[工程科技]電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)ppt課件

1、第第1篇篇直流調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)作業(yè)n思索題n2-12, 2-16n習(xí)題n2-3, 2-9n附加題1n1、在單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度調(diào)理器的輸出量等于何值？為什么？ 直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速直流電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 式中 n轉(zhuǎn)速r/min; U電樞電壓V； I電樞電流A； R電樞回路總電阻(； 勵(lì)磁磁通Wb； Ke 由電機(jī)構(gòu)造決議的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。eKIRUn 1調(diào)理電樞供電電壓；2減弱勵(lì)磁磁通； 3改動(dòng)電樞回路電阻。自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。調(diào)理直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法第第2章章 轉(zhuǎn)速反響控制的直流調(diào)速系

2、統(tǒng)轉(zhuǎn)速反響控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi) 容 提 要n直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源 n穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能目的和直流調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性 n轉(zhuǎn)速反響控制的直流調(diào)速系統(tǒng) n轉(zhuǎn)速反響控制直流調(diào)速系統(tǒng)的限流維護(hù) 2.1 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源n晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)VM n直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)nPWM eKIRUn2.1.1 晶閘管整流器晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)V-M系統(tǒng)系統(tǒng)圖21 晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)V-M系統(tǒng)原理圖1.電路組成電路組成在理想情況下，在理想情況下，Ud和和Uc之間之間呈線性

3、關(guān)系：呈線性關(guān)系：式中，式中， Ud平均整流電壓，平均整流電壓， Uc 控制電壓，控制電壓， Ks晶閘管整流器放大系數(shù)。晶閘管整流器放大系數(shù)。csdUKU2.觸發(fā)脈沖相位控制觸發(fā)脈沖相位控制調(diào)理控制電壓調(diào)理控制電壓Uc， 挪動(dòng)觸發(fā)安裝挪動(dòng)觸發(fā)安裝GT輸出脈沖的相位輸出脈沖的相位，改動(dòng)可控整流器改動(dòng)可控整流器VT輸出瞬時(shí)電輸出瞬時(shí)電壓壓ud的波形，以及輸出平均電壓的波形，以及輸出平均電壓Ud的數(shù)值。的數(shù)值。 n對(duì)于普通的全控整流電路，當(dāng)電流波形延續(xù)時(shí)， 可用下式表示)(0fUdcossin0mUmUmd(2-3) 式中，從自然換相點(diǎn)算起的觸發(fā)脈沖控制角； Um=0時(shí)的整流電壓波形峰值； m交流電

4、源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)。mU22U22U26U0dUcos9 . 02Ucos17. 12Ucos34. 22U整流電路 單相全波 三相半波三相橋式（全波）m236表2-1不同整流電路的整流電壓波峰值、脈沖數(shù)及平均整流電壓dtdiLRiEuddd0式中 E電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)(V)；id整流電流瞬時(shí)值(A)；L主電路總電感(H)； R主電路總電阻(), ；圖2-2 V-M系統(tǒng)主電路的等效電路圖 (2-2)3.電樞回路等效電路與電壓方程電樞回路等效電路與電壓方程4電流脈動(dòng)及其波形的延續(xù)與斷續(xù)電流脈動(dòng)及其波形的延續(xù)與斷續(xù)n晶閘管導(dǎo)通的條件：在整流變壓器二次側(cè)額晶閘管導(dǎo)通的條件：在整流變壓器二次側(cè)額定相

5、電壓定相電壓u2的瞬時(shí)值大于反電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值大于反電動(dòng)勢(shì)E時(shí)，晶閘時(shí)，晶閘管才能夠被觸發(fā)導(dǎo)通。管才能夠被觸發(fā)導(dǎo)通。n電流延續(xù)的條件：導(dǎo)通后假設(shè)電流延續(xù)的條件：導(dǎo)通后假設(shè)u2降低到降低到E以以下，靠電感作用可以維持電流下，靠電感作用可以維持電流id繼續(xù)流通。繼續(xù)流通。n電流動(dòng)搖的緣由：由于電壓波形的脈動(dòng)，呵電流動(dòng)搖的緣由：由于電壓波形的脈動(dòng)，呵斥了電流波形的脈動(dòng)。斥了電流波形的脈動(dòng)。 dtdiLRiEuddd0圖2-3 帶負(fù)載單相全控橋式整流電路的輸出電壓和電流波形在Id上升階段，電感儲(chǔ)能；在Id下降階段，電感中的能量將釋放出來維持電流延續(xù)。圖24 V-M系統(tǒng)的電流波形(a) 電流延續(xù)圖24 V

