第2章(電力拖動(dòng)控制系統(tǒng))

第2章直流電動(dòng)機(jī)V-M不可逆調(diào)速系統(tǒng)

2.1直流調(diào)速系統(tǒng)概述直流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)——帶有機(jī)械換向裝置，即有換向器和電刷，運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生火化和電磁干擾，電刷易磨損需維護(hù)、更換。

1)直流調(diào)速系統(tǒng)仍有應(yīng)用；2）直流電機(jī)各參數(shù)、變量之間的關(guān)系幾乎都是簡單明了的線性函數(shù)關(guān)系，數(shù)學(xué)模型較為簡單、準(zhǔn)確，控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟、經(jīng)典，是拖動(dòng)控制的基礎(chǔ)。優(yōu)點(diǎn)——調(diào)速性能好、控制性能好、起制動(dòng)性能好；學(xué)習(xí)直流調(diào)速系統(tǒng)的理由：2.1.1直流調(diào)速系統(tǒng)的類型1．直流調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)速方法

(1)改變電樞回路電阻——電樞回路串電阻調(diào)速；自控系統(tǒng)不用(2)調(diào)節(jié)電摳供電電壓——變壓調(diào)速；主導(dǎo)調(diào)速方法

(3)減弱勵(lì)磁磁通——弱磁調(diào)速。輔助調(diào)速方法

2．直流調(diào)速系統(tǒng)主電路——可調(diào)壓的直流電源常用的有：

(1)G-M系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng))(2)V-M系統(tǒng)(可控整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng))(3)直流脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)(斬波器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng))3．直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方式主電路構(gòu)成不同，控制方法不同：移相控制、PWM控制等閉環(huán)控制方式開環(huán)控制

閉環(huán)控制單閉環(huán)速度環(huán)雙閉環(huán)速度環(huán)和電流環(huán)多環(huán)控制加位置環(huán)等

電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中通常為：4．工作象限a）單象限運(yùn)行b)電壓可反向的二象限運(yùn)行c)電流可反向的二象限運(yùn)行2.1.2G-M系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖控制原理、控制思路制動(dòng)時(shí)的能量傳遞關(guān)系工作原理工作象限優(yōu)點(diǎn)：特性好，平穩(wěn)系統(tǒng)原理圖

50年代曾廣泛地使用，目前仍有應(yīng)用缺點(diǎn)：設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低機(jī)械特性2.1.3V-M系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成控制思路制動(dòng)時(shí)的能量傳遞關(guān)系控制原理工作象限優(yōu)點(diǎn)：靜止裝置、經(jīng)濟(jì)、可靠觸發(fā)裝置GT缺點(diǎn)：功率因數(shù)低、對(duì)電網(wǎng)諧波污染

V-M系統(tǒng)是70～90年代直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式2.1.4直流脈寬調(diào)制（PWM）系統(tǒng)a）原理電路圖b）斬波器輸出電壓波形原理電路圖制動(dòng)時(shí)的能量傳遞關(guān)系工作象限優(yōu)缺點(diǎn)a)單管電路b)雙管電路c)雙管電路d)H型橋式電路控制思路控制原理2.2V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性2.2.1電流連續(xù)時(shí)的機(jī)械特性1．可控整流裝置的輸出電壓mUmUd0m單相橋式20.9U2三相半波31.17U2三相橋式62.34U2不計(jì)換流時(shí)計(jì)及LC換流及內(nèi)阻影響時(shí)2．電壓平衡方程式等效電路3．V-M系統(tǒng)電流連續(xù)時(shí)的機(jī)械特性機(jī)械特性方程式為：理想空載轉(zhuǎn)速n0，控制角增大時(shí)n0下降控制角變化時(shí)斜率不變，為：∵是一組平行下移的直線記作：2.2.2電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性以三相半波整流電路為例1．理想空載轉(zhuǎn)速：輸出電壓的峰值相同，有同一個(gè)實(shí)際理想空載轉(zhuǎn)速

