機(jī)系統(tǒng)電動機(jī)系統(tǒng)（1）主電路線路簡單，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)熱都較小；電機(jī)損耗及發(fā)熱都較小；（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，動態(tài)響應(yīng)快，）若與快速響應(yīng)的電機(jī)配合，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力

7、強(qiáng)；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)通損耗小，）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，因而裝置當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；效率較高；（6）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比）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。相控整流器高。 兩種可控直流電源，兩種可控直流電源，V-M系統(tǒng)在上世紀(jì)系統(tǒng)在上世紀(jì)6070年代得到廣泛應(yīng)用，目前主要用于大容年代得到廣泛應(yīng)用，目前主要用于大容量、調(diào)速精度要求較低的系統(tǒng)。量、調(diào)速精度要求較低的系統(tǒng)。 直流直流PWM調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，發(fā)展調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，發(fā)展迅速

8、，在中、小容量的系統(tǒng)中應(yīng)用日益廣泛。迅速，在中、小容量的系統(tǒng)中應(yīng)用日益廣泛。 V-M系統(tǒng)是大容量中主要的直流調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)是大容量中主要的直流調(diào)速系統(tǒng)。 當(dāng)電流連續(xù)時，當(dāng)電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為：系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為： )cossin(1)(1dmed0deRImUmCRIUCn式中式中 Ce = Ke N結(jié)論：只要電流連續(xù)，晶閘管可控整流器就可以看成結(jié)論：只要電流連續(xù)，晶閘管可控整流器就可以看成是一個是一個線性的可控電壓源線性的可控電壓源。l 當(dāng)電流連續(xù)時，當(dāng)電流連續(xù)時，特性比較硬；特性比較硬；l 斷續(xù)段特性則很斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著軟，而且呈顯著的非線性，理想的非線

9、性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很空載轉(zhuǎn)速翹得很高。高。de0deesICRnICRCUneme0emeesTCCRnTCCRCUn2 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性式中式中 Cm 電機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)；電機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)； n0 = Us / Ce 理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比。比。或用轉(zhuǎn)矩表示，或用轉(zhuǎn)矩表示，（1）調(diào)速）調(diào)速（2）穩(wěn)速）穩(wěn)速（3）加、減速）加、減速 調(diào)速范圍：生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速調(diào)速范圍：生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比用字母和最低轉(zhuǎn)速之比用字母 D 表示表示.minmaxnnD 其中其中nmi

10、n 和和nmax 一般都指電機(jī)額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速一般都指電機(jī)額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速. 靜差率：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時，負(fù)載由理靜差率：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時，負(fù)載由理想空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落想空載增加到額定值時所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 nN 與與理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 n0 之比，稱作靜差率之比，稱作靜差率 s .0Nnns如理想空載轉(zhuǎn)速相同如理想空載轉(zhuǎn)速相同, ,機(jī)械特性越硬機(jī)械特性越硬,S,S越低越低. .對系統(tǒng)而言對系統(tǒng)而言, ,要求要求S S越低越好越低越好. . 機(jī)械特性硬度一樣機(jī)械特性硬度一樣,S是否一樣是否一樣?3. 靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別 對于同

11、樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時，靜對于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定度也就越差。差率越大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定度也就越差。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時所能達(dá)到的數(shù)調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。值為準(zhǔn)。 設(shè)：電機(jī)額定轉(zhuǎn)速設(shè)：電機(jī)額定轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為 nN，則該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時的靜差率，即則該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時的靜差率，即NminNmin0Nnnnnns于是，最低轉(zhuǎn)速為于是，最低轉(zhuǎn)速為 snsnsnnNNNmin)1 (而調(diào)速范圍而調(diào)速范圍為為 minNminmaxnnnnD將上面的式代入將

12、上面的式代入 nmin，得，得 常用公式常用公式,理理解記憶解記憶!s 值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。q 重要結(jié)論：重要結(jié)論： 一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，即無反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。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)控制電壓調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。就可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 晶閘管整流器和晶閘管整流器和PWM變換器都是可控的直流電變換器都是可控的直流電源，用源，用UPE來統(tǒng)一表示可控直

13、流電源來統(tǒng)一表示可控直流電源. 1.2.1 開環(huán)控制系統(tǒng)及其存在的問題開環(huán)控制系統(tǒng)及其存在的問題開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖 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：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：電力電子變換器電力電子變換器 直流電動機(jī)直流電動機(jī) 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性為 csdUKU0ed0dCRIUnedecsed0dCRICUKCRIUn變換器的放變換器的放大倍數(shù)大倍數(shù)開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性edecsed0dCRICUKCRIUn eg1: 某龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機(jī)，其某龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機(jī)，其額定

