電力拖動自動控制系統(tǒng)陳伯時

主編主講:趙士濱廣師?

第一篇

直流調(diào)速系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)直流電動機具有良好的起、制動性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)整，從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎。電力拖動自動控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動系統(tǒng)、張力控制系統(tǒng)、多電動機同步控制系統(tǒng)等多種類型，調(diào)速系統(tǒng)是最基本的拖動控制系統(tǒng)。直流電動機的轉(zhuǎn)速和其它參量的關系（1-1）式中n——轉(zhuǎn)速，單位為r/min;

U——電樞電壓，單位為V；

I——電樞電流，單位為A；

R——電樞回路總電阻，單位為；Φ——勵磁磁通，單位為Wb；Ke——由電機結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。由式（1-1）可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。減弱勵磁磁通Φ。改變電樞回路電阻R。第一章

閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)§1-1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源變電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓需要有專門的可控直流電源。常用的可控直流電源有以下三種：旋轉(zhuǎn)變流機組——用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。靜止可控整流器——用靜止的可控整流器，例如晶閘管可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器——用怛定直流電源或不控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。一、旋轉(zhuǎn)變流機組由交流電動機（異步電動機或同步電動機）拖動直流發(fā)電機G實現(xiàn)變流，由發(fā)電機給需要調(diào)速的直流電動機M供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流jf即可改變其輸出電壓U，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速n。這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡稱G-M系統(tǒng)，在國際上通稱Ward-Leonard系統(tǒng)。如果改變jf的方向，則U的極性和n的轉(zhuǎn)向都跟著改變，所以G-M系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的。圖1-2是它的可逆運行機械特性。無論正論正轉(zhuǎn)減速還是反轉(zhuǎn)減速時都能夠?qū)崿F(xiàn)回饋制動。二、靜止可控整流器圖1-3是V-M系統(tǒng)的簡單原理圖，圖中V是晶閘管可控整流器，它可以是單相、三相或更多相數(shù)，半波、全波、半控、全控等類型，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在

104以上，其門極電流可以直接用晶體三極管來控制。三、直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器采用晶閘管的直流斬波器基本原理示于圖1-6a。工作在開關狀態(tài)。當VT被觸發(fā)導通時，電源電壓Us加到電動機上，當VT關斷時。直流電源與電動機斷開，電動機經(jīng)二極管VD續(xù)流，兩端電壓接近于零。如此反復，得電樞端電壓波形u=f(t)如圖（1-6b）所示，好象是電源電壓Us在一段時間（T-ton）內(nèi)被斬斷后形成的。電動機得到的平均電壓為（1-2）式中

T——晶閘管的開關周期；

ton——VT開通時間；ρ=

ton

/T=

ton

f——占空比；

f

——開關頻率。直流斬波器的平均輸出電壓可以通過改變主晶閘管的導通和（或）關斷時間來調(diào)節(jié)。圖1-7給出了幾種常用控制方式的電壓、電流波形。§1-2

晶閘管—電動機系統(tǒng)的特殊問題V-M系統(tǒng)就是帶R、L、E負載的晶閘管可控整流電路。一、觸發(fā)脈沖相位控制在V-M系統(tǒng)中（見圖1-3），調(diào)節(jié)給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位，從而很方便地改變整流器的輸出瞬時電壓ud和平均電壓Ud。如果把整流裝置內(nèi)部的電阻壓降、器件正向壓降和變壓器漏抗引起的換相壓降都稱到整流裝置外面，當作負載內(nèi)部的電路壓降的一部分，那么整流電壓便可用其理想空載值ud0和Ud0來代替，相當于用圖1-8的等效電路代替圖1-3的實際主電路。這時，瞬時電壓平衡方程式可寫作：（1-3）式中L——主電路總電感；R——主電路總的等效電阻，包括整流裝置內(nèi)阻、電機電樞電阻和平波電抗器電阻；id——整流電流瞬時值。Ud0對ud0進行積分即得理想空載整流電壓的平均值Ud0。在1000kW以上的大功率調(diào)速系統(tǒng)中常采用雙三相橋構(gòu)成的十二相整流電路，兩組橋的交流電源分別由整流變壓器的兩套二次繞組提供，一套接成形，另一套接成丫形，使輸出相電壓相位錯開，共同構(gòu)成m=12的整流電路（圖1-9），以進一步減少輸出電流的脈動分量。三、電流波形的連續(xù)和斷續(xù)當V-M系統(tǒng)主電路串接的電抗器有足夠大的電感量，而且電動機的負載電流也足夠大時，整流電流的波形便可能是連續(xù)的，如圖1-10a所示。當電感較小而且負載較輕時，一相導通電流上升時電感中的儲能較少，在電流下降而下一相尚未被觸發(fā)以前，電流已衰減到零，便產(chǎn)生波形斷續(xù)的現(xiàn)象，圖1-10b。電流波形的斷續(xù)給用平均值描述的系統(tǒng)方程帶來一種非線性的因素，造成機械特性的非線性，以及系統(tǒng)運行中的一些問題。一般希望盡量避免發(fā)生電流斷續(xù)。四、晶閘管—電動機系統(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

