石油大學(xué)電力拖動第2章

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)第第 2 2 章章 多環(huán)控制系統(tǒng)多環(huán)控制系統(tǒng)：一一、問題的提出問題的提出 1 1、單閉環(huán)的缺陷、單閉環(huán)的缺陷 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PIPI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(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)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但如果對系統(tǒng)的速無靜差。但如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高動態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小例如：要求快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。其不能隨等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。其不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。心

2、所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。 直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形理想的快速起動過程理想的快速起動過程IdLntIdOIdmn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)速系統(tǒng)IdLntIdOIdmIdcrn性能比較性能比較：帶電流截止負(fù)反饋的帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程如圖所示，起動過程如圖所示，起動電流達到最大值起動電流達到最大值 I Idmdm后，受電流負(fù)反饋后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來，電的作用降低下來，電機的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之機的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，減小，加速過程延長加速過程延長 帶電流截止負(fù)反饋帶

3、電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)IdLntIdOIdmIdcrn理想起動過程波形如理想起動過程波形如圖所示，起動電流呈圖所示，起動電流呈方形波方形波，轉(zhuǎn)速按線性，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電增長。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時流（轉(zhuǎn)矩）受限制時調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。最快的起動過程。理想的快速起動過程理想的快速起動過程IdLntIdOIdmn 為了實現(xiàn)在允許條件下的最快起動，為了實現(xiàn)在允許條件下的最快起動，關(guān)鍵關(guān)鍵是要獲得一段是要獲得一段使電流保持為最大值使電流保持為最大值Idm的恒流的恒流過程過程。 按照反饋控制規(guī)律，按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量

4、的負(fù)采用某個物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。起動過程，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速起動過程，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋負(fù)反饋；穩(wěn)態(tài)時，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒有電流負(fù)穩(wěn)態(tài)時，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒有電流負(fù)反饋反饋。希望能實現(xiàn)控制希望能實現(xiàn)控制：+TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAM+-UdIdUPE-MTG轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器 TG測速發(fā)電機測速發(fā)電機TA電

5、流互感器電流互感器 UPE電力電子變換器電力電子變換器內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)外外 環(huán)環(huán)ni二二、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)的組成雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 +-TG+-+-RP2U*nR0R0UcUiRiCi+-R0R0RnCnASRACRLMRP1UnU*iLM+MTAIdUdMTGUPE+-+-雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(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)框圖 Ks 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R ACR-UiUPE三三、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性飽和飽和輸出達到限幅值輸出達到限幅值 調(diào)節(jié)器飽和

6、時，輸出為恒值，輸入調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；即輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；即相當(dāng)于相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。不飽和不飽和輸出未達到限幅值輸出未達到限幅值 調(diào)節(jié)器不飽和時，調(diào)節(jié)器不飽和時，PIPI作用使輸入偏作用使輸入偏差電壓在差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是零穩(wěn)態(tài)時總是零。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)的靜特性 n0IdIdmIdNOnABC轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和 水平特性水平特性轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 垂直特性垂直特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的

7、靜特性在負(fù)載電流小于I Idmdm時時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用用。當(dāng)負(fù)載電流達到當(dāng)負(fù)載電流達到I Idmdm 后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。靜差，得到過電流的自動保護。四四、各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算 0n*nnnUUdLdi*iIIUUsdL*nesdesd0c/KRIUCKRInCKUU 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n n由由給定電壓給定電壓U U* *n n決定；決定； ASRASR的輸出量的

8、輸出量U U* *i i由由負(fù)載電流負(fù)載電流I IdLdL決定；決定； 控制電壓控制電壓U Uc c的大小則同時取決于的大小則同時取決于n n和和I Id d，或者說，或者說，同時取決于同時取決于U U* *n n和和I IdLdL。轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： 電流反饋系數(shù)電流反饋系數(shù)： max*nmnUdm*imIU 兩個給定電壓的最大值兩個給定電壓的最大值U U* *nmnm和和U U* *imim由設(shè)計者由設(shè)計者選定，設(shè)計原則如下：選定，設(shè)計原則如下： U U* *nmnm受運算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的受運算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制；限制； U U* *imim 為為AS