6、-M系統(tǒng)的電流波形 b電流斷續(xù)當(dāng)負(fù)載電流較小時(shí)，電感中的儲(chǔ)能較少，等到Id下降到零時(shí)，呵斥電流波形斷續(xù)。5.抑制電流脈動(dòng)的措施 1添加整流電路相數(shù)，或采用多重化技術(shù)；2設(shè)置電感量足夠大的平波電抗器。3防止負(fù)載在輕載下運(yùn)轉(zhuǎn)6晶閘管整流器晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特性n當(dāng)電流波形延續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為n2-7n式中，Ce電動(dòng)機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)系數(shù))RIU(C1nd0deNeeKC圖2-5 電流延續(xù)時(shí)V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性圖26 V-M系統(tǒng)機(jī)械特性在電流延續(xù)區(qū)，顯示出較硬的機(jī)械特性；在電流斷續(xù)區(qū)，機(jī)械特性很在電流斷續(xù)區(qū)，機(jī)械特性很軟，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。軟，

7、理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。電流斷續(xù)區(qū)與電流延續(xù)區(qū)的電流斷續(xù)區(qū)與電流延續(xù)區(qū)的分界限是分界限是=2/3的曲線，當(dāng)?shù)那€，當(dāng)=2/3 時(shí)，電流便開場延續(xù)時(shí)，電流便開場延續(xù)了。了。 2)6cos()6cos(2232e2dnUCRUI)e1 (e )6sin()6sin(cos2ctgectg2CUn角為一個(gè)電流脈波的導(dǎo)通為阻抗角RLarctg1放大系數(shù)放大系數(shù)Ks的計(jì)算的計(jì)算圖2-7 晶閘管觸發(fā)與整流安裝的輸入輸出特性和Ks的測(cè)定cdscsUdUUKUKUKUfUccos)(202-12 Uc5V10V09001800 7晶閘管觸發(fā)和整流安裝的放 大系數(shù)和傳送函數(shù)2失控時(shí)間和純滯后環(huán)節(jié)失控時(shí)間和純滯后環(huán)

8、節(jié) n滯后作用是由晶閘管整流安裝的失控時(shí)間引起的。n失控時(shí)間是個(gè)隨機(jī)值。n最大失控時(shí)間是兩個(gè)相鄰自然換相點(diǎn)之間的時(shí)間，它與交流電源頻率和晶閘管整流器的類型有關(guān)。圖28 晶閘管觸發(fā)與整流安裝的失控時(shí)間 最大失控時(shí)間 mTTsmax(2-13) 平均失控時(shí)間 maxssT21T 式中，T 交流電源周期秒)， m 一周內(nèi)整流電壓的脈 波數(shù)。整流電路形式最大失控時(shí)間 Tsmax(ms)平均失控時(shí)間 Ts(ms)單相半波單相橋式（全波）三相半波三相橋式20(T)10(T/2)6.67(T/3)3.33(T/6）1053.331.67表2-2 晶閘管整流器的失控時(shí)間T=20ms3晶閘管觸發(fā)電路與整流安裝的

