第十一章直流傳動控制系統(tǒng)-1-改

機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成和分類機(jī)電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)晶體管-電動機(jī)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)控制的直流傳動系統(tǒng)第十一章直流傳動控制系統(tǒng)§11.1機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成機(jī)電傳動控制系是由電機(jī)，電器，電子部件組成，通過一定的控制去實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)機(jī)械的驅(qū)動任務(wù)。機(jī)電傳動系統(tǒng)的組成控制器(發(fā)電機(jī))控制對象(電動機(jī))輸入量(勵磁)輸出量(轉(zhuǎn)速)開環(huán)控制系統(tǒng)：只有輸入量對輸出量的單向控制作用，而不存在被控制量對控制量的影響和聯(lián)系?！?1.1機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成開環(huán)控制系統(tǒng)往往不能滿足高要求的生產(chǎn)機(jī)械的需要幾個(gè)概念：在G-M系統(tǒng)中，電動機(jī)加額定負(fù)載后產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降由下式?jīng)Q定：與轉(zhuǎn)速的高低無關(guān)，即與n0的大小無關(guān)。§11.1機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成調(diào)速范圍：電動機(jī)在額定負(fù)載下所允許的最高轉(zhuǎn)速和在保證生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)速變化率的要求前提下所能達(dá)到的最低轉(zhuǎn)速之比：§11.1機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速變化率（靜差度或穩(wěn)定度）：電動機(jī)由理想空載到額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速的比值。例：改變電樞電壓調(diào)速，如圖11.2所示：§11.1機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成其中S2應(yīng)等于或小于生產(chǎn)機(jī)械要求的靜差度S；nmax由電動機(jī)銘牌確定；D由生產(chǎn)機(jī)械的要求所決定?！?1.1機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成在說明調(diào)速系統(tǒng)所能達(dá)到的調(diào)速范圍時(shí)，必須同時(shí)說明其所能允許的最小靜差度?！?1.1機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成在保證一定靜差度的前提下，擴(kuò)大系統(tǒng)調(diào)速范圍的方法是：提高電動機(jī)機(jī)械特性的硬度以減小△nN，則在負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)盡可能不變。如下圖，能滿足要求?！?1.1機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成閉環(huán)控制系統(tǒng)或負(fù)反饋控制系統(tǒng)或反饋控制系統(tǒng)：按偏差控制原理建立的控制系統(tǒng)，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，形成一個(gè)閉環(huán)?！?1.1機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成通常自動控制系統(tǒng)的方框圖如下圖：§11.1機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成

