機(jī)電傳動(dòng)控制課件第1頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和分類開環(huán)控制系統(tǒng)：只有控制量(輸入量)對(duì)被控制量(輸出量)的單向控制作用，而不存在被控制量對(duì)控制量的影響和聯(lián)系．閉環(huán)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)。故又稱閉環(huán)控制系統(tǒng)或反饋控制系統(tǒng)。一、自動(dòng)控制系統(tǒng)分類：（1）從組成原理上分類第2頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五特點(diǎn)：系統(tǒng)簡(jiǎn)單；控制精度不高。閉環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)：特點(diǎn)：系統(tǒng)較復(fù)雜；控制精度高。第一節(jié)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和分類一、自動(dòng)控制系統(tǒng)分類：（1）從組成原理上分類（2）按反饋方式的不同，可分為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋、電勢(shì)負(fù)反饋、電壓負(fù)反饋及電流正反饋控制系統(tǒng)；（3）按系統(tǒng)的復(fù)雜程度，可分為

單環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和多環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；第3頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（4）按系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)被調(diào)量與給定量有無(wú)差別，可分為

有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)和無(wú)靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（5）按給定量變化的規(guī)律，可分為

定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)和隨動(dòng)系統(tǒng)。（6）按調(diào)節(jié)動(dòng)作與時(shí)間的關(guān)系，可分為

斷續(xù)控制系統(tǒng)和連續(xù)控制系統(tǒng)；（7）按系統(tǒng)中所包含的元件特性，可分為

線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)。第一節(jié)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和分類一、自動(dòng)控制系統(tǒng)分類：第4頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、一般自動(dòng)控制系統(tǒng)組成：給定環(huán)節(jié)

放大調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)執(zhí)行環(huán)節(jié)被調(diào)對(duì)象

被調(diào)量

擾動(dòng)測(cè)量環(huán)節(jié)比較Ug+

—EBRn第一節(jié)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和分類第5頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案選擇一、調(diào)速方法純機(jī)械方法調(diào)速:

通過(guò)變速齒輪箱或幾套變速皮帶輪或其他變速機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)；純電氣方法調(diào)速:通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械持性實(shí)現(xiàn)，這時(shí)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、只一套變速齒輪或皮帶輪；電氣與機(jī)械配合調(diào)速:

用電動(dòng)機(jī)來(lái)得到多種轉(zhuǎn)速，同時(shí)，又用機(jī)械變速機(jī)構(gòu)的換檔來(lái)進(jìn)行變速。電氣調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率,操作簡(jiǎn)單。易于獲得無(wú)級(jí)調(diào)速，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制，因此，在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛應(yīng)用。第6頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二.技術(shù)指標(biāo)要求

靜態(tài)指標(biāo)：

1）調(diào)速范圍：D=nmax/nmin2）靜差度：S=n0-nN/n0用來(lái)表示生產(chǎn)機(jī)械的相對(duì)穩(wěn)定性；3）調(diào)速的平滑性，通常用兩個(gè)相鄰調(diào)速級(jí)的轉(zhuǎn)速差來(lái)衡量。第二節(jié)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案選擇第7頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

動(dòng)態(tài)指標(biāo)：

1）最大超調(diào)量過(guò)渡過(guò)程時(shí)間T振蕩次數(shù)N第二節(jié)機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案選擇第8頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)晶閘管電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)

分類：G—M，SCR--M第9頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.有靜差調(diào)速系統(tǒng)（轉(zhuǎn)速負(fù)反饋）自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程:Ug一定時(shí),TL

UfUdnU

UKn

一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第10頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

開環(huán)時(shí)

Ug一定時(shí)

若n0f=n0時(shí)

閉環(huán)時(shí)

一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第11頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五開環(huán):

若nmax和S2不變時(shí)閉環(huán):增大K是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落，擴(kuò)大D的有效措施。

轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動(dòng)作用（如負(fù)載變化、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化、晶閘管電源電壓的變化）對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。但測(cè)量元件本身的誤差對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響是無(wú)法克服的。

一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第12頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

結(jié)論：

閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)系統(tǒng)更多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差度S的條件下，能夠提高D，為此付出的代價(jià)是增設(shè)檢測(cè)反饋裝置和放大器。

一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第13頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五2.有靜差調(diào)速系統(tǒng)（電壓負(fù)反饋）

一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第14頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

有靜差調(diào)速系統(tǒng)（電壓負(fù)反饋）特點(diǎn)：（1）采用電位計(jì)取電壓量，線路簡(jiǎn)單；（2）穩(wěn)速效果不好，主要用作防止過(guò)壓，改善動(dòng)態(tài)特性、加快過(guò)渡過(guò)程；（3）對(duì)由于電樞電阻而引起的降壓不能補(bǔ)償（反饋環(huán)外），U=E+IaR。

有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用比例放大器，所以系統(tǒng)總存在靜差。若采用PI放大器則可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差系統(tǒng)。

一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第15頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3、無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)（轉(zhuǎn)速負(fù)反饋）

