機電傳動控制11

1、第十一章第十一章直流傳動控制系統(tǒng)直流傳動控制系統(tǒng)本章要求本章要求n機電傳動控制系統(tǒng)的組成機電傳動控制系統(tǒng)的組成n調(diào)速系統(tǒng)的技術指標調(diào)速系統(tǒng)的技術指標n直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理、各基本環(huán)節(jié)直流調(diào)速系統(tǒng)的基本原理、各基本環(huán)節(jié)11.1 機電傳動控制系統(tǒng)的組成和分類n直流傳動控制系統(tǒng)直流傳動控制系統(tǒng) 交流傳動控制系統(tǒng)交流傳動控制系統(tǒng)n斷續(xù)控制系統(tǒng)斷續(xù)控制系統(tǒng) 連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)n開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 機電傳動控制系統(tǒng)的分類機電傳動控制系統(tǒng)的組成n機電傳動控制系統(tǒng)是由電機、電器、電子部件組合而成，通過一定的控制去實現(xiàn)對生產(chǎn)機械的驅(qū)動任務。1、開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng) 沒

2、有反饋 由交流電動機（異步機或同步機）拖動直流發(fā)電機G實現(xiàn)變流，由G給需要調(diào)速的直流電動機M供電，調(diào)節(jié)G的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。簡稱G-M系統(tǒng) G-M系統(tǒng)圖開環(huán)控制系統(tǒng)框圖：輸入量控制器（發(fā)電機）（勵磁）控制對象（電動機）輸出量（轉(zhuǎn)速）n晶閘管晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)，又稱靜系統(tǒng)，又稱靜止的止的Ward-Leonard系統(tǒng)）系統(tǒng)） 圖中VT是晶閘管可控整流器。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。 V-M 系統(tǒng)的簡單原理圖:2、閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 有反饋有反饋帶轉(zhuǎn)速負反饋控

3、制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，其原理框圖 帶轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖帶轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖AMTG+-+-+-UtgUdIdn+-+UnUn U*nUcUPE+-MIdUnUdUctgBR+-閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖：被調(diào)量n環(huán)節(jié)給定環(huán)節(jié)測量調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)執(zhí)行對象被調(diào)擾動比較gU UBRE11.2 機電傳動控制系統(tǒng)機電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇調(diào)速方案的選擇一、機械與電氣調(diào)速方法一、機械與電氣調(diào)速方法n調(diào)速就是在一定的負載下，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，人為地調(diào)速就是在一定的負載下，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速。改變電動機的轉(zhuǎn)速。n生產(chǎn)機械的速度調(diào)節(jié)可以用機械方法取得，但機

4、械變速機生產(chǎn)機械的速度調(diào)節(jié)可以用機械方法取得，但機械變速機構(gòu)復雜?，F(xiàn)代電力拖動中多采用電氣調(diào)速方法，即對拖動構(gòu)復雜?，F(xiàn)代電力拖動中多采用電氣調(diào)速方法，即對拖動生產(chǎn)機械的電動機進行速度調(diào)節(jié)，其優(yōu)點是可以簡化機械生產(chǎn)機械的電動機進行速度調(diào)節(jié)，其優(yōu)點是可以簡化機械結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)機械的傳動效率，操作簡便，調(diào)速性能好，結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)機械的傳動效率，操作簡便，調(diào)速性能好，能實現(xiàn)自動控制等。電動機的速度調(diào)節(jié)是人為的有意的，能實現(xiàn)自動控制等。電動機的速度調(diào)節(jié)是人為的有意的，而電動機由于轉(zhuǎn)矩變化沿著某一機械特性的速度變化是電而電動機由于轉(zhuǎn)矩變化沿著某一機械特性的速度變化是電動機自動調(diào)節(jié)的，兩者是有區(qū)別的。動機自

