第二章 自動控制系統(tǒng)

第二章直流調(diào)速系統(tǒng)2.1直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

一旋轉(zhuǎn)變流機組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)

二晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)

三脈沖寬度調(diào)制直流調(diào)速系統(tǒng)

四直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

一閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器

二單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

三帶電流截止負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

四閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計下一頁第二章直流調(diào)速系統(tǒng)2.3多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性

二轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能

三三環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

四雙域控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.4晶閘管-電機閉環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)

一有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

二可控環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)

三邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)上一頁下一頁第二章直流調(diào)速系統(tǒng)2.5閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法

一典型系統(tǒng)及性能分析

二調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法

三轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計返回一

旋轉(zhuǎn)變流機組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)以旋轉(zhuǎn)變流機組作為可控電源供電的直流調(diào)速系統(tǒng)叫發(fā)電機-電機系統(tǒng)，簡稱G-M系統(tǒng)，國際上通稱為Ward-Leonand系統(tǒng)，其原理圖如圖2.1所示圖2.2返回圖2.1旋轉(zhuǎn)變流機組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)）

返回圖2.2G-M系統(tǒng)的機械特性曲線

返回二

晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)(一)晶閘管脈沖相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)介紹

圖2.3(二)V-M系統(tǒng)的機械特性1.有源逆變的工作原理圖2.4，圖2.5，圖2.6，圖2.72.相位控制系統(tǒng)的機械特性圖2.8，圖2.9，圖2.10，圖2.11(三)晶閘管脈沖相位控制可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)

圖2.13

1

兩組晶閘管可逆線路中的環(huán)流問題圖2.12，圖2.142

相位控制有環(huán)流可逆系統(tǒng)機械特性及動態(tài)工作情況

圖2.15，圖2.163

相位控制無環(huán)流可逆系統(tǒng)返回圖2.3晶閘管-電機調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（V-M系統(tǒng)）返回圖2.4G-M系統(tǒng)功率傳送

(a)G→M；

(b)G←M

返回圖2.5晶閘管電路的整流與逆變

（a）整流狀態(tài)；（b）逆變狀態(tài)

返回圖2.6

變流器平均輸出電壓特性

返回圖2.7有源逆變換流失敗波形

返回圖2.8V-M系統(tǒng)工作情況

（a）線路；（b）電流斷續(xù)時工作波形；（c）電流斷續(xù)狀況得到改善的工作波形；（d）電流連續(xù)時工作波形

返回圖2.9V-M系統(tǒng)主電路等效電路

返回圖2.10V-M系統(tǒng)機械特性

返回圖2.11三相零式電路輸出電壓和電流波形圖

返回圖2.12兩組晶閘管反并聯(lián)可逆線路

Id—負載電流；Ic—環(huán)流；Rrec—整流裝置內(nèi)阻

返回圖2.13

三相橋式可逆線路

（a）反并聯(lián)線路；（b）交叉連接線路

返回圖2.14三相零式反并聯(lián)可逆電路環(huán)流分析

(a)主電路；(b)正阻輸出電壓波形；(c)反阻輸出電壓波形；(d)正、反阻電壓差和環(huán)流波形

返回圖2.15

合成機械特性

返回圖2.16α=β配合控制時可逆系統(tǒng)的減速制動過程

返回三脈沖寬度調(diào)制直流調(diào)速系統(tǒng)脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation）簡稱PWM。由脈沖寬度調(diào)制變換器向電機供電的系統(tǒng)稱脈寬調(diào)制傳動系統(tǒng)，簡稱PWM傳動系統(tǒng)(一)脈寬調(diào)制不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)圖2.18,圖2.19(二)脈寬調(diào)制可逆直流調(diào)速系統(tǒng)圖2.20（1）雙極式工作制（2）單極式工作制(三)脈寬調(diào)制直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性

PWM傳動系統(tǒng)開環(huán)機械特性

圖2.21返回圖2.18簡單的不可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)

（a）原理圖；（b）電壓和電流波形

返回圖2.19有制動能力的直流PWM傳動系統(tǒng)

（a）原理圖；（b）電流大于零時的電壓和電流波形；（c）電流小于零時的電壓和電流波形；(d)電流較小時的電壓和電流波形

返回圖2.20H型可逆PWM傳動系統(tǒng)

（a）原理圖；（b）電壓和電流波形

返回圖2.21電流連續(xù)時PWM傳動系統(tǒng)的開環(huán)機械特性

返回圖2.21

簡單不可逆PWM傳動系統(tǒng)輕載時的電壓、電流波形

返回圖2.22簡單不可逆PWM傳動系統(tǒng)的開環(huán)機械特性

返回四直流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)(一)晶閘管變流裝置的傳遞函數(shù)