14、數(shù)據(jù)如下 ：額定數(shù)據(jù)如下 ： 60kW、 220V、 305A、1000r/min，采用，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18 ，Ra=0.05 ，如果要求調(diào)速范圍如果要求調(diào)速范圍 D = 20，靜差，靜差率率5%，采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要，采用開環(huán)調(diào)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？滿足這個要求，系統(tǒng)的額定速降最多能有多少？3050.18=275r/min0.2dNNeIRnC2750.21621.6%1000275NNNNnsnn 10000.052.63 /min(1)20(10.05)NNn snrDs解：解：當(dāng)電流連續(xù)時，當(dāng)電流連續(xù)時，

15、V-M系統(tǒng)的額定速降為：系統(tǒng)的額定速降為：開環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率為：開環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率為：如要求如要求D=20，靜差率，靜差率S5%，即要求：，即要求：由以上分析可以看出，顯然采用開環(huán)直流調(diào)速控制由以上分析可以看出，顯然采用開環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)沒有辦法滿足工藝要求。我們知道調(diào)速范圍和系統(tǒng)沒有辦法滿足工藝要求。我們知道調(diào)速范圍和靜差率是相互制約的兩個量，既要擴(kuò)大調(diào)速范圍又靜差率是相互制約的兩個量，既要擴(kuò)大調(diào)速范圍又要降低靜差率，唯一的辦法是減少因負(fù)載所引起的要降低靜差率，唯一的辦法是減少因負(fù)載所引起的轉(zhuǎn)速降轉(zhuǎn)速降nN。 根據(jù)自動控制原理，將系統(tǒng)的被調(diào)節(jié)量作為反饋量引入根據(jù)自動控制

16、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系統(tǒng)進(jìn)系統(tǒng)，與給定量進(jìn)行比較，用比較后的偏差值對系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以有效地抑制甚至消除擾動造成的影響，而行控制，可以有效地抑制甚至消除擾動造成的影響，而維持被調(diào)節(jié)量很少變化或不變，這就是維持被調(diào)節(jié)量很少變化或不變，這就是P調(diào)節(jié)單閉環(huán)控調(diào)節(jié)單閉環(huán)控制制的基本作用。的基本作用。 在負(fù)反饋基礎(chǔ)上的在負(fù)反饋基礎(chǔ)上的“檢測誤差，用以糾正誤差檢測誤差，用以糾正誤差”這一原這一原理組成的系統(tǒng)，其輸出量反饋的傳遞途徑構(gòu)成一個閉合理組成的系統(tǒng)，其輸出量反饋的傳遞途徑構(gòu)成一個閉合的環(huán)路，因此也被稱作閉環(huán)控制系統(tǒng)。的環(huán)路，因此也被稱作閉環(huán)控

17、制系統(tǒng)。 在直流調(diào)速系統(tǒng)中，被調(diào)節(jié)量是轉(zhuǎn)速，因此所構(gòu)成的是在直流調(diào)速系統(tǒng)中，被調(diào)節(jié)量是轉(zhuǎn)速，因此所構(gòu)成的是轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 運(yùn)放運(yùn)放（比較）（比較）調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)給定給定環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)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(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性 ed0dCRIUn測速反饋環(huán)節(jié)測速反饋環(huán)節(jié) nUn 穩(wěn)態(tài)關(guān)系穩(wěn)態(tài)關(guān)系Kp放大器的電壓放大器的電壓放大系數(shù)；放大系數(shù)； Ks電力電子變換

18、電力電子變換器的電壓放大系器的電壓放大系數(shù)；數(shù)； 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)（Vmin/r）；）； Ud0UPE的理想空的理想空載輸出電壓；載輸出電壓； R電樞回路總電電樞回路總電阻。阻。*(1/)(1)(1)psndpsndepseeeK K UI RK K URInCK KCCKCK式中式中: 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動機(jī)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）間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（或轉(zhuǎn)矩）間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。 espCKKK 斷開反饋回路，則系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性為斷開反饋回路，則系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性為 opop0e

19、de*nsped0dnnCRICUKKCRIUn而閉環(huán)時的靜特性可寫成而閉環(huán)時的靜特性可寫成 llnnKCRIKCUKKncc0ede*nsp)1 ()1 (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)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（1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特）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。性硬得多。n 系統(tǒng)特性比較系統(tǒng)特性比較Knnl1opc（2）如果比較同一）如果比較同一n0的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則 閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。 Kssl1opc （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

