直流調速自動控制系統(tǒng)詳解演示文稿

直流調速自動控制系統(tǒng)詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點優(yōu)選直流調速自動控制系統(tǒng)目前二頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點（1）調壓調速工作條件：保持勵磁=N；保持電阻R=Ra調節(jié)過程：改變電壓UN

U

Un，n0調速特性：轉速下降，機械特性曲線平行下移。nn0OIILUNU1U2U3nNn1n2n3調壓調速特性曲線目前三頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點（2）調阻調速工作條件：保持勵磁=N

；保持電壓U=UN；調節(jié)過程：增加電阻Ra

R

Rn，n0不變；調速特性：轉速下降，機械特性曲線變軟。nn0OIILRaR1R2R3nNn1n2n3調阻調速特性曲線目前四頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點（3）弱磁調速工作條件：保持電壓U=UN

；保持電阻R=Ra；調節(jié)過程：減小勵磁N

n，n0調速特性：轉速上升，機械特性曲線變軟。nn0OTeTL

N

1

2

3nNn1n2n3調磁調速特性曲線目前五頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點※自動控制的直流調速系統(tǒng)往往以調壓調速為主。目前六頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點第1章單閉環(huán)直流調速自動控制系統(tǒng)1.1直流調速的預備知識1.2比例調節(jié)的單閉環(huán)直流調速自動控制系統(tǒng)1.3比例積分調節(jié)的單閉環(huán)直流調速自動控制系統(tǒng)1.4單閉環(huán)直流調速自動控制系統(tǒng)的限流保護目前七頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點晶閘管整流器——用可控整流器，以獲得可調的直流電壓。直流脈寬調制變換器(PWM)——用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開關器件進行脈寬調制，以產生可變的平均電壓。1.1直流調速的預備知識1.1.1直流調速的可控電樞電源目前八頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點1晶閘管整流器-電動機系統(tǒng)目前九頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點思考：1半控整流，電機可運行哪些象限？2全控整流，電機可運行哪些象限3若要四象限運行，可如何改進？目前十頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點V-M系統(tǒng)的特點弱點控制強電。在控制作用的快速性上，變流機組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。目前十一頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點

V-M系統(tǒng)的問題由于晶閘管的單向導電性，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。晶閘管對過電壓、過電流和過高的dV/dt與di/dt都十分敏感，若超過允許值會在很短的時間內損壞器件。由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設備，造成“電力公害”。目前十二頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點思考：（1）什么是電壓系數(shù)，不可逆PWM變換電路的電壓系數(shù)是什么？（2）制動時VT1和VT2如何交替工作？2直流PWM變換器-電動機系統(tǒng)目前十三頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點※PWM系統(tǒng)的特點（1）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?。唬?）低速性能好，穩(wěn)速精度高，調速范圍寬，可達1:10000左右；（4）若與快速響應的電機配合，動態(tài)響應快，動態(tài)抗擾能力強；目前十四頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點※PWM系統(tǒng)的特點（續(xù)）（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，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。目前十五頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點小結兩種可控直流電源，V-M系統(tǒng)在上世紀60~70年代得到廣泛應用，目前主要用于大容量、調速精度要求較低的系統(tǒng)。直流PWM調速系統(tǒng)作為一種新技術，發(fā)展迅速，在中、小容量的系統(tǒng)中應用日益廣泛。V-M系統(tǒng)是大容量中主要的直流調速系統(tǒng)。目前十六頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點1.1.2直流調速自動控制系統(tǒng)的機械特性1V-M系統(tǒng)的機械特性

當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的機械特性方程式為：式中Ce=KeN目前十七頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點（1）電流連續(xù)情況結論：只要電流連續(xù)，晶閘管可控整流器就可以看成是一個線性的可控電壓源。目前十八頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點（2）V-M系統(tǒng)完整機械特性當電流連續(xù)時，特性比較硬；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著的非線性，理想空載轉速翹得很高。目前十九頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點機械特性方程2直流脈寬調速系統(tǒng)的機械特性式中Cm—電機在額定磁通下的轉矩系數(shù)；

n0=Us

/Ce

—理想空載轉速，與電壓系數(shù)成正比。或用轉矩表示，目前二十頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點PWM調速系統(tǒng)機械特性目前二十一頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點1.調速要求（1）調速（2）穩(wěn)速（3）加、減速1.1.3直流調速自動控制系統(tǒng)的