圖2.22

(二)電機的傳遞函數(shù)（1）電流連續(xù)時直流電機的傳遞函數(shù)

圖2.23，2.24（2）電流斷續(xù)時直流電機的傳遞函數(shù)

圖2.25\26，2.27(三)脈沖寬度調(diào)制變換器的傳遞函數(shù)返回圖2.22晶閘管觸發(fā)變流裝置的失控時間

返回圖2.23直流電機等效電路

返回圖2.24電流連續(xù)時電機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

(a)結(jié)構(gòu)圖；(b)簡化后的結(jié)構(gòu)圖

返回圖2.25,26電流連續(xù)和斷續(xù)時的電流響應(yīng)

（a）電流連續(xù)時的電流響應(yīng)；（b）電流斷續(xù)時的電流響應(yīng)

返回圖2.27電流斷續(xù)時電機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

(a)結(jié)構(gòu)圖；

(b)簡化后的結(jié)構(gòu)圖

返回一

閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器(一)調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)圖2.28,2.29(二)常用調(diào)節(jié)器1.比例（P）調(diào)節(jié)器

圖2.30

2.積分（I）調(diào)節(jié)器

圖2.31

3.比例積分（PI）調(diào)節(jié)器

圖2.32(三)調(diào)節(jié)器輔助電路1.輸出限幅電路

圖2.33,圖2.342.封鎖電路3.輸入濾波電路

圖2.35返回圖2.28運算放大器構(gòu)成的調(diào)節(jié)器

返回圖2.29綜合多個信號的調(diào)節(jié)器

（a）原理圖；（b）結(jié)構(gòu)圖Z01≠Z02；（c）結(jié)構(gòu)圖Z01=Z02

返回圖2.30比例調(diào)節(jié)器

（

a）原理圖；（b）階躍響應(yīng)

返回圖2.31積分調(diào)節(jié)器

（a）原理圖；（b）階躍響應(yīng)

返回圖2.32

比例積分調(diào)節(jié)器

（a）原理圖；（b）階躍響應(yīng)

返回圖2.33二極管鉗位的外限幅電路和封鎖電路

返回圖2.34內(nèi)限幅電路

（a）穩(wěn)壓管鉗位的內(nèi)限幅電路；（b）二極管鉗位的內(nèi)限幅電路返回圖2.35含濾波輸入的PI調(diào)節(jié)器

（a）原理圖；（b）結(jié)構(gòu)圖

返回二

單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)(一)單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)組成及靜特性

圖2.36,

圖2.37,圖2.38,圖2.39(二)單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)特性圖2.40

(三)其他單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)圖2.41,圖2.42

(四)無靜差調(diào)速系統(tǒng)及積分控制規(guī)律

圖2.43,圖2.44返回圖2.36單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)原理圖

返回圖2.37單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖

返回圖2.38閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機械特性的關(guān)系

返回圖2.39閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的給定和擾動作用

返回圖2.40單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

返回圖2.41電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng)

（a）原理圖；（b）靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖

返回圖2.42

帶電流正反饋的電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng)

（a）原理圖；（b）靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖

返回圖2.43

無靜差調(diào)速系統(tǒng)原理圖

返回圖2.44無靜差系統(tǒng)的抗擾動過程

返回三帶電流截止負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(一)電流截止負反饋的引入

圖2.45

(二)帶電流截止負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性

圖2.46，圖2.47，圖2.48(三)帶電流截止負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動過程圖2.49返回圖2.45帶電流截止負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

返回圖2.46

電流截止負反饋環(huán)節(jié)的輸入輸出特性

返回圖2.47

帶電流截止負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖

返回圖2.48帶電流截止負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性

返回圖2.49調(diào)速系統(tǒng)啟動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形

（a）帶電流截止負反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動過程；（b）理想快速啟動過程

返回四閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(一)系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)

1.跟隨性能指標(biāo)圖2.50，圖2.51

2.抗擾性能指標(biāo)

圖2.52(二)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計舉例

第一步，靜態(tài)設(shè)計（1）根據(jù)性能指標(biāo)要求，求系統(tǒng)允許的速降。（2）根據(jù)Δncl求閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)K

（3）測速反饋環(huán)節(jié)參數(shù)計算（4）電流截止環(huán)節(jié)設(shè)計第二步，動態(tài)設(shè)計（1）系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析（2）系統(tǒng)的動態(tài)校正圖2.53返回圖2.50典型的階躍響應(yīng)曲線和跟隨性能指標(biāo)

返回圖2.51幅頻特性

（a）開環(huán)對數(shù)幅頻特性；（b）閉環(huán)幅頻特性返回圖2.52突加擾動的動態(tài)過程和抗擾性能指標(biāo)