20、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 (DKDl（4）上述三項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)若要有效，都取決于一點(diǎn)，）上述三項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)若要有效，都取決于一點(diǎn)，即即 K 要足夠大，因此必須設(shè)置放大器。要足夠大，因此必須設(shè)置放大器。q 結(jié)論結(jié)論： P調(diào)節(jié)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系調(diào)節(jié)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測與反饋裝置。價是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測與反饋裝置。 eg2:在例題在例

21、題eg1中，要想滿足工藝要求將系統(tǒng)改為中，要想滿足工藝要求將系統(tǒng)改為P調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)，請問怎樣調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)，請問怎樣設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)P調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)才能滿足要求？調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)才能滿足要求？（=0.015V.min/r；Ks=30）6 .103163. 22751clopnnK462 . 0/015. 0306 .103/espCKKK解：解：開環(huán)系統(tǒng)額定速降為開環(huán)系統(tǒng)額定速降為 nop=275r/min閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為ncl2.63 r/min因此，只要放大器的放大系數(shù)等于或大于因此，只要放大器的放大系數(shù)等于或大于46即可。即可。從分

22、析可以看出，只需要設(shè)置一定放大倍數(shù)的從分析可以看出，只需要設(shè)置一定放大倍數(shù)的P調(diào)調(diào)節(jié)器即能解決開環(huán)系統(tǒng)不能解決的問題。節(jié)器即能解決開環(huán)系統(tǒng)不能解決的問題。Eg3：用線性集成電路運(yùn)算放大器作為電壓放大器的單閉環(huán)直流：用線性集成電路運(yùn)算放大器作為電壓放大器的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)如圖調(diào)速自動控制系統(tǒng)如圖1-12所示，主電路是由晶閘管可控整流器供所示，主電路是由晶閘管可控整流器供電的電的V-M系統(tǒng)，已知數(shù)據(jù)如下：系統(tǒng)，已知數(shù)據(jù)如下：電動機(jī)：額定數(shù)據(jù)為電動機(jī)：額定數(shù)據(jù)為10KW，220V，55A，1000r/min，電樞電阻，電樞電阻Ra=0.5；晶閘管觸發(fā)整流裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓

23、器晶閘管觸發(fā)整流裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓器Y/Y聯(lián)接，二次線電壓聯(lián)接，二次線電壓U21=230V，電壓放大系數(shù)，電壓放大系數(shù)Ks=44；V-M系統(tǒng)電樞系統(tǒng)電樞回路總電阻回路總電阻R=1.0；測速發(fā)電機(jī)：永磁式，額定數(shù)據(jù)為測速發(fā)電機(jī)：永磁式，額定數(shù)據(jù)為23.1KW，110V，0.21A，1900r/min；直流穩(wěn)壓電源為直流穩(wěn)壓電源為15V。若生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍若生產(chǎn)機(jī)械要求調(diào)速范圍D=10，靜差率，靜差率S5%，試計(jì)算調(diào)速自動，試計(jì)算調(diào)速自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)。（暫不考慮電動機(jī)的起動問題）。控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)。（暫不考慮電動機(jī)的起動問題）。min/r1925010005055-2

24、20n-ae.V.RIUCNNNmin7285192500155neop/r.CRIN總min5.26r050-1100501000s-1snncl/.DN）（）（353126572851-nnclop.K.min/r05790minr1900110etgV./C1557.9Xminr1000etgn/XCUrmin/.V.XC0115800579020etg解：解：（1）計(jì)算系統(tǒng)的開環(huán)轉(zhuǎn)速降）計(jì)算系統(tǒng)的開環(huán)轉(zhuǎn)速降先計(jì)算電動機(jī)的電動勢常數(shù)：先計(jì)算電動機(jī)的電動勢常數(shù)：則開環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降為：則開環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降為：（2）計(jì)算系統(tǒng)的閉環(huán)速降）計(jì)算系統(tǒng)的閉環(huán)速降（3）計(jì)算系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)）計(jì)算系統(tǒng)的開

25、環(huán)放大系數(shù) （4）計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)系數(shù)和參數(shù)）計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)系數(shù)和參數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)包含測速發(fā)電機(jī)的電動勢系數(shù)包含測速發(fā)電機(jī)的電動勢系數(shù)Cetg和其輸出電位器和其輸出電位器RP2的分壓系數(shù)（令其為的分壓系數(shù)（令其為X）。根據(jù)測速發(fā)電）。根據(jù)測速發(fā)電機(jī)的額定數(shù)據(jù)，可求得：機(jī)的額定數(shù)據(jù)，可求得：當(dāng)主電路電機(jī)運(yùn)行在最高轉(zhuǎn)速當(dāng)主電路電機(jī)運(yùn)行在最高轉(zhuǎn)速1000r/min時，轉(zhuǎn)速反饋電壓應(yīng)該小于等于電源電壓最大值，即：時，轉(zhuǎn)速反饋電壓應(yīng)該小于等于電源電壓最大值，即：因此，因此，X0.259，取，取X=0.2，則：，則：13792102010000579020ntgetg2.I.CRNNRPW.

