第9章直流傳動(dòng)系統(tǒng)詳

1、1第第9章章 直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) 了解機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的組成了解機(jī)電傳動(dòng)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的組成;掌握生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)要求掌握生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)要求;q掌握自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中各個(gè)基本環(huán)節(jié)掌握自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中各個(gè)基本環(huán)節(jié),各種反饋環(huán)節(jié)的各種反饋環(huán)節(jié)的作用與特點(diǎn)作用與特點(diǎn);掌握各種常用的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理掌握各種常用的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理,特點(diǎn)及適特點(diǎn)及適用場(chǎng)所用場(chǎng)所;能在生產(chǎn)實(shí)際中處理控制系統(tǒng)的一般問題能在生產(chǎn)實(shí)際中處理控制系統(tǒng)的一般問題.29.1調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)調(diào)速系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.1.機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成:

2、:機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)是由機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)是由電機(jī)、電器、電子部件組合而成，通過一定的控電機(jī)、電器、電子部件組合而成，通過一定的控制去實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)任務(wù)制去實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)任務(wù). .(1)(1)開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng): : 只有控制量只有控制量( (輸入量輸入量) )對(duì)被控制量對(duì)被控制量( (輸出量輸出量) )的單向的單向控制作用，而不存在被控制量對(duì)控制量的影響和控制作用，而不存在被控制量對(duì)控制量的影響和聯(lián)系，這樣的控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。聯(lián)系，這樣的控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。9.1.1靜態(tài)指標(biāo)3(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)受到外界的擾動(dòng)當(dāng)系統(tǒng)受到外界的擾動(dòng)( (如負(fù)載的波動(dòng)

3、如負(fù)載的波動(dòng)) )，使被調(diào)量與給使被調(diào)量與給定值發(fā)生偏差時(shí)，由測(cè)量環(huán)節(jié)定值發(fā)生偏差時(shí)，由測(cè)量環(huán)節(jié)( (測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)) )測(cè)量的被調(diào)測(cè)量的被調(diào)量量( (電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速) )和給定值進(jìn)行比較和給定值進(jìn)行比較，得出偏差得出偏差，再經(jīng)再經(jīng)過放大環(huán)節(jié)將偏差信號(hào)放大去控制執(zhí)行環(huán)節(jié)，過放大環(huán)節(jié)將偏差信號(hào)放大去控制執(zhí)行環(huán)節(jié)，達(dá)到抵消達(dá)到抵消擾動(dòng)減少偏差的目的擾動(dòng)減少偏差的目的。其特點(diǎn)是輸入量與輸出量之間既。其特點(diǎn)是輸入量與輸出量之間既有正向的控制作用，又有反向的反饋控制作用，形成一有正向的控制作用，又有反向的反饋控制作用，形成一個(gè)閉環(huán)，故又稱個(gè)閉環(huán)，故又稱閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)或或反饋控制

4、系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)。42.自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類上述的開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)是從組成原理上分的。常見的還有下列的分類方法： (1) (1) 按采用不同的反饋方式按采用不同的反饋方式: :可分為可分為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋轉(zhuǎn)速負(fù)反饋、電勢(shì)電勢(shì)負(fù)反饋負(fù)反饋、電壓負(fù)反饋及電流正反饋電壓負(fù)反饋及電流正反饋控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；(2) (2) 按自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的復(fù)雜程度按自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的復(fù)雜程度: :可分為可分為單環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)單環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)系統(tǒng)和和多環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)多環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；(3) (3) 按系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)被調(diào)量與給定量有無差別按系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)被調(diào)量與給定量有無差別: :可分為可分為有有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜差調(diào)節(jié)

5、系統(tǒng)和和無靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)無靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)；(4) (4) 按給定量變化的規(guī)律按給定量變化的規(guī)律: :可分為可分為定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、程序程序控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)和和隨動(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)；(5) (5) 按調(diào)節(jié)動(dòng)作與時(shí)間的關(guān)系按調(diào)節(jié)動(dòng)作與時(shí)間的關(guān)系: :可分為可分為斷續(xù)控制系統(tǒng)斷續(xù)控制系統(tǒng)和和連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)； (6) (6) 按系統(tǒng)中所包含的元件特性按系統(tǒng)中所包含的元件特性: :可分為可分為線性控制系統(tǒng)線性控制系統(tǒng)和和非線性控制系統(tǒng)非線性控制系統(tǒng)。5例:閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖6自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)選擇調(diào)速方案的依據(jù)：機(jī)電傳動(dòng)

6、控制系統(tǒng)選擇調(diào)速方案的依據(jù)：生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)9.1.1靜態(tài)指標(biāo)79.1.1 靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)1. 1. 靜差度靜差度S S： 靜差度表示出生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)靜差度表示出生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度。定的程度。 速度穩(wěn)定性指標(biāo)速度穩(wěn)定性指標(biāo) 000nnnnnSee 靜態(tài)速降eennn0 當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速的變化要能維持在一定范當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速的變化要能維持在一定范圍之內(nèi)，即要求靜差度圍之內(nèi)，即要求靜差度S S小于一定數(shù)值。小于一定數(shù)值。

7、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性愈硬，則靜差度愈小，轉(zhuǎn)速的相對(duì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性愈硬，則靜差度愈小，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性就愈高穩(wěn)定性就愈高 ; ; 在一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)中，如果在最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)能滿足靜在一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)中，如果在最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)能滿足靜差度的要求，則在其他轉(zhuǎn)速時(shí)必能滿足要求。差度的要求，則在其他轉(zhuǎn)速時(shí)必能滿足要求。9.1.1靜態(tài)指標(biāo)8(2)(2)調(diào)速范圍調(diào)速范圍D:D:在在額定負(fù)載額定負(fù)載下，下，允許的最高轉(zhuǎn)速允許的最高轉(zhuǎn)速和和在保證生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速變化率要求的前提下在保證生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速變化率要求的前提下所能達(dá)所能達(dá)到的到的最低轉(zhuǎn)速最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍之比稱為調(diào)速范圍 。聯(lián)立解上兩式得:minmaxnnD )