返回圖2.53閉環(huán)系統(tǒng)的串聯(lián)校正

①被校正系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性；②校正后系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性；③校正環(huán)節(jié)的對數(shù)幅頻特性返回一

轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性(一)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成圖2.54(二)靜特性分析圖2.55,圖2.56返回圖2.54轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖ASR—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；GT—觸發(fā)裝置；Un*、Un—轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓；Ui*、Ui—電流給定電壓和電流反饋電壓

返回圖2.55雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖

αn—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；βi—電流反饋系數(shù)

返回圖2.56雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性

返回二

轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能圖2.57轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖(一)啟動過程分析

圖2.58第Ⅰ階段——電流上升階段第Ⅱ階段——恒流升速階段第Ⅲ階段——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段(二)動態(tài)抗擾動性能返回圖2.57轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖返回圖2.58雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動過程返回三三環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)(一)帶電流變化率的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

圖2.59

帶電流變化率環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(二)帶電壓內(nèi)環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在實際系統(tǒng)中，特別是在大容量的對動態(tài)性能要求較高的調(diào)速系統(tǒng)中，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速、電流、電壓三環(huán)控制的結(jié)構(gòu)形式

圖2.60

帶電壓內(nèi)環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)返回圖2.59

帶電流變化率環(huán)的三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

ADR—電流變化率調(diào)節(jié)器

返回

圖2.60帶電壓內(nèi)環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)

AVR—電壓調(diào)節(jié)器；TVD—直流電壓隔離變換器

返回四雙域控制的直流調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，再單獨設(shè)置一個調(diào)磁電位器，通過勵磁電流調(diào)節(jié)來控制電機磁通，即可實現(xiàn)弱磁調(diào)速，這種系統(tǒng)稱為獨立控制勵磁的雙域控制直流調(diào)速系統(tǒng)圖2.61

雙域控制的直流調(diào)速系統(tǒng)返回圖2.61

雙域控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

RP1—調(diào)速電位器；RP2—基速電動勢給定電位器；AE—電動勢運算器；AER—電動勢調(diào)節(jié)器；AFR——勵磁電流調(diào)節(jié)器；UFC—勵磁電流可控整流裝置

返回一

有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)(一)α=β配合控制的觸發(fā)控制特性

圖2.62

觸發(fā)裝置的移相控制特性(二)有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖圖2.63

有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖(三)動態(tài)過程分析圖2.64

有環(huán)流系統(tǒng)速度反向過程（1）本橋逆變階段（2）它橋制動階段（3）反向啟動階段

返回圖2.62

觸發(fā)裝置的移相控制特性返回圖2.63

有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖返回圖2.64

有環(huán)流系統(tǒng)速度反向過程返回二

可控環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)圖2.65

可控環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖根據(jù)實際情況來控制環(huán)流的大小和有無，揚環(huán)流之長而避其短，這樣的系統(tǒng)稱為可控環(huán)流的可逆調(diào)速系統(tǒng)

返回圖2.65

可控環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理圖返回三邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)(一)邏輯切換的條件

邏輯切換的條件是：①電流極性鑒別信號Ui*變號；②出現(xiàn)零電流信號圖2.66

邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)(二)無環(huán)流邏輯控制器

無環(huán)流邏輯控制器可由電平檢測、邏輯判斷、延時電路和聯(lián)鎖保護四個基本環(huán)節(jié)組成圖2.67

無環(huán)流邏輯控制器DLC原理圖返回圖2.66邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)

DLC—無環(huán)流邏輯控制器返回圖2.67無環(huán)流邏輯控制器DLC原理圖返回一

典型系統(tǒng)及性能分析(一)典型系統(tǒng)描述1.典型Ⅰ型系統(tǒng)

圖2.682.典型Ⅱ型系統(tǒng)圖2.69(二)典型Ⅰ型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系

1.典型Ⅰ型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系2.典型Ⅰ型系統(tǒng)抗擾動性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系

圖2.70,圖2.71(三)典型Ⅱ型系統(tǒng)參數(shù)和性能指標(biāo)的關(guān)系

圖2.72

1.典型Ⅱ型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系

圖2.732.典型Ⅱ型系統(tǒng)抗擾動性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系返回圖2.68

典型Ⅰ型系統(tǒng)

（a）閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；（b）開環(huán)對數(shù)頻率特性

返回圖2.69

典型Ⅱ型系統(tǒng)（a）閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；（b）開環(huán)對數(shù)頻率特性返回圖2.70擾動作用下的典型Ⅰ型系統(tǒng)及其等效結(jié)構(gòu)圖

（a）典型Ⅰ型系統(tǒng)；（b）圖（a）所示系統(tǒng)的等效結(jié)構(gòu)圖返回圖2.7