直流傳動控制系統(tǒng)的分析直流傳動系統(tǒng)具有良好的起、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的各種生產(chǎn)機械中得到了廣泛的應用。從生產(chǎn)機械要求控制的物理量看，電氣傳動控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)等，各種系統(tǒng)往往通過控制轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的直流傳動控制系統(tǒng)本節(jié)應了解的問題直流調(diào)速控制系統(tǒng)的控制要求和靜態(tài)指標靜態(tài)指標與機械特性之間的關系靜態(tài)指標參數(shù)之間的關系開環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)特點閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)特點開環(huán)與閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)特性之間關系調(diào)速控制系統(tǒng)的動態(tài)指標一、調(diào)速系統(tǒng)的控制要求和

調(diào)速系統(tǒng)靜指標

任何一臺需要控制轉(zhuǎn)速的設備，其生產(chǎn)工藝對調(diào)速性能都有一定的要求。歸納起來，對于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個方面：2）穩(wěn)速——以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在各種干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；1、

控制要求1）調(diào)速——在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地（有級）或平滑地（無級）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；3）加、減速——頻繁起、制動的設備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則要求起，制動盡量平穩(wěn)。2、調(diào)速系統(tǒng)靜指標調(diào)速范圍定義：生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示，即其中nmin

和nmax

一般都指電動機額定負載時的轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負載很輕的機械，例如精密磨床，也可用實際負載時的轉(zhuǎn)速。靜差率定義：負載由理想空載增加到額定值時所對應的轉(zhuǎn)速降落nN

，與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差率s，即或用百分數(shù)表示式中nN=n0-nN

3、靜差率與機械特性的關系靜差率是衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化時轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。與機械特性硬度有關硬度大s小硬度小s大與系統(tǒng)的工作速度有關理想空載低s大理想空載高s小相同硬度靜差率bTeNTen0an0b?

nNa

?

nNb

nO不同轉(zhuǎn)速下的靜差率例如：某電動機在理想空載轉(zhuǎn)速n0為

1000r/min時降落10r/min，靜差率只占1%；n0為

100r/min時同樣降落10r/min，靜差率就占10%；如果n0只有10r/min時，再降落10r/min，靜差率就占100%，這時電動機已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速全部降落完了。因此，調(diào)速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義。調(diào)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。4、調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關系設：電機額定轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為nN，則按照上面分析的結(jié)果，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(zhuǎn)速為而調(diào)速范圍為將上面的式代入nmin，得

上式表示調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間所應滿足的關系。對于同一個調(diào)速系統(tǒng)，nN

值一定，由式可見，如果對靜差率要求越嚴，即要求s值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。

結(jié)論

一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。例題1-1某直流調(diào)速系統(tǒng)電動機額定轉(zhuǎn)速為nN=1430r/min，額定速降nN

=115r/min，當要求靜差率s≤30%時，允許多大的調(diào)速范圍？如果要求靜差率s≤20%，則調(diào)速范圍是多少？如果希望調(diào)速范圍達到10，所能滿足的靜差率是多少？解要求s≤30%時，調(diào)速范圍為若要求s≤20%，則調(diào)速范圍只有若調(diào)速范圍達到10，則靜差率只能是二、開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其特性若直流調(diào)速系統(tǒng)是開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，即系統(tǒng)的輸出量不返送到輸入端，系統(tǒng)組成如下圖。開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖+-AM+-UdId+-?UnU*nUcUPE+-開環(huán)控制系統(tǒng)的特點是：控制裝置與受控對象只有順向作用而無反向聯(lián)系；每個輸入量對應一個輸出量，系統(tǒng)的控制精度完全取決系統(tǒng)元器件和特性調(diào)整的準確度；系統(tǒng)抗干擾能力差。因此，當系統(tǒng)對干擾影響要求不高，并且控制精度要求不高時，可采用開環(huán)控制系統(tǒng)。

例題2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，電動機電動勢系數(shù)CeΦ=0.2V·r

/

min。如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率s≤5%，采用開環(huán)調(diào)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？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)機械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率為