26、I.CWNNRP4322102010000579020ntgetg220.141925044011580353s./.C/KKKeP電位器電位器RP2的選擇方法如下：為了使測速發(fā)電機(jī)的電樞壓降對轉(zhuǎn)速檢測信號的線性度沒有顯著影響，取測速發(fā)電機(jī)的選擇方法如下：為了使測速發(fā)電機(jī)的電樞壓降對轉(zhuǎn)速檢測信號的線性度沒有顯著影響，取測速發(fā)電機(jī)輸出最高電壓時，其電流約為額定值的輸出最高電壓時，其電流約為額定值的20%，則：，則：此時此時RP2所消耗的功率為：所消耗的功率為：為了不致使電位器溫度很高，實(shí)選電位器的瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率的一倍以上，故可將為了不致使電位器溫度很高，實(shí)選電位器的瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率的一倍以上，

27、故可將RP2選為選為10W，1.5K的的可調(diào)電位器?？烧{(diào)電位器。（5）計(jì)算運(yùn)算放大器的放大系數(shù)）計(jì)算運(yùn)算放大器的放大系數(shù)根據(jù)調(diào)速指標(biāo)要求，前已求出閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為根據(jù)調(diào)速指標(biāo)要求，前已求出閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為K53.3，則運(yùn)算放大器的放大系數(shù)，則運(yùn)算放大器的放大系數(shù)Kp應(yīng)：應(yīng)：實(shí)取實(shí)取Kp=21。運(yùn)算放大器的輸入、輸出電阻根據(jù)運(yùn)算放大器的型號實(shí)際選取。運(yùn)算放大器的輸入、輸出電阻根據(jù)運(yùn)算放大器的型號實(shí)際選取。 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，性微分方程描述， 微分方程的解即系統(tǒng)的動態(tài)過程，它包括兩部分

28、：動態(tài)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(yīng)和穩(wěn)態(tài)解。響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)解。 在動態(tài)過程中，從施加給定輸入值的時刻開始，到輸出在動態(tài)過程中，從施加給定輸入值的時刻開始，到輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值以前，是系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)；達(dá)到穩(wěn)態(tài)值以前，是系統(tǒng)的動態(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。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。 建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的基本步驟如下：建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的基本步驟如下：（1 1）列出描述該環(huán)節(jié)動態(tài)過程的微分方程；）列出描述該環(huán)節(jié)動態(tài)過程的微分方程；（2 2）求出各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；）求出各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；（3 3）組成系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖并求出系統(tǒng)的傳

29、遞函數(shù)）組成系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖并求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 （1） 電樞主回路的動態(tài)數(shù)學(xué)模型電樞主回路的動態(tài)數(shù)學(xué)模型EtILRIUddddd0主電路電流連續(xù)，則主電路電流連續(xù)，則動態(tài)電壓方程為動態(tài)電壓方程為 電路方程電路方程電機(jī)軸上的動力學(xué)方程為電機(jī)軸上的動力學(xué)方程為 dtdnJtdnd375GDTTG2Le 額定勵磁下的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別為額定勵磁下的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別為 dmeICT nCEeTL 包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩GD2 電力拖動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的飛電力拖動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的飛 輪慣量輪慣量Cm 電機(jī)額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，電機(jī)額定勵磁下的

30、轉(zhuǎn)矩系數(shù)， 電樞回路電磁時間常數(shù)，電樞回路電磁時間常數(shù)，s； 電力拖動系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)，電力拖動系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)，s。RLTlmeGmCCRJT定義下列時間常數(shù)定義下列時間常數(shù)整理后得整理后得)dd(dd0dtITIREUltERTIIddmdLdmLdLCTI式中式中 為負(fù)載電流。為負(fù)載電流。 微分方程微分方程取等式兩側(cè)的拉氏變換，得電壓與電流間的傳遞函數(shù)取等式兩側(cè)的拉氏變換，得電壓與電流間的傳遞函數(shù) 11)()()(0ddsTRsEsUsIl電流與電動勢間的傳遞函數(shù)電流與電動勢間的傳遞函數(shù) sTRsIsIsEmdLd)()()( 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)n 電樞回路動態(tài)結(jié)構(gòu)圖電樞回路動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 1