2．電流斷續(xù)時(shí)機(jī)械特性曲線的斜率3．電流斷續(xù)區(qū)域范圍4．電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性曲線與電抗器電感量的大小有關(guān)工程上一般取時(shí)，隨著電流減小，回路的等效電阻增大，斜率增大電流連續(xù)時(shí)電流斷續(xù)時(shí)：輸出電壓的峰值隨α增大而下降，空載轉(zhuǎn)速下降2.3開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速指標(biāo)2.3.1開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)原理圖穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2.3.2調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)調(diào)速范圍D、靜差率S理解兩個(gè)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)的含義及其關(guān)系要求掌握開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析方法，包括：從系統(tǒng)原理圖畫出系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖；穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的含義、用途（得出系統(tǒng)的靜特性）能分析自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的主要問題2.3開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)及調(diào)速指標(biāo)2.3.1開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的最終控制對(duì)象是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速n。該電力拖動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)。1．系統(tǒng)原理圖“”符號(hào)的含意

同步移相觸發(fā)電路GT

2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖——表明自動(dòng)控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，其各個(gè)環(huán)節(jié)之間的輸入量與輸出量之間數(shù)學(xué)關(guān)系的結(jié)構(gòu)框圖

α在30°～150°的范圍內(nèi)把GT＋V看做一個(gè)整體，是一個(gè)線性放大環(huán)節(jié)，放大系數(shù)是1)求與的關(guān)系

對(duì)同步移相信號(hào)為正弦波（正弦波幅值為Um）的觸發(fā)電路對(duì)直流電動(dòng)機(jī)，穩(wěn)態(tài)時(shí)有

2)求與n的關(guān)系穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖對(duì)同步移相信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路（鋸齒波起點(diǎn)幅值-Um，終點(diǎn)幅值Um，寬度為180°）α在30°～150°的范圍內(nèi)思考：成立的前提是什么？如何調(diào)速？性能如何？2.3.2調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)1．對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的要求(1)調(diào)速(2)穩(wěn)速(3)加、減速2．調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)(1)調(diào)速范圍D(2)靜差率S額定轉(zhuǎn)矩下提供的最高、最低轉(zhuǎn)速當(dāng)系統(tǒng)在某一給定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由空載增加到額定負(fù)載時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落與該給定轉(zhuǎn)速下理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差率S

機(jī)械特性曲線平行時(shí)，如果低速時(shí)的靜差率能滿足要求，則高速時(shí)的靜差率自然就滿足要求了。故靜差率可表示成：靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化時(shí)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度的。機(jī)械特性越硬則靜差率越小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定度就越高。3．調(diào)速范圍與靜差率的關(guān)系調(diào)速范圍D、靜差率S和轉(zhuǎn)速降，三者之間的關(guān)系式為：

顯然，當(dāng)系統(tǒng)的機(jī)械特性硬度一定，即一定時(shí)，若對(duì)靜差率要求越高（S值越?。瑒t允許的調(diào)速范圍就越小。

例如，某一開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)，額定轉(zhuǎn)速nN

=1000r/min，額定負(fù)載下的穩(wěn)態(tài)速降△nN

＝50r/min，當(dāng)要求靜差率S=0.33時(shí)，允許的調(diào)速范圍為：如果要求S=0.1，則調(diào)速范圍只有：4．開環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的主要問題無法克服的缺點(diǎn)——轉(zhuǎn)速波動(dòng)大、調(diào)速范圍小。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)實(shí)際的要求。原因：當(dāng)S與D都一定時(shí)，要滿足要求的唯一途徑是降低△nN

，但對(duì)已制成的系統(tǒng)是無法減小的，對(duì)新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)也很難達(dá)到能大幅度降低的要求。解決辦法：閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng)。2.4單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)及靜特性2.4.1有靜差轉(zhuǎn)速單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)1．系統(tǒng)原理圖如何構(gòu)成速度閉環(huán)控制環(huán)節(jié)呢？測速裝置：直流測速發(fā)電機(jī)

TG，輸出電壓與轉(zhuǎn)速n成正比，轉(zhuǎn)速反饋值Un速度比較:（Un*

的定標(biāo)將取決于Un的定標(biāo)）速度調(diào)節(jié)器ASR。調(diào)節(jié)器——對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算、調(diào)節(jié)（如比例P、積分I、微分D等）的單元2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