5、動調(diào)節(jié)的，兩者是有區(qū)別的。二、二、 自動調(diào)速系統(tǒng)技術指標自動調(diào)速系統(tǒng)技術指標1、靜態(tài)技術指標n調(diào)速范圍、靜差度、調(diào)速平滑性1 1）調(diào)速范圍）調(diào)速范圍最大轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)速 nmax 與最小轉(zhuǎn)速與最小轉(zhuǎn)速 nmin 之比之比(或最大與最小線速度之比或最大與最小線速度之比)，用用D表示表示式中式中nmax 與與nmin一般都指電機一般都指電機額定負載額定負載時的最高和最低轉(zhuǎn)速；時的最高和最低轉(zhuǎn)速；對于少數(shù)負載很輕的機械，也可用實際負載時的最高和最低轉(zhuǎn)速。對于少數(shù)負載很輕的機械，也可用實際負載時的最高和最低轉(zhuǎn)速。 minmaxminmaxnnD不同生產(chǎn)機械要求的調(diào)速范圍不同生產(chǎn)機械要求的調(diào)速范圍： 生產(chǎn)機

6、械類型生產(chǎn)機械類型調(diào)速范圍調(diào)速范圍車床20 120銑床20 30鉆床2 12龍門刨床20 40機床的進給機構(gòu)5 30000軋鋼機3 15造紙機10 202 2）靜差度（靜差率）靜差度（靜差率）n負載由理想空載增加到額定值時所對應的轉(zhuǎn)速降落負載由理想空載增加到額定值時所對應的轉(zhuǎn)速降落n n，與理想空載轉(zhuǎn)速，與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作之比，稱作靜差率靜差率s即即:或用百分數(shù)表示或用百分數(shù)表示:靜差率靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。它和機械特性的硬度有關，特性越硬，靜差度的。它和機械特性的硬度有關，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高

7、。然而靜差率與機械率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高。然而靜差率與機械特性硬度又是有區(qū)別的。對于同樣硬度的特性，理特性硬度又是有區(qū)別的。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。度也就越差。 000nnnnnsNN%1000nnsN不同生產(chǎn)機械對靜差度的要求不同生產(chǎn)機械對靜差度的要求： 生產(chǎn)機械類型生產(chǎn)機械類型靜差度靜差度 S一般普通設備 50% 50%普通車床 30% 30%龍門刨床 5% 5%冷軋機 2% 2%精度高的造紙機 0.1% 0.1%調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關系調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、靜差率和額

8、定速降之間的關系：調(diào)速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義，調(diào)速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義，調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標應以調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標應以最低速時最低速時所能達到的數(shù)值為準。所能達到的數(shù)值為準。靜差率應該是最低速時的靜差率，即靜差率應該是最低速時的靜差率，即NNNnnnnnsminmin0最低轉(zhuǎn)速為：最低轉(zhuǎn)速為：snsnsnnNNN)1 (min而調(diào)速范圍為：而調(diào)速范圍為：minminmaxnnnnDN調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間所應滿足的關系：調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間所應滿足的關系：)1 (snsnDNN一個

9、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。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。 3 3）調(diào)速的平滑性）調(diào)速的平滑性調(diào)速的級數(shù)愈多則認為調(diào)速愈平滑，用平滑系數(shù) j ，即相鄰兩級轉(zhuǎn)速后線速度之比，來衡量j = 1 時稱為無級調(diào)速，此時轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)11iiiinnj2、動態(tài)技術指標n常用的階躍響應跟隨性能指標有 上升時間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間上升時間、超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間 n2n01nmaxn205. 002. 0n）（tT的過渡過程到系統(tǒng)從21nn1 1）最大超調(diào)量）最大超調(diào)量%10022maxnnnMP2 2）過渡過程時間）過渡過程時間 T3

10、 3）振蕩次數(shù)）振蕩次數(shù)T內(nèi)被調(diào)量在穩(wěn)定值上下擺動的次數(shù)。圖中為111.3 晶閘管-電動機直流傳動控制系統(tǒng)n晶閘管晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱電動機調(diào)速系統(tǒng)（簡稱V-M系統(tǒng)）系統(tǒng)） 圖中VT是晶閘管可控整流器。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。 V-M 系統(tǒng)的簡單原理圖:一、速度負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)晶閘管晶閘管-直流電動機有靜差調(diào)速系統(tǒng)原理圖直流電動機有靜差調(diào)速系統(tǒng)原理圖帶轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖帶轉(zhuǎn)速負反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖AMTG+-+-+-UBRUdIdn+-+UnUUcUPE+-MIdUfUdUkBR+- U