8、S(nSnDNmax221 電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性如下電動(dòng)機(jī)調(diào)速特性如下圖圖, ,靜差度靜差度S S取取S S2 2的值的值. .000nnnnnSee 9.1.1靜態(tài)指標(biāo)9 3. 調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性 調(diào)速的平滑性，通常是用兩個(gè)相鄰調(diào)速級(jí)的轉(zhuǎn)速差來調(diào)速的平滑性，通常是用兩個(gè)相鄰調(diào)速級(jí)的轉(zhuǎn)速差來衡量的。衡量的。 調(diào)速調(diào)速無級(jí)調(diào)速無級(jí)調(diào)速有級(jí)調(diào)速有級(jí)調(diào)速)1(22maxSnSnDN 9.1.1靜態(tài)指標(biāo)109.1.2 9.1.2 動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)(1)(1)最大超調(diào)量最大超調(diào)量: :為為10%-35%.10%-35%.22nnnMmaxP(2)(2)過渡過程時(shí)間過渡過程時(shí)間T T(3)(3)振

9、蕩次數(shù)振蕩次數(shù)9.1.1靜態(tài)指標(biāo)9.1.2動(dòng)態(tài)指標(biāo)11機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)方案的確定原則機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)方案的確定原則1)1)不要求電氣調(diào)速的不要求電氣調(diào)速的: :(1)(1)空載空載, ,輕載起動(dòng)的輕載起動(dòng)的, ,選鼠選鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)籠式異步電動(dòng)機(jī); ;(2)(2)重載起動(dòng)的重載起動(dòng)的, ,選線繞式選線繞式異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī); ;(3)(3)大容量的選同步電動(dòng)機(jī)大容量的選同步電動(dòng)機(jī); ;其中其中, ,簡(jiǎn)單的采用繼電器簡(jiǎn)單的采用繼電器- -接觸器接觸器 控制控制; ;復(fù)雜的采用復(fù)雜的采用PLCPLC控制控制. .2)2)要求電氣調(diào)速的要求電氣調(diào)速的, ,根據(jù)調(diào)根據(jù)調(diào)速指標(biāo)確定拖動(dòng)方案速指標(biāo)確定

10、拖動(dòng)方案: :(1)D=2-3.(1)D=2-3.有級(jí)調(diào)速有級(jí)調(diào)速, ,選多選多速電動(dòng)機(jī)速電動(dòng)機(jī); ;(2)D(2)D小于小于10,10,無級(jí)調(diào)速無級(jí)調(diào)速, ,選選滑差電動(dòng)機(jī)滑差電動(dòng)機(jī); ;(3)D(3)D大于大于10,10,無級(jí)調(diào)速無級(jí)調(diào)速, ,采采用用SCR-MSCR-M自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng). .3) 3) 與生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載特性匹與生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載特性匹配配. .電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性12例:某直流調(diào)速系統(tǒng),其高速,低速特性如圖示, =1450r/min, =145r/min, =10r/min,問系統(tǒng)達(dá)到的調(diào)速范圍有多大?系統(tǒng)允許的靜差度是多少?解:01n02nNn1440101

11、45001maxnnnn1351014502minnnnminmaxnnD =1440/135=10.670nnSN=10/145=6.9%或=1450(0.069)/10(1-0.069)=10.67)1 (22maxSnSnDN139.2 晶閘管電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)晶閘管電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)VS-M9.2.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 一、有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、有靜差調(diào)速系統(tǒng) 單純由被調(diào)量負(fù)反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)單純由被調(diào)量負(fù)反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)；屬有靜差的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)；任務(wù)：任務(wù)： 調(diào)節(jié)速度；

12、調(diào)節(jié)速度； 擴(kuò)大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。擴(kuò)大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。9.1性能指標(biāo)9.2.1單閉環(huán)149.2.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1).1).轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)-系統(tǒng)原理方框圖系統(tǒng)原理方框圖1.1.轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)9.1性能指標(biāo)9.2.1單閉環(huán)1 1）. .有靜差調(diào)速系統(tǒng)有靜差調(diào)速系統(tǒng)15 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)：與直流電動(dòng)機(jī)：與直流電動(dòng)機(jī)M同軸相連，即兩者的速度相同軸相連，即兩者的速度相同，測(cè)速發(fā)電機(jī)用來測(cè)量電動(dòng)同，測(cè)速發(fā)電機(jī)用來測(cè)量電動(dòng)機(jī)的速度，稱檢測(cè)元件；機(jī)的速度，稱檢測(cè)元件； 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件：將測(cè)速：將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)

13、換成發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)以便與給定電壓信號(hào)以便與給定電壓進(jìn)行比較。電壓進(jìn)行比較。 給定電位器：給定電位器：調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)Rg的位置可的位置可改變給定電壓改變給定電壓Ug的大小的大小 。 放大器：放大器：將外加電將外加電壓和反饋信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后壓和反饋信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后的電壓之差進(jìn)行放大。的電壓之差進(jìn)行放大。 觸發(fā)電路：觸發(fā)電路：將放大器放大后將放大器放大后的電壓信號(hào)變?yōu)槊}沖型號(hào)去控的電壓信號(hào)變?yōu)槊}沖型號(hào)去控制整流電路的輸出大小。制整流電路的輸出大小。整流電路整流電路：變交流：變交流電壓為直流電壓，電壓為直流電壓，輸出電壓大小由觸輸出電壓大小由觸發(fā)電路輸出脈沖信發(fā)電路輸出脈沖信號(hào)所決定，整流電號(hào)所決定，整