速度比較環(huán)節(jié)：

速度調(diào)節(jié)器(放大環(huán)節(jié))：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：晶閘管觸發(fā)裝置及可控整流橋：測速發(fā)電機(jī)：各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)原理圖2.4.2閉環(huán)V-M系統(tǒng)的靜特性靜特性方程：

——電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)的電流（或轉(zhuǎn)矩）之間的關(guān)系。1．靜特性（可理解為閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性）式中，2．與開環(huán)系統(tǒng)的比較

開環(huán)系統(tǒng)（OP）：

閉環(huán)系統(tǒng)（CL）：

空載轉(zhuǎn)速n0、負(fù)載Ia

相同的情況下，有

閉環(huán)系統(tǒng)加載后的轉(zhuǎn)速降只是開環(huán)系統(tǒng)的1/(1+K)

只要把KP取得足夠大，使K很大，就可以使△nCL

非常小,靜差率S大大減小同一靜差要求下大大提高了系統(tǒng)的調(diào)速范圍D

穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系

只有放大環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速降只能減小而不能消除.為

“有靜差”調(diào)速系統(tǒng)。

2．開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較(續(xù)）閉環(huán)系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降決不是閉環(huán)后電樞回路電阻能自動(dòng)減小，而是在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。？穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性：閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（或轉(zhuǎn)矩）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。它實(shí)際上是由許多機(jī)械特性上的不同運(yùn)行點(diǎn)集合而成的，可視為一條綜合的特性直線，它代表閉環(huán)調(diào)節(jié)作用的結(jié)果。3．?dāng)_動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響引起電機(jī)轉(zhuǎn)速變化的因素：

1）負(fù)載變化2）交流電源電壓波動(dòng)

5）溫升引起系統(tǒng)參數(shù)的變化3）電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化

4）放大器放大系統(tǒng)的漂移

在轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)中，負(fù)載擾動(dòng)及前向通道的擾動(dòng)最終都要影響轉(zhuǎn)速變化而被測速裝置檢測出來，再通過反饋控制來減小它們對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。都能被有效地加以抑制。但是對(duì)于轉(zhuǎn)速給定環(huán)節(jié)及轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)本身的誤差所引起的轉(zhuǎn)速偏差，反饋調(diào)節(jié)則無能為力。

自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用與擾動(dòng)作用從穩(wěn)態(tài)精度來看，K值越大越好，然而，從后面對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析中可知，K值不能隨意增大。問題：當(dāng)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL加大時(shí)，系統(tǒng)如何進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)？名

稱比例（P）積分（I）比例積分（PI）積分比例（IP）2.5單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析方法及步驟：

1）推導(dǎo)出調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的微分方程和傳遞函數(shù)2）建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖3）進(jìn)行穩(wěn)定性分析4）動(dòng)態(tài)性能的分析

2.5.1閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型1．幾個(gè)常用環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)電路圖階躍響應(yīng)傳遞函數(shù)比例積分（PI）電路圖階躍響應(yīng)傳遞函數(shù)垂直線段a——比例斜線段b——積分水平直線段c——飽和輸出值在受放大器的電源限制，不是無窮大。式中，極性？去掉了負(fù)號(hào)2．晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)觸發(fā)電路GT和可控整流橋V環(huán)節(jié)：輸入量Uct輸出量Udo

是一個(gè)放大系數(shù)為Ks的純滯后的放大環(huán)節(jié)滯后是由裝置的失控時(shí)間引起的。

觸發(fā)裝置兩個(gè)觸發(fā)脈沖的間隔時(shí)間是1/(mf)秒，m——脈波數(shù)，f——電源頻率。設(shè)滯后的時(shí)間是Ts秒，則Ts是一個(gè)從0至1/(mf)之間的一個(gè)隨機(jī)值。原因是…，取其統(tǒng)計(jì)平均值，有：電路形式單相半波單相橋式三相半波三相橋式一周內(nèi)脈波數(shù)m1236延時(shí)時(shí)間TS/ms1053.331.67整流裝置的傳遞函數(shù)為b）近似的a）準(zhǔn)確的?