自動控制系統(tǒng)的分類：按采用不同的反饋方式分：轉(zhuǎn)速負(fù)反饋、電勢負(fù)反饋、電壓負(fù)反饋及電流正反饋；按自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的復(fù)雜程度分：單環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)和多環(huán)自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；按系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)被調(diào)量與給定量有無差別分：有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)和無靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)；§11.1機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成按調(diào)節(jié)動作與時(shí)間的關(guān)系分：斷續(xù)控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)；按系統(tǒng)中所包含的元件特性分：線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)。§11.1機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的組成按給定量變化的規(guī)律分：定值調(diào)節(jié)、程序控制和隨動系統(tǒng)；§11.2機(jī)電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇生產(chǎn)機(jī)械對自動調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的要求一、靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)靜差度：表示生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度，即要求靜差度S應(yīng)小于一定數(shù)值。電動機(jī)的機(jī)械特性愈硬，則靜差度愈小，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性就愈高。在一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)中，若在最低轉(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。調(diào)速范圍：不同的生產(chǎn)機(jī)械要求的調(diào)速范圍各不相同。調(diào)速的平滑性：用兩個(gè)相鄰調(diào)速級的轉(zhuǎn)速差來衡量，在一定的調(diào)帶范圍內(nèi)，可以得到的穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速級數(shù)越多，調(diào)速的平滑性就越高，若級數(shù)趨近于無窮大，即表示轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，稱為無級調(diào)速?！?1.2機(jī)電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇二、動態(tài)技術(shù)指標(biāo)最大超調(diào)量超調(diào)量太大，達(dá)不到生產(chǎn)工藝上的要求，太小，則會使過渡過程過于緩慢，不利于生產(chǎn)率的提高等，一般為10%-35%?！?1.2機(jī)電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇§11.2機(jī)電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇振蕩次數(shù)：在過渡過程時(shí)間內(nèi)，被調(diào)量n在其穩(wěn)定值上下擺動的次數(shù)。過渡過程時(shí)間T：從輸入控制（或擾動）作用于系統(tǒng)開始直到被調(diào)量n進(jìn)入（0.05-0.02)n2穩(wěn)定值區(qū)間時(shí)為止(且以后不再越出此范圍)的一段時(shí)間?！?1.2機(jī)電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇系統(tǒng)1時(shí)間過長系統(tǒng)2振蕩次數(shù)多系統(tǒng)3較好§11.2機(jī)電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)常見的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖11.8。～電流截止負(fù)反饋電動機(jī)調(diào)節(jié)器（放大器）變流器速度負(fù)反饋給定速度無靜差調(diào)速系統(tǒng)：按積分（或比例積分）控制的系統(tǒng)。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)。§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)1、有靜差調(diào)速系統(tǒng)的基本組成和工作原理，如圖11.9所示。有靜差調(diào)速系統(tǒng)§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)其中Ug為給定電壓，Uf為速度反饋信號。§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)由上圖可得：而速度反饋信號Uf與轉(zhuǎn)速n成正比，即放大器的輸出：其中Kp——放大器的電壓放大倍數(shù)把觸發(fā)器和可控整流器看成一個(gè)整體，設(shè)其等效放大倍數(shù)為Ks，則空載時(shí)，可控整流器的輸出電壓為：對于電動機(jī)電樞回路，若忽略晶閘管的管壓降，則有式中=RX+Ra—電樞回路的總電阻§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)式中，K0=KpKs—從放大器輸入端到可控整流電路輸出端的電壓放大倍數(shù)；—閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)。聯(lián)立以上兩式可得帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的晶閘管—電動機(jī)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性方程為：§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)當(dāng)系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)時(shí)，整流器的輸出電壓為：§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)由此可得開環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性方程為：§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)比較開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的特性方程可得：在給定電壓一定時(shí)，有即閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速降低到開環(huán)時(shí)的1/（1+K）倍，若要使閉環(huán)系統(tǒng)獲得與開環(huán)系統(tǒng)相同的理想空載轉(zhuǎn)速，閉環(huán)系統(tǒng)所需要的給定電壓要比開環(huán)系統(tǒng)高（1+K）倍?！?1.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)若將系統(tǒng)閉環(huán)與開環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)得一樣，即n0f=n0，則即在同樣負(fù)載電流下，閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降僅為開環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降的1/（1+K）倍，從而大大提高了機(jī)械特性的硬度，使系統(tǒng)的靜差度減少。在最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速和低速時(shí)最大允許靜差度S2不變的情況下，開環(huán)系統(tǒng)和閉系統(tǒng)的調(diào)速范圍分別為：開環(huán)：§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)閉環(huán)：即閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍為開環(huán)系統(tǒng)的(1+K)倍。由上可知，提高系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)K是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降、擴(kuò)大調(diào)速范圍的有效措施?！?1.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)這種系統(tǒng)轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)的過程：在某一規(guī)定的轉(zhuǎn)速下，給定電壓Ug=C，假設(shè)電動機(jī)空運(yùn)行（Ia≈0）時(shí)，空載轉(zhuǎn)速為n0，測速發(fā)電機(jī)相應(yīng)的電壓UBR經(jīng)分壓后得反饋電壓Uf，△U=Ug-Uf為比例調(diào)節(jié)器（放大器）的輸入端，Uk加入觸發(fā)器的輸入電路，Ud供電給電動機(jī)產(chǎn)生空載轉(zhuǎn)速n0?！?1.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動作用（如負(fù)載變化、SCR交流電流電壓的變化等）對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。只要擾動引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化能為測量元件—測速發(fā)電機(jī)等所測出，調(diào)速系統(tǒng)就能產(chǎn)生作用來克服它。但測量元件本身的誤差是不能補(bǔ)償?shù)??！?1.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)2、其他反饋在自動調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用1>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)，如下圖。§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)系統(tǒng)中電動機(jī)的轉(zhuǎn)速：n隨電樞電壓U的大小而變：U↑→

n↑電壓負(fù)反饋系統(tǒng)是把M電樞電壓作為反饋量，以調(diào)整n。電位計(jì)RP是檢測M端電壓大小的檢測元件。電壓反饋系數(shù)：§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)調(diào)整過程如下：特點(diǎn)：線路簡單，但穩(wěn)定速度的效果并不大，主要是用來防止過壓、改善動態(tài)特性、加快過渡過程?！?1.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)2>電流正反饋與電壓負(fù)反饋的綜合反饋系統(tǒng)：補(bǔ)償電動機(jī)電樞電阻所產(chǎn)生的壓降，擴(kuò)大了調(diào)速范圍。若比例選擇恰當(dāng)，綜合反饋將具有轉(zhuǎn)速反饋的性質(zhì)。如圖11.11?！?1.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)無靜差調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)：靜態(tài)時(shí)系統(tǒng)的反饋量總等于給定量，即偏差等于0。如圖11.25為具有比例積分調(diào)節(jié)器的無靜差調(diào)速系統(tǒng)?！?1.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)1、比例積分（PI）調(diào)節(jié)器把比例運(yùn)算電路和積分運(yùn)算電路組合起來就構(gòu)成了比例積分調(diào)節(jié)器，簡稱PI調(diào)節(jié)器?！?1.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)由上圖可知：§11.3晶閘管-電動機(jī)直流傳動控制系統(tǒng)由此可見，PI調(diào)節(jié)器的輸出由兩部分組成，第一部分是比例部分，第二部分是積分部分，在零初始狀態(tài)和階躍輸入下，輸出電壓的時(shí)間特性如圖11.26(b)。特點(diǎn)：既能獲得較高的靜態(tài)精度，又能具有較快的動態(tài)響應(yīng)?！?/p>