9、RASR的輸出限幅值。的輸出限幅值。 本節(jié)提要本節(jié)提要雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 U*n Uc-IdLnUd0Un+- -UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E一一、動態(tài)數(shù)學(xué)模型動態(tài)數(shù)學(xué)模型 W WASRASR( (s s) )和和W WACRACR( (s s) )分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果采用流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果采用PIPI調(diào)節(jié)器，則調(diào)節(jié)器，則有：有：ssKsWnnnASR1)(ssKsWiiiACR1)(雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉

10、環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形 n OOttIdm IdL Id n* IIIIIIt4 t3 t2 t1 返回返回二二、起動過程分析起動過程分析 IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第I I階段：電流上升階段階段：電流上升階段（0 t1）dtdnGDTTLe3752n IdL Id n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第IIII階段：恒流升速階段階段：恒流升速階段（t1 t2）dtdnGDTTLe3752 IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段

11、（ t2 以后）以后）dtdnGDTTLe3752 飽和非線性控制飽和非線性控制 根據(jù)根據(jù)ASRASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：完全不同的兩種狀態(tài)：nASRASR飽和時飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)。電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)。nASRASR不飽和時不飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。流隨動系統(tǒng)。 轉(zhuǎn)速超調(diào)轉(zhuǎn)速超調(diào) 由于由于ASR采用了采用了飽和非線性控制飽和非線性控制，起動過，起動過程結(jié)束進

12、入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)，程結(jié)束進入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)，ASR 的輸入偏差電壓的輸入偏差電壓Un 為負(fù)值為負(fù)值，才能使，才能使ASR退出飽和退出飽和。因而采用。因而采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)必然有超調(diào)。 準(zhǔn)時間最優(yōu)控制準(zhǔn)時間最優(yōu)控制 起動過程中的主要階段是第起動過程中的主要階段是第II階段的恒流階段的恒流升速，它的特征是升速，它的特征是電流保持恒定電流保持恒定。一般選擇為。一般選擇為電動機允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動機電動機允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動機的過載能力，使起動過程盡可能最快。這階段的過載能力，使起動

13、過程盡可能最快。這階段屬于有限制條件的屬于有限制條件的最短時間控制最短時間控制。因此，整個。因此，整個起動過程可看作為是一個準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。起動過程可看作為是一個準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。三三、動態(tài)抗擾性能分析動態(tài)抗擾性能分析 對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是是抗擾性能抗擾性能。主要包括。主要包括抗負(fù)載擾動抗負(fù)載擾動和和抗抗電網(wǎng)電壓擾動電網(wǎng)電壓擾動的性能。的性能。 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsKsTss+1ACR U*iUi-EIdIdL直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗負(fù)載擾動作用直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗負(fù)載擾動作用直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用直流調(diào)速系

14、統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用單閉環(huán)系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)UdU*n-IdLUn+-ASR 1/CenUd01/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1-E-IdLUd雙閉環(huán)系統(tǒng)雙閉環(huán)系統(tǒng) 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1ACR U*iUi-E四四、轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用1 1、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n很快地很快地跟隨給定電壓變化跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)調(diào)節(jié)器，

15、則可實現(xiàn)無靜差無靜差。對對負(fù)載負(fù)載變化起變化起抗擾抗擾作用。作用。其輸出限幅值其輸出限幅值決定決定電機允許的電機允許的最大電流最大電流。在外環(huán)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流緊緊在外環(huán)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，使電流緊緊跟隨其跟隨其給定電壓給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。對對電網(wǎng)電壓電網(wǎng)電壓的波動起及時的波動起及時抗擾抗擾的作用。的作用。在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機允許的最大電流，從而大電流，從而加快動態(tài)過程加快動態(tài)過程。當(dāng)電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最當(dāng)電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大大值，起快速的值，起快速的自動保護作用自

16、動保護作用。一旦故障消。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。先設(shè)計內(nèi)環(huán)、后設(shè)計外環(huán)先設(shè)計內(nèi)環(huán)、后設(shè)計外環(huán)五五、調(diào)節(jié)器的設(shè)計問題調(diào)節(jié)器的設(shè)計問題一一、問題的提出問題的提出 用經(jīng)典的動態(tài)校正方法設(shè)計調(diào)節(jié)器須同時用經(jīng)典的動態(tài)校正方法設(shè)計調(diào)節(jié)器須同時解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動態(tài)性能要求，需要設(shè)計者有扎實的理的靜、動態(tài)性能要求，需要設(shè)計者有扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的實踐經(jīng)驗，而初學(xué)者則不易掌論基礎(chǔ)和豐富的實踐經(jīng)驗，而初學(xué)者則不易掌握，于是有必要建立實用的設(shè)計方法。握，于是有必要建立實用的設(shè)計方法。 大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動自