3．直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)假定：1）勵(lì)磁為額定，且保持不變。Ea=Cen，T=CTIa；2）電動(dòng)機(jī)本身的運(yùn)動(dòng)阻力，都?xì)w并到TL中去。TL=CTIaL；3）主電路電流連續(xù)。

在此假定條件下，直流電動(dòng)機(jī)的電勢微分方程和運(yùn)動(dòng)微分方程為：整理得：機(jī)電時(shí)間常數(shù)電磁時(shí)間常數(shù)上式兩側(cè)進(jìn)行拉氏變換得：整理成輸出比輸入的傳遞函數(shù)的形式：對(duì)兩個(gè)等式分別畫出它們的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，并考慮到n=Ea/Ce，即可得到額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：輸入量：理想空載電壓Udo

（控制輸入量）

，負(fù)載電流IaL（擾動(dòng)輸入量）。輸出量：轉(zhuǎn)速n

利用右圖動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的等效變換方法，消去Ea(s)、Ia(s)變量，可得到直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。（見下頁）a)綜合節(jié)點(diǎn)前移

b)反饋連接的合并a)變換后的形式b)IaL=0時(shí)簡化形式直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖等效變換后得此圖由于沒有內(nèi)部反饋環(huán)節(jié)，在分析單閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)將帶來許多方便。此圖把電樞電流Ia顯露出來了，在電流閉環(huán)的系統(tǒng)中得到應(yīng)用。2.5.2單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖帶比例放大器的速度單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)是一個(gè)三階線性系統(tǒng)。系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

設(shè)IaL=0，從給定輸入作用上看，該系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：把各單元組合起來，得到單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖：2.5.3穩(wěn)定條件大于零的條件顯然滿足！

令等于零可得單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征方程：

三階系統(tǒng)用勞斯-古爾維茨判據(jù)判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性（充分必要條件）最方便！整理得系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件：超出此值，系統(tǒng)將不穩(wěn)定靜特性分析中，為了減小靜差、擴(kuò)大調(diào)速范圍，希望K值越大越好。從動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定性來看，把K值取得過大會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

兩者自矛盾的！解決辦法：增加校正環(huán)節(jié)，一般把P調(diào)節(jié)器改為PI調(diào)節(jié)器或PID調(diào)節(jié)器。2.6無靜差單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)2.6.1無靜差單閉環(huán)V-M調(diào)速系統(tǒng)1．系統(tǒng)原理圖在有靜差系統(tǒng)的前向通道中串入積分環(huán)節(jié)比例放大環(huán)節(jié)與積分環(huán)節(jié)可合，使用同一個(gè)運(yùn)放僅增加了一個(gè)電容C1

ASR由P調(diào)節(jié)器變成了PI調(diào)節(jié)器2．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖對(duì)階躍輸入的響應(yīng)是“先比例，后積分，再飽和”的動(dòng)態(tài)過程

只要△Un

不等于零，則穩(wěn)態(tài)時(shí)，ASR輸出的Uct必定是運(yùn)放正(或負(fù))飽和限幅值

在ASR積分過程中的某一時(shí)刻=0而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)、運(yùn)放停止積分

ASR的穩(wěn)態(tài)輸入與輸出信號(hào)之間是無法用確切數(shù)學(xué)關(guān)系描述，也無法用很好的圖示法描述：一般用其階躍響應(yīng)曲線來表示。比例積分環(huán)節(jié)的輸入與輸出之間的關(guān)系是一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的過程

有靜差系統(tǒng)無靜差系統(tǒng)3．動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)按前面推導(dǎo)得到有靜差系統(tǒng)無靜差系統(tǒng)問題：ASR飽和現(xiàn)象沒有反映出來1．?dāng)?shù)學(xué)分析2.6.2穩(wěn)態(tài)抗擾分析

根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，當(dāng)

=0時(shí)，系統(tǒng)的輸入就只有擾動(dòng)量IaL，這時(shí)的輸出量即為負(fù)載擾動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速偏差，可將動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖改畫成右圖C