——電機在額定磁通下的電動勢轉(zhuǎn)速比。式（1-10）等號右邊Ud0表達式的適用范圍如本節(jié)第一小節(jié)所述。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。當電流斷續(xù)時，機械特性方程要復雜得多。以三相半波電路為例，電流斷續(xù)時機械特性須用下列方程組表示式中；θ——一個電流脈波的導通角?！?-3

反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析一、轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標對于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求也是各式各樣的。調(diào)速——在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，分檔地（有級）或平滑地（無級）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。穩(wěn)速——以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在各種可能的干擾下不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。加、減速——頻繁起、制動的設備要求盡量快地加、減速以提高生產(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)。（一）

調(diào)速范圍生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速nmax和最低轉(zhuǎn)速nmin之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示，即其中nmax和nmin一般都指電機額定負載時的轉(zhuǎn)速。（二）靜差率當系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時，負載由理想空載增加到額定值所對應的轉(zhuǎn)速降落△nmax，與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差率s，即或用百分數(shù)表示調(diào)速范圍和靜差率這兩項指標并不是自彼此孤立的，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提靜差率要求的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。脫離了對靜差充的要求，任何調(diào)速系統(tǒng)都可以得到極高的調(diào)速范圍；反過來，脫

離了調(diào)速范圍，要滿足給定的靜差率也就容易得多了。（三）調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關系。額定轉(zhuǎn)速△nnom為最高轉(zhuǎn)速，若帶額定負載時的轉(zhuǎn)速降落為△nnom，系統(tǒng)的靜差率應該是最低速時的靜差率，即二、開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的性能和存在的問題V-M系統(tǒng)中，僅用觸發(fā)裝置GT的控制電壓來調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，是開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，如果對靜差率要求不高，它出能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速。三、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性根據(jù)自動控制原理，反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進行控制的系統(tǒng)。只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會自動產(chǎn)生糾正偏差的作用。轉(zhuǎn)速降落正是由負載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)應該能夠大大減少轉(zhuǎn)速降落。轉(zhuǎn)速負的饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關系：電壓比較環(huán)節(jié)放大器：晶閘管整流器與裝置：V-M系統(tǒng)開環(huán)機械特性：測速發(fā)電機：Kp——放大器的電壓放大系數(shù)；Ks——晶閘管整流器與觸發(fā)裝置的電壓放大系數(shù)；α

——測速反饋系數(shù)，單位為Vmin/r；方塊內(nèi)的符號代表該環(huán)節(jié)的放大系數(shù)，或稱傳遞系數(shù)。四、開環(huán)系統(tǒng)機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比較系統(tǒng)的開環(huán)機械特性為而閉環(huán)時的靜特性可寫成其中n0op和n0cl分別表示開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速；△nop和△ncl分別表示開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。(1)閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開環(huán)系統(tǒng)的機械特性硬在同樣的負載擾動下，兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為顯然，當K值較大時，

△ncl比△nOP小得多，也就是說，閉環(huán)系統(tǒng)的特性硬。（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。閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為（3）當要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。如果電動機的最高轉(zhuǎn)速都是nnom，而對最低速靜差率的要求相同，那么，由式（1-16），開環(huán)時，閉環(huán)時，（4）要取得上述三條優(yōu)越性，閉環(huán)系統(tǒng)必須設置放大器。結(jié)論：閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)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(diào)速范圍，為此所需付出的代