17、動控制系統(tǒng)均可由大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動自動控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的低階系統(tǒng)近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表，那么將實際系統(tǒng)校正或簡化成特性并制成圖表，那么將實際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對照，設(shè)計過程就簡便典型系統(tǒng)的形式再與圖表對照，設(shè)計過程就簡便多了。這樣，就有了建立工程設(shè)計方法的可能性。多了。這樣，就有了建立工程設(shè)計方法的可能性。 概念清楚、易懂；概念清楚、易懂；計算公式簡明、好記；計算公式簡明、好記；給出參數(shù)計算公式，指明參數(shù)調(diào)整方向；給出參數(shù)計算公式，指明參數(shù)調(diào)整方向；考慮飽和非線性控制的情況，給出簡單的計算考慮飽和非線性控制的

18、情況，給出簡單的計算公式；公式；適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。統(tǒng)。二二、工程設(shè)計方法的基本思路工程設(shè)計方法的基本思路1、選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)典型化并，使系統(tǒng)典型化并滿足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度滿足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度。2、設(shè)計調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計調(diào)節(jié)器的參數(shù)，以滿足動態(tài)性能，以滿足動態(tài)性能指標(biāo)的要求指標(biāo)的要求。典型跟隨過程典型跟隨過程：輸出量：輸出量初始值為零初始值為零時給定信號時給定信號階躍變化階躍變化下的過渡過程。下的過渡過程。常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)常用的階躍響應(yīng)跟隨性能指標(biāo)：三三、控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)5%（

19、或（或2%） )(tCCCCmaxmaxCC0 tOtrts典型階躍響應(yīng)曲線和跟隨性能指標(biāo)典型階躍響應(yīng)曲線和跟隨性能指標(biāo)%100maxCCC典型抗擾過程典型抗擾過程：系統(tǒng)穩(wěn)定運行中突加一個使輸出：系統(tǒng)穩(wěn)定運行中突加一個使輸出量降低的量降低的負(fù)擾動負(fù)擾動N以后的過渡過程。以后的過渡過程。常用的抗擾性能指標(biāo)常用的抗擾性能指標(biāo)： 突加擾動的動態(tài)過程和抗擾性能指標(biāo)突加擾動的動態(tài)過程和抗擾性能指標(biāo)maxC1C2C5%（或（或2%） CNNO ttmtvCb 四四、典型系統(tǒng)典型系統(tǒng))(sWR(s)C(s)n11) 1() 1()(iirmjjsTssKsW) 1()(TssKsW)(sR) 1(TssK)

20、(sCdB/decdB/decT1c1cT或或45arctan90arctan90180ccTT ) 1() 1()(2TsssKsW)(sR)(sC) 1() 1(2TsssKOdB/decdB/decdB/dec1T11cT或或 TTccccarctanarctanarctanarctan18018000五五、典型典型I型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 典型典型I型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)包含兩個參數(shù)：型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)包含兩個參數(shù)：開環(huán)增益開環(huán)增益K和和時間常數(shù)時間常數(shù)T。其中，時間常數(shù)。其中，時間常數(shù) T 在實際系統(tǒng)中往往是控制對象本身固有的，能在實際系統(tǒng)中往往是控制對

21、象本身固有的，能夠由調(diào)節(jié)器改變的只有開環(huán)增益夠由調(diào)節(jié)器改變的只有開環(huán)增益K，也就是說，也就是說，K是唯一的待定參數(shù)。設(shè)計時，需要按照性能是唯一的待定參數(shù)。設(shè)計時，需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù)指標(biāo)選擇參數(shù)K的大小。的大小。 cclg20) 1lg(lg20lg20K所以所以 K = c （當(dāng)（當(dāng) c 時）時） T1 K值越大，截止頻率值越大，截止頻率 c也越大，系統(tǒng)響應(yīng)也越大，系統(tǒng)響應(yīng)越快，但相角穩(wěn)定裕度越快，但相角穩(wěn)定裕度 = 90 arctan cT越越小，這也說明小，這也說明快速性快速性與與穩(wěn)定性穩(wěn)定性之間的矛盾。之間的矛盾。0)(RtRtvtR0)(2)(20tatR3 3、典型典型I I型