9、傳送函數(shù)晶閘管觸發(fā)電路與整流安裝的傳送函數(shù) n滯后環(huán)節(jié)的輸入為階躍信號(hào)1(t)，輸出要隔一定時(shí)間后才出現(xiàn)呼應(yīng)1(t-Ts)。n輸入輸出關(guān)系為： )( 10scsdTtUKUn 傳送函數(shù)為sTscdsseKsUsUsW)()()(0214 傳送函數(shù)的近似處置3322! 31! 211)(sTsTsTKeKeKsWsssssTssTssssn把整流安裝近似看作一階慣性環(huán)節(jié) sT1K)s(Wsss2-16 圖29 晶閘管觸發(fā)與整流安裝動(dòng)態(tài)構(gòu)造圖準(zhǔn)確的近似的8. 晶閘管整流器運(yùn)轉(zhuǎn)中存在的問題1晶閘管是單導(dǎo)游電的。 2晶閘管對(duì)過電壓、過電流和過高的du/dt與di/dt都非常敏感。3晶閘管的導(dǎo)通角變小時(shí)

10、會(huì)使得系統(tǒng)的功率因數(shù)(coscos)也隨之減少， 并且在交流側(cè)產(chǎn)生較大的的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓的畸變，稱之為“電力公害。 2.1.2 直流直流PWM變換器變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)n全控型電力電子器件問世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開關(guān)控制方式, 構(gòu)成了脈寬調(diào)制變換器-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，或直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。n與V-M系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性。(如主電道路路簡單：開關(guān)頻率高；低速性能好；系統(tǒng)頻帶寬等n直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)用日益廣泛，特別在中、小容量的高動(dòng)態(tài)性能系統(tǒng)中，曾經(jīng)完全取代了V-M系統(tǒng)。 1PWM變換器的任務(wù)形狀和電壓、電流波

11、形變換器的任務(wù)形狀和電壓、電流波形n脈寬調(diào)制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把脈寬調(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，從而可以改動(dòng)平均輸出電壓的大小，以調(diào)理電壓序列，從而可以改動(dòng)平均輸出電壓的大小，以調(diào)理電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。nPWM變換器電路有多種方式，總體上可分為不可逆與可變換器電路有多種方式，總體上可分為不可逆與可逆兩大類。逆兩大類。圖2-10 簡單的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電路原理圖 1不可逆不可逆PWM變換器變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)圖2-10

12、 簡單的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)電壓和電流波形 n在一個(gè)開關(guān)周期T內(nèi)，n當(dāng) 時(shí)，Ug為正，VT飽和導(dǎo)通，電源電壓Us經(jīng)過VT加到直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端。n當(dāng) 時(shí)， Ug為負(fù)， VT關(guān)斷，電樞電路中的電流經(jīng)過續(xù)流二極管VD續(xù)流，直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓近似等于零。 ontt0Tttonn直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端的平均電壓為 n 2-17 n改動(dòng)占空比 ，即可實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速。n令 為PWM電壓系數(shù)，那么在不可逆PWM變換器中n 2-18ssondUUTtU10sdUUn不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不允許電流反向，n續(xù)流二極管VD的作用只是為id提供一個(gè)續(xù)流的通道。n假設(shè)要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

13、，必需為其提供反向電流通道 。圖2-11 有制動(dòng)電流通路的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)2有制動(dòng)電流通路的不可逆有制動(dòng)電流通路的不可逆PWM變換器變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)普通電動(dòng)形狀n在普通電動(dòng)形狀中，id一直為正值其正方向示于圖2-11(a)中。n在0tton期間，VT1導(dǎo)通，VT2關(guān)斷。電流id沿圖中的回路1流通。n在tontnBnCnDUnAUnB UnCUcA UcB UcCUdAUdB UdC開環(huán)系統(tǒng) IdL n 例如：在圖2-24中任務(wù)點(diǎn)從A A 閉環(huán)系統(tǒng) IdL n Un Un Uc Ud0 n 例如：在圖2-24中任務(wù)點(diǎn)從A B比例控制直流調(diào)速系統(tǒng)可以減少穩(wěn)態(tài)速