調速要求及性能指標目前二十二頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點2.調速指標調速范圍：生產機械要求電動機提供的最高轉速和最低轉速之比用字母

D

表示.其中nmin

和nmax

一般都指電機額定負載時的轉速.目前二十三頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點靜差率：當系統(tǒng)在某一轉速下運行時，負載由理想空載增加到額定值時所對應的轉速降落nN

與理想空載轉速n0之比，稱作靜差率

s

.※如理想空載轉速相同,機械特性越硬,S越低.對系統(tǒng)而言,要求S越低越好.機械特性硬度一樣,S是否一樣??目前二十四頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點3.靜差率與機械特性硬度的區(qū)別對于同樣硬度的特性，理想空載轉速越低時，靜差率越大，轉速的相對穩(wěn)定度也就越差。調速系統(tǒng)的靜差率指標應以最低速時所能達到的數(shù)值為準。目前二十五頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點4.調速范圍、靜差率和額定速降之間的關系

設：電機額定轉速nN為最高轉速，轉速降落為nN，則該系統(tǒng)的靜差率應該是最低速時的靜差率，即于是，最低轉速為

目前二十六頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點而調速范圍為

將上面的式代入nmin，得

常用公式,理解記憶!!s值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調速范圍也越小。目前二十七頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點重要結論：

一個調速系統(tǒng)的調速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉速可調范圍。目前二十八頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點1.2比例調節(jié)的單閉環(huán)

直流調速自動控制系統(tǒng)開環(huán)調速系統(tǒng)，即無反饋控制的直流調速系統(tǒng)。調節(jié)控制電壓Uc就可以改變電動機的轉速。晶閘管整流器和PWM變換器都是可控的直流電源，用UPE來統(tǒng)一表示可控直流電源.1.2.1開環(huán)控制系統(tǒng)及其存在的問題目前二十九頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點開環(huán)調速系統(tǒng)的原理圖目前三十頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點開環(huán)系統(tǒng)的機械特性開環(huán)調速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關系如下： 電力電子變換器

直流電動機

開環(huán)調速系統(tǒng)的機械特性為變換器的放大倍數(shù)目前三十一頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點開環(huán)直流調速系統(tǒng)的機械特性目前三十二頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖目前三十三頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點eg1:某龍門刨床工作臺拖動采用直流電動機，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW、220V、305A、1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻R=0.18，Ra=0.05，如果要求調速范圍D=20，靜差率5%，采用開環(huán)調速能否滿足？若要滿足這個要求，系統(tǒng)的額定速降最多能有多少？目前三十四頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點解：當電流連續(xù)時，V-M系統(tǒng)的額定速降為：

開環(huán)系統(tǒng)在額定轉速時的靜差率為：

如要求D=20，靜差率S≤5%，即要求：目前三十五頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點由以上分析可以看出，顯然采用開環(huán)直流調速控制系統(tǒng)沒有辦法滿足工藝要求。我們知道調速范圍和靜差率是相互制約的兩個量，既要擴大調速范圍又要降低靜差率，唯一的辦法是減少因負載所引起的轉速降△nN。目前三十六頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點1.2.2P調節(jié)的單閉環(huán)直流調速

自動控制系統(tǒng)結構及機械特性根據(jù)自動控制原理，將系統(tǒng)的被調節(jié)量作為反饋量引入系統(tǒng)，與給定量進行比較，用比較后的偏差值對系統(tǒng)進行控制，可以有效地抑制甚至消除擾動造成的影響，而維持被調節(jié)量很少變化或不變，這就是P調節(jié)單閉環(huán)控制的基本作用。在負反饋基礎上的“檢測誤差，用以糾正誤差”這一原理組成的系統(tǒng)，其輸出量反饋的傳遞途徑構成一個閉合的環(huán)路，因此也被稱作閉環(huán)控制系統(tǒng)。在直流調速系統(tǒng)中，被調節(jié)量是轉速，因此所構成的是轉速反饋控制的直流調速系統(tǒng)。目前三十七頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點P調節(jié)單閉環(huán)直流控制系統(tǒng)的結構帶轉速負反饋的閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理框圖運放（比較）調節(jié)器測速發(fā)電機給定環(huán)節(jié)目前三十八頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點電壓比較環(huán)節(jié)