價是，須增設檢測與反饋裝置和電壓放大器。閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負載的變化而相應地改變整流電壓。五、反饋控制規(guī)律轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)（一）被調(diào)量有靜差具有比例放大器的反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)是有靜差的。閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)K值對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性、能影響很大。K越大，靜特性就越硬，穩(wěn)態(tài)速降越小，在一定靜差率要求下的調(diào)速范圍越廣?？偠灾?，K越大，穩(wěn)態(tài)性能就越好。（二）抵抗擾動與服從給定凡是被反饋環(huán)包圍的加在控制系統(tǒng)前向通道上的擾動作用對被調(diào)量的影響都會受到反饋控制的抑制?？箶_性能是反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)最突出的特性。給定作用如果有細微的變化，被調(diào)量都會立即隨之變化，絲毫不受反饋作用的抑制。因此，全面地看，反饋控制系統(tǒng)一方面能夠有效地抑制一切被包在負反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用，對給定信號的任何變化都是跟隨著的。（三）系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋檢測精度反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)對給定電源和被調(diào)量檢測裝置中的擾動無能為力，因此，控制系統(tǒng)的精度依賴于給定穩(wěn)壓電源和反饋量檢測元件的精度。六、反饋控制調(diào)速系統(tǒng)的主要部件和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算（一）運算放大器開環(huán)放大系數(shù)高達104~108，加上強負反饋后，可得高穩(wěn)定度的電壓放大系數(shù)。加在運算放大器輸入端的各種信號是電流疊加、并聯(lián)輸入的，調(diào)整方便，容易實現(xiàn)加、減、微分、積分等各種運算，可以方便地組成各種類型的調(diào)節(jié)器。放大器輸入電阻大，可達幾個，因而輸入電路可以串接幾十的電阻，也不影響放大器的工作，所取的信號電流很小，電源和分壓電位器內(nèi)阻都可忽略不計。（4）輸入信號共地，接受干擾的機會較小。（5）輸出端可用鉗位限幅或接地保護，使系統(tǒng)工作安全可靠。運算放大器一般使用反相輸入，輸入電壓Uin和輸出電壓

Uex的極性是相反的。如果要反映出極性，Kp應為負值，這將給系統(tǒng)的設計和計算機帶來麻煩。為了避免這種麻煩，Kp和其它調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)本身都用正值，反相的關系只在具體電路的極性中考慮；或者說，Uin和Uex實際上都取它們的絕對值。（二）晶閘管觸發(fā)和整流裝置環(huán)節(jié)的放大系統(tǒng)當作常數(shù)，放大系數(shù)可由工作范圍內(nèi)的特性斜率決定。七、限流保護——電流截止負反饋（一）問題的提出①直流電動機全電壓起動時，如果沒有限流措施，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對電機換向不利，

對過載能力低的晶閘管來說，更是不能充許的。②生產(chǎn)機械的電動機可能會遇到堵轉(zhuǎn)的情況，由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無限流環(huán)節(jié)，電流將遠遠超過允許值。為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動和堵轉(zhuǎn)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。（二）電流截止負反饋環(huán)節(jié)為了實現(xiàn)截流反饋，須在系統(tǒng)中引入電流截止負反饋環(huán)節(jié)。如圖1-24所示，電流反饋信號取自串入電動機樞回路的小阻值電阻R5，IdR5正比于電流。設Idcr為臨界的截止電流，當電流大于Idcr時,將電流負反饋信號加到放大器的輸入端，當電流小于Idcr時將電流反饋切斷。為了實現(xiàn)這一作用，須引入比較電壓Ucom。（三）帶電流載止負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性電流截止負反饋環(huán)節(jié)的輸入輸出特性如圖1-25所示，它表明：當輸入信號(IdR5-Ucom)為正值時，輸出和輸入相等；當(IdR5-Ucom)為負值時，輸出為零。帶電流截止負反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，示于圖1-26，圖中Ui表示電流負反饋信號電壓，Un表示轉(zhuǎn)速負反饋信號電壓。由結(jié)構(gòu)圖可導出該系統(tǒng)兩段靜特性的方程式：當Id≤Idcr時，電流負反饋被截止，當Id>Idcr時，電流負反饋起作用，。-，將式（1-27）、式（1-28）畫成靜特性，如圖1-27所示