14、降的本質(zhì)：在于它的自動(dòng)調(diào)理作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改動(dòng)電樞電壓。例題2-3 在例題2-2中，龍門刨床要求D=20，s5%，知 Ks=30,= 0.015Vmin/r，Ce=0.2Vmin/r，采用比例控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)滿足上述要求時(shí)，比例放大器的放大系數(shù)應(yīng)該有多少？ 解: n開環(huán)系統(tǒng)額定速降為 =275 r/min，n閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為 2.63 r/min，由式2-48可得n那么得n即只需放大器的放大系數(shù)等于或大于46。opncln6 .103163. 22751clopnnK462 . 0/015. 0306 .103/espCKKK2反響控制規(guī)律特點(diǎn)反響控制規(guī)律特點(diǎn)1比例控制

15、的反響控制系統(tǒng)是被調(diào)量有靜差比例控制的反響控制系統(tǒng)是被調(diào)量有靜差的控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng))1 (KCRInedclespCKKK/比例控制反響控制系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)值越大，系統(tǒng)的比例控制反響控制系統(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。穩(wěn)態(tài)性能越好。但只需比例放大系數(shù)但只需比例放大系數(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，反響控制就只能減小穩(wěn)態(tài)誤差，而不能消除它，響控制就只能減小穩(wěn)態(tài)誤差，而不能消除它，這樣的比例控制系統(tǒng)叫做有靜差控制系統(tǒng)。這樣的比例控制系統(tǒng)叫做有靜差控制系統(tǒng)。2反響控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動(dòng)反響控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動(dòng), 服從給服從給定定a.反響控制系統(tǒng)具有良好的

16、抗擾性能，凡影響反響控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，凡影響Kp、Ks、Ce的擾動(dòng)均不會(huì)對(duì)的擾動(dòng)均不會(huì)對(duì)n有大的影響。即凡是有大的影響。即凡是作用在前向通道的擾動(dòng)都可以經(jīng)過反響通道得作用在前向通道的擾動(dòng)都可以經(jīng)過反響通道得到有效地抑制。到有效地抑制。*nnnUnnUUb.服從給定服從給定圖2-25 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動(dòng)作用3系統(tǒng)的精度依賴于給定系統(tǒng)的精度依賴于給定Un*和反響檢測(cè)和反響檢測(cè)的精的精度度反響控制系統(tǒng)無法鑒別是對(duì)給定電壓的正常調(diào)理還反響控制系統(tǒng)無法鑒別是對(duì)給定電壓的正常調(diào)理還是不應(yīng)有的給定電壓的電源動(dòng)搖。是不應(yīng)有的給定電壓的電源動(dòng)搖。反響檢測(cè)安裝的誤差也是反響控制系統(tǒng)無法抑制的。

17、反響檢測(cè)安裝的誤差也是反響控制系統(tǒng)無法抑制的?，F(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的開展趨勢(shì)是用數(shù)字給定和數(shù)字測(cè)速現(xiàn)代調(diào)速系統(tǒng)的開展趨勢(shì)是用數(shù)字給定和數(shù)字測(cè)速來提高伐速系統(tǒng)的精度。來提高伐速系統(tǒng)的精度。 3比例控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性n比例控制閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為比例控制閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程為nn 根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯根據(jù)三階系統(tǒng)的勞斯-古爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件古爾維茨判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是是n整理后得整理后得 n (2-52)0111)(123sKTTsKTTTsKTTTsmslmslm0111)(KTTTKTTKTTTslmsmslmslsslmTTTTTTK2)(0322130asasa

18、saK愈小，穩(wěn)定性越好，這與靜特性對(duì)愈小，穩(wěn)定性越好，這與靜特性對(duì)K的要求是矛盾的，要處理的要求是矛盾的，要處理這個(gè)矛盾怎樣辦這個(gè)矛盾怎樣辦例題2-4 在例題2-3中，系統(tǒng)采用的是三相橋式可控整流電路，知電樞回路總電阻 ，電感量 3mH，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量 ，試判別系統(tǒng)的穩(wěn)定性。0.18R L 2260mNGD解 ：n電磁時(shí)間常數(shù)n機(jī)電時(shí)間常數(shù) n n晶閘管安裝的滯后時(shí)間常數(shù)為 n為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)滿足的穩(wěn)定條件：n閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和例題2-3中穩(wěn)態(tài)性能要求 是矛盾的。sRLTl0167. 018. 0003. 0sCCRGDTmem075. 02 . 0302 . 037518. 0