31、/CeUd0(s)IdL (s) E(s)Id (s)E(s)+- 1/R Tl s+1 R Tmsn(s)整個直流電動機(jī)的動態(tài)的結(jié)構(gòu)圖整個直流電動機(jī)的動態(tài)的結(jié)構(gòu)圖控制輸入量控制輸入量擾動量擾動量n(s)Ud0 (s)+- 1/Ce TmTl s2+Tms+1IdL (s) R (Tl s+1)n 動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的變換和簡化動態(tài)結(jié)構(gòu)圖的變換和簡化 在進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)時，可以把晶閘管觸在進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)時，可以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當(dāng)作系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)來看待。發(fā)和整流裝置當(dāng)作系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)來看待。 應(yīng)用線性控制理論進(jìn)行直流調(diào)速系統(tǒng)分析或設(shè)計(jì)時，應(yīng)用線性控制理論進(jìn)行直流調(diào)速系統(tǒng)分析或

32、設(shè)計(jì)時，須事先求出這個環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。須事先求出這個環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。 （2） 電力電子變換器動態(tài)數(shù)學(xué)模型電力電子變換器動態(tài)數(shù)學(xué)模型 晶閘管整流變換器晶閘管整流變換器 晶閘管觸發(fā)和整流晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)可由裝置的放大系數(shù)可由工作范圍內(nèi)的特性率工作范圍內(nèi)的特性率決定，計(jì)算方法是決定，計(jì)算方法是cdsUUK 如果不可能實(shí)測特性，可根據(jù)裝置的參數(shù)估算。如果不可能實(shí)測特性，可根據(jù)裝置的參數(shù)估算。 例如：例如： 設(shè)觸發(fā)電路控制電壓的調(diào)節(jié)范圍為設(shè)觸發(fā)電路控制電壓的調(diào)節(jié)范圍為 Uc = 010V 相對應(yīng)的整流電壓的變化范圍是相對應(yīng)的整流電壓的變化范圍是 Ud = 0220V 可

33、取可取 Ks = 220/10 = 22 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)估算晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)估算 在動態(tài)過程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置在動態(tài)過程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成是一個純滯后環(huán)節(jié)，其滯后效應(yīng)是由晶閘看成是一個純滯后環(huán)節(jié)，其滯后效應(yīng)是由晶閘管的失控時間引起的。管的失控時間引起的。 最大可能的失控時間就是兩個相鄰自然換相點(diǎn)之最大可能的失控時間就是兩個相鄰自然換相點(diǎn)之間的時間，與交流電源頻率和整流電路形式有關(guān)，間的時間，與交流電源頻率和整流電路形式有關(guān)，由下式確定由下式確定:l 最大失控時間計(jì)算最大失控時間計(jì)算式中式中 交流電流頻率；交流電流頻率； 一周內(nèi)整流電壓的脈沖

34、波數(shù)。一周內(nèi)整流電壓的脈沖波數(shù)。fmmfT1maxs 相對于整個系統(tǒng)的響應(yīng)時間來說，相對于整個系統(tǒng)的響應(yīng)時間來說，Ts 是不大的，是不大的，在一般情況下，可取其統(tǒng)計(jì)平均值在一般情況下，可取其統(tǒng)計(jì)平均值 Ts = Tsmax /2，并，并認(rèn)為是常數(shù)。下表列出了不同整流電路的失控時間。認(rèn)為是常數(shù)。下表列出了不同整流電路的失控時間。各種整流電路的失控時間（各種整流電路的失控時間（f =50Hz） 用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入裝置的輸入-輸出關(guān)系為輸出關(guān)系為)( 1scs0dTtUKUsTKsUsUsWse)()()(sc0ds按拉氏變

35、換的位移定理，晶閘管裝置的傳遞函數(shù)為按拉氏變換的位移定理，晶閘管裝置的傳遞函數(shù)為 上式中包含指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)為非最小相位上式中包含指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)為非最小相位系統(tǒng)，分析和設(shè)計(jì)麻煩。為了簡化，先將該指數(shù)系統(tǒng)，分析和設(shè)計(jì)麻煩。為了簡化，先將該指數(shù)函數(shù)按臺勞級數(shù)展開，則變成函數(shù)按臺勞級數(shù)展開，則變成 33s22ssssss! 31! 211ee)(sssTsTsTKKKsWsTsT 考慮到考慮到 Ts 很小，可忽略高次項(xiàng)，則傳遞函數(shù)便近似很小，可忽略高次項(xiàng)，則傳遞函數(shù)便近似成成一階慣性環(huán)節(jié)一階慣性環(huán)節(jié)。sTKsWsss1)( PWM控制與變換器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和晶閘管控制與變換器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和晶