這已大大超過了5%的要求，更不必談調(diào)到最低速了。如果要求D=20，s

≤

5%，則由D，S與nN關系可知由上例可以看出，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的額定速降是275r/min，而生產(chǎn)工藝的要求卻只有2.63r/min，相差幾乎百倍！由此可見，開環(huán)調(diào)速已不能滿足要求，需采用反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)來解決這個問題。結(jié)論：開環(huán)調(diào)速只能用在對靜差率要求不高的直流調(diào)速控制系統(tǒng)三、閉環(huán)調(diào)購速系統(tǒng)鄉(xiāng)豐的組成臉及其墊靜特性根據(jù)駁自動凈控制浩原理衰，反臣饋控甘制的雪閉環(huán)欄系統(tǒng)耳是按被調(diào)遙量的偏藝差進行忘控制的魚系統(tǒng)，只物要被橡調(diào)量疏出現(xiàn)槳偏差謙，它棟就會攻自動齡產(chǎn)生渠糾正拿偏差王的作凍用。調(diào)速系獵統(tǒng)的轉(zhuǎn)叔速降落烤正是由戴負載引身起的轉(zhuǎn)名速偏差所，顯然池，引入轉(zhuǎn)享速閉環(huán)航將使調(diào)焰速系統(tǒng)殊能夠大刷大減少奔轉(zhuǎn)速降海落。1、慘系性統(tǒng)組敬成+-AMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un?UnU*nUcUPE+-帶轉(zhuǎn)速針負反饋名的閉環(huán)揀直流調(diào)廈速系統(tǒng)蔥原理框席圖2、系搬統(tǒng)穩(wěn)態(tài)剃關系轉(zhuǎn)速負館反饋直治流調(diào)速農(nóng)系統(tǒng)中凡各環(huán)節(jié)鋼的穩(wěn)態(tài)師關系如牙下：電壓比是較環(huán)節(jié)放大器電力電詠子變換英器調(diào)速毛系統(tǒng)雷開環(huán)栽機械盒特性測速某反饋擔環(huán)節(jié)以上衡各關蛙系式懶中—放大敏器的蝴電壓桃放大厚系數(shù)牙；—電力梢電子率變換傷器的葬電壓跟放大勿系數(shù)焰；—轉(zhuǎn)速脫反饋爛系數(shù)畜（V·mi猾n/消r）廢；—U新PE的理想敬空載輸情出電壓材（V）慕；—電樞回貓路總電兄阻。KpKsRUd0從上謎述五男個關急系式屢中消遠去中俯間變派量，糾整理想后，便即得缸轉(zhuǎn)速盆負反按饋閉奸環(huán)直次流調(diào)查速系谷統(tǒng)的熔靜特怠性方儲程式式中，勞閉環(huán)系室統(tǒng)的開唱環(huán)放大電系數(shù)K為它相當注于在測蒙速反饋柜電位器做輸出端偷把反饋亭回路斷搜開后，管從放大島器輸入糟起直到荷測速反罵饋輸出姥為止總杰的電壓愁放大系袖數(shù)，是獨各環(huán)節(jié)概單獨的牙放大系樣數(shù)的乘捉積。電動機俱環(huán)節(jié)放星大系數(shù)幟為3、閉壟環(huán)系統(tǒng)典的穩(wěn)態(tài)澤結(jié)構(gòu)框寺圖KpKs

1/CeΦU*nUc?UnEnUd0Un++-IdR-轉(zhuǎn)速負炎反饋閉迅環(huán)直流板調(diào)速系毀統(tǒng)穩(wěn)態(tài)蔥結(jié)構(gòu)框幼圖若只行考慮訪給定玩作用配時節(jié)的閉扁環(huán)系嘗統(tǒng)若只考村慮擾動統(tǒng)作用-IdR時的翁閉環(huán)駕系統(tǒng)nU*nKpKs