電流負反饋被截止的式（127）相當于圖中n0-A段，它就是閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)本身的靜特性，顯然是比較硬的。電流負反饋起作用時得A-B段，從式（1-28）可以看出，這一段特性和n0-A段相比有兩個特點：電流負反饋的作用相當于在主電路中串入一個大電阻KpKsRs，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂。比較電壓與給定電壓的作用一致好象把理想空載轉(zhuǎn)速高到，一當然，圖1-27中用虛線畫出的n0′-A段實際上是不起作用的。這樣的兩段式靜特性常被稱作下垂特性或挖土機特性。八、小結(jié)調(diào)速范圍和靜差率是調(diào)速系統(tǒng)兩項互關聯(lián)的穩(wěn)態(tài)性能指標，它們之間的關系可用下式表達：由于開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的額定速降△nnom較大，不能滿足具有一定靜差率的調(diào)速范圍的要求，因此引入轉(zhuǎn)速負反饋組成閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性有下列性質(zhì)：在相同的負載下，閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)速降減速小為開環(huán)系統(tǒng)速降的1/（1+K），其中K是閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)。如果理想空載轉(zhuǎn)速相同，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率只有開環(huán)系統(tǒng)靜差率的1/（1+K）。在同樣的最高滿載轉(zhuǎn)速和低速靜差率的條件下，閉環(huán)系統(tǒng)的高速范圍可以擴大到開環(huán)調(diào)速范圍的（1+K）倍。具有比例放大器的閉環(huán)系統(tǒng)是最基本的反饋控制系統(tǒng)，它具有如下的反饋控制規(guī)律：依靠反饋量和給定量之差進行控制，屬于有靜差的控制系統(tǒng)。具有良好的抗擾性能，對于被負反饋環(huán)包圍的在前向通道上的一切擾動作用都具有抵抗能力，都能減小被調(diào)量受擾后產(chǎn)生的偏差；但對于給定作用的變化則是盡快跟隨的。無力克服給定電源和反饋檢測元件的誤差，因此高精度的反鉛控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測元件和給定穩(wěn)壓電源作為保證?！?/p>

1-4反饋控制閉環(huán)調(diào)整系統(tǒng)的動態(tài)分析和設計一、反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學模型建立線性系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學模型的基本步驟是：根據(jù)系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的物理規(guī)律，列寫描述該環(huán)節(jié)動態(tài)過程的微分方程。求出各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。組成系統(tǒng)的動態(tài)圖并求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。（一）額定勵磁下的直流電動機式中TL——包括電機空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負載轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；GD2——電力拖動系統(tǒng)運動部分折算到電機軸上的飛輪力矩，單位為Nm2；——電動機額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩電流比，單位為Nm/A。定義微分方程，并整理后得式中——負載電流。在零初始條件下，取等式兩側(cè)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)為考慮到n=E/Ce，即得額定定勵磁下直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖1-30c。由圖1-30c可以看出，直流電動機有兩個輸入量，一個是理想空載速流電壓Ud0，另一個是負載電流Idl；前者是控制輸入量，后者是擾動輸入量。如果不需要在結(jié)構(gòu)圖中把電流Id表現(xiàn)出來，可將擾動量Idl的綜合點移前，并進行等效變換，得圖1-30a。如果是理想空載，則

Idl=0，結(jié)構(gòu)圖即簡化成圖1-31b。（二）晶閘管觸發(fā)和整流裝置總離不開觸發(fā)電路，因此在分析系統(tǒng)時往往把它們當作一個環(huán)節(jié)來看待。這一環(huán)節(jié)的輸入量是觸發(fā)電路的控制電壓Uct，輸出量是理想空載整流電壓Ud0，如果把它們之間的放大系數(shù)看成常數(shù)，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置可以看成是一個具有純滯后的放大環(huán)節(jié)，其滯后作用是由晶閘管裝置的失控時間引起的。（三）比例放大器和測速發(fā)電機比例放大器和測速發(fā)電機的響應都可以認為是瞬時的，因此它們的放大系數(shù)也就是它們的傳遞函數(shù)，即（四）閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型和傳遞函數(shù)將晶閘管裝置按一階慣性環(huán)節(jié)近似處理后，帶比例放大器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以看作是一個三階線性系統(tǒng)。三、動態(tài)校正——PI調(diào)節(jié)器設計最常用的是串聯(lián)校正和反饋校正，其中串聯(lián)校正比較簡單，可以很容易地利用運算放大器構(gòu)成的有源校正調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)，只要動態(tài)性能要求不是很高，一般都能達到。（一）控制系統(tǒng)對開環(huán)對數(shù)頻率特性的一般要求在進行調(diào)速系統(tǒng)校正裝置的設計中，主要的研究工具是伯德圖（Bode

Diagram）。在伯德圖上，用來衡量最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定程度（即相對穩(wěn)定性）的指標是相角裕度γ和以分貝表示的增益裕度GM[2、7]γ=30°~