14、流電路的輸出為直流電路的輸出為直流電動(dòng)機(jī)電樞的外加電動(dòng)機(jī)電樞的外加電壓；壓； 直流電動(dòng)機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)：系系統(tǒng)的控制對(duì)象。統(tǒng)的控制對(duì)象。16fgUUU 由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析可知：由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析可知：v 系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速；系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速；v 系統(tǒng)的反饋信號(hào)是被控制對(duì)象系統(tǒng)的反饋信號(hào)是被控制對(duì)象n本身本身;v 反饋電壓和給定電壓的極性相反，即反饋電壓和給定電壓的極性相反，即:該系統(tǒng)又稱該系統(tǒng)又稱轉(zhuǎn)速負(fù)反饋轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)。 2. 工作原理工作原理 當(dāng)當(dāng)Ug、Uf不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱為為穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)。 fgUU

15、U dUn (1) 穩(wěn)態(tài)（穩(wěn)態(tài)（ Ug、Uf 不變）不變） 17 (2) (2) 調(diào)速（調(diào)速（U Uf f不變，改變不變，改變U Ug g的大?。┑拇笮。?gUU fgUU kU dUnnUUUUUUdkfgg 改變改變U Ug g的大小可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱為的大小可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱為調(diào)速調(diào)速. .18 (3) (3) 穩(wěn)速（穩(wěn)速（U Ug g不變、負(fù)載變化使不變、負(fù)載變化使U Uf f變化變化 ) )nUUUUUUndkfgf 當(dāng)負(fù)載增加使nUUUUUUndkfgf 當(dāng)負(fù)載減小使 當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過反饋能當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過反饋

16、能維持速度基本不變，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)速。維持速度基本不變，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)速。19fgUUU nUf )(nUKUKUGPpk )(nUKKUKUgPSKSd RInKUaed ffaeegnnIKCRKCUKn 00)1()1( RInCUKUKKUaeggspd0開開環(huán)環(huán)nnICRCUKnaeeg 00開開環(huán)環(huán)20靜特性方程式靜特性方程式閉環(huán)系統(tǒng)靜特性方程式閉環(huán)系統(tǒng)靜特性方程式ffaeegnnIKCRKCUKn0011)()(nnICRCuKnaeeg 00Knnf1D)K(Df 1l比較上式得到比較上式得到兩個(gè)重要的結(jié)論兩個(gè)重要的結(jié)論: :l由電動(dòng)機(jī)電樞電路方程式可得開環(huán)系統(tǒng)靜特性方程式由電

17、動(dòng)機(jī)電樞電路方程式可得開環(huán)系統(tǒng)靜特性方程式21幾個(gè)參數(shù)的定義幾個(gè)參數(shù)的定義放大器輸出電壓放大器輸出電壓 )(nUKUgpk )nU(KKUgpsd 整流環(huán)節(jié)輸出電壓整流環(huán)節(jié)輸出電壓espCKKK 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)為大倍數(shù)為K KspKKK 0令前向通道放大令前向通道放大倍數(shù)為倍數(shù)為K K0 0nUf 反饋電壓反饋電壓 RInKUaed電動(dòng)機(jī)電樞回路電動(dòng)機(jī)電樞回路axRRR 22n0 OIdId1Id3Id2Id4ABCAD閉環(huán)靜特性閉環(huán)靜特性開環(huán)機(jī)械特性閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系Ud4Ud3Ud2Ud123例例1:某直流閉環(huán)調(diào)速系

18、統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)范圍是某直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)范圍是1500- 150r/min,靜差度為靜差度為0.05,問系統(tǒng)允許的速降是多少問系統(tǒng)允許的速降是多少?如果開如果開環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降是80r/min,求閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)求閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù).解解;由由 得得)1 (22maxSnSnDNKnnf19 . 7)05. 01 (150150005. 01500)1 (maxSDSnnf13.919 .7801fnnK思考題思考題:1500r/min是額定轉(zhuǎn)速還是理想空載轉(zhuǎn)速是額定轉(zhuǎn)速還是理想空載轉(zhuǎn)速?24例例2:某直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)節(jié)范圍是某直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的速度調(diào)

19、節(jié)范圍是D=1:10,額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速為為1000r/min,開環(huán)轉(zhuǎn)速速降是開環(huán)轉(zhuǎn)速速降是100r/min,如果要求系統(tǒng)的靜差度如果要求系統(tǒng)的靜差度由由15%降至降至5%,則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)則閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù).如何變化如何變化?解:開環(huán)時(shí)額定轉(zhuǎn)速下的靜差度為 09. 010010001000nnS)1 (maxSDSnnf)1 (maxSDSnnf=1000(0.05)/10(1-0.05)=5.26=1000(0.15)/10(1-0.15)=17.65fnnKfnnK=100/5.26=18=100/17.65=4.6705. 0,10SD15. 0,10SDl不滿足5%的指標(biāo)

20、要求,要采用閉環(huán)系統(tǒng).259.1性能指標(biāo)9.2.1單閉環(huán)1.1.轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)2 2）. .無靜差調(diào)速系統(tǒng)無靜差調(diào)速系統(tǒng)1)比例積分調(diào)節(jié)器比例積分調(diào)節(jié)器(PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器)采用采用PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器能獲得較高的靜態(tài)精度能獲得較高的靜態(tài)精度能具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng).dtUCRURRUiio10011電路圖時(shí)間特性26 1. 比例積分（PI）調(diào)節(jié)器比例器調(diào)節(jié)器其輸入輸出之間的關(guān)系如下： i01oURRUtUCRtiCUd1d1io1o積分調(diào)節(jié)器其輸入輸出之間的關(guān)系如下：272)具有比例積分調(diào)節(jié)具有比例積分調(diào)節(jié)的無靜差調(diào)速系統(tǒng)方框圖的無靜差調(diào)速系統(tǒng)方框圖放大器的反