19、603752sTs00167. 05 .4900167. 00167. 000167. 0)00167. 00167. 0(075. 0)(22slsslmTTTTTTK103.5K 例題2-5 在上題的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，假設(shè)改用全控型器件的PWM調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)不變，電樞回路參數(shù)為： ， ， ，PWM開關(guān)頻率為8 。按同樣的穩(wěn)態(tài)性能目的 ， ，該系統(tǒng)能否穩(wěn)定？假設(shè)對(duì)靜差率的要求不變，在保證穩(wěn)定時(shí)，系統(tǒng)可以到達(dá)的最大調(diào)速范圍有多少？0.1R 1LmH44sK kHz20D 5%s 解 ：0.0010.01 s0.1lLTR2600.10.0417 s3753750.20.230memGD R

20、TC C10.000125 s8000sT 4 .339000125. 001. 0000125. 0)000125. 001. 0(0417. 0)(22slsslmTTTTTTKn按照穩(wěn)態(tài)性能目的 、 要求 n nPWM調(diào)速系統(tǒng)可以在滿足穩(wěn)態(tài)性能目的要求下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。 20D 5%s 2.63 r/mincln見例題2-2 3050.1152.5 r/min0.2NopeI RnC152.511572.63opclnKn 0，積分調(diào)理，積分調(diào)理器的輸出器的輸出Uc便不斷增長；便不斷增長；只需到達(dá)只需到達(dá)Un=0時(shí)，時(shí)， Uc才停頓上升；只需到才停頓上升；只需到Un變負(fù)，變負(fù)， Uc才會(huì)下降。

21、才會(huì)下降。n當(dāng)當(dāng)Un=0時(shí)，時(shí)， Uc并不并不是零，而是某一個(gè)固定是零，而是某一個(gè)固定值值Ucf n突加負(fù)載時(shí)，由于突加負(fù)載時(shí)，由于Idl的添加，轉(zhuǎn)速的添加，轉(zhuǎn)速n下降，導(dǎo)致下降，導(dǎo)致Un為正，為正，n在積分調(diào)理器的作用下，在積分調(diào)理器的作用下，Uc上升，上升，電樞電壓電樞電壓Ud上升，以抑制上升，以抑制Idl添加添加的壓降，最終進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)的壓降，最終進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài) 。*nnUU0nU2dLdII122nnUUcc圖2-27積分控制無靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)過程積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律的根本區(qū)別：1比例控制規(guī)律：輸入只需有偏向，輸出比例控制規(guī)律：輸入只需有偏向，輸出就增大，輸入偏向?yàn)榱悖?/p>

22、輸出也為零就增大，輸入偏向?yàn)榱?，輸出也為?積分控制規(guī)律：輸入只需有偏向，輸出積分控制規(guī)律：輸入只需有偏向，輸出就增大，輸入偏向?yàn)榱?，輸出不為零就增大，輸入偏向?yàn)榱?，輸出不為?式中 圖2-28 比例積分PI調(diào)理器線路圖dtUUKdtUCRURRUininpininex11100101RRKp10CR2比例積分控制規(guī)律n比例積分調(diào)理器PI調(diào)理器的輸入輸出關(guān)系為n n 2-55n其傳送函數(shù)為nn n tininpexdtUUKU01sKsKKssKsKsWpppppPI111)(ssKsWpPI111)(KpPI調(diào)理器的比例放大系數(shù)，=R0CPI調(diào)理器的積分時(shí)間常數(shù)。 1=Kp比例積分控制規(guī)律：

