直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)(1)調(diào)壓調(diào)速工作條件:保持勵磁=N;保持電阻R=Ra調(diào)節(jié)過程:改變電壓UN

U

U

n,n0

調(diào)速特性:轉(zhuǎn)速下降,機械特性曲線平行下移。nn0OIILUNU1U2U3nNn1n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線(2)調(diào)阻調(diào)速工作條件:保持勵磁=N

;保持電壓U=UN;調(diào)節(jié)過程:增加電阻Ra

R

R

n,n0不變;調(diào)速特性:轉(zhuǎn)速下降,機械特性曲線變軟。nn0OIILRaR1R2R3nNn1n2n3調(diào)阻調(diào)速特性曲線(3)弱磁調(diào)速工作條件:保持電壓U=UN

;保持電阻R=Ra;調(diào)節(jié)過程:減小勵磁

N

n,n0

調(diào)速特性:轉(zhuǎn)速上升,機械特性曲線變軟。nn0OTeTL

N

1

2

3nNn1n2n3調(diào)磁調(diào)速特性曲線※自動控制得直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。第1章單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)1、1直流調(diào)速得預(yù)備知識1、2比例調(diào)節(jié)得單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)1、3比例積分調(diào)節(jié)得單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)1、4單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)得限流保護晶閘管整流器——用可控整流器,以獲得可調(diào)得直流電壓。直流脈寬調(diào)制變換器(PWM)——用恒定直流電源或不控整流電源供電,利用電力電子開關(guān)器件進行脈寬調(diào)制,以產(chǎn)生可變得平均電壓。1、1直流調(diào)速得預(yù)備知識1、1、1直流調(diào)速得可控電樞電源1晶閘管整流器-電動機系統(tǒng)思考:1半控整流,電機可運行哪些象限？2全控整流,電機可運行哪些象限3若要四象限運行,可如何改進？10大家應(yīng)該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流V-M系統(tǒng)得特點弱點控制強電。在控制作用得快速性上,變流機組就是秒級,而晶閘管整流器就是毫秒級,這將大大提高系統(tǒng)得動態(tài)性能。

V-M系統(tǒng)得問題由于晶閘管得單向?qū)щ娦?她不允許電流反向,給系統(tǒng)得可逆運行造成困難。晶閘管對過電壓、過電流和過高得dV/dt與di/dt都十分敏感,若超過允許值會在很短得時間內(nèi)損壞器件。由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變,殃及附近得用電設(shè)備,造成“電力公害”。思考:(1)什么就是電壓系數(shù),不可逆PWM變換電路得電壓系數(shù)就是什么？(2)制動時VT1和VT2如何交替工作？2直流PWM變換器-電動機系統(tǒng)※PWM系統(tǒng)得特點(1)主電路線路簡單,需用得功率器件少;(2)開關(guān)頻率高,電流容易連續(xù),諧波少,電機損耗及發(fā)熱都較小;(3)低速性能好,穩(wěn)速精度高,調(diào)速范圍寬,可達(dá)1:10000左右;(4)若與快速響應(yīng)得電機配合,動態(tài)響應(yīng)快,動態(tài)抗擾能力強;※PWM系統(tǒng)得特點(續(xù))(5)功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài),導(dǎo)通損耗小,當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時,開關(guān)損耗也不大,因而裝置效率較高;(6)直流電源采用不控整流時,電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。小結(jié)兩種可控直流電源,V-M系統(tǒng)在上世紀(jì)60~70年代得到廣泛應(yīng)用,目前主要用于大容量、調(diào)速精度要求較低得系統(tǒng)。直流PWM調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù),發(fā)展迅速,在中、小容量得系統(tǒng)中應(yīng)用日益廣泛。V-M系統(tǒng)就是大容量中主要得直流調(diào)速系統(tǒng)。1、1、2直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)得機械特性1V-M系統(tǒng)得機械特性

當(dāng)電流連續(xù)時,V-M系統(tǒng)得機械特性方程式為:式中Ce=Ke

N(1)電流連續(xù)情況結(jié)論:只要電流連續(xù),晶閘管可控整流器就可以看成就是一個線性得可控電壓源。(2)V-M系統(tǒng)完整機械特性當(dāng)電流連續(xù)時,特性比較硬;斷續(xù)段特性則很軟,而且呈顯著得非線性,理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。機械特性方程2直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)得機械特性式中Cm—電機在額定磁通下得轉(zhuǎn)矩系數(shù);

n0=

Us

/Ce

—理想空載轉(zhuǎn)速,與電壓系數(shù)成正比?；蛴棉D(zhuǎn)矩表示,PWM調(diào)速系統(tǒng)機械特性1、調(diào)速要求(1)調(diào)速(2)穩(wěn)速(3)加、減速1、1、3直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)得