60°，GM>6dB(二)原始系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，因此

項有兩個負實根，令其為-1/T1和-1/T2。也就是說，可將該項分解成兩個因式于是開環(huán)傳遞函數(shù)變成§1-5

無靜差調(diào)速系統(tǒng)和積分、比例積分控制規(guī)律帶比例放大器的閉環(huán)控制系統(tǒng)本質(zhì)上是一個有靜差的系統(tǒng)，增大其放大系統(tǒng)，只能減少穩(wěn)態(tài)速差，卻永遠不能消除它。換成PI調(diào)節(jié)器以后，理論上完全能夠消除穩(wěn)態(tài)速差，實現(xiàn)無靜差的調(diào)速系統(tǒng)。一、積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律用線性集成電路運算放大器構(gòu)成的積分調(diào)節(jié)器（簡稱Ⅰ調(diào)節(jié)器）的原理圖。τ=R0C——積分時間常數(shù)。當Uex的初始值為零時，在階躍輸入作用下，對式（1-46）進行積分運算，得積分調(diào)節(jié)器的輸出時間特性而積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為如果采用積分調(diào)節(jié)器，則輸出電壓Uct是輸入的積分，按照式（1-46）應有包，。是象象所如果△Un是階躍函數(shù)，則Uct按線性增長，每一時刻Uct的大小和△Un與橫軸所圍的面積成正比如圖1-45a所示如果△Un=f(t)圖1-45b的那樣（當負載變化時的偏差電壓即為此波形），同樣按照△Un與橫軸包面積成正比的關系可求出相應的Uct=f(t)的拐點。二、比例積分控制規(guī)律分析無靜差調(diào)速系統(tǒng)，突出說明了積分控

制優(yōu)于比例控制的地方，但是另一方面，在控制的快速性上，積分控制卻又不如比例控制。譬如說，同樣在階躍輸入作用之下，比例調(diào)節(jié)器輸出可以立即響應，而積分調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸是變化（1-43b）。那么，如果既要穩(wěn)態(tài)精度高，又要動態(tài)響應快，該怎么辦呢？只要把兩種控制規(guī)律結(jié)合起來就行了，這便是比例積分控制。它的輸出是由比例和積分兩個部分相加而成的。，nn，，，在圖1-37上可以看出，突加輸入信號時，由于電容C1

兩端電壓不能突變，相當于兩端瞬時短路，在運算放大器反饋回路中只剩下電阻R1

相當于一個放大系數(shù)為Ppi

Ui實現(xiàn)快速控制，發(fā)揮了比例控制的長處。此后，隨著電容C1被充電，輸出電壓Uex開始積分，其數(shù)值不斷增長，直到穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)時，C1兩端電壓等于Uex，R1已不起作用又和積分調(diào)節(jié)器一樣了，這時又能發(fā)揮積分控制的長處，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差。比例部分迅速響應控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。嚴格來說，“無靜差”只是理論上的，因為積分或比例積分調(diào)節(jié)器在穩(wěn)態(tài)時電容兩端電壓不變，相當于開路，運算放大器的放大系數(shù)理論上為無窮大，所以才能在輸入電壓△Un=0時，使輸出電壓Uct成為任意所需值。實際上，這時的放大系數(shù)是運算放大器本身的開環(huán)放大系數(shù)，其數(shù)值雖大，還是有限的，因此仍存在著很小的△Un，也就是說，仍有很小的靜差，只是在一般精度要求下可以忽略不計有而時已為。了避免運算放大器長期工作時的零點漂移，故意將其放大系數(shù)壓低一些，在R1-C1兩端再接一個電阻R′1，其值一般為若干M

Ω。這樣就形成近似的PI調(diào)節(jié)器，或稱“準PI調(diào)節(jié)器”（圖1-54）。這時，調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)更低于無窮大，為系統(tǒng)也只是一個近似的無靜差調(diào)速系統(tǒng)?！?-6

電壓反饋電流補償控制的調(diào)速系統(tǒng)一、電壓負反饋調(diào)速系統(tǒng)采用電壓負反饋的調(diào)速系統(tǒng)，其原理圖如圖所示。電壓反饋信號Uu=γUd

，γ稱作電壓反饋系數(shù)。電壓負反饋取自電樞端電壓Ud，為了在結(jié)構(gòu)圖上把Ud顯示出來，須把電阻R分成兩個部分，即式中Rrec——晶閘管整流裝置的內(nèi)阻（含平波電抗器電阻）；Ra——電動機電樞電阻。因而利用結(jié)構(gòu)圖運算規(guī)則，可將1-56a分解為b、c