放大器電力電子變換器

調速系統(tǒng)開環(huán)機械特性測速反饋環(huán)節(jié)

穩(wěn)態(tài)關系Kp—放大器的電壓放大系數(shù)；Ks—電力電子變換器的電壓放大系數(shù)；

—轉速反饋系數(shù)（V·min/r）；Ud0—UPE的理想空載輸出電壓；R—電樞回路總電阻。目前三十九頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點系統(tǒng)的靜特性方程式式中:—閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)閉環(huán)調速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動機轉速與負載電流（或轉矩）間的穩(wěn)態(tài)關系。目前四十頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結構圖

目前四十一頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點斷開反饋回路，則系統(tǒng)的開環(huán)機械特性為

而閉環(huán)時的靜特性可寫成

1.2.3P調節(jié)單閉環(huán)直流調速

自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)設計1．開環(huán)系統(tǒng)機械特性和比例控制閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關系目前四十二頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點（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。系統(tǒng)特性比較（2）如果比較同一n0的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。

目前四十三頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點（3）當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調速范圍。（4）上述三項優(yōu)點若要有效，都取決于一點，即K

要足夠大，因此必須設置放大器。目前四十四頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點結論：

P調節(jié)的單閉環(huán)調速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調速系統(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，能夠提高調速范圍，為此所需付出的代價是，須增設電壓放大器以及檢測與反饋裝置。

目前四十五頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點

eg2:在例題eg1中，要想滿足工藝要求將系統(tǒng)改為P調節(jié)的單閉環(huán)直流調速自動控制系統(tǒng)，請問怎樣設計P調節(jié)器的放大系數(shù)才能滿足要求？（α=0.015V.min/r；Ks=30）解：開環(huán)系統(tǒng)額定速降為△nop=275r/min閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為△ncl≤2.63r/min

因此，只要放大器的放大系數(shù)等于或大于46即可。從分析可以看出，只需要設置一定放大倍數(shù)的P調節(jié)器即能解決開環(huán)系統(tǒng)不能解決的問題。目前四十六頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點Eg3：用線性集成電路運算放大器作為電壓放大器的單閉環(huán)直流調速自動控制系統(tǒng)如圖1-12所示，主電路是由晶閘管可控整流器供電的V-M系統(tǒng)，已知數(shù)據(jù)如下：電動機：額定數(shù)據(jù)為10KW，220V，55A，1000r/min，電樞電阻Ra=0.5Ω；晶閘管觸發(fā)整流裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓器Y/Y聯(lián)接，二次線電壓U21=230V，電壓放大系數(shù)Ks=44；V-M系統(tǒng)電樞回路總電阻R=1.0Ω；測速發(fā)電機：永磁式，額定數(shù)據(jù)為23.1KW，110V，0.21A，1900r/min；直流穩(wěn)壓電源為±15V。若生產機械要求調速范圍D=10，靜差率S≤5%，試計算調速自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)。（暫不考慮電動機的起動問題）。目前四十七頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點目前四十八頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點解：（1）計算系統(tǒng)的開環(huán)轉速降先計算電動機的電動勢常數(shù)：則開環(huán)系統(tǒng)的轉速降為：（2）計算系統(tǒng)的閉環(huán)速降（3）計算系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)（4）計算轉速反饋環(huán)節(jié)系數(shù)和參數(shù)轉速反饋系數(shù)α包含測速發(fā)電機的電動勢系數(shù)Cetg和其輸出電位器RP2的分壓系數(shù)（令其為X）。根據(jù)測速發(fā)電機的額定數(shù)據(jù)，可求得：當主電路電機運行在最高轉速1000r/min時，轉速反饋電壓應該小于等于電源電壓最大值，即：因此，X≤0.259，取X=0.2，則：目前四十九頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點電位器RP2的選擇方法如下：為了使測速發(fā)電機的電樞壓降對轉速檢測信號的線性度沒有顯著影響，取測速發(fā)電機輸出最高電壓時，其電流約為額定值的20%，則：此時RP2所消耗的功率為：為了不致使電位器溫度很高，實選電位器的瓦數(shù)應為消耗功率的一倍以上，故可將RP2選為10W，1.5KΩ的可調電位器。（5）計算運算放大器的放大系數(shù)根據(jù)調速指標要求，前已求出閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應為K≥53.3，則運算放大器的放大系數(shù)Kp應：實取Kp=21。運算放大器的輸入、輸出電阻根據(jù)運算放大器的型號實際選取。目前五十頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點一個帶有儲能環(huán)節(jié)的線性物理系統(tǒng)的動態(tài)過程可以用線性微分方程描述，微分方程的解即系統(tǒng)的動態(tài)過程，它包括兩部分：動態(tài)響應和穩(wěn)態(tài)解。在動態(tài)過程中，從施加給定輸入值的時刻開始，到輸出達到穩(wěn)態(tài)值以前，是系統(tǒng)的動態(tài)響應；系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后，可用穩(wěn)態(tài)解來描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。1.2.4P調節(jié)單閉環(huán)直流調速自動控制系統(tǒng)動態(tài)性能分析目前五十一頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型的基本步驟如下：（1）列出描述該環(huán)節(jié)動態(tài)過程的微分方程；（2）求出各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；（3）組成系統(tǒng)的動態(tài)結構圖并求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。目前五十二頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點（1）電樞主回路的動態(tài)數(shù)學模型※主電路電流連續(xù)，則動態(tài)電壓方程為

