1、本講主要內(nèi)容第二節(jié) 單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)分析與設(shè)計(jì)閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)第二章 仿真第221講 由于我們注意到原開(kāi)環(huán)系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)工藝要求的主要與表現(xiàn)是轉(zhuǎn)速降過(guò)大，并且隨著負(fù)載的增大轉(zhuǎn)速降也就越大。 我們有什么方法不讓轉(zhuǎn)速隨電流下降呢？ 有！根據(jù)反饋定理要想維持一個(gè)物理量不變就應(yīng)該引這個(gè)物理量的負(fù)反饋與恒值給定相比較形成閉環(huán)系統(tǒng)。 由于我們注意到原開(kāi)環(huán)系統(tǒng)不能滿足生產(chǎn)工藝要求的主要與表現(xiàn)是轉(zhuǎn)速降過(guò)大，并且隨著負(fù)載的增大轉(zhuǎn)速降也就越大。我們有什么方法不讓轉(zhuǎn)速隨電流下降呢？ 有！根據(jù)反饋定理要想維持一個(gè)物理量不變就應(yīng)該引這個(gè)物理量的負(fù)反饋與恒值給定相比較形成閉環(huán)系統(tǒng)。2022/8/

2、206如何才能使我們構(gòu)造的閉環(huán)系統(tǒng)一定能滿足生產(chǎn)工藝要求呢？2022/8/207第二節(jié) 單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)分析與設(shè)計(jì)一、生產(chǎn)工藝要求與控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降之間的關(guān)系 由圖220可得該控制系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖221所示：圖220圖2212022/8/208第二節(jié) 單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)分析與設(shè)計(jì)一、生產(chǎn)工藝要求與控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降之間的關(guān)系 由圖220可得該控制系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖221所示：圖220圖221由自動(dòng)控制理論可得： 其中： 為調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù) 為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)由自動(dòng)控制理論可得： 其中： 為調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù) 為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)令：KKpKs/Ce (閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù))則有：令：令

3、：KKpKs/Ce (閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù))則有：令：nOcl為閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速nCL為閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)轉(zhuǎn)速降考慮到：nOcl為閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速nCL為閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)轉(zhuǎn)速降考慮到： 對(duì)于單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)。只要任意給定一個(gè)生產(chǎn)工藝的靜態(tài)指標(biāo)要求n要求，總能找出一個(gè)K使得下面的不等式成立：其中：因?yàn)镵p可任意取值，所以K能任意取值。2022/8/2016一、生產(chǎn)工藝要求與控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速降之間的關(guān)系 如果開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降本身就能滿足生產(chǎn)工藝要求所提出的轉(zhuǎn)速降要求，例如： 那么控制系統(tǒng)是否還需要引轉(zhuǎn)速負(fù)反饋？ 答案是肯定的。無(wú)論調(diào)速控制系統(tǒng)是否滿足生產(chǎn)工藝要求都要引轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。為什么呢

4、？2022/8/2017二、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的抗干擾能力 1、當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時(shí)(也就是KS發(fā)生變化 )2022/8/2018二、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的抗干擾能力 2、當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)(也就是IdL發(fā)生變化時(shí) )2022/8/2019二、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的抗干擾能力 3、當(dāng)電樞回路總電阻發(fā)生變化時(shí)(也就是R發(fā)生變化時(shí) )2022/8/2020二、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的抗干擾能力 4、當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁發(fā)生變化時(shí)(也就是Ce發(fā)生變化時(shí) )2022/8/2021二、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的抗干擾能力 5、當(dāng)給定電壓發(fā)生變化時(shí)。2022/8/2022二、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的抗干擾能力 6、當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)

5、的參數(shù)(例如：當(dāng)測(cè)速發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁)發(fā)生變化時(shí)。二、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的抗干擾能力 綜上所述：由于KS(電網(wǎng)電壓)和IdL(負(fù)載)容易變化，而這些變化對(duì)于一個(gè)開(kāi)環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)不具有對(duì)它們產(chǎn)生的破壞作用產(chǎn)生抑制能力，所以，即使開(kāi)環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)滿足生產(chǎn)工藝要求，都要引轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。2022/8/2024 假設(shè)我們所構(gòu)造的閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖如下圖所示。我們按照理論計(jì)算結(jié)果調(diào)整參數(shù)KP ，使它滿足生產(chǎn)工藝提出的靜態(tài)指標(biāo)要求。然后送電起動(dòng)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)不但沒(méi)有工作還出現(xiàn)斷路器過(guò)流跳閘現(xiàn)象？這是什么原因呢？2022/8/2025 假設(shè)我們所制造的閉環(huán)控制系統(tǒng)如下圖所示。我們按照理論計(jì)算結(jié)果調(diào)整參數(shù)然后送電

