自動(dòng)控制系統(tǒng)知識(shí)點(diǎn)

1、晶閘管觸發(fā)電路和整流電路的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)：晶閘管觸發(fā)電路和整流電路的特性是非線性的。在一定的工作范圍內(nèi)近似地看成線性環(huán)節(jié)，晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)Ks可由工作范圍內(nèi)的特性斜率決定的。 在動(dòng)態(tài)過程中可把晶閘管觸發(fā)和整流裝置看作是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，滯后作用是由晶閘管整流裝置的失控時(shí)間引起的。晶閘管一旦導(dǎo)通后控制電壓的變化在該器件關(guān)斷以前不起作用等到下一個(gè)自然換相點(diǎn)以后，當(dāng)控制電壓Uc所對(duì)應(yīng)的下一相觸發(fā)脈沖來到時(shí)才能使輸出整流電壓Udo發(fā)生變化，造成整流電壓滯后于控制電壓。失控時(shí)間是個(gè)隨機(jī)值。最大失控時(shí)間Tsmax是兩個(gè)相鄰自然換相點(diǎn)之間的時(shí)間， 滯后環(huán)節(jié)的輸入為階躍信號(hào)1(t)，輸出要隔一

2、定時(shí)間后才出現(xiàn)響應(yīng)1(t-Ts)。輸入輸出關(guān)系為： 傳遞函數(shù)為 在電流連續(xù)的條件下，可以把整流裝置近似看作一階慣性環(huán)節(jié)。 脈寬調(diào)制變換器的作用是用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。PWM控制與變換器的動(dòng)態(tài)模型與晶閘管觸發(fā)與整流裝置基本一樣。當(dāng)控制電壓改變時(shí)，PWM變換器輸出平均電壓按線性規(guī)律變化，但其響應(yīng)有延時(shí)，最大時(shí)延為一個(gè)開關(guān)周期，故PWM裝置也可以看做是一個(gè)滯后環(huán)節(jié)， 可看做是一階慣性環(huán)節(jié)。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 測(cè)速反饋環(huán)節(jié) 比例調(diào)節(jié)器 電壓比較環(huán)節(jié)電力電子變換器 直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和

3、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 比例控制閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性為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)，3如果所要求的靜差率一定，則閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(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 比例控制的直流調(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，從而保證在一定靜差率要求下，能提高調(diào)試范圍，為此，需設(shè)置電壓放大器和轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。電流截止負(fù)反饋電流反饋信號(hào)取自串入電動(dòng)機(jī)電樞回路中的

4、小阻值電阻Rs，IdRc正比于電流。獨(dú)立的直流電源作為比較電壓Ucom，其大小可用電位器調(diào)節(jié)，在IdRc與Ucom之間串接一個(gè)二極管VD，當(dāng)IdRc> Ucom時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流負(fù)反饋信號(hào)Ui即可加到放大器上去；當(dāng)IdRc Ucom時(shí)，二極管截止， Ui消失。利用穩(wěn)壓管VST的擊穿電壓Ubr作為比較電壓Ucom 。截止電流 Idcr=Ucom/Rs。當(dāng)輸入信號(hào)IdRc-Ucom>0時(shí)，輸出Ui=IdRc-Ucom，當(dāng)IdRc-Ucom 0時(shí)，輸出Ui=0。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓決定了電流給定的最大值，電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了電力電子變換器的

5、最大輸出電壓，當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出達(dá)到限幅值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和；當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI調(diào)節(jié)器工作在線性調(diào)節(jié)狀態(tài)，其作用是使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)為零。1轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和：兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零。AB段是兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)的靜特性，Id<Idm, n=n0。 2轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和：ASR輸出達(dá)到限幅值時(shí)，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)轉(zhuǎn)速環(huán)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí) BC段是ASR調(diào)節(jié)器飽和時(shí)的靜特性，Id=Idm, n<n0。在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，