電路方程目前五十三頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點電機軸上的動力學方程為

額定勵磁下的感應電動勢和電磁轉矩分別為

TL—包括電機空載轉矩在內的負載轉矩GD2—電力拖動系統(tǒng)折算到電機軸上的飛輪慣量Cm—電機額定勵磁下的轉矩系數(shù)，

目前五十四頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點—電樞回路電磁時間常數(shù)，s；—電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)，s。定義下列時間常數(shù)目前五十五頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點整理后得式中為負載電流。

微分方程目前五十六頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點取等式兩側的拉氏變換，得電壓與電流間的傳遞函數(shù)

電流與電動勢間的傳遞函數(shù)

傳遞函數(shù)目前五十七頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點電樞回路動態(tài)結構圖

1/CeUd0(s)IdL

(s)

E(s)Id(s)E(s)++--1/RTls+1RTmsn(s)整個直流電動機的動態(tài)的結構圖控制輸入量擾動量目前五十八頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點n(s)Ud0

(s)+-1/CeTmTls2+Tms+1IdL

(s)R(Tls+1)動態(tài)結構圖的變換和簡化目前五十九頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點在進行調速系統(tǒng)的分析和設計時，可以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當作系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)來看待。應用線性控制理論進行直流調速系統(tǒng)分析或設計時，須事先求出這個環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。（2）電力電子變換器動態(tài)數(shù)學模型①晶閘管整流變換器目前六十頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點

晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)可由工作范圍內的特性率決定，計算方法是

目前六十一頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點如果不可能實測特性，可根據(jù)裝置的參數(shù)估算。例如：設觸發(fā)電路控制電壓的調節(jié)范圍為

Uc=0~10V相對應的整流電壓的變化范圍是

Ud=0~220V可取Ks

=220/10=22晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)估算目前六十二頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù)在動態(tài)過程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成是一個純滯后環(huán)節(jié)，其滯后效應是由晶閘管的失控時間引起的。目前六十三頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點

晶閘管觸發(fā)與整流失控時間分析目前六十四頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點最大可能的失控時間就是兩個相鄰自然換相點之間的時間，與交流電源頻率和整流電路形式有關，由下式確定:

最大失控時間計算式中

—交流電流頻率；—一周內整流電壓的脈沖波數(shù)。fm目前六十五頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點

Ts

值的選取

相對于整個系統(tǒng)的響應時間來說，Ts是不大的，在一般情況下，可取其統(tǒng)計平均值Ts

=Tsmax/2，并認為是常數(shù)。下表列出了不同整流電路的失控時間。各種整流電路的失控時間（f=50Hz）目前六十六頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入-輸出關系為