根據(jù)結(jié)構(gòu)圖等效變換原理，得整理得穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速偏差為結(jié)論：1）比例積分控制的系統(tǒng)是無靜差調(diào)速系統(tǒng)

2）靜特性是一組平行的水平直線

靜特性是一組平行的水平直線，why?說明：閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)給定輸入絕對(duì)服從（改變給定量就是在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速），但有界；凡是包圍在負(fù)反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的一切擾動(dòng)作用都能得到有效抑制。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)可以只考慮一種擾動(dòng)，調(diào)速系統(tǒng)只要考慮克服負(fù)載擾動(dòng)，就可使系統(tǒng)有效地抑制其它擾動(dòng)。2．調(diào)節(jié)過程

t1前(穩(wěn)態(tài));t1時(shí)突加負(fù)載:TL1→TL2

t1～t3（調(diào)節(jié)過程）?t1后：負(fù)加速度→

n下降→

△n增加→

ASR的輸出增加（曲線3）→

Ud0增加→Ia增大、T增大。ASR的輸出：曲線1（P）＋曲線2（I）

t2時(shí)：T＝TL2，加速度為零，△n最大

t3時(shí)，T＝TL2，△n＝0，到達(dá)新穩(wěn)態(tài)。

t2后（△n≠0期間）：ASR的輸出Uct繼續(xù)增加，Ud0

Ia繼續(xù)增加→

T>TL2，轉(zhuǎn)速回升。

穩(wěn)態(tài)時(shí)，反饋電容相當(dāng)于斷路，記憶并保持著調(diào)節(jié)過程結(jié)束時(shí)的數(shù)值。這時(shí)ASR的輸入為零，輸出不為零，放大系數(shù)視為無窮大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為零就容易理解。

動(dòng)態(tài)時(shí)，反饋電容則相當(dāng)于短路，其放大系數(shù)不大（KP＝R1/R0

），保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。后期：積分部分起主導(dǎo)作用，并依靠它最終消除穩(wěn)態(tài)誤差。

PI調(diào)節(jié)器的作用:初中期：比例起主導(dǎo)作用，保證了快速響應(yīng)。2.6.3限流截止負(fù)反饋——電機(jī)會(huì)產(chǎn)生過流現(xiàn)象2．電流截止負(fù)反饋當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才起作用的電流負(fù)反饋叫電流截止負(fù)反饋。帶有電流截止負(fù)反饋的無靜差V-M調(diào)速系統(tǒng)a)系統(tǒng)原理圖b)靜特性以起動(dòng)過程為例說明原因,大幅度加減給定也可能出現(xiàn)1．速度單閉環(huán)系統(tǒng)存在的問題最大值？2.6.4電流檢測電路（電流量→電壓量）1．用采樣電阻直接在直流側(cè)采樣

2．用電流互感器在交流側(cè)采樣3．用零磁通電流傳感器在直流側(cè)采樣對(duì)比采樣位置大小方向電隔離電源價(jià)格1直流側(cè)有有無無低2交流側(cè)有無有無中3直流側(cè)有有有有高3．用零磁通電流傳感器在直流側(cè)采樣當(dāng)時(shí)，有LEM的輸出端將得到與波形完全一致的幅值變比恒定的電流，經(jīng)采樣電阻R3就得到所需的只要，2、4端就會(huì)有一個(gè)信號(hào)輸出，閉環(huán)調(diào)節(jié)Ia2，使磁通為零，即永遠(yuǎn)有：優(yōu)點(diǎn)：隔離性能好，檢測精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，能檢測的大小及方向缺點(diǎn)：器件價(jià)格稍貴，且需要正負(fù)電源