21、饋電路不是放大器的反饋電路不是R,而是而是R,C28當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載增加當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載增加(a)轉(zhuǎn)速下降轉(zhuǎn)速下降(b)比例部分從一開始起調(diào)節(jié)作比例部分從一開始起調(diào)節(jié)作用用,使整流電壓增加使整流電壓增加(c )之之1曲線曲線,積分部分在以后起積分部分在以后起作用作用,并保持?jǐn)?shù)值不變并保持?jǐn)?shù)值不變,見見(c )之之2曲線曲線.PI調(diào)節(jié)器的綜合作用如調(diào)節(jié)器的綜合作用如(c )中中曲線曲線3所示所示.調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)作用292 其他反饋調(diào)速系統(tǒng)其他反饋調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋是抑制轉(zhuǎn)速變化的最直接而有效的方法，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋是抑制轉(zhuǎn)速變化的最直接而有效的方法，它是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)最基本的反饋形式。但轉(zhuǎn)速負(fù)反饋需它是自動(dòng)調(diào)速

22、系統(tǒng)最基本的反饋形式。但轉(zhuǎn)速負(fù)反饋需要有反映轉(zhuǎn)速的測(cè)速發(fā)電機(jī)，它的安裝和維修都不太方要有反映轉(zhuǎn)速的測(cè)速發(fā)電機(jī)，它的安裝和維修都不太方便，因此，在調(diào)速系統(tǒng)中還采用其他的反饋形式。便，因此，在調(diào)速系統(tǒng)中還采用其他的反饋形式。 (1) 電壓負(fù)反饋系統(tǒng)電壓負(fù)反饋系統(tǒng)：具有電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)的調(diào)速系統(tǒng)如具有電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)的調(diào)速系統(tǒng)如下圖所示下圖所示. .電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)就是把電動(dòng)機(jī)電樞電壓作為反饋量，以調(diào)壓負(fù)反饋系統(tǒng)就是把電動(dòng)機(jī)電樞電壓作為反饋量，以調(diào)整轉(zhuǎn)速。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的特點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，可是它穩(wěn)整轉(zhuǎn)速。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的特點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單

23、，可是它穩(wěn)定速度的效果并不大，因?yàn)?，?fù)載增加時(shí)，定速度的效果并不大，因?yàn)?，?fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞電動(dòng)機(jī)電樞內(nèi)阻引起的內(nèi)阻壓降得不到補(bǔ)償內(nèi)阻引起的內(nèi)阻壓降得不到補(bǔ)償. .一般線路中采用電壓一般線路中采用電壓負(fù)反饋，主要不是用它來穩(wěn)速，而是用它來防止過壓、負(fù)反饋，主要不是用它來穩(wěn)速，而是用它來防止過壓、改善動(dòng)態(tài)特性、加快過渡過程。改善動(dòng)態(tài)特性、加快過渡過程。 30(2)(2)具有電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)的調(diào)速系統(tǒng)具有電壓負(fù)反饋環(huán)節(jié)的調(diào)速系統(tǒng)注意反饋電壓與給定電壓的極性注意反饋電壓與給定電壓的極性312)電流正反饋與電壓負(fù)反饋的綜合反饋系統(tǒng)電流正反饋與電壓負(fù)反饋的綜合反饋系統(tǒng)(1)(1)電流正反饋的作用電流正

24、反饋的作用: : 為了補(bǔ)償電樞電阻壓降為了補(bǔ)償電樞電阻壓降, ,一般在電壓負(fù)反饋的基一般在電壓負(fù)反饋的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)電流正反饋環(huán)節(jié)礎(chǔ)上再增加一個(gè)電流正反饋環(huán)節(jié). . 它是把反映電動(dòng)機(jī)電樞電流大小的量取出，與電它是把反映電動(dòng)機(jī)電樞電流大小的量取出，與電壓負(fù)反饋一起加到放大器輸入端。由于是正反饋，壓負(fù)反饋一起加到放大器輸入端。由于是正反饋，當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，放大器輸入信號(hào)也增加，使晶當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，放大器輸入信號(hào)也增加，使晶閘管整流輸出電壓增加，以此來補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)電樞電閘管整流輸出電壓增加，以此來補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)電樞電阻所產(chǎn)生的壓降。由于這種反饋方式的轉(zhuǎn)速降落比阻所產(chǎn)生的壓降。由于這種反饋方式的轉(zhuǎn)速降

25、落比僅有電壓負(fù)反饋時(shí)小了許多，因而擴(kuò)大了調(diào)速范圍，僅有電壓負(fù)反饋時(shí)小了許多，因而擴(kuò)大了調(diào)速范圍，如果比例選擇恰當(dāng)，綜合反饋將具有如果比例選擇恰當(dāng)，綜合反饋將具有電勢(shì)內(nèi)反饋電勢(shì)內(nèi)反饋, ,即相似于轉(zhuǎn)速反饋的性質(zhì)。即相似于轉(zhuǎn)速反饋的性質(zhì)。32電流正反饋與電壓負(fù)反饋的綜合反饋系統(tǒng)方框圖電流正反饋與電壓負(fù)反饋的綜合反饋系統(tǒng)方框圖)(fifugUUUU33電橋平衡條件R2/R1=R3/RaUab=R3*E/(R3+Ra)343)電流截止負(fù)反饋系統(tǒng)電流截止負(fù)反饋系統(tǒng)是一種在過渡過程中起作用的反饋是一種在過渡過程中起作用的反饋, ,稱為軟反饋稱為軟反饋. . (1)電流截止負(fù)反饋的作用電流截止負(fù)反饋的作用

26、在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中, ,電動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間機(jī)起動(dòng)瞬間, ,轉(zhuǎn)子沒有動(dòng)轉(zhuǎn)子沒有動(dòng), ,沒沒有反饋電壓有反饋電壓, ,只有給定電壓只有給定電壓起作用起作用. .一方面一方面, ,電動(dòng)機(jī)將快電動(dòng)機(jī)將快速起動(dòng)速起動(dòng); ;另一方面另一方面, ,過大的起過大的起動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)不利動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)不利. .為了為了限制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程時(shí)的過限制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程時(shí)的過大電流大電流, ,引入電流截止負(fù)反引入電流截止負(fù)反饋饋. .(2)電流截止負(fù)反饋的特性電流截止負(fù)反饋的特性近似挖掘機(jī)特性近似挖掘機(jī)特性35n 電流負(fù)反饋引入方法僅采用電流負(fù)反饋，不要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋 這種系統(tǒng)的靜特性如圖中B 線，特性很陡。