傳遞函數(shù)的求取按拉氏變換的位移定理，晶閘管裝置的傳遞函數(shù)為目前六十七頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點上式中包含指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)為非最小相位系統(tǒng)，分析和設計麻煩。為了簡化，先將該指數(shù)函數(shù)按臺勞級數(shù)展開，則變成

考慮到Ts

很小，可忽略高次項，則傳遞函數(shù)便近似成一階慣性環(huán)節(jié)。目前六十八頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點晶閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結構目前六十九頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點②PWM變換器

PWM控制與變換器的動態(tài)數(shù)學模型和晶閘管觸發(fā)與整流裝置基本一致。其傳遞函數(shù)可以寫成:目前七十頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點當開關頻率為10kHz時，T=0.1ms，在一般的電力拖動自動控制系統(tǒng)中，時間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似看成是一個一階慣性環(huán)節(jié)，因此,與晶閘管裝置傳遞函數(shù)完全一致。注意：Ts＜T（開關周期）目前七十一頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點直流閉環(huán)調速系統(tǒng)中的其他環(huán)節(jié)還有比例放大器和測速反饋環(huán)節(jié)，它們的響應都可以認為是瞬時的，因此它們的傳遞函數(shù)就是它們的放大系數(shù)，即放大器測速反饋（3）比較放大與檢測環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)目前七十二頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點（4）閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型

反饋控制閉環(huán)調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖n(s)U*n(s)IdL

(s)

Uct

(s)Un(s)+-KsTss+1KP1/CeTmTl

s2+Tms+1+-R(Tls+1)Ud0(s)目前七十三頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點（5）反饋控制調速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)設Idl=0，從給定看，閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)是

目前七十四頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點（6）反饋控制閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件由閉環(huán)傳函知:系統(tǒng)的特征方程為

它的一般表達式為

目前七十五頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點

根據(jù)勞斯判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是

因特征方程中各項系數(shù)顯然都是大于零的，因此穩(wěn)定條件就只有整理后得常用,理解記憶!!目前七十六頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點eg4：在例題eg3中，已知R=1.0Ω，Ks=44，Ce=0.1925V.min/r，系統(tǒng)運動部分的飛輪慣量GD2=10N.m2。根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標D=10，S≤5%計算，系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K≥53.3，試判別這個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：首先要確定主電路的電感值，用以計算電磁時間常數(shù)。對于V-M系統(tǒng)，為了使主電路電流連續(xù)，應該設置平波電抗器。例題1-3給出的是三相橋式可控整流電路，為了保證最小電流Idmin=10%IdN時電流仍能連續(xù)，應采用式（1-2）計算電樞回路的總電感量，即：目前七十七頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點取L=17mH=0.017H電磁時間常數(shù)：機電時間常數(shù)：閘管裝置的滯后時間常數(shù)為：

為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應滿足的穩(wěn)定條件：

按穩(wěn)態(tài)調速性能指標要求設計時的K≥53.3，顯然，此閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。目前七十八頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點1.3比例積分調節(jié)的直流調速自動控制系統(tǒng)在比例控制直流V-M調速系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)穩(wěn)定性的要求常常是互相矛盾的。根據(jù)自動控制原理，要解決這個矛盾，必須恰當?shù)卦O計動態(tài)校正裝置，用來改造系統(tǒng)。在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，常用串聯(lián)校正和反饋校正。對于帶電力電子變換器的直流閉環(huán)調速系統(tǒng)，傳遞函數(shù)階次較低，一般采用PI調節(jié)器的串聯(lián)校正方案就能完成動態(tài)校正的任務。目前七十九頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點1PI調節(jié)器的性能

(1)積分調節(jié)器++CUexRbalUinR0+A積分調節(jié)器目前八十頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點

UexUinUexmtUinUexOb)階躍輸入時的輸出特性(2)積分調節(jié)器的特性目前八十一頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點(3)轉速的積分控制規(guī)律如果采用積分調節(jié)器，則控制電壓Uc是轉速偏差電壓Un的積分，應有每一時刻Uc

的大小和Un

與橫軸所包圍的面積成正比.目前八十二頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點積分調節(jié)器的輸入和輸出動態(tài)過程a)階躍輸入b)一般輸入輸入和輸出動態(tài)過程目前八十三頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律的根本區(qū)別：比例調節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀，而積分調節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。積分調節(jié)器到穩(wěn)態(tài)時ΔUn=0，只要歷史上有過ΔUn，其積分就有一定數(shù)值，足以產生穩(wěn)態(tài)運行所需要的控制電壓。目前八十四頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點Kpi=R1/R0