1/CeΦUc?UnUd0Un+-+KpKs

1/CeΦ-IdRnUd0+-E由于底已認賤為系睜統(tǒng)是思線性芬的，鎖可以毀把二行者疊廟加起濁來，羞即得錦系統(tǒng)派的靜對特性飛方程匪式4.開環(huán)外系統(tǒng)江機械海特性輛和閉石環(huán)系傘統(tǒng)靜施特性刺的關上系斷開堆反饋否回路叢，則床可得擁系統(tǒng)解的開嗎環(huán)機來械特悶性為元：而閉侵環(huán)時津的靜默特性堤可寫索成（1）閉環(huán)健系統(tǒng)靜栗性可以狀比開環(huán)霞系統(tǒng)機銜械特性硬押得多種。在同建樣的丑負載其擾動怠下，幼兩者腔的轉(zhuǎn)聽速降以落分怕別為和它們善的關真系是比較兩幣方程式挑可得出路以下的程論斷：（2）如圈果比做較同灑一的測開環(huán)包和閉兵環(huán)系羞統(tǒng)，賠則閉環(huán)新系統(tǒng)挑的靜筑差率束要小合得多顯。閉環(huán)推系統(tǒng)只和開嘴環(huán)系亦統(tǒng)的濫靜差階率分踢別為和當n0op=n0cl時，（3）當謝要求想的靜鈔差率餃一定惰時，球閉環(huán)罷系統(tǒng)心可以大大提腦高調(diào)速島范圍。如果紐奉電動供機的熄最高肢轉(zhuǎn)速高都是nmax，而對薪最低命速靜壺差率厲的要鴨求相東同，鴿那么恥：開環(huán)賤時，扁閉抖環(huán)時另，從開外環(huán)與件閉環(huán)柜穩(wěn)態(tài)脆速降錦關系繞式可得（4）要膽取得乏上述塘三項柿優(yōu)勢撇，閉樸環(huán)系纏統(tǒng)必單須設置放工大器。上述三篩項優(yōu)點斷若要有兔效，都藏取決于揀一點，敢即K要足夠艇大，因皂此必須腎設置放怎大器。結(jié)論閉環(huán)余調(diào)速淋系統(tǒng)燭可以宋獲得定比開屠環(huán)調(diào)拋速系釀統(tǒng)硬探得多舒的穩(wěn)償態(tài)特損性，訓從而梨在保汗證一奴定靜膊差率劍的要彩求下等，能僚夠提羽高調(diào)紋速范擺圍，肺為此視所需姓付出臺的代符價是川，須柜增設豈電壓交放大鏡器以餓及檢僵測與宵反饋掌裝置滑。例題授3在例笨題1-饑2中，暢龍門衣刨床猛要求D=2已0，s牲≤5%柳，已知Ks=換30役，=0漁.0伸15調(diào)V·mi互n/術(shù)r，Ce=工0.共2V·min勾/r，如何冰采用片閉環(huán)維系統(tǒng)詢滿足統(tǒng)此要嗚求？解在上例乖中已經(jīng)扔求得Δnop=2秩75寧r/m疫in但為牌了滿悄足調(diào)姥速要林求，戴須有Δncl=2腥.63黃r/張min由開劍環(huán)與艘閉環(huán)民穩(wěn)態(tài)沿速降共關系鴨式可浙得≥代入胞已知虎參數(shù)善，則眼得即只要進放大器薪的放大壁系數(shù)等桂于或大僑于46，閉環(huán)平系統(tǒng)就快能滿足使所需的耽穩(wěn)態(tài)性婚能指標翼。系統(tǒng)調(diào)朋節(jié)過程開環(huán)系產(chǎn)統(tǒng)Id謎n例如市：在粘下圖亞中工俯作點薦從A丹A′閉環(huán)系艘統(tǒng)Id寧n骨Un陶刊Unn功Ud0侍Uc例如：證在下圖1中工延作點斃從AB閉環(huán)慰系統(tǒng)搜靜特衡性和辟開環(huán)道機械闊特性往的關幫系A′閉環(huán)靜特性開環(huán)機械特性Ud4Ud3Ud2Ud1BA四、調(diào)速系剖統(tǒng)的動繭態(tài)指標1.動叼態(tài)指標蓮含義：電氣蓄傳動際控制廊系統(tǒng)毯的動急態(tài)指則標是鐘指系溜統(tǒng)在蝦給定堤信號虧和擾傘動信壁號作秧用下谷，系問統(tǒng)輸這出在境動態(tài)罰響應棚中的始各種亭指標對給籍定信束號的跟隨慌性能雖指標對擾動莊信號椒的抗擾性妨能指標2.跟隨悠性能臉指標島：在給定扯信號或利參考輸辨入信號巾的作用蓬下，系偷統(tǒng)輸出疊量的變獨化情況是可用跟喊隨性能秀指標來匠描述。迫常用的對階躍響狹應跟隨棟性能指歇標主要挖有tr—上升本時間勇：輸輝出量云第一列次達婦到穩(wěn)鴉態(tài)值