27、顯然僅對(duì)起動(dòng)有利，對(duì)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行不利。 Idbln0IdOn0A轉(zhuǎn)速負(fù)反饋特性B電流負(fù)反饋特性 調(diào)速系統(tǒng)靜特性36帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)方框圖帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)方框圖(3)(3)截止電流的整定截止電流的整定截止電流截止電流Io=(1-1.1)IaN堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)電流Iao=(2-2.5)IaN(4)(4)電流截止負(fù)反饋的組電流截止負(fù)反饋的組成成: :訊號(hào)源訊號(hào)源I Ia aR;R; 反饋源反饋源U Ub b; ; 方向整流器方向整流器V.V.379.2.29.2.2轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1.1.轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉

28、環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成具有速度調(diào)節(jié)器具有速度調(diào)節(jié)器ASRASR和電流調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器ACRACR的的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)就是在這種要求下產(chǎn)生雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)就是在這種要求下產(chǎn)生的的. . 理想的起動(dòng)過程曲線理想的起動(dòng)過程曲線382轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)分析轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)分析391)靜態(tài)分析靜態(tài)分析從從靜特性靜特性上看，上看，維持電動(dòng)機(jī)維持電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變轉(zhuǎn)速不變是由是由速度調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器ASRASR來實(shí)現(xiàn)的。來實(shí)現(xiàn)的。在電流調(diào)節(jié)器在電流調(diào)節(jié)器ACRACR上，使用的是電流負(fù)反饋，它有使靜特上，使用的是電流負(fù)反饋，它有使靜特性變軟的趨勢(shì)，但轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)是外環(huán)，內(nèi)環(huán)電流負(fù)反饋

29、性變軟的趨勢(shì)，但轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)是外環(huán)，內(nèi)環(huán)電流負(fù)反饋對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)來說相當(dāng)于一個(gè)擾動(dòng)作用，只要轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器對(duì)于轉(zhuǎn)速環(huán)來說相當(dāng)于一個(gè)擾動(dòng)作用，只要轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASRASR的放大倍數(shù)足夠大，而且沒有飽和，則電流負(fù)反饋的的放大倍數(shù)足夠大，而且沒有飽和，則電流負(fù)反饋的擾動(dòng)作用就受到抑制。整個(gè)系統(tǒng)的本質(zhì)由外環(huán)速度調(diào)節(jié)器擾動(dòng)作用就受到抑制。整個(gè)系統(tǒng)的本質(zhì)由外環(huán)速度調(diào)節(jié)器來決定，它仍然是一個(gè)無靜差的調(diào)速系統(tǒng)。也就是說，當(dāng)來決定，它仍然是一個(gè)無靜差的調(diào)速系統(tǒng)。也就是說，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，電流負(fù)反饋使靜特性可能產(chǎn)生的速轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，電流負(fù)反饋使靜特性可能產(chǎn)生的速降完全被轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用所抵消了，一旦降完全被

30、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的積分作用所抵消了，一旦ASRASR飽和，飽和，當(dāng)負(fù)載電流過大，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用使轉(zhuǎn)速下降很大時(shí)，當(dāng)負(fù)載電流過大，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)作用使轉(zhuǎn)速下降很大時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)即失去作用，只剩下電流環(huán)起作用，這時(shí)系統(tǒng)表現(xiàn)轉(zhuǎn)速環(huán)即失去作用，只剩下電流環(huán)起作用，這時(shí)系統(tǒng)表現(xiàn)為恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，靜特性便會(huì)呈現(xiàn)出很陡的下垂段特性。為恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，靜特性便會(huì)呈現(xiàn)出很陡的下垂段特性。4041在突加給定電壓在突加給定電壓UgnUgn的起動(dòng)過程的起動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出電壓中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出電壓Ugi,Ugi,電電流調(diào)節(jié)器輸出電壓流調(diào)節(jié)器輸出電壓Uk,Uk,可控整流可控整流器輸出電壓器輸出電壓Ud,Ud,電動(dòng)機(jī)電樞電流電動(dòng)

31、機(jī)電樞電流IaIa和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速n n的動(dòng)態(tài)響應(yīng)波形如右的動(dòng)態(tài)響應(yīng)波形如右圖。整個(gè)過渡過程可以分成三個(gè)圖。整個(gè)過渡過程可以分成三個(gè)階段，在圖中分別標(biāo)以階段，在圖中分別標(biāo)以,和和 . .雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在起動(dòng)過程的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在起動(dòng)過程的大部分時(shí)間內(nèi)，大部分時(shí)間內(nèi)，ASRASR處于飽和限處于飽和限幅狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開路幅狀態(tài)，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開路, ,系系統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調(diào)節(jié)，統(tǒng)表現(xiàn)為恒電流調(diào)節(jié)， 2)動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析42整個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)框圖整個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)框圖n(s) 1/CeUd0(s)IdL (s) EId (s)Un+- 1/R Tl s+1 R Tms439.2.39

32、.2.3可逆直流調(diào)速系統(tǒng)可逆直流調(diào)速系統(tǒng)1.接觸器切換接觸器切換2.晶閘管切換晶閘管切換適用于中小型電機(jī)適用于中小型電機(jī)1.1.電樞反接可逆電路的類型電樞反接可逆電路的類型443.采用兩套晶閘管變流器的可逆線路采用兩套晶閘管變流器的可逆線路線路分為有環(huán)流和無環(huán)流線路分為有環(huán)流和無環(huán)流(邏輯無環(huán)流邏輯無環(huán)流,錯(cuò)位無環(huán)流錯(cuò)位無環(huán)流)兩種兩種.459.39.3晶體管晶體管- -電動(dòng)機(jī)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)9.3.1基本工作原理對(duì)角線上的一對(duì)大功率晶體管的基極,接受同一控制信號(hào)同時(shí)導(dǎo)通或截止.電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速取決于電壓平均值Uav.設(shè)矩形波的周期為T,正向脈寬為t1,定義占空比Tt1