11、g 1、系統(tǒng)的組成及其靜特性系統(tǒng)的組成及其靜特性 測速發(fā)電機測速發(fā)電機：與直流電動機：與直流電動機M同軸相連，即兩者的速度相同軸相連，即兩者的速度相同，測速發(fā)電機用來測量電動同，測速發(fā)電機用來測量電動機的速度，稱檢測元件；機的速度，稱檢測元件； 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件：將測速：將測速發(fā)電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成發(fā)電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓信號以便與給定電壓信號以便與給定電壓進行比較。電壓進行比較。 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經(jīng)轉(zhuǎn)換后壓和反饋信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后的電壓之差進行放大。的電壓之差進行放大。 觸發(fā)電路

12、：觸發(fā)電路：將放大器放大后將放大器放大后的電壓信號變?yōu)槊}沖型號去控的電壓信號變?yōu)槊}沖型號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)電路輸出脈沖信號所決定，整流電號所決定，整流電路的輸出為直流電路的輸出為直流電動機電樞的外加電動機電樞的外加電壓；壓； 直流電動機：直流電動機：系系統(tǒng)的控制對象。統(tǒng)的控制對象。轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關系如下：轉(zhuǎn)速負反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關系如下： 電壓比較環(huán)節(jié)：電壓比較環(huán)節(jié)： fgUUU放大器：放大器： UKUpk電力電子變換

13、器：電力電子變換器： ksdUKU調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特性：調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特性： edgpseddCRInUKKCRIUn)(則：測速反饋環(huán)節(jié)：測速反饋環(huán)節(jié)： nUf）（eeKC轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)）（ 轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式：轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式： )1 ()1 ()/1 (KCRIKCUKKCKKCRIUKKnedegspespedgsp式中式中espCKKK稱作閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)，稱作閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)， eddCRIUn轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：KpKs 1/CeUgUkUEnUdUf+- IdR-K

14、s2 2、閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)系統(tǒng)機械特性的關系、閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)系統(tǒng)機械特性的關系 系統(tǒng)的開環(huán)機械特性為：系統(tǒng)的開環(huán)機械特性為： opopedenspeddnnCRICUKKCRIUn0*0而閉環(huán)時的靜特性可寫成：而閉環(huán)時的靜特性可寫成： clcledenspnnKCRIKCUKKn0*)1 ()1 (其中其中opn0cln0開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速；開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速；opncln表示開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。表示開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。、（1）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬得多）閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬得多開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落分別為 ed

15、opCRIn )1 (KCRInedcl它們的關系是它們的關系是Knnopcl1當當K值較大時，閉環(huán)系統(tǒng)的特性要硬得多。值較大時，閉環(huán)系統(tǒng)的特性要硬得多。 （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)的靜差率要比開環(huán)系統(tǒng)小得多閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為 clclclnns0opopopnns0按理想空載轉(zhuǎn)速相同的情況比較，則clopnn00時，Kssopcl1（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)速范圍開環(huán)時)1 (snsnDopNop 閉環(huán)時)1 (snsnDclNclopclDKD)1 ( （4）要取得上述

16、三項優(yōu)勢，閉環(huán)系統(tǒng)必須設置放大器，且）要取得上述三項優(yōu)勢，閉環(huán)系統(tǒng)必須設置放大器，且K足夠大。足夠大?？傻孟率鼋Y(jié)論：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要求下，可得下述結(jié)論：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，須增設放大器以及檢測與反饋裝置。能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價是，須增設放大器以及檢測與反饋裝置。閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負載的變化而相應地改變電樞電壓閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負載

17、的變化而相應地改變電樞電壓，以補償電樞回路電阻壓降的變化，如圖以補償電樞回路電阻壓降的變化，如圖 n0OIdId1Id3Id2Id4ABCAD開環(huán)機械特性閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機械特性的關系Ud4Ud3Ud2Ud1閉環(huán)靜特性3、 反饋控制規(guī)律反饋控制規(guī)律轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)，具有以下三個基本特征：1）只用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被調(diào)量仍是有靜差的，叫做有靜差調(diào)速系統(tǒng)）只用比例放大器的反饋控制系統(tǒng)，其被調(diào)量仍是有靜差的，叫做有靜差調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為)(KICRInedcl0clnK時，才能使只有2）反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動）反饋控制系統(tǒng)的作用是：抵抗擾動