23、比例積分控制規(guī)律：1比例部分能迅速呼應(yīng)控制造用主要在起動(dòng)比例部分能迅速呼應(yīng)控制造用主要在起動(dòng)時(shí)能快速呼應(yīng)，時(shí)能快速呼應(yīng)，2積分部分那么最終消除穩(wěn)態(tài)偏向。積分部分那么最終消除穩(wěn)態(tài)偏向。n在t=0時(shí)就Uex(t)=KpUin，實(shí)現(xiàn)了快速控制；n隨后Uex(t)按積分規(guī)律增長，n 。n在t=t1時(shí)，Uin=0，n 圖2-29 PI調(diào)理器的輸入輸出特性ininpexUtUKtU)(inexUtU1n在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用PI調(diào)理器輸出部分調(diào)理器輸出部分Uc由兩部分由兩部分組成，組成，n比例部分和比例部分和Un成正比，成正比，n積分部分表示了從積分部分表示了從t=0到此到此時(shí)辰對(duì)時(shí)

24、辰對(duì)Un(t)的積分值，的積分值，nUc是這兩部分之和。是這兩部分之和。圖2-30 閉環(huán)系統(tǒng)中PI調(diào)理器的輸入和輸出動(dòng)態(tài)過程2.3.4 直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析圖2-31 比例積分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)構(gòu)造框圖轉(zhuǎn)速調(diào)理器用ASR表示 n運(yùn)用比例調(diào)理器時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳送函數(shù)為運(yùn)用比例調(diào)理器時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳送函數(shù)為nn 2-44n 式中式中 n運(yùn)用積分調(diào)理器時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳送函數(shù)為運(yùn)用積分調(diào)理器時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳送函數(shù)為nn 2-59n 式中式中 n運(yùn)用比例積分調(diào)理器時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳送函數(shù)為運(yùn)用比例積分調(diào)理器時(shí)，系統(tǒng)的開環(huán)傳送函數(shù)為nn 2-60n 式中式中 ) 1)(

25、1()()()(2sTsTTsTKsUsUsWmlmsnnespCKKK/) 1)(1()(2sTsTTsTsKsWmlmsesCKK) 1)(1() 1()(2sTsTTsTssKKsWmlmspesCKK1.概念1系統(tǒng)的類型：根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)傳送函數(shù)中積分環(huán)節(jié)的數(shù)目劃分控制系統(tǒng)的類型：根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)傳送函數(shù)中積分環(huán)節(jié)的數(shù)目劃分控制系統(tǒng)的類型，系統(tǒng)的類型， a. 0型系統(tǒng)：比例控制的調(diào)速系統(tǒng)是型系統(tǒng)：比例控制的調(diào)速系統(tǒng)是0型系統(tǒng)，型系統(tǒng)， b. 型系統(tǒng)：比例積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是型系統(tǒng)：比例積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是型系統(tǒng)。型系統(tǒng)。 c.型系統(tǒng)：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是型系統(tǒng)：雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是型系統(tǒng)型系統(tǒng)(2)穩(wěn)

26、態(tài)誤差定義為：輸入量和反響量的差值，即穩(wěn)態(tài)誤差定義為：輸入量和反響量的差值，即 2-61 (3)衡量系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確度的是：系統(tǒng)對(duì)給定輸入衡量系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確度的是：系統(tǒng)對(duì)給定輸入U(xiǎn)n*的跟隨才干；的跟隨才干；(4)衡量系統(tǒng)抗干擾才干的是：系統(tǒng)抗負(fù)載電流衡量系統(tǒng)抗干擾才干的是：系統(tǒng)抗負(fù)載電流IdL的干擾才干。的干擾才干。)()()(*tUtUtUnnn)(sWR(s)C(s)n1iirm1jj) 1() 1()(sTssKsW2階躍給定輸入的穩(wěn)態(tài)誤差階躍給定輸入的穩(wěn)態(tài)誤差令令I(lǐng)dL(s)=0。比例調(diào)理器系統(tǒng)的誤差傳送函數(shù)為。比例調(diào)理器系統(tǒng)的誤差傳送函數(shù)為) 1)(1(11)()(2*sTsTTsT