6、起動(dòng)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)不但沒(méi)有工作還出現(xiàn)斷路器過(guò)流跳閘現(xiàn)象？這是什么原因呢？2022/8/2026 當(dāng)按下起動(dòng)按鈕1S之后給定電壓Un*全部加到運(yùn)算放大器的輸入端，由于慣性電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來(lái)，即使運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)比較小，這么大的給定電壓也能使運(yùn)算放大器立即飽和，晶閘管整流裝置立即達(dá)到最大值。2022/8/2027 由于電樞回路總電阻一般都很小，電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)還沒(méi)有建立起來(lái)，所以電樞電流立即超過(guò)最大允許值，而使自動(dòng)開(kāi)關(guān)跳閘。如何來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題呢？2022/8/2028三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法 限流保護(hù)設(shè)計(jì)思想：僅當(dāng)電樞電流超過(guò)最大允許值時(shí)，電流反饋才能起作用，正常工作

7、時(shí)不起作用。限流保護(hù)方法分為兩大類：一類，從晶閘管整流裝置的直流側(cè)引限流保護(hù)；一類，從晶閘管整流裝置的交流側(cè)引限流保護(hù)。 2022/8/2029三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法 限流保護(hù)設(shè)計(jì)思想：僅當(dāng)電樞電流超過(guò)最大允許值時(shí)，電流反饋才能起作用，正常工作時(shí)不起作用。限流保護(hù)方法分為兩大類：一類，從晶閘管整流裝置的直流側(cè)引限流保護(hù)；一類，從晶閘管整流裝置的交流側(cè)引限流保護(hù)。 1、從晶閘管整流裝置的直流側(cè)引限流保護(hù)從晶閘管整流裝置的直流側(cè)加限流保護(hù)的常見(jiàn)方法也有兩種：1）利用獨(dú)立直流電壓作比較電壓2022/8/2030三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法 1、從晶閘管整流裝置的直流側(cè)引限流保護(hù)

8、從晶閘管整流裝置的直流側(cè)加限流保護(hù)的常見(jiàn)方法也有兩種：1）利用獨(dú)立直流電壓作比較電壓2022/8/2031三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法 1、從晶閘管整流裝置的直流側(cè)引限流保護(hù)從晶閘管整流裝置的直流側(cè)加限流保護(hù)的常見(jiàn)方法也有兩種：2）利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓2022/8/2032三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法 這兩種方法的工作原理都一樣，但是應(yīng)用領(lǐng)域不一樣。利用獨(dú)立直流電壓作比較電壓方法適用于在實(shí)驗(yàn)室搞科學(xué)研究用；利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓的方法在調(diào)速器中廣泛使用。2022/8/2033三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法 這兩種方法的工作原理都一樣，但是應(yīng)用領(lǐng)域不一樣。利用獨(dú)立直流電壓

9、作比較電壓方法適用于在實(shí)驗(yàn)室搞科學(xué)研究用；利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓的方法在調(diào)速器中廣泛使用。2022/8/2034三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法 2、從晶閘管整流裝置的交流側(cè)引限流保護(hù)從晶閘管整流裝置的交流側(cè)加限流保護(hù)的常見(jiàn)方法如下圖所示：此方法有四大優(yōu)點(diǎn)：主回路不用人為增加電流反饋電阻就能把電流反饋到控制電路。電流互感器起到了控制電路與主電路隔離的作用。無(wú)論給定電壓是什么極性，都有電流截止負(fù)反饋的效果。由于互感器的存在，有增加主回路平波電抗器效果的作用。2022/8/2035三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法在使用和維修這種限流保護(hù)方法時(shí)提請(qǐng)大家注意：一般電流反饋電阻RS在功率比較大的

10、控制系統(tǒng)中不是人為的加進(jìn)去的而是利用兩塊導(dǎo)體之間的接觸電阻作電流反饋電阻RS。如圖所示。 直流調(diào)速器2022/8/2036三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法在使用和維修這種限流保護(hù)方法時(shí)提請(qǐng)大家注意：一般電流反饋電阻RS在功率比較大的控制系統(tǒng)中不是人為的加進(jìn)去的而是利用兩塊導(dǎo)體之間的接觸電阻作電流反饋電阻RS。如圖所示。 2022/8/2037三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法在使用和維修這種限流保護(hù)方法時(shí)提請(qǐng)大家注意：在使用時(shí)必須加光電隔離才能使用。如果不加光電隔離容易把強(qiáng)電引弱電控制電路中。如果沒(méi)有特別聲明規(guī)定：最大允許電流為(堵轉(zhuǎn)電流)：Idu=2Ie臨界截止電流：Idj=1.21.