33、savUU) 12(則:462、主要特點(diǎn) 晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)比較具有下列特點(diǎn)：晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)與晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)比較具有下列特點(diǎn)： (1)主電路所需的功率元件少。實(shí)現(xiàn)同樣的功能，一般晶體管的數(shù)主電路所需的功率元件少。實(shí)現(xiàn)同樣的功能，一般晶體管的數(shù) 量量?jī)H為晶閘管的僅為晶閘管的1/31/6。 (2) 控制線路簡(jiǎn)單。晶體管的控制比晶閘管的容易，不存在相序問題，控制線路簡(jiǎn)單。晶體管的控制比晶閘管的容易，不存在相序問題，不需要煩瑣的同步移相觸發(fā)控制電路。不需要煩瑣的同步移相觸發(fā)控制電路。 (3) 晶體管脈寬調(diào)制晶體管脈寬調(diào)制(PWM)放大器的開關(guān)頻率高放大器的開關(guān)頻率高

34、,前者的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和前者的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)速精度等性能指標(biāo)都比后者好。電動(dòng)機(jī)的附加損耗都小。穩(wěn)速精度等性能指標(biāo)都比后者好。電動(dòng)機(jī)的附加損耗都小。 (4) 晶體管脈寬調(diào)制放大器的電壓放大系數(shù)不隨輸出電壓的改變而變化，晶體管脈寬調(diào)制放大器的電壓放大系數(shù)不隨輸出電壓的改變而變化，而晶閘管整流器的電壓放大系數(shù)在輸出電壓低時(shí)變小。這樣前者的低而晶閘管整流器的電壓放大系數(shù)在輸出電壓低時(shí)變小。這樣前者的低速性能要比后者好得多，它可使電動(dòng)機(jī)在很低的速度下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，其速性能要比后者好得多，它可使電動(dòng)機(jī)在很低的速度下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，其調(diào)速范圍很寬調(diào)速范圍很寬.479.3.29.3.2晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)組成方框圖晶體管

35、脈寬調(diào)速系統(tǒng)組成方框圖481)主電路主電路(功率開關(guān)放大器功率開關(guān)放大器) 晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)主晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的結(jié)構(gòu)形式有多種，電路的結(jié)構(gòu)形式有多種，按輸出極性有單極性輸按輸出極性有單極性輸出和雙極性輸出之分，出和雙極性輸出之分，而雙極性輸出的主電路而雙極性輸出的主電路又分又分H型和型和T型兩類，型兩類，H型脈寬放大器又可分為型脈寬放大器又可分為單極式和雙極式兩種，單極式和雙極式兩種，右圖所示為雙極性雙極右圖所示為雙極性雙極式脈寬放大器式脈寬放大器. .492)控制電路控制電路(1)速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器: ASR和和ACR都采用比例積分都采用比例積分調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)

36、器.(2)三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器: 可以獲得一個(gè)對(duì)稱的三角波可以獲得一個(gè)對(duì)稱的三角波電壓電壓.(3)電壓電壓-脈沖變換器脈沖變換器: 產(chǎn)生正產(chǎn)生正,負(fù)脈寬相等的矩形波負(fù)脈寬相等的矩形波電壓電壓.(4)脈沖分配器及軸功率放大脈沖分配器及軸功率放大,電電路圖見右圖路圖見右圖.(5)其他控制電路其他控制電路509.3.39.3.3晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)的分析晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)的分析 1)靜態(tài)靜態(tài) 系統(tǒng)處于靜態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)系統(tǒng)處于靜態(tài)時(shí)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn),，速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器器ACR的輸出均為零，電壓的輸出均為零，電壓-脈沖變換器脈沖變換器BU在三角波的作用在三角波的作用下，輸出

37、正、負(fù)等寬的方波電壓下，輸出正、負(fù)等寬的方波電壓U4,經(jīng)脈沖分配器和功放電經(jīng)脈沖分配器和功放電路產(chǎn)生的路產(chǎn)生的Ub1,4和和Ub2,3;加在橋式功率開關(guān)管加在橋式功率開關(guān)管VT14的基極，的基極，使橋式功率晶體管輪流導(dǎo)通或截止，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞兩端使橋式功率晶體管輪流導(dǎo)通或截止，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓等于零，電動(dòng)機(jī)停止不動(dòng)。必須說明的是，此時(shí)，的平均電壓等于零，電動(dòng)機(jī)停止不動(dòng)。必須說明的是，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓及平均電流雖然為零，但電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓及平均電流雖然為零，但電動(dòng)機(jī)電樞的瞬時(shí)電壓及電流并不為零，在電樞的瞬時(shí)電壓及電流并不為零，在ASR及及ACR的作用下

38、，的作用下，系統(tǒng)實(shí)際上處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。系統(tǒng)實(shí)際上處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。 51晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)的分析晶體管脈寬調(diào)速系統(tǒng)的分析2)起動(dòng)起動(dòng) :以正轉(zhuǎn)起動(dòng)為例以正轉(zhuǎn)起動(dòng)為例,速度給定信號(hào)速度給定信號(hào)Ugn送入后送入后,速度調(diào)節(jié)器的輸速度調(diào)節(jié)器的輸入端之后，速度調(diào)節(jié)器的輸出入端之后，速度調(diào)節(jié)器的輸出Ugi便一直處于最大限幅值，相當(dāng)便一直處于最大限幅值，相當(dāng)于速度調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀態(tài)。于速度調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀態(tài)。因?yàn)樗俣日{(diào)節(jié)器的輸出就是電流因?yàn)樗俣日{(diào)節(jié)器的輸出就是電流調(diào)節(jié)器的給定，在速度調(diào)節(jié)器輸出電壓限幅值的作用下，使得電調(diào)節(jié)器的給定，在速度調(diào)節(jié)器輸出電壓限幅值的作用下，使得電樞兩端的平均電壓迅速上升，電動(dòng)