22、系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)2nn22ncl2)()()(sssRsCsW TKnKT121T21nTKsTsTKTssKTssKsWsWsW1) 1(1) 1()(1)()(2cl2nn22ncl2)()()(sssRsCsW典型典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系221TTTTm51101201301%100maxbCC55.5%33.2%18.5%12.9%tm / T2.83.43.84.0tv / T14.721.728.730.4典型典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的

23、關(guān)系型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系(KT=0.5) 4 4、典型典型I I型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 控制對象的兩個時間常數(shù)相距較大時，動態(tài)降落減小，控制對象的兩個時間常數(shù)相距較大時，動態(tài)降落減小，但恢復(fù)時間卻拖得較長。但恢復(fù)時間卻拖得較長。六六、典型典型II型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系 待定參數(shù)：待定參數(shù)：K 和和 。引入一個新的變量引入一個新的變量12Th中頻寬度中頻寬度hT2221ThhK典型典型型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性dB/L0 11T12hKlg20-20 40 -40 / s-1c=120dB/d

24、ec40dB/dec40dB/dec中頻寬度中頻寬度K= 1 c輸入信號輸入信號階躍輸入階躍輸入斜坡輸入斜坡輸入加速度輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差00 0)(RtRtvtR0)(2)(20tatRKa /0 1 1、典型、典型IIII型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和參數(shù)的關(guān)系典型典型II型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo)型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo) h 3 4 56 7 8 9 10 tr / Tts / T k 52.6% 2.412.15 3 43.6% 2.65 11.65 237.6% 2.85 9.55 2 33.2% 3.0 10.45 129.8% 3.1 11.30

25、127.2% 3.2 12.25 125.0% 3.3 13.25 1 23.3% 3.35 14.20 1 振蕩次數(shù)振蕩次數(shù) h 3 4 56 7 8 9 10 Cmax/Cbtm / T tv / T 72.2% 2.4513.60 77.5% 2.70 10.4581.2% 2.85 8.80 84.0% 3.00 12.9586.3% 3.15 16.8588.1% 3.25 19.8089.6% 3.30 22.80 90.8% 3.40 25.85典型典型II型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 一般來說，一般來說，h值越小，值越小，Cmax/Cb也

26、越小，也越小，tm和和tv 都短，因而抗擾性能越好，這個趨勢與跟都短，因而抗擾性能越好，這個趨勢與跟隨性能指標(biāo)中超調(diào)量與隨性能指標(biāo)中超調(diào)量與 h 值的關(guān)系恰好相反，值的關(guān)系恰好相反，反映了快速性與穩(wěn)定性的矛盾。反映了快速性與穩(wěn)定性的矛盾。綜合起來看，綜合起來看，h = 5應(yīng)該是一個很好的選擇。應(yīng)該是一個很好的選擇。 七七、兩種系統(tǒng)比較兩種系統(tǒng)比較八八、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇和傳遞函數(shù)的近似 處理處理非典型系統(tǒng)的典型化非典型系統(tǒng)的典型化1 1、調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇 基本思路基本思路: 將控制對象校正成為將控制對象校正成為典型系統(tǒng)典型系統(tǒng)。系統(tǒng)校正系統(tǒng)校正控制

27、對象控制對象 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器 輸入輸入輸出輸出典型系統(tǒng)典型系統(tǒng) 輸入輸入輸出輸出例例1 1、設(shè)控制對象是雙慣性型的，其傳遞函數(shù)為：、設(shè)控制對象是雙慣性型的，其傳遞函數(shù)為：)1)(1()(212sTsTKsWobj(TlT2)校正成典型校正成典型I型系統(tǒng)型系統(tǒng)) 1()(TssKsW選擇選擇PI調(diào)節(jié)器，采用的傳遞函數(shù)形式：調(diào)節(jié)器，采用的傳遞函數(shù)形式：ssKsWpipi111)(11TKKKpi12/) 1)(1(1)()()(21211sTsTKssKsWsWsWpiobjpi) 1(2sTsK校正成典型校正成典型I型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇控制控制對象對象調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器器參數(shù)參數(shù)配