11、8 Ie2022/8/2038三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法在使用和維修這種限流保護(hù)方法時(shí)提請(qǐng)大家注意：在使用時(shí)必須加光電隔離才能使用。如果不加光電隔離容易把強(qiáng)電引弱電控制電路中。如果沒(méi)有特別聲明規(guī)定：最大允許電流為(堵轉(zhuǎn)電流)：Idu=2Ie臨界截止電流：Idj=1.21.8 Ie2022/8/2039三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法在使用和維修這種限流保護(hù)方法時(shí)提請(qǐng)大家注意：這三種限流方法的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖相同。2022/8/2040三、單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的限流保護(hù)方法 調(diào)速控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)過(guò)流保護(hù)環(huán)節(jié)的改造之后，進(jìn)行第二次實(shí)際送電。這次送電之后，解決了電流過(guò)大的問(wèn)題，但是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速忽高

12、忽低的現(xiàn)象？ 從控制理論的角度說(shuō)就是振蕩，出現(xiàn)振蕩如何解決呢？轉(zhuǎn)速波形2022/8/2041四、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及校正1、穩(wěn)定條件 由單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可得到如下特征方程：2022/8/2042四、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及校正1、穩(wěn)定條件 由單閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可得到如下特征方程：2022/8/2043四、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及校正1、穩(wěn)定條件 根據(jù)控制理論當(dāng)中有一個(gè)判定系統(tǒng)是否穩(wěn)定的定理：兩內(nèi)項(xiàng)系數(shù)的乘積大于兩外項(xiàng)系數(shù)的乘積系統(tǒng)是一個(gè)穩(wěn)定性系統(tǒng)，可得：整理可得：2022/8/2044四、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及校正1、穩(wěn)定條件 根據(jù)控制理論當(dāng)中有一個(gè)判定系統(tǒng)是否穩(wěn)定的定理：兩內(nèi)

13、項(xiàng)系數(shù)的乘積大于兩外項(xiàng)系數(shù)的乘積系統(tǒng)是一個(gè)穩(wěn)定性系統(tǒng)，可得：整理可得：2022/8/2045四、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及校正1、穩(wěn)定條件 整理可得： 此穩(wěn)定條件規(guī)定了閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K的選擇上限；而生產(chǎn)工藝靜態(tài)指標(biāo)要求又規(guī)定了閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K的選擇下限。兩者出現(xiàn)矛盾是經(jīng)常發(fā)生的，例如：2022/8/2046四、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及校正1、穩(wěn)定條件 整理可得： 此穩(wěn)定條件規(guī)定了閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K的選擇上限；而生產(chǎn)工藝靜態(tài)指標(biāo)要求又規(guī)定了閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益K的選擇下限。兩者出現(xiàn)矛盾是經(jīng)常發(fā)生的，例如：2022/8/2047四、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及校正1、穩(wěn)定條件 已知Tm=0.045S；TL=

14、0.012S；TS=0.0017S，將這三個(gè)參數(shù)代入公式(2-1)可得控制系統(tǒng)穩(wěn)定的條件是：K30.36如果此控制系統(tǒng)滿足生產(chǎn)工藝靜態(tài)指標(biāo)要求的條件是：K41.6。矛盾產(chǎn)生了，如何解決呢？2022/8/2048四、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及校正2 、動(dòng)態(tài)校正1) 問(wèn)題解決的主要思想是：因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性只與控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)有關(guān)，而生產(chǎn)工藝靜態(tài)指標(biāo)要求的條件又只與控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)有關(guān)。也就是說(shuō)控制系統(tǒng)對(duì)K的這兩個(gè)要求不是發(fā)生在同一個(gè)時(shí)域，因此就出現(xiàn)了下面的校正方案。動(dòng)態(tài)時(shí)放大倍數(shù)自動(dòng)變小，穩(wěn)態(tài)時(shí)放大倍數(shù)自動(dòng)變大。2022/8/2049四、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及校正2) 實(shí)現(xiàn)方法：考慮到能任意改變K

15、值大小的關(guān)鍵參數(shù)是放大器的放大倍數(shù)KP，所以有如右圖所示方法。動(dòng)態(tài)時(shí)電容相當(dāng)于短路，此時(shí)的放大倍數(shù)KP為：穩(wěn)態(tài)時(shí)電容相當(dāng)于開(kāi)路，此時(shí)的放大倍數(shù)KP為：2022/8/2050四、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及校正2) 實(shí)現(xiàn)方法：考慮到能任意改變K值大小的關(guān)鍵參數(shù)是放大器的放大倍數(shù)KP，所以有如右圖所示方法。動(dòng)態(tài)時(shí)電容相當(dāng)于短路，此時(shí)的放大倍數(shù)KP為：穩(wěn)態(tài)時(shí)電容相當(dāng)于開(kāi)路，此時(shí)的放大倍數(shù)KP為：2022/8/2051四、控制系統(tǒng)的穩(wěn)定條件及校正 2) 實(shí)現(xiàn)方法： 只要我們選擇適當(dāng)?shù)腞1和R2就能使控制系統(tǒng)出現(xiàn)： 動(dòng)態(tài)時(shí)：K30.6 穩(wěn)態(tài)時(shí)：K41.6 這種校正方法在自動(dòng)控制理論稱為串聯(lián)校正。2022/8/2052五、系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算（靜態(tài)參數(shù)計(jì)算） 所謂穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算是指：對(duì) Ce、KS、R、KP、 這些參數(shù)的計(jì)算。如下圖所示， 在這些參數(shù)中僅有KP這一個(gè)參數(shù)可以根據(jù)生產(chǎn)工藝