39、機(jī)迅速啟動(dòng)樞兩端的平均電壓迅速上升，電動(dòng)機(jī)迅速啟動(dòng).電動(dòng)機(jī)電樞平均電電動(dòng)機(jī)電樞平均電流亦迅速增加。由于電流調(diào)節(jié)器的作用，電動(dòng)機(jī)就在這最大給定流亦迅速增加。由于電流調(diào)節(jié)器的作用，電動(dòng)機(jī)就在這最大給定電流下加速電流下加速 .3)制動(dòng)制動(dòng):當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于某種速度的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，若突然使速度給定降當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于某種速度的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，若突然使速度給定降為零，速度調(diào)節(jié)器的輸出將立即處于正的限幅值，速度調(diào)節(jié)器的為零，速度調(diào)節(jié)器的輸出將立即處于正的限幅值，速度調(diào)節(jié)器的輸出使電流調(diào)節(jié)器的輸出立即處于負(fù)的限幅值，電動(dòng)機(jī)即進(jìn)行制輸出使電流調(diào)節(jié)器的輸出立即處于負(fù)的限幅值，電動(dòng)機(jī)即進(jìn)行制動(dòng)，直到速度降為零。以后的過程同靜態(tài)。

40、動(dòng)，直到速度降為零。以后的過程同靜態(tài)。 529.49.4基于單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)基于單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)9.4.1MCD-型微機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)型微機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)532. MC-型微機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)型微機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn) 1)采用了美國采用了美國Inter公司推出的公司推出的16位單片機(jī)位單片機(jī)8089小系統(tǒng)，完成數(shù)字觸發(fā)器小系統(tǒng)，完成數(shù)字觸發(fā)器的功能，使硬件電路軟件化，克服了硬件電路存在的時(shí)漂和溫漂，提高的功能，使硬件電路軟件化，克服了硬件電路存在的時(shí)漂和溫漂，提高了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和工作可靠性；還利用了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和工作可靠性；還利用8089小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)

41、顯小系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)顯示和故障類型的數(shù)顯功能，智能數(shù)顯功能強(qiáng)，數(shù)字準(zhǔn)確，便于直觀診斷，示和故障類型的數(shù)顯功能，智能數(shù)顯功能強(qiáng)，數(shù)字準(zhǔn)確，便于直觀診斷，便于工人操作與維修。便于工人操作與維修。 2)保留了傳統(tǒng)的速度、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)功能。速度調(diào)節(jié)器采用保留了傳統(tǒng)的速度、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)功能。速度調(diào)節(jié)器采用PID控制，控制，電流調(diào)節(jié)器采用電流調(diào)節(jié)器采用PI控制，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用進(jìn)口的低漂移運(yùn)算放大器，控制，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均采用進(jìn)口的低漂移運(yùn)算放大器，系統(tǒng)調(diào)節(jié)快，動(dòng)態(tài)性能好，調(diào)速范圍寬。系統(tǒng)調(diào)節(jié)快，動(dòng)態(tài)性能好，調(diào)速范圍寬。 3)采用了瑞士公司生產(chǎn)的電流傳感器采用了瑞士公司生產(chǎn)的電流傳感器LEM模塊，它體積小

42、，且線性度與模塊，它體積小，且線性度與失真度好，提高了反饋信號(hào)的質(zhì)量，增強(qiáng)了調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性。失真度好，提高了反饋信號(hào)的質(zhì)量，增強(qiáng)了調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性。4)系統(tǒng)具有過系統(tǒng)具有過流、欠壓、零勵(lì)磁、缺相、相序錯(cuò)誤指示等功能，保護(hù)功能全，可靠性流、欠壓、零勵(lì)磁、缺相、相序錯(cuò)誤指示等功能，保護(hù)功能全，可靠性高高. . 543.MC-型微機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)型微機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng) 接線圖接線圖(輸出容量輸出容量0-30kW)55圖2-3 所示為電樞控制直流電動(dòng)機(jī)的微分方程，要求取電樞電壓Ua(t)(v)為輸入量，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速m(t)(rad/s)為輸出量，列寫微分方程。圖中Ra()、La(H)分別是電樞電路的電阻和電感，

43、Mc(NM)是折合到電動(dòng)機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)距。激磁磁通為常值。圖圖2 2- -3 3 電電樞樞控控制制直直流流電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)原原理理圖圖S SM M負(fù)載- - -L La aR Ra aE Ea aW Wm mJ Jm m, ,f fm mU Ua ai if fi ia a例2-356解： 電樞控制直流電動(dòng)機(jī)的工作實(shí)質(zhì)是將輸入的 電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，也就是由輸入的電樞電壓Ua(t)在電樞回路中產(chǎn)生電樞電流ia(t)，再由電流ia(t)與激磁磁通相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)距Mm(t)，從而拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。因此，直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程可由以下三部分組成。 電樞回路電壓平衡方程電磁轉(zhuǎn)距方程電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)距平衡方程

44、57aaaaaaEtiRdttdiLtU)()()(Ea 是電樞反電勢(shì)，它是當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的反電勢(shì)，其大小與激磁磁通及轉(zhuǎn)速成正比，方向與電樞電壓Ua(t)相反，即Ea=Cem(t) Ce反電勢(shì)系數(shù)(v/rad/s)電樞回路電壓平衡方程：58)()(tiCtMammmC)(tMm)()()()(tMtMtfdttdJcmmmmm-電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)距系數(shù) （Nm/A）是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)距系數(shù)-是由電樞電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距（Nm）電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)距平衡方程： fm-電動(dòng)機(jī)和負(fù)載折合到電動(dòng)機(jī)軸上的粘性摩擦系數(shù)（Nm/rad/s）Jm轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（電動(dòng)機(jī)和負(fù)載折合到電動(dòng)機(jī)軸上 的） kgm電磁轉(zhuǎn)距方程：59 )()()()(