28、合配合) 1)(1)(1(3212sTsTsTK) 1)(1(212sTsTKT1、T2 T312TsK) 1(2TssK) 1)(1)(1(3212sTsTsTK321,TTT ssK11pi) 1(sKipKss) 1)(1(21ssK11pi) 1(11T2211,TT3211,TTTTT1 T2校正成典型校正成典型II型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇控制控制對象對象調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器器參數(shù)參數(shù)配合配合) 1(2TssK21212) 1)(1(TTsTsTK相近21212,) 1)(1(TTsTsTsK都很小21212,) 1)(1(TTsTsTsK3213212) 1)(1)(1(

29、TTTsTsTsTK、認(rèn)為： ssK11pi) 1(ssK11pi1ss) 1)(1(21hT1認(rèn)為： 21hTsTsT11111）（或）（或122211 ThThThT)(211TTh)(321TThsTsT11111ssK11pi1ssK11pi1) 1)(1)(1() 1()(321sTsTsTssKsW小慣性環(huán)節(jié)可以合并小慣性環(huán)節(jié)可以合并1)(1) 1)(1(13232sTTsTsT近似條件近似條件32c31TTs換成換成j 進行推導(dǎo)進行推導(dǎo)1)(csKsW1)(23csbsasKsW),1min(31cacb近似條件近似條件11TsTs1近似條件近似條件T3c) 1() 1()(22

30、1bsTsTsKsW) 1)(1() 1()(21asTsTssKsW例如例如c低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對頻率特性的影響低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對頻率特性的影響 低頻時把特性低頻時把特性a近似地看成特性近似地看成特性b 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一一、系統(tǒng)設(shè)計對象系統(tǒng)設(shè)計對象-IdL(s)Ud0(s)Un+-+-UiACR1/RTl s+1RTmsU*I(s)Uc(s)Ks Tss+1Id1Ce+E Tois+11 T0is+1ASR1 T0ns+1 Tons+1U*n(s)n(s)電流環(huán)電流環(huán)E(s)返回返回二二、 系統(tǒng)設(shè)計原則系統(tǒng)設(shè)計原則系統(tǒng)設(shè)計的一般原則系統(tǒng)設(shè)計的一

31、般原則： “先內(nèi)環(huán)后外環(huán)先內(nèi)環(huán)后外環(huán)”。 從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展。在這里，從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴展。在這里，首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)首先設(shè)計電流調(diào)節(jié)器，然后把整個電流環(huán)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)看作是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。n電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化n電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)選擇n電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算n電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)三三、系統(tǒng)設(shè)計步驟系統(tǒng)設(shè)計步驟n忽略反電動勢的動態(tài)影響忽略反電動勢的動態(tài)影響n等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)n小慣性環(huán)節(jié)近似處理小慣性環(huán)節(jié)近似處理 忽略

32、反電動勢的動態(tài)影響忽略反電動勢的動態(tài)影響Ud0(s)+-Ui (s)ACR1/RTl s+1U*i(s)Uc (s)Ks Tss+1Id (s) Tois+11 Tois+1 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)+-ACRUc (s)Ks /R (Tss+1)(Tl s+1)Id (s)U*i(s) Tois+1 小慣性環(huán)節(jié)近似處理小慣性環(huán)節(jié)近似處理+-ACRUc (s) Ks /R (Tls+1)(T is+1)Id (s)U*i(s) +-ACRUc (s) Ks /R (Tls+1)(T is+1)Id (s)U*i(s) 返回返回 典型系統(tǒng)的選擇典型系統(tǒng)的選擇l從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望

33、電流無靜差，以得到理從穩(wěn)態(tài)要求上看，希望電流無靜差，以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性，采用想的堵轉(zhuǎn)特性，采用 I I 型系統(tǒng)足夠型系統(tǒng)足夠。l從動態(tài)要求上看，實際系統(tǒng)不允許電樞電流在從動態(tài)要求上看，實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在突加控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動動態(tài)過程中不超過允許值，而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素，為此，的及時抗擾作用只是次要的因素，為此，電流電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主，應(yīng)選用典型I I型系統(tǒng)型系統(tǒng)。 K I s(T is+1)Id (s)+-U*i(s) a) a)