27、KsUsUmlmsnnsUsUnn*)(2-65 )(11)()()()()()()()(*sWsUsUsUsWsUsUsUsUopnnnopnnnn1比例調(diào)理器系統(tǒng)比例調(diào)理器系統(tǒng)0型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差是型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差是KUsTsTTsTKsUssUsUnmlmsnsnsn1) 1)(1(11)(*2*00limlim) 1)(1(11)()(2*sTsTTsTKsUsUmlmsnnn積分調(diào)理器系統(tǒng)的誤差傳送函數(shù)為積分調(diào)理器系統(tǒng)的誤差傳送函數(shù)為n 2-63n階躍給定輸入階躍給定輸入 的穩(wěn)態(tài)誤差是的穩(wěn)態(tài)誤差是 sUsUnn*)(2-66 2積分調(diào)理器系統(tǒng)積分調(diào)理器系統(tǒng)I型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差

28、) 1)(1(11)()(2*sTsTTsTsKsUsUmlmsnn0) 1)(1(11)(2*00limlimsTsTTsTsKsUssUsUmlmsnsnsnn比例積分調(diào)理器系統(tǒng)的誤差傳送函數(shù)為比例積分調(diào)理器系統(tǒng)的誤差傳送函數(shù)為n 2-64n階躍給定輸入階躍給定輸入 的穩(wěn)態(tài)誤差是的穩(wěn)態(tài)誤差是 sUsUnn*)(2-67 3比例積分調(diào)理器系統(tǒng)比例積分調(diào)理器系統(tǒng)I型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差型系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差) 1)(1() 1(11)()(2*sTsTTsTssKKsUsUmlmspnn0) 1)(1() 1(11)(2*00limlimsTsTTsTssKKsUssUsUmlmspnsnsn輸入信號(hào)階躍

29、輸入斜坡輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差 0v0 / K0)(RtRtvtR0)(2)(20tatRnI型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差型系統(tǒng)在不同輸入信號(hào)作用下的穩(wěn)態(tài)誤差輸入信號(hào)階躍輸入斜坡輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差00 0)(RtRtvtR0)(2)(20tatRKa /0n在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，n0型系統(tǒng)對(duì)于階躍給定輸入穩(wěn)態(tài)有差，被稱作有差調(diào)速系統(tǒng)；n型，型系統(tǒng)對(duì)于階躍給定輸入穩(wěn)態(tài)無差，被稱作無差調(diào)速系統(tǒng)3擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差n在分析由擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，令在分析由擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差時(shí)，令Un*(s)=0。比例

30、調(diào)。比例調(diào)理器系統(tǒng)的誤差為理器系統(tǒng)的誤差為n n 2-68n階躍擾動(dòng)階躍擾動(dòng) 引起的的穩(wěn)態(tài)誤差是引起的的穩(wěn)態(tài)誤差是n n n (2-72) ) 1)(1(1) 1() 1()()(22sTsTTsTKsTsTTCsTRsIsUmlmsmlmeldLn)1 () 1)(1(1) 1() 1()(2200limlimKCRIsTsTTsTKsTsTTCsTRsIssUsUedLmlmsmlmeldLsnsnsIsIdLdL)(系統(tǒng)0型系統(tǒng)I型系統(tǒng)型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差 00)1 (KCRIedL擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差n由擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差取決于誤差點(diǎn)與擾動(dòng)參由擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差取決于誤差點(diǎn)與

31、擾動(dòng)參與點(diǎn)之間的傳送函數(shù)。與點(diǎn)之間的傳送函數(shù)。n比例控制的調(diào)速系統(tǒng)比例控制的調(diào)速系統(tǒng)0型系統(tǒng)，該傳送函數(shù)型系統(tǒng)，該傳送函數(shù)無積分環(huán)節(jié)，故存在擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差，稱無積分環(huán)節(jié)，故存在擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差，稱作有靜差調(diào)速系統(tǒng)；作有靜差調(diào)速系統(tǒng)；n比例積分控制的調(diào)速系統(tǒng)比例積分控制的調(diào)速系統(tǒng)I型，型，型系統(tǒng)，型系統(tǒng)，該傳送函數(shù)具有積分環(huán)節(jié)，所以由階躍擾動(dòng)引該傳送函數(shù)具有積分環(huán)節(jié)，所以由階躍擾動(dòng)引起的穩(wěn)態(tài)誤差為起的穩(wěn)態(tài)誤差為0，稱作無靜差調(diào)速系統(tǒng)。，稱作無靜差調(diào)速系統(tǒng)。2.5 轉(zhuǎn)速反響控制直流調(diào)速系統(tǒng)的限流維護(hù)轉(zhuǎn)速反響控制直流調(diào)速系統(tǒng)的限流維護(hù)2.5.1 轉(zhuǎn)速反響控制直流調(diào)速系統(tǒng)的過流問轉(zhuǎn)速反響控制直流