18、, 服從給定服從給定圖中 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動作用，反饋控制系統(tǒng)的規(guī)律是：一方面能夠有效地抑制一切被包在負反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用。3）系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度）系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測的精度反饋控制系統(tǒng)無法抑制給定和反饋檢測裝置的誤差。圖圖 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動作用閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動作用 勵磁變化勵磁變化Id變化變化電源波動電源波動Kp變化變化電阻變化電阻變化檢測誤差檢測誤差KpKs 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+- R 習題：第347頁11.511.11二、無靜差調(diào)速系統(tǒng)n采用比例（P）放大器控制的直

19、流調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)，還存在穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)精度的矛盾。n采用積分（I）調(diào)節(jié)器或比例積分（PI）調(diào)節(jié)器代替比例放大器，構(gòu)成無靜差調(diào)速系統(tǒng)。1、 積分調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)器 積分調(diào)節(jié)器（I調(diào)節(jié)器）的原理圖 0uiu0RRCidtUdtUCRidtCUiio1110CR0積分時間常數(shù)?？刂瓶刂芔C電壓是轉(zhuǎn)速偏差電壓電壓是轉(zhuǎn)速偏差電壓U Un n的積分的積分，tncdtUU01若初值不是零，還應加上初始電壓若初值不是零，還應加上初始電壓UC0 , 則積分式變成則積分式變成001ctncUdtUUcfcncnnnUUUUUUU，而是一個終值并不是時，當才停止積分，時，只有000*如果Un不再變化，這個終

20、值便保持恒定而不再變化，這是積分控制的特點。因此，積分控制可以使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運行，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。積分控制可以使系統(tǒng)在無靜差的情況下保持恒速運行，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。2 、比例積分（、比例積分（PI）調(diào)節(jié)器）調(diào)節(jié)器 從無靜差的角度表明了積分控制優(yōu)于比例控制的地方，但在控制的快速性上，積分控制卻又不如比例控制。 比例積分調(diào)節(jié)器，其輸出是由比例和積分兩部分相加而成的： dtUUKdtUCRURRUiipiiiO1110010uiu0RR1C1I1R0I01RRKpiPI調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)；10CRPI調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)。比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點比例積分

21、控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點，又克服了各自的缺點，揚長避短，互相補充。比例部分能迅速響應控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。比例部分能迅速響應控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。 3、采用、采用PI調(diào)節(jié)器的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)0u0RR1C1RMTG+-UBRUdIdnUPEMIdUdBR+-0RKUgUfUL三、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) n采用PI調(diào)節(jié)的單個轉(zhuǎn)速閉環(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)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要，這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。n在起動過程

22、中，始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使電力拖動系統(tǒng)以最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速時，立即讓電流降下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。n為了實現(xiàn)在允許條件下的最快起動，關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，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負反饋應該能夠得到近似的恒流過程。應該在起動過程中只有電流負反饋，沒有轉(zhuǎn)速負反饋，達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負反饋，不再讓電流負反饋發(fā)揮作用。系統(tǒng)中設置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，如圖所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(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。

23、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)。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)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 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) 內(nèi)環(huán)外 環(huán)niASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測速發(fā)電機TA電流互感器 UPE電力電子變換器轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。兩個調(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

24、的最大輸出電壓Udm 。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 +-TG+-+-RP2U*nR0R0UcUiRiCi+-R0R0RnCnASRACRLMRP1UnU*iLM+MTAIdUdMTGUPE+-+-11.4 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)nPWM (Pulse Width Modulation)控制就是 脈脈寬調(diào)制技術寬調(diào)制技術：即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值)。一、脈寬調(diào)制變換器脈寬調(diào)制變換器nU Us s為直流電源電壓，為直流電源電壓，C為濾波電容器，為濾波電容器，VT為功率開關器件，為功率開關器件，V為續(xù)流二為續(xù)流二極管，極管，M為直流電動機，為直流電動機，V