34、動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 RKKKisiI 電流調(diào)節(jié)器選擇電流調(diào)節(jié)器選擇ssKsWiiiACR) 1()(liT校正成典型校正成典型I型系統(tǒng)的電流環(huán)型系統(tǒng)的電流環(huán) b) 開環(huán)對數(shù)幅頻特性開環(huán)對數(shù)幅頻特性 1OL/dB ci-20dB/dec /s-1-40dB/decTi 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)有：電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)有：Ki 和和 i， 其中其中 i 已選定，已選定， ，剩下的只有比例系數(shù)，剩下的只有比例系數(shù) Ki， 可根據(jù)所需要的動態(tài)性能指標(biāo)選取。可根據(jù)所需要的動態(tài)性能指標(biāo)選取。lTi 在一般情況下，希望電流超調(diào)量在一般情況下，希望電流超調(diào)量 i 5%，可選可選 =0.707，KI T i =0.5

35、，iciI21TK)(22isisiTTKRTKRTKllRKKKisiIlTi 模擬式電流調(diào)節(jié)器電路模擬式電流調(diào)節(jié)器電路含給定濾波與反饋濾波的含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器型電流調(diào)節(jié)器 電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計算公式電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計算公式ssKsUsTsIsTsUiiictoidoii1)(1)(1)(*0iiRRK iiiCRoi0oi41CRT 式中式中n電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)2 2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 電流環(huán)閉環(huán)傳遞

36、函數(shù)電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)111) 1(1) 1(/ )()()(I2IiiIiI*idclisKsKTsTsKsTsKsUsIsW 傳遞函數(shù)化簡傳遞函數(shù)化簡111)(IclisKsWiIcn31TK近似條件近似條件： cn 轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)頻率特性的截止頻率。 電流環(huán)等效傳遞函數(shù)電流環(huán)等效傳遞函數(shù)111)()()(Icli*idsKsWsUsI 原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)原來是雙慣性環(huán)節(jié)的電流環(huán)控制對象，經(jīng)閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時間閉環(huán)控制后，可以近似地等效成只有較小時間常數(shù)的常數(shù)的一階慣性環(huán)節(jié)一階慣性環(huán)節(jié)。 / )()()(*idclisUsIs

37、W 物理意義物理意義111)()()(Icli*idsKsWsUsI 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)n (s)+-Un (s)ASRCeTmsRU*n(s)Id (s) Tons+11 Tons+1U*i(s)111sKI+-IdL (s)電流環(huán)電流環(huán) 系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理系統(tǒng)等效和小慣性的近似處理onIn1TKT 轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡化轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡化 n (s)+-ASRCeTmsRU*n(s) Id (s) / T ns+1+-IdL (s) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇ssKsWnnnASR) 1()( 調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)) 1() 1() 1() 1()(n2

38、mennnnmennnnsTsTCsRKsTsTCRssKsW令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為mennNTCRKK) 1() 1()(n2nNnsTssKsW則則 校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n (s)+-U*n(s) 1() 1(n2nNsTssK轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 Kn 和和 n。nn hT2n2N21ThhKnmen2) 1(RThTChK參數(shù)選擇參數(shù)選擇 至于中頻寬至于中頻寬 h 應(yīng)選擇多少，要看動態(tài)應(yīng)選擇多少，要看動態(tài)性能的要求決定。無特殊要求時，一般可性能的要求決定。無特殊要求時，一般可選擇選擇 h=5 模擬式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路模擬式轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電路含給定濾

39、波與反饋濾波的含給定濾波與反饋濾波的PI型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器型轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)計算0nnRRK nnnCRon0on41CRT 轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)的關(guān)系 外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上述工程設(shè)外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢，這是按上述工程設(shè)計方法設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)的特點。這樣做，雖計方法設(shè)計多環(huán)控制系統(tǒng)的特點。這樣做，雖然不利于快速性，但每個控制環(huán)本身都是穩(wěn)定然不利于快速性，但每個控制環(huán)本身都是穩(wěn)定的，對系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利。的，對系統(tǒng)的組成和調(diào)試工作非常有利。 多環(huán)系統(tǒng)設(shè)計思想：以穩(wěn)為主，穩(wěn)中求快多環(huán)系統(tǒng)設(shè)計思想：以穩(wěn)為主，穩(wěn)中求快。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)

40、和動態(tài)性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，設(shè)計也很方便。然能，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，設(shè)計也很方便。然而其動態(tài)性能的不足之處就是而其動態(tài)性能的不足之處就是轉(zhuǎn)速必然超調(diào)轉(zhuǎn)速必然超調(diào)，而且抗擾性能的提高也受到一定限制。而且抗擾性能的提高也受到一定限制。 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上引入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上引入轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋，可以可以抑制轉(zhuǎn)速超調(diào)抑制轉(zhuǎn)速超調(diào)，直到消除超調(diào)，同時也，直到消除超調(diào)，同時也能大大能大大降低動態(tài)速降降低動態(tài)速降。 帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙閉環(huán)系統(tǒng)與普通帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋的雙閉環(huán)系統(tǒng)與普通雙環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別僅在于雙環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別僅在于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器上。和普上。和普