一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第16頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1）無(wú)差元件PI調(diào)節(jié)器：P：響應(yīng)快，反應(yīng)快速性；I：響應(yīng)慢，穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。

一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第17頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)2）自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程:調(diào)節(jié)初期，P調(diào)節(jié)起主要作用，使轉(zhuǎn)速迅速回升，

反應(yīng)了系統(tǒng)的快速性；調(diào)節(jié)末期，I調(diào)節(jié)起主要作用，最終消除偏差，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。第18頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1、調(diào)節(jié)初期，P調(diào)節(jié)起主要作用，使轉(zhuǎn)速迅速回升，

反應(yīng)了系統(tǒng)的快速性；調(diào)節(jié)末期，I調(diào)節(jié)起主要作

用，最終消除偏差，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差。既能獲

得較高的靜態(tài)精度，又具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。2、系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差，但動(dòng)態(tài)過(guò)程中有偏差，即動(dòng)態(tài)速

降。3、實(shí)際的無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)由于放大器、檢測(cè)裝置的誤

差存在，還是有一定的偏差。結(jié)論：

一、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第19頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1.轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

由PI調(diào)節(jié)器組成的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)，可以滿足一般生產(chǎn)機(jī)械的要求，但有些負(fù)載要求正反轉(zhuǎn)，啟制動(dòng)（如龍門刨床），為了提高生產(chǎn)效率，過(guò)渡過(guò)程越短越好。由T=KmIa

知：若保證Ia=Imax則過(guò)渡過(guò)程最短。單閉環(huán)系統(tǒng)只保證n恒定，而對(duì)I沒(méi)有控制。反饋控制規(guī)律：要想保持某量不變，則引入該量的負(fù)反饋。因此，可在轉(zhuǎn)速環(huán)基礎(chǔ)上增加一個(gè)電流環(huán)，形成雙閉環(huán)系統(tǒng)。

第三節(jié)晶閘管電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)第20頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五速度負(fù)反饋（速度環(huán)）電流負(fù)反饋（電流環(huán)）2.組成：1）雙環(huán)：轉(zhuǎn)速環(huán)--外環(huán)，電流環(huán)--內(nèi)環(huán)； 2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR，電流調(diào)節(jié)器ACR都是PI結(jié)構(gòu)。ASR的輸出信號(hào)作為ACR的輸入信號(hào)，ACR的輸出信號(hào)Uk控制整流器，從而控制Udn。

二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第21頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.靜態(tài)分析:ASR、ACR都是具有限幅的PI調(diào)節(jié)器，特點(diǎn)：調(diào)節(jié)器一旦飽和，輸出為恒值，輸出信號(hào)不再受輸入信號(hào)變化的影響；只有當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)值時(shí)，調(diào)節(jié)器退飽和，輸出信號(hào)才受輸入信號(hào)的控制。

二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第22頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.靜態(tài)分析:

在雙閉環(huán)中，ASR有兩種狀態(tài)：飽和，不飽和狀態(tài)。ACR只有一種狀態(tài)：不飽和。1）開始時(shí)，系統(tǒng)加Ugn，因n不能立即建立，則Ufn→0，偏差電壓很大。ASR進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出最大值Ugi=Ugimax，相當(dāng)于轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，只有電流環(huán)，系統(tǒng)進(jìn)行恒電流無(wú)靜差調(diào)節(jié)。

二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第23頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.靜態(tài)分析:

在雙閉環(huán)中，ASR有兩種狀態(tài)：飽和，不飽和狀態(tài)。ACR只有一種狀態(tài)：不飽和。1）開始時(shí)，系統(tǒng)加Ugn，因n不能立即建立，則Ufn→0，偏差電壓很大。ASR進(jìn)入飽和狀態(tài)，輸出最大值Ugi=Ugimax，相當(dāng)于轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，只有電流環(huán)，系統(tǒng)進(jìn)行恒電流無(wú)靜差調(diào)節(jié)。2）當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速因慣性出現(xiàn)超調(diào)，ASR退飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)起作用，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差調(diào)節(jié)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，偏差電壓、偏差電流為0，n恒定，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第24頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五I電流上升階段：突加Ugn，n不能突變，偏差電壓很大，ASR飽和。給ACR提供一個(gè)恒定的給定信號(hào)，建立起I。只有電流環(huán)起作用，當(dāng)Ia>IL有n。II恒流升速階段：當(dāng)I=Imax,在PI作用下,ACR恒流調(diào)節(jié),n線性增加。III轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段：當(dāng)Ufn>Ugn,ASR退飽和，雙環(huán)作用,直到穩(wěn)定狀態(tài).4.動(dòng)態(tài)分析:第25頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)：

系統(tǒng)的調(diào)整性能好、有很硬的靜持性，基本上無(wú)

靜差；

動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，啟動(dòng)時(shí)間短；兩個(gè)調(diào)節(jié)器可分別設(shè)計(jì)．調(diào)整方便(先調(diào)電流環(huán)，

再調(diào)速度環(huán))；系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)。所以，它在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

二、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第26頁(yè)，共28頁(yè)，2023年，2月20日，星期五