32、調(diào)速系統(tǒng)的過流問題題1.在轉(zhuǎn)速反響控制直流調(diào)速系統(tǒng)上突加給在轉(zhuǎn)速反響控制直流調(diào)速系統(tǒng)上突加給定電壓時(shí)，電樞電壓立刻到達(dá)它的最高定電壓時(shí)，電樞電壓立刻到達(dá)它的最高值，對(duì)電動(dòng)機(jī)來說，相當(dāng)于全壓起動(dòng)，值，對(duì)電動(dòng)機(jī)來說，相當(dāng)于全壓起動(dòng)，會(huì)呵斥電動(dòng)機(jī)過流。會(huì)呵斥電動(dòng)機(jī)過流。2.當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)被堵轉(zhuǎn)時(shí)，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)被堵轉(zhuǎn)時(shí)，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越允許值。假設(shè)只依托過流繼電器或熔越允許值。假設(shè)只依托過流繼電器或熔斷器來維護(hù)，過載時(shí)就跳閘。斷器來維護(hù)，過載時(shí)就跳閘。n系統(tǒng)中必需有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。系統(tǒng)中必需有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。n引入電流負(fù)反響，可以使它不超越允許值。但引入電流負(fù)反響，可以使它不超

33、越允許值。但這種作用只應(yīng)在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)存在，在正常的這種作用只應(yīng)在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)存在，在正常的穩(wěn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)又得取消。穩(wěn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)又得取消。n當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才出現(xiàn)的電流負(fù)反響，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才出現(xiàn)的電流負(fù)反響，叫做電流截止負(fù)反響。叫做電流截止負(fù)反響。2.5.2 帶電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)的直流調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)的直流調(diào)速系統(tǒng)圖2-38電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)a利用獨(dú)立直流電源作比較電壓b利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓1電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)n電流反響信號(hào)取自串入電動(dòng)機(jī)電樞回路中的小阻值電阻電流反響信號(hào)取自串入電動(dòng)機(jī)電樞回路中的小阻值電阻Rs，IdRc正比于電流。正比于電流。n圖圖2-3

34、8(a)中用獨(dú)立的直流電源作為比較電壓中用獨(dú)立的直流電源作為比較電壓Ucom，其大小可用，其大小可用電位器調(diào)理，設(shè)電位器調(diào)理，設(shè)Idcr為臨界截止電流為臨界截止電流n在在IdRs與與Ucom之間串接一個(gè)二極管之間串接一個(gè)二極管VD，當(dāng)，當(dāng)Id Idcr 時(shí)時(shí)IdRs Ucom時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流負(fù)反響信號(hào)時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流負(fù)反響信號(hào)Ui即可加到放大器上去；即可加到放大器上去；當(dāng)當(dāng)IdRc Ucom時(shí)，二極管截止，時(shí)，二極管截止， Ui消逝。消逝。n圖圖2-38(b)中利用穩(wěn)壓管中利用穩(wěn)壓管VST的擊穿電壓的擊穿電壓Ubr作為比較電壓作為比較電壓Ucom 。n截止電流截止電流 Idcr=Ucom/Rsn當(dāng)輸入信號(hào)IdRs-Ucom0時(shí)，n輸出Ui=IdRs-Ucom，n當(dāng)IdRc-Ucom 0時(shí)，輸出Ui=0。 圖2-39 電流截止負(fù)反響環(huán)節(jié)的輸入輸出特性圖2-40 帶電流截止負(fù)反響的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)構(gòu)造框圖2帶電