41、通轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器相比，增加了電容通轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器相比，增加了電容C Cdndn和電阻和電阻R Rdndn，即在，即在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的基礎(chǔ)上疊加上一個轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的基礎(chǔ)上疊加上一個轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋信號轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋信號。1 1、帶微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、帶微分負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器一、帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本原理一、帶轉(zhuǎn)速微分負(fù)反饋雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本原理CdnRdn內(nèi)環(huán)的作用內(nèi)環(huán)的作用： 對本環(huán)的被調(diào)量實行限制和保護。對本環(huán)的被調(diào)量實行限制和保護。 對環(huán)內(nèi)的擾動實行及時的調(diào)節(jié)。對環(huán)內(nèi)的擾動實行及時的調(diào)節(jié)。 改造本環(huán)所包圍的控制對象，使它更有利于改造本環(huán)所包圍的控制對象，使它更有利于外環(huán)控制。外環(huán)控制。

42、 在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的快在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的快速性，希望電流環(huán)具有盡量快的響應(yīng)特性，除速性，希望電流環(huán)具有盡量快的響應(yīng)特性，除了在起動過程的第了在起動過程的第階段保持恒流控制以外，階段保持恒流控制以外，在第在第和第和第段都希望電流盡快地上升或下降，段都希望電流盡快地上升或下降，也就是說，希望電流變化率較大，使整個系統(tǒng)也就是說，希望電流變化率較大，使整個系統(tǒng)更接近理想的動態(tài)波形。更接近理想的動態(tài)波形。 問題引入問題引入雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形 n OOttIdm IdL Id n* IIIIIIt4 t3 t2

43、t1 理想的快速起動過程理想的快速起動過程IdLntIdOIdmn 電壓反饋信號中所含諧波分量往往較大，然而電壓反饋信號中所含諧波分量往往較大，然而為了保證系統(tǒng)的動態(tài)性能，電壓反饋濾波時間常數(shù)為了保證系統(tǒng)的動態(tài)性能，電壓反饋濾波時間常數(shù)又不能太大。這樣，常常給調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來諧波干擾，又不能太大。這樣，常常給調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來諧波干擾，嚴(yán)重時甚至造成嚴(yán)重時甚至造成，只有用選頻濾波的方法，只有用選頻濾波的方法才能解決。才能解決。 因為因為對電網(wǎng)電壓波動來說，電壓環(huán)比電流環(huán)的調(diào)節(jié)更為對電網(wǎng)電壓波動來說，電壓環(huán)比電流環(huán)的調(diào)節(jié)更為及時。及時。 一一、調(diào)壓與弱磁的配合控制調(diào)壓與弱磁的配合控制 在他勵直流電動機的調(diào)

44、速方法中，前面在他勵直流電動機的調(diào)速方法中，前面討論的調(diào)電壓方法是從討論的調(diào)電壓方法是從基速（即額定轉(zhuǎn)速基速（即額定轉(zhuǎn)速 n nN N ）向下調(diào)速。向下調(diào)速。 如果需要從基速向上調(diào)速，則要采用如果需要從基速向上調(diào)速，則要采用弱磁弱磁調(diào)速調(diào)速的方法，通過降低勵磁電流，以減弱磁通的方法，通過降低勵磁電流，以減弱磁通來提高轉(zhuǎn)速來提高轉(zhuǎn)速。n恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式 按照電力拖動原理，在不同轉(zhuǎn)速下長期運按照電力拖動原理，在不同轉(zhuǎn)速下長期運行時，為了充分利用電機，都應(yīng)使電樞電流達行時，為了充分利用電機，都應(yīng)使電樞電流達到其額定值到其額定值 IN。由于電磁轉(zhuǎn)矩。由于電磁轉(zhuǎn)矩Te = Km I，在調(diào)，在