6、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Idm時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為飽和輸出U*im，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。采用兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器形成了內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。當(dāng)ASR處于飽和狀態(tài)時(shí)，Id=Idm，若負(fù)載電流減小，Id<Idm，使轉(zhuǎn)速上升，n>n0，n<0，ASR反向積分，使ASR調(diào)節(jié)器退出飽和。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過程有以下三個(gè)特點(diǎn)：1、飽和非線性控制2、轉(zhuǎn)速超調(diào) 3、準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用ASR： 它是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速很快地跟隨給定電壓變化, 如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實(shí)現(xiàn)無靜差。對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。其輸出限幅值決定電動(dòng)機(jī)允許的最大

7、電流。電流調(diào)節(jié)器的作用ACR：在轉(zhuǎn)速外環(huán)的調(diào)節(jié)過程中，使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)起及時(shí)抗擾的作用。在轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流。當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，起快速的自動(dòng)保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常 帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 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)框圖帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的轉(zhuǎn)速和電流波形第五章保持不變的原

8、因：當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)在基頻（額定頻率）以下運(yùn)行時(shí)，如果磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果磁通過大，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)。最好是保持每極磁通量為額定值不變。恒壓頻比的控制方式：當(dāng)電動(dòng)勢(shì)值較高時(shí)，忽略定子電阻和漏感壓降，測(cè)得，這就是恒壓頻比的控制方式。低頻補(bǔ)償（低頻轉(zhuǎn)矩提升）：低頻時(shí)，定子電阻和漏感壓降所占的份量比較顯著，不能再忽略。人為地把定子電壓抬高一些，以補(bǔ)償定子阻抗壓降。負(fù)載大小不同，需要補(bǔ)償?shù)亩ㄗ与妷阂膊灰粯?。恒定子磁通控?保持定子磁通恒定：，定子電動(dòng)勢(shì)不好直接控制，能夠直接控制的只有定子電壓，按。補(bǔ)償定子電阻壓降，就能夠得

9、到恒定子磁通。 當(dāng)轉(zhuǎn)差率s相同時(shí)，采用恒定子磁通控制方式的電磁轉(zhuǎn)矩大于恒壓頻比控制方式。臨界轉(zhuǎn)差率 ：臨界轉(zhuǎn)矩 ：頻率變化時(shí)，恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩恒定不變 。比較可知l 恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)差率大于恒壓頻比控制方式。l 恒定子磁通控制的臨界轉(zhuǎn)矩也大于恒壓頻比控制方式。恒氣隙磁通控制 保持氣隙磁通恒定： 常值定子電壓：除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償定子漏抗壓降。 轉(zhuǎn)子電流：電磁轉(zhuǎn)矩 ：臨界轉(zhuǎn)差率 ：臨界轉(zhuǎn)矩 ：與恒定子磁通控制方式相比較，恒氣隙磁通控制方式的臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)矩更大，機(jī)械特性更硬。 恒轉(zhuǎn)子磁通控制 保持轉(zhuǎn)子磁通恒定： 定子電壓：除了補(bǔ)償定子電阻壓降外，還應(yīng)補(bǔ)償定子和轉(zhuǎn)子漏

10、抗壓降。 轉(zhuǎn)子電流電磁轉(zhuǎn)矩 機(jī)械特性完全是一條直線，可以獲得和直流電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，這正是高性能交流變頻調(diào)速所要求的穩(wěn)態(tài)性能。a）恒壓頻比控制b）恒定子磁通控制c）恒氣隙磁通控制d）恒轉(zhuǎn)子磁通控制異步電動(dòng)機(jī)在不同控制方式下的機(jī)械特性不同控制方式的比較 恒壓頻比控制最容易實(shí)現(xiàn)，它的變頻機(jī)械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調(diào)速要求，低速時(shí)需適當(dāng)提高定子電壓，以近似補(bǔ)償定子阻抗壓降。恒定子磁通、恒氣隙磁通和恒轉(zhuǎn)子磁通的控制方式均需要定子電壓補(bǔ)償，控制要復(fù)雜一些。恒定子磁通和恒氣隙磁通的控制方式雖然改善了低速性能。但機(jī)械特性還是非線性的，仍受到臨界轉(zhuǎn)矩的限制。恒轉(zhuǎn)子磁通控制方式