36、閘管觸發(fā)與整流裝置基本一致。其傳遞函數(shù)可以寫觸發(fā)與整流裝置基本一致。其傳遞函數(shù)可以寫成成:sTKsUsUsWse)()()(sc0ds 當(dāng)開關(guān)頻率為當(dāng)開關(guān)頻率為10kHz時，時，T = 0.1ms ，在一般的電力，在一般的電力拖動自動控制系統(tǒng)中，時間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可拖動自動控制系統(tǒng)中，時間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似看成是一個一階慣性環(huán)節(jié)，因此以近似看成是一個一階慣性環(huán)節(jié)，因此,1)(ssssTKsW與晶閘管裝置傳遞函數(shù)完全一致。與晶閘管裝置傳遞函數(shù)完全一致。注意：注意：TsT （開關(guān)周期）（開關(guān)周期） 直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的其他環(huán)節(jié)還有比例放大器和直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的其他環(huán)節(jié)還有比例放大

37、器和測速反饋環(huán)節(jié)，它們的響應(yīng)都可以認(rèn)為是瞬時的，因測速反饋環(huán)節(jié)，它們的響應(yīng)都可以認(rèn)為是瞬時的，因此它們的傳遞函數(shù)就是它們的放大系數(shù)，即此它們的傳遞函數(shù)就是它們的放大系數(shù)，即 放大器放大器pnca)()()(KsUsUsW)()()(nfnsnsUsW測速反饋測速反饋（4） 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖反饋控制閉環(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)+- KsTss+1KP1/Ce TmTl s2+Tms+1 +-R (Tl s+1)Ud0 (s)設(shè)設(shè)Idl=0，從給定看，閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的

38、閉環(huán)傳遞，從給定看，閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是函數(shù)是 111)(1)1 () 1)(1(/) 1)(1(/1) 1)(1(/)(sm2sm3smespm2msespm2msespm2msespcsKTTsKTTTsKTTTKCKKKsTsTTsTCKKsTsTTsTCKKsTsTTsTCKKsWllllll由閉環(huán)傳函知由閉環(huán)傳函知:系統(tǒng)的特征方程為系統(tǒng)的特征方程為 0111)(1sm2sm3smsKTTsKTTTsKTTTll它的一般表達(dá)式為它的一般表達(dá)式為 0322130asasasa 根據(jù)勞斯判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是根據(jù)勞斯判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是 00000302132

39、10aaaaaaaa，因特征方程中各項(xiàng)系數(shù)顯然都是大于零的，因此因特征方程中各項(xiàng)系數(shù)顯然都是大于零的，因此穩(wěn)定條件就只有穩(wěn)定條件就只有 0111)(smsmsmKTTTKTTKTTTlls2ssm)(TTTTTTKll整理后得整理后得常用常用,理解理解記憶記憶!eg4：在例題：在例題eg3中，已知中，已知R=1.0，Ks=44，Ce=0.1925V.min/r，系統(tǒng)運(yùn)動部分的飛輪慣量，系統(tǒng)運(yùn)動部分的飛輪慣量GD2=10N.m2。根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)D=10，S5%計(jì)算，系計(jì)算，系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K53.3，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。解解 ：

40、首先要確定主電路的電感值，用以計(jì)算電磁時間常數(shù)。首先要確定主電路的電感值，用以計(jì)算電磁時間常數(shù)。對于對于V-M系統(tǒng)，為了使主電路電流連續(xù)，應(yīng)該設(shè)置平波電系統(tǒng)，為了使主電路電流連續(xù)，應(yīng)該設(shè)置平波電抗器。例題抗器。例題1-3給出的是三相橋式可控整流電路，為了保給出的是三相橋式可控整流電路，為了保證最小電流證最小電流Idmin=10%IdN時電流仍能連續(xù)，應(yīng)采用式時電流仍能連續(xù)，應(yīng)采用式（1-2）計(jì)算電樞回路的總電感量，即：）計(jì)算電樞回路的總電感量，即：dmin2693.0IUL V.UU813232303l22H.IU.Lm7316%1055813269306930dmin2s.RLTl01700

41、10170s.CCRGDTmem075019250301925037501103752sTs00167.044900167001700016700016700170075022.).(.TTT)TT(TKslsslm取取L=17mH=0.017H電磁時間常數(shù)：電磁時間常數(shù)：機(jī)電時間常數(shù)：機(jī)電時間常數(shù)：閘管裝置的滯后時間常數(shù)為：閘管裝置的滯后時間常數(shù)為： 為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：按穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)要求設(shè)計(jì)時的按穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)要求設(shè)計(jì)時的K53.3，顯然，此閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。，顯然，此閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 在比例控制直流在比例控制直流V-M調(diào)速系統(tǒng)中