45、調(diào)壓調(diào)速范圍內(nèi)，因為勵磁磁通不變，容許的轉(zhuǎn)壓調(diào)速范圍內(nèi)，因為勵磁磁通不變，容許的轉(zhuǎn)矩也不變，稱作矩也不變，稱作“恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式”。n恒功率調(diào)速方式恒功率調(diào)速方式 在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁在弱磁調(diào)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，磁通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得不減少，轉(zhuǎn)矩通越弱，容許的轉(zhuǎn)矩不得不減少，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，與轉(zhuǎn)速的乘積則不變，即容許功率不變，是為是為“恒功率調(diào)速方式恒功率調(diào)速方式”。n兩者內(nèi)涵兩者內(nèi)涵 “恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩”和和“恒功率恒功率”調(diào)速方式，是指調(diào)速方式，是指在不同運行條件下，當(dāng)電樞電流達到其額定在不同運行條件下，當(dāng)電樞電流達到其額定值值 IN 時，所容許

46、的時，所容許的轉(zhuǎn)矩或功率不變轉(zhuǎn)矩或功率不變，是電機，是電機能長期承受的限度。實際的轉(zhuǎn)矩和功率究竟能長期承受的限度。實際的轉(zhuǎn)矩和功率究竟有多少，還要由其有多少，還要由其具體的負(fù)載具體的負(fù)載來決定。來決定。n適用范圍適用范圍 恒轉(zhuǎn)矩類型的負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩類型的負(fù)載適合于采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)適合于采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，而速方式，而恒功率類型的負(fù)載恒功率類型的負(fù)載更適合于恒功更適合于恒功率的調(diào)速方式。但是，直流電機允許的弱磁率的調(diào)速方式。但是，直流電機允許的弱磁調(diào)速范圍有限，一般電機不超過調(diào)速范圍有限，一般電機不超過 1:2 ，專用，專用的的“調(diào)速電機調(diào)速電機”也不過是也不過是 1:3 或或 1:4 。Te N nN

47、nmax變電壓調(diào)速變電壓調(diào)速弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速UNUP PTeUnOP二二、非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)非獨立控制勵磁的調(diào)速系統(tǒng)n在基速以下調(diào)壓調(diào)速時，保持磁通為額定在基速以下調(diào)壓調(diào)速時，保持磁通為額定值不變；值不變；n在基速以上弱磁升速時，保持電壓為額定在基速以上弱磁升速時，保持電壓為額定值不變；值不變；n弱磁升速時，由于轉(zhuǎn)速升高，使轉(zhuǎn)速反饋弱磁升速時，由于轉(zhuǎn)速升高，使轉(zhuǎn)速反饋電壓也隨著升高電壓也隨著升高U Un n，因此必須同時提高轉(zhuǎn)，因此必須同時提高轉(zhuǎn)速給定電壓速給定電壓U Un n* *，否則轉(zhuǎn)速不能上升。，否則轉(zhuǎn)速不能上升。-AFR+GTFCUif-VFCU*ifRP2MTGnASRACR

48、U*nRP1-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPE+TGM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 工作原理工作原理n在基速以下調(diào)壓調(diào)速時，在基速以下調(diào)壓調(diào)速時， RPRP2 2不變保持磁通為不變保持磁通為額定值，用額定值，用RPRP1 1調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，此時，轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，此時，轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)起控制作用。雙閉環(huán)系統(tǒng)起控制作用。n在基速以上弱磁升速時，在基速以上弱磁升速時， 通過通過RPRP2 2減少勵磁電減少勵磁電流給定電壓，從而減少勵磁磁通，以提高轉(zhuǎn)流給定電壓，從而減少勵磁磁通，以提高轉(zhuǎn)速；為保持電樞電壓為額定值不變，同時需速；為保持電樞電壓為額定值不變，同時需要調(diào)節(jié)要調(diào)節(jié)RPRP1 1 ，以提高電壓。，以提高電壓。 在調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行弱磁控制，在調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行弱磁控制，調(diào)壓與調(diào)磁的給定裝置不應(yīng)該完全獨立，而是調(diào)壓與調(diào)磁的給定裝置不應(yīng)該完全獨立，而是要互相關(guān)聯(lián)的。從上圖可以看出，要互相關(guān)聯(lián)的。從上圖可以看出，在基速以下，在基速以下，應(yīng)該在滿磁的條件下調(diào)節(jié)電壓，在基速以上，應(yīng)該在滿磁的條件下調(diào)節(jié)電壓，在基速以上，應(yīng)該在額定電壓下調(diào)節(jié)勵磁應(yīng)該