零磁通電流傳感器原理圖

2.7雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)V-M調(diào)速系統(tǒng)2.7.1轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)V-M系統(tǒng)的構(gòu)成及原理1．系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)原理圖

a)用硬件電路表示

b)用框圖表示速度給定的正負(fù)？調(diào)節(jié)器飽和值的意義?內(nèi)外環(huán)的關(guān)系？他勵(lì)時(shí)轉(zhuǎn)矩∝Ia?？刂艻a就是控制轉(zhuǎn)矩T。把ASR輸出作為電流指令，由電流內(nèi)環(huán)完成升降速任務(wù)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制。2.7.2穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及靜特性電流反饋系數(shù)穩(wěn)態(tài)中若ACR穩(wěn)定在飽和態(tài)，則控制角必已經(jīng)移到盡頭，Udo已到達(dá)最大值而無法再調(diào)，整個(gè)系統(tǒng)處于不可調(diào)節(jié)“失控態(tài)”。2．靜特性兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和

ASR飽和。ASR的輸出是限幅值，系統(tǒng)后面部分是一個(gè)定電流控制系統(tǒng)。

n0～A斜線

n0～A線段、AB線圍成系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)工作區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)的靜特性是一組水平直線。工作區(qū)的右界線:A～B垂直線ACR飽和ACR不飽和ASR飽和ASR不飽和1．穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖負(fù)載電流（轉(zhuǎn)矩）IaL>Iam時(shí)系統(tǒng)無法滿足穩(wěn)速要求：只能降速尋求另一穩(wěn)定點(diǎn)，如：A→C2.7.3動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖及動(dòng)態(tài)性能

WASR(s)、WACR(s)分別表示ASR、ACR的傳遞函數(shù)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用常用的PI調(diào)節(jié)器時(shí)，有為了引出電流反饋，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中必須把電樞電流Ia看得見1．動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速和電流波形

第一階段：電流上升階段第二階段：恒電流升速階段第三階段：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段ASR：由不飽和很快達(dá)到飽和ACR：一般應(yīng)該不飽和

ASR飽和,輸出Uim*,速度開環(huán)態(tài)ACR不飽和,Ia≈Iam(ACR有差調(diào)節(jié)，Ia略低于Iam)

轉(zhuǎn)速呈線性增長

電流Ia迅速上升

轉(zhuǎn)速必然超調(diào),負(fù)偏差使ASR退出飽和,

Ia下降，正加速度使n繼續(xù)增加，t=t3時(shí)n達(dá)到峰值；此后M減速，出現(xiàn)一段Ia<IaL，直到穩(wěn)定。ASR與ACR都不飽和，同時(shí)調(diào)節(jié)；ASR為主2．起動(dòng)過程分析ACR不飽和ASR飽和ASR退飽3．調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能動(dòng)態(tài)性能：指的是在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件突變時(shí)，從一種運(yùn)行狀態(tài)到另一種運(yùn)行狀態(tài)的過渡過程進(jìn)行的情況。動(dòng)態(tài)性能通常以其在單位階躍輸入或擾動(dòng)信號(hào)作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線表征之，可分為跟隨性能及抗擾動(dòng)性能兩種。一般來說，調(diào)速系統(tǒng)的要求以抗擾性能為主，隨動(dòng)系統(tǒng)的要求以跟隨性能為主。

（1）給定階躍輸入時(shí)的跟隨性能指標(biāo)

上升時(shí)間tr

——輸出量從零起到第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間超調(diào)量σ(%)——輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏離量與穩(wěn)態(tài)值之比，用百分?jǐn)?shù)表示調(diào)節(jié)時(shí)間tS

——響應(yīng)曲線到達(dá)并不再超出允許誤差帶所需的最短時(shí)間，允許誤差帶=（1±5%或2%）×穩(wěn)態(tài)值。（2）負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的抗擾性能指標(biāo)

動(dòng)態(tài)降落ΔCmax%——最大動(dòng)態(tài)降落ΔCmax與原穩(wěn)態(tài)值C∞1之比，用百分?jǐn)?shù)表示恢復(fù)時(shí)間——從階躍擾動(dòng)開始，到響應(yīng)曲線到達(dá)并不再超出允許誤差帶所需的最短時(shí)間典型響應(yīng)曲線，輸出量C在調(diào)速系統(tǒng)中為n,（C∞1—C∞2）是靜差。

第2章作業(yè)題

Page612-82-92-112-172-152