42、，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)穩(wěn)定調(diào)速系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)穩(wěn)定性的要求常常是互相矛盾的。性的要求常常是互相矛盾的。 根據(jù)自動控制原理，要解決這個矛盾，必須恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)根據(jù)自動控制原理，要解決這個矛盾，必須恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)動態(tài)校正裝置，用來改造系統(tǒng)。動態(tài)校正裝置，用來改造系統(tǒng)。 在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，常用串聯(lián)校正和反饋校正。在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，常用串聯(lián)校正和反饋校正。 對于帶電力電子變換器的直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，傳遞函數(shù)對于帶電力電子變換器的直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，傳遞函數(shù)階次較低，一般采用階次較低，一般采用PI調(diào)節(jié)器的串聯(lián)校正方案就能完成調(diào)節(jié)器的串聯(lián)校正方案就能完成動態(tài)校正的任務(wù)。動態(tài)校正的任務(wù)。(1) 積分調(diào)節(jié)

43、器積分調(diào)節(jié)器+CUexRbalUinR0+A積分調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)器dtUdtUCRidtCUinin0ex111CR0 UexUinUexmtUinUexOb) 階躍輸入時的輸出特性階躍輸入時的輸出特性(2) 積分調(diào)節(jié)器的特性積分調(diào)節(jié)器的特性dtUdtUCRidtCUinin0ex111 如果采用積分調(diào)節(jié)器，則控制電壓如果采用積分調(diào)節(jié)器，則控制電壓Uc是轉(zhuǎn)速偏差是轉(zhuǎn)速偏差電壓電壓 Un的積分，應(yīng)有的積分，應(yīng)有t0ncd1tUU每一時刻每一時刻 Uc 的大小和的大小和 Un 與橫軸所包圍的面積成與橫軸所包圍的面積成正比正比.積分調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動態(tài)過程積分調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動態(tài)過程a) 階躍輸入

44、階躍輸入 b) 一般輸入一般輸入n 輸入和輸出動態(tài)過程輸入和輸出動態(tài)過程 比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而比例調(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)時積分調(diào)節(jié)器到穩(wěn)態(tài)時Un =0，只要?dú)v史上有過，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?？刂齐妷?。ssKsKsUsUsW11)()()(pipiinexpiKpi=R1/R0 =R0C1+C1RbalUinR0+AR1UextUUKtUCRURRU

45、d1d1ininpiin10in01exUexUinUexmtUinUexOK piUi nv PI調(diào)節(jié)器輸入，輸出特性調(diào)節(jié)器輸入，輸出特性比例部分能迅速響比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。態(tài)偏差。 tUUKtUCRURRUd1d1ininpiin10in01ex 有靜差調(diào)速系統(tǒng)有靜差調(diào)速系統(tǒng)v 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩由當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩由 TL1 突增突增到到 TL2 時，有靜差調(diào)速系時，有靜差調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速統(tǒng)的轉(zhuǎn)速 n 、偏差電壓、偏差電壓 Un 和控制電壓和控制電壓 Uc 的變的變化過程示于右圖。化過程示于右圖。 v雖然現(xiàn)在雖然現(xiàn)在 Un = 0，只要，

46、只要?dú)v史上有過歷史上有過 Un ，其積分，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓壓 Uc。積分控制規(guī)律和比。積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律的根本區(qū)別就例控制規(guī)律的根本區(qū)別就在于此。在于此。 1.3.3 PI調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)1 PI調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)PI調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 PI調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算如下：調(diào)節(jié)的單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算如下

47、：0n*nnnUU 在實(shí)際系統(tǒng)中，為了避免在實(shí)際系統(tǒng)中，為了避免運(yùn)算放大器長期工作時的運(yùn)算放大器長期工作時的零點(diǎn)漂移，常常在零點(diǎn)漂移，常常在 R1 C1兩兩端再并接一個電阻端再并接一個電阻R1 ，以便把放大系數(shù)壓低一些。以便把放大系數(shù)壓低一些。這樣就成為一個近似的這樣就成為一個近似的PI調(diào)節(jié)器，或稱調(diào)節(jié)器，或稱“準(zhǔn)準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器器” ，系統(tǒng)也只是一個近，系統(tǒng)也只是一個近似的無靜差調(diào)速系統(tǒng)似的無靜差調(diào)速系統(tǒng)。 +-UinR0RbalR1C1R1AUex 準(zhǔn)比例積分調(diào)節(jié)器準(zhǔn)比例積分調(diào)節(jié)器 思考題：思考題：1 在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)中，突減負(fù)載后在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)中，突減負(fù)載后系統(tǒng)