τ=R0C1++C1RbalUinR0+AR1Uex(4)比例積分控制規(guī)律

目前八十五頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點UexUinUexmtUinUexOKpiUinPI調節(jié)器輸入，輸出特性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。

目前八十六頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點2PI調節(jié)器與P調節(jié)器的對比

有靜差調速系統(tǒng)當負載轉矩由TL1突增到TL2時，有靜差調速系統(tǒng)的轉速n、偏差電壓Un

和控制電壓Uc

的變化過程示于右圖。目前八十七頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點無靜差調速系統(tǒng)雖然現(xiàn)在Un=0，只要歷史上有過Un，其積分就有一定數(shù)值，足以產生穩(wěn)態(tài)運行所需要的控制電壓Uc。積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律的根本區(qū)別就在于此。目前八十八頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點1.3.3PI調節(jié)的單閉環(huán)直流調速自動控制系統(tǒng)1PI調節(jié)的單閉環(huán)直流調速自動控制系統(tǒng)的結構目前八十九頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點PI調節(jié)的單閉環(huán)直流調速自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結構圖PI調節(jié)的單閉環(huán)直流調速自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算如下：

目前九十頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點注意：準PI調節(jié)器的概念在實際系統(tǒng)中，為了避免運算放大器長期工作時的零點漂移，常常在R1C1兩端再并接一個電阻R’1，以便把放大系數(shù)壓低一些。這樣就成為一個近似的PI調節(jié)器，或稱“準PI調節(jié)器”，系統(tǒng)也只是一個近似的無靜差調速系統(tǒng)。++-UinR0RbalR1C1R’1AUex

準比例積分調節(jié)器

目前九十一頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點※思考題：1在轉速負反饋單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)中，突減負載后系統(tǒng)又進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，此時，輸出電壓Ud是增加，減小還是不變？2在無靜差調速系統(tǒng)中，突加負載后進入穩(wěn)態(tài)時轉速和輸出電壓Ud是增加，減少還是不變？目前九十二頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點3

有一積分器，如下圖a所示，其輸入信號Uin為階躍信號，若反饋信號波形如圖b中的Uf1或Uf2，問:在不考慮積分器限幅時，所示兩種反饋情況下的積分輸出是否一樣？目前九十三頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點eg5：在例題eg4中，已經(jīng)表明，按照穩(wěn)態(tài)調速指標設計的閉環(huán)控制系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。試利用伯德圖設計PI調節(jié)器，使系統(tǒng)能在保證穩(wěn)態(tài)性能要求下穩(wěn)定運行。解：原始系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：已知Ts=0.00167S，Tl=0.017S，Tm=0.075S，在這里，Tm>4Tl，因此分母中的二次項（TmTlS2+TmS+1）可以分解成兩個一次項之積，即：TmTlS2+TmS+1=0.001275S2+0.075S+1=（0.049S+1）（0.026S+1）根據(jù)例題eg3的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算結果，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)為：K=KpKsα/ce=(21×44×0.01158)/0.1925=55.58于是，原始閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是：目前九十四頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點原始系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：02040101001000120.438.5600-20-40-60wc120lgK34.9L/dB-20w/s-1wf-180-900-270o-183-236-4不穩(wěn)定ωc2=30L1L2目前九十五頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點問題的提出：起動的沖擊電流堵轉電流解決辦法：電樞串電阻起動；加積分給定環(huán)節(jié)；引入電流截止負反饋。本節(jié)主要討論如何采用電流截止負反饋來限制起動電流。1.4單閉環(huán)直流調速自動控制系統(tǒng)的限流保護目前九十六頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點電流負反饋作用原理

為了解決反饋閉環(huán)調速系統(tǒng)的起動和堵轉時電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個物理量基本不變，就應該引入那個物理量的負反饋。那么，引入電流負反饋，應該能夠保持電流基本不變，使它不超過允許值。電流負反饋引入方式同時采用轉速和電流負反饋電流截止負反饋？目前九十七頁\總數(shù)一百零七頁\編于七點