11、可以獲得和直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣的線性機(jī)械特性，性能最佳。期望電壓空間矢量的合成 六邊形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)帶有較大的諧波分量，這將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)。要獲得更多邊形或接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，就必須有更多的空間位置不同的電壓空間矢量以供選擇。按空間矢量的平行四邊形合成法則，用相鄰的兩個(gè)有效工作矢量合成期望的輸出矢量，這就是電壓空間矢量PWM（SVPWM）的基本思想。按6個(gè)有效工作矢量將電壓矢量空間分為對(duì)稱的六個(gè)扇區(qū)，當(dāng)期望輸出電壓矢量落在某個(gè)扇區(qū)內(nèi)時(shí)，就用與期望輸出電壓矢量相鄰的2個(gè)有效工作矢量等效地合成期望輸出矢量。當(dāng)定子相電壓為三相平衡正弦電壓時(shí)，三相合成矢量幅值 基波相電壓最大幅值 基波線電壓最大幅值 S

12、PWM的基波線電壓最大幅值為 兩者之比 SVPWM方式的逆變器輸出線電壓基波最大值為直流側(cè)電壓，比SPWM逆變器輸出電壓最多提高了約15%。泵升電壓：采用不可控整流的交-直-交變頻器，能量不能從直流側(cè)回饋至電網(wǎng)，交流電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，能量從電動(dòng)機(jī)側(cè)回饋至直流側(cè)，導(dǎo)致直流電壓上升，稱為泵升電壓。電動(dòng)機(jī)儲(chǔ)存的動(dòng)能較大、制動(dòng)時(shí)間較短或電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間工作在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，泵升電壓很高，嚴(yán)重時(shí)將損壞變頻器。泵升電壓的限制1、在直流側(cè)并入一個(gè)制動(dòng)電阻，當(dāng)泵升電壓達(dá)到一定值時(shí)，開通與制動(dòng)電阻相串聯(lián)的功率器件，通過制動(dòng)電阻釋放電能，以降低泵升電壓。2、在直流側(cè)并入一組晶閘管有源逆變器或采用PWM可控整

13、流，當(dāng)泵升電壓升高時(shí)，將能量回饋至電網(wǎng)，以限制泵升電壓。帶制動(dòng)電阻的交-直-交變頻器主回路直流側(cè)并晶閘管有源逆變器的交-直-交變頻器主回路PWM可控整流的交-直-交變頻器主回路三相-兩相變換（3/2變換）三相繞組A、B、C和兩相繞組之間的變換，稱作三相坐標(biāo)系和兩相正交坐標(biāo)系間的變換，簡(jiǎn)稱3/2變換。ABC和兩個(gè)坐標(biāo)系中的磁動(dòng)勢(shì)矢量，將兩個(gè)坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，并使A軸和軸重合。按照磁動(dòng)勢(shì)相等的等效原則，三相合成磁動(dòng)勢(shì)與兩相合成磁動(dòng)勢(shì)相等，故兩套繞組磁動(dòng)勢(shì)在軸上的投影應(yīng)相等。 按照變換前后總功率不變，匝數(shù)比三相坐標(biāo)系變換到兩相正交坐標(biāo)系的變換矩陣兩相正交坐標(biāo)系變換到三相坐標(biāo)系（簡(jiǎn)稱2/3變換）的變換矩陣電壓變換陣和磁鏈變換陣與電流變換陣相同從靜止兩相正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系dq的變換，稱作靜止兩相-旋轉(zhuǎn)正交變換，簡(jiǎn)稱2s/2r變換，其中s表示靜止，r表示旋轉(zhuǎn)，變換的原則同樣是產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相等 靜止兩相正交坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換陣靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的磁動(dòng)勢(shì)矢量按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想:通過坐標(biāo)變換，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中，得到等效的直流電動(dòng)機(jī)模型。仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方法控制電磁轉(zhuǎn)矩與磁鏈，然后將轉(zhuǎn)子