48、又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時，輸出電壓系統(tǒng)又進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，此時，輸出電壓UdUd是增是增加，減小還是不變？加，減小還是不變？2 在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負(fù)載后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速和輸出電壓速和輸出電壓UdUd是增加，減少還是不變？是增加，減少還是不變？3 有一積分器，如下圖有一積分器，如下圖a所示，其輸入信號所示，其輸入信號Uin為為階躍信號，若反饋信號波形如圖階躍信號，若反饋信號波形如圖b中的中的Uf1或或Uf2，問問: :在不考慮積分器限幅時，所示兩種反饋情況在不考慮積分器限幅時，所示兩種反饋情況下的積分輸出是否一樣？下的積分輸出是否一樣？eg5：在例題

49、：在例題eg4中，已經(jīng)表明，按照穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)設(shè)計(jì)的閉環(huán)控制系統(tǒng)是中，已經(jīng)表明，按照穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)設(shè)計(jì)的閉環(huán)控制系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。試?yán)貌聢D設(shè)計(jì)不穩(wěn)定的。試?yán)貌聢D設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)能在保證穩(wěn)態(tài)性能要求下穩(wěn)調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)能在保證穩(wěn)態(tài)性能要求下穩(wěn)定運(yùn)行。定運(yùn)行。解：原始系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：解：原始系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：) 1)(1()()()(2sTsTTsTKsUsUsWmlmsnn已知已知Ts=0.00167S，Tl=0.017S，Tm=0.075S，在這里，在這里，Tm4Tl，因此分母，因此分母中的二次項(xiàng)（中的二次項(xiàng)（TmTlS2+TmS+1）可以分解成兩個一次項(xiàng)之積，即：）可以分解成

50、兩個一次項(xiàng)之積，即：TmTlS2+TmS+1=0.001275S2+0.075S+1=（0.049S+1）（）（0.026S+1）根據(jù)例題根據(jù)例題eg3的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算結(jié)果，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為：的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算結(jié)果，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為：K=KpKs/ce=(21440.01158)/0.1925=55.58于是，原始閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：于是，原始閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：) 100167. 0)(1026. 0)(1049. 0(58.55)(SSSSG 原始系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：原始系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：0.1925Ce0.01158,44,Ks21,Kp ) 100167. 0)

51、(1026. 0)(1049. 0(58.55)(SSSSG12119 .208sKc01183)(c02040101001000120.420.4 38.538.5600600-20-40-60c120lgK34.9L/dB-20/s-1180900270o-183-236-4不穩(wěn)定不穩(wěn)定/1 4 .20049. 01111sT/1 5 .38026. 01122sT/1 60000167. 01133sTdBK9 .3458.55lg20lg20KpiKpi1 1c2=30L1L2559. 058.3721PIKSKTpi088. 0559. 0049. 01ssspi088. 01049

52、. 0)(v問題的提出：問題的提出： 起動的沖擊電流起動的沖擊電流 堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)電流v 解決辦法：解決辦法：電樞串電阻電樞串電阻起動；起動；加積分給定環(huán)節(jié)；加積分給定環(huán)節(jié)；引入電流引入電流截止負(fù)反饋。截止負(fù)反饋。本節(jié)主要討論本節(jié)主要討論如何采如何采用電流用電流截止負(fù)反饋來截止負(fù)反饋來限制起動電流限制起動電流。 為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有的問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。 根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個物理量基本不變，根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個物

53、理量的負(fù)反饋。那么，引入就應(yīng)該引入那個物理量的負(fù)反饋。那么，引入電流負(fù)反電流負(fù)反饋饋，應(yīng)該能夠保持電流基本不變，使它不超過允許值。，應(yīng)該能夠保持電流基本不變，使它不超過允許值。電流負(fù)反饋引入方式電流負(fù)反饋引入方式同時采用轉(zhuǎn)速和電流負(fù)反饋同時采用轉(zhuǎn)速和電流負(fù)反饋電流截止負(fù)反饋？電流截止負(fù)反饋？ 1. 電流檢測與反饋方法電流檢測與反饋方法（1）電樞回路電樞回路串檢測電阻；串檢測電阻；（2）電樞回路電樞回路接直流互感器；接直流互感器；（3）交流電路接交流互感器；）交流電路接交流互感器；（4）采用霍爾傳感器。）采用霍爾傳感器。b) 利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓 UbrM+- UdId RsVSTUi接調(diào)節(jié)器a）利用獨(dú)立直流電源作比較電壓）利用獨(dú)立直流電源作比較電壓M+- UdId RsVDUi Ucom接調(diào)節(jié)器2 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)