25、T的控制極由脈寬可調(diào)的脈沖電壓序列的控制極由脈寬可調(diào)的脈沖電壓序列U Ug g驅(qū)驅(qū)動。動。當當VTVT導通時，直流電源電壓加到電動機上；當導通時，直流電源電壓加到電動機上；當VTVT關斷時，直流電關斷時，直流電源與電機脫開，電動機電樞經(jīng)源與電機脫開，電動機電樞經(jīng)V V續(xù)流，兩端電壓接近于零。如此反復，續(xù)流，兩端電壓接近于零。如此反復，得電樞端電壓波形，如圖得電樞端電壓波形，如圖b b，電源電壓在，電源電壓在t tonon時間內(nèi)被接上，又在時間內(nèi)被接上，又在(T- (T- t tonon）時間內(nèi)被斬斷，故稱）時間內(nèi)被斬斷，故稱“斬波斬波”。 1、不可逆、不可逆PWM變換器（變換器（直流斬波器）直

26、流斬波器）ua）原理圖b）電壓波形圖tOUsUdTton簡單的不可逆簡單的不可逆PWM變換器變換器 -電動機系統(tǒng)的原理圖和電壓波形電動機系統(tǒng)的原理圖和電壓波形VUs+UgCVTidM+_EM21UdOtUg電動機得到的平均電壓為電動機得到的平均電壓為：ssondUUTtU式中T功率開關器件的開關周期；ont開通時間；占空比，ftTtonon/f為開關頻率若令sdUU為PWM電壓系數(shù)，則在不可逆PWM變換器中。2、橋式可逆、橋式可逆PWM變換器變換器n可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)的基本原理圖，由VT1 VT4 4個電力電子開關器件構(gòu)成橋式（或稱H型）可逆脈寬調(diào)制（PWM）變換器。 VT1和VT4和同時導通或

27、關斷， VT2和VT3同時通斷，使電動機M的電樞兩端承受電壓+Us或-Us 。改變兩組開關器件導通的時間，也就改變了電壓脈沖的寬度，得到電動機兩端電壓波形。 橋式可逆PWM變換器M+-Ug3V1V2V3V4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4MVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4+UsU, iUdEid+UsttonT0-UsO(1) 正向電動運行波形U, iUd+UsttonT0-UsO(2) 反向電動運行波形電動機電樞端電壓的平均值電動機電樞端電壓的平均值：功率開關器件的開關周期；功率開關器件的開關周期；VT1和和VT4開通時間；開通時間；占空比，占空比，ssons

28、onsondUUTtUTtTUTtU) 12() 12(12，調(diào)速時，調(diào)速時，的可調(diào)范圍為的可調(diào)范圍為10相應地，相應地，11當當21時，時，為正，電動機正轉(zhuǎn)；為正，電動機正轉(zhuǎn)；21時時，為負，電動機反轉(zhuǎn)；為負，電動機反轉(zhuǎn)；21=0，電動機停止。，電動機停止。時時，TontPWMPWM的優(yōu)越性：的優(yōu)越性：（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）開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較??；）開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較??；（3）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達1：100

29、00左右；左右；（4）若與快速響應的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，）若與快速響應的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快， 動態(tài)抗擾能力強；動態(tài)抗擾能力強；（5）功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，當開關頻率適當時，）功率開關器件工作在開關狀態(tài)，導通損耗小，當開關頻率適當時， 開關損耗也不大，因而裝置效率較高；開關損耗也不大，因而裝置效率較高；（6）直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。）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。11.5 微型計算機控制的直流傳動系統(tǒng)微型計算機控制的直流傳動系統(tǒng) n模擬系統(tǒng)具有物理概念清晰、控制信號流向直觀等優(yōu)點，其控制規(guī)律體

30、現(xiàn)在硬件電路和所用的器件上，因而線路復雜、通用性差，控制效果受到器件的性能、溫度等因素的影響。n以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)（簡稱微機數(shù)字控制系統(tǒng)）硬件電路的標準化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響；其控制軟件能夠進行邏輯判斷和復雜運算，更改起來靈活方便。 如圖所示微機數(shù)字控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，用下標“dig”表示數(shù)字量，控制器部分由微機實現(xiàn)。UPEACRFBSMASRKbK-*digndignddigI*ddigI微機-+一、 微機數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 1J2J2R故障綜合1R1C2CbRbVT電流檢測溫度檢測電壓檢測電流檢測其他外設上位機鍵盤顯示FBS脈沖整形MM單片微機單片微機PWM生成I/O故障保護A/D數(shù)字測速通信接口泵升限制中央處理器