調(diào)速要求及性能指標(biāo)2、調(diào)速指標(biāo)調(diào)速范圍:生產(chǎn)機械要求電動機提供得最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比用字母

D

表示、其中nmin

和nmax

一般都指電機額定負(fù)載時得轉(zhuǎn)速、靜差率:當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運行時,負(fù)載由理想空載增加到額定值時所對應(yīng)得轉(zhuǎn)速降落

nN

與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比,稱作靜差率

s

、※如理想空載轉(zhuǎn)速相同,機械特性越硬,S越低、對系統(tǒng)而言,要求S越低越好、機械特性硬度一樣,S就是否一樣??3、靜差率與機械特性硬度得區(qū)別對于同樣硬度得特性,理想空載轉(zhuǎn)速越低時,靜差率越大,轉(zhuǎn)速得相對穩(wěn)定度也就越差。調(diào)速系統(tǒng)得靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時所能達(dá)到得數(shù)值為準(zhǔn)。4、調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間得關(guān)系

設(shè):電機額定轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速降落為

nN,則該系統(tǒng)得靜差率應(yīng)該就是最低速時得靜差率,即于就是,最低轉(zhuǎn)速為

而調(diào)速范圍為

將上面得式代入nmin,得

常用公式,理解記憶!!s值越小時,系統(tǒng)能夠允許得調(diào)速范圍也越小。重要結(jié)論:

一個調(diào)速系統(tǒng)得調(diào)速范圍,就是指在最低速時還能滿足所需靜差率得轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。1、2比例調(diào)節(jié)得單閉環(huán)

直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng),即無反饋控制得直流調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)節(jié)控制電壓Uc就可以改變電動機得轉(zhuǎn)速。晶閘管整流器和PWM變換器都就是可控得直流電源,用UPE來統(tǒng)一表示可控直流電源、1、2、1開環(huán)控制系統(tǒng)及其存在得問題開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)得原理圖開環(huán)系統(tǒng)得機械特性開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)得穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下: 電力電子變換器

直流電動機

開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)得機械特性為變換器得放大倍數(shù)開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)得機械特性開環(huán)系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖eg1: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

,Ra=0、05,如果要求調(diào)速范圍D=20,靜差率5%,采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個要求,系統(tǒng)得額定速降最多能有多少？解:當(dāng)電流連續(xù)時,V-M系統(tǒng)得額定速降為:

開環(huán)系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速時得靜差率為:

如要求D=20,靜差率S≤5%,即要求:由以上分析可以看出,顯然采用開環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)沒有辦法滿足工藝要求。我們知道調(diào)速范圍和靜差率就是相互制約得兩個量,既要擴大調(diào)速范圍又要降低靜差率,唯一得辦法就是減少因負(fù)載所引起得轉(zhuǎn)速降△nN。1、2、2P調(diào)節(jié)得單閉環(huán)直流調(diào)速

自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及機械特性根據(jù)自動控制原理,將系統(tǒng)得被調(diào)節(jié)量作為反饋量引入系統(tǒng),與給定量進行比較,用比較后得偏差值對系統(tǒng)進行控制,可以有效地抑制甚至消除擾動造成得影響,而維持被調(diào)節(jié)量很少變化或不變,這就就是P調(diào)節(jié)單閉環(huán)控制得基本作用。在負(fù)反饋基礎(chǔ)上得“檢測誤差,用以糾正誤差”這一原理組成得系統(tǒng),其輸出量反饋得傳遞途徑構(gòu)成一個閉合得環(huán)路,因此也被稱作閉環(huán)控制系統(tǒng)。在直流調(diào)速系統(tǒng)中,被調(diào)節(jié)量就是轉(zhuǎn)速,因此所構(gòu)成得就是轉(zhuǎn)速反饋控制得直流調(diào)速系統(tǒng)。P調(diào)節(jié)單閉環(huán)直流控制系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋得閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖運放(比較)調(diào)節(jié)器測速發(fā)電機給定環(huán)節(jié)電壓比較環(huán)節(jié)

放大器電力電子變換器調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特性測速反饋環(huán)節(jié)

穩(wěn)態(tài)關(guān)系Kp—放大器得電壓放大系數(shù);Ks—電力電子變換器得電壓放大系數(shù);

—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)(V·min/r);Ud0—UPE得理想空載輸出電壓;R—電樞回路總電阻。系統(tǒng)得靜特性方程式式中:—閉環(huán)系統(tǒng)得開環