45、)()()()(2tMRdttdMLtUCtCCfRdttdJRfLdttdJLcacaammemmammamamma)()()()(21tMKtUKtdttdTcammmemmamamCCfRJRTemmaCCRafRK2emmamCCfRCK1電動(dòng)機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù)（s） 在工程應(yīng)用中，由于電樞電路電感La較小，通常忽略不計(jì)，因而可簡(jiǎn)化為、求出ia(t)，代入同時(shí)亦代入得：60如果電樞電阻Ra和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm都很小而忽略不計(jì)時(shí) 還可進(jìn)一步簡(jiǎn)化為)(tm)()(tUtCame)(tUa系統(tǒng)最基本的數(shù)學(xué)模型是它的微分方程式。建立微分方程的步驟如下：確定系統(tǒng)的輸入量和輸出量將系統(tǒng)劃分為若干環(huán)節(jié)

46、，從輸入端開始，按信號(hào)傳遞的順序，依據(jù)各變量所遵循的物理學(xué)定律，列出各環(huán)節(jié)的線性化原始方程。消去中間變量，寫出僅包含輸入、輸出變量的微分方程式。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 與電樞電壓 成正比，于是 電動(dòng)機(jī)可作為測(cè)速發(fā)電機(jī)使用。1)()()()(sTKsUssssdtdmmammmm612.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 及其靜特性及其靜特性問題的提出 第1章中表明，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。621. 主要原因

47、是因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)過程。 在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值 Idcr 以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。63b) 理想的快速起動(dòng)過程IdLntIdOIdma) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖2-1 直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形2. 理想的起動(dòng)過程IdLntIdOIdmIdcrnn64 性能比較帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過程如圖 所示，起動(dòng)電流達(dá)到最大值 Idm 后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過程延長。 圖2

48、-1 a) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)IdLntIdOIdmIdcrn65性能比較（續(xù)）理想起動(dòng)過程波形如圖所示，這時(shí)，起動(dòng)電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)過程。圖2-1 b) 理想的快速起動(dòng)過程IdLntIdOIdmn663. 解決思路 為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程。 按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。67 現(xiàn)在的問題是，我們希望能實(shí)現(xiàn)控制：起動(dòng)過程，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。穩(wěn)態(tài)時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)

49、反饋，沒有電流負(fù)反饋。 怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？682.1.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）聯(lián)接如下圖所示。69+TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAM+-UdIdUPE-MTG圖2-2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. 系統(tǒng)的組成ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測(cè)速發(fā)電機(jī)TA電流互感器 UPE電力電子變換器內(nèi)環(huán)外

50、環(huán)ni70 圖中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。 這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。712. 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu) 為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用 P I 調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖示于下圖。圖中標(biāo)出了兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實(shí)際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓Uc為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。72系統(tǒng)原理圖圖2-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 +-TG+-+-RP2U*nR0R0UcUiRiCi+

51、-R0R0RnCnASRACRLMRP1UnU*iLM+MTAIdUdMTGUPE+-+-73 圖中表出，兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。743. 限幅電路二極管鉗位的外限幅電路C1R1R0RlimVD1VD275限幅電路（續(xù)） 穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路R1C1VS1VS2R0Rlim764. 電流檢測(cè)電路電流檢測(cè)電路 TA電流互感器TA772.1.2 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下

52、圖。它可以很方便地根據(jù)上圖的原理圖畫出來，只要注意用帶限幅的輸出特性表示PI 調(diào)節(jié)器就可以了。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。781. 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖2-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) Ks 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R ACR-UiUPE792. 限幅作用 存在兩種狀況：飽和輸出達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值，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；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。80不飽和輸出未達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)

53、，正如1.6節(jié)中所闡明的那樣，PI 作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是零。 813. 系統(tǒng)靜特性實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器是不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對(duì)于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性如圖所示，圖2-5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 n0IdIdmIdNOnABC82（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和di*i0n*nIUUnnUU式中 ， 轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。由第一個(gè)關(guān)系式可得 0*nnUn從而得到上圖靜特性的CA段。 (2-1) 83n 靜特性的水平特性 與此同時(shí)，由于ASR不飽和，U*i U*im，從上述第二個(gè)關(guān)系式可知: Id Idm。 這就是說， CA

54、段靜特性從理想空載狀態(tài)的 Id = 0 一直延續(xù)到 Id = Idm ，而 Idm 一般都是大于額定電流 IdN 的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是水平的特性。 84（2） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值U*im ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)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) dm*imdIUI式中，最大電流 Idm 是由設(shè)計(jì)者選定的，取決于電機(jī)的容許過載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。(2-2) 85n 靜特性的垂直特性 式（2-2）所描述的靜特性是上圖中的AB段，它是垂直的特性。 這樣的下垂特性只適合于 n n0 ，則Un U*n ，A

55、SR將退出飽和狀態(tài)。 864. 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，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 后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，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，得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。87 這就是采用了兩個(gè)PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而實(shí)際上運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無窮大，特別是為了避免零點(diǎn)飄移而采用 “準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器”時(shí)，靜特性的兩段實(shí)際上都略有很小的靜差，如上圖中虛線所示。 882.1.3 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)

56、參數(shù)計(jì)算 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系 0n*nnnUUdLdi*iIIUUsdL*nesdesd0c/KRIUCKRInCKUU(2-3) (2-5) (2-4) 89 上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上， 轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓U*n決定的 ASR的輸出量U*i是由負(fù)載電流 IdL 決定的 控制電壓 Uc 的大小則同時(shí)取決于 n 和 Id，或者說，同時(shí)取決于U*n 和 IdL。90 這些關(guān)系反映了PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。91n 反饋系數(shù)計(jì)算 鑒于這一特點(diǎn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)： 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) max*nmnUdm*imIU(2-6) (2-7) 92 兩個(gè)給定電壓的最大值U*nm和U*im由設(shè)計(jì)者選定，設(shè)計(jì)原則如下：U*nm受運(yùn)算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制；U*im 為ASR的輸出限幅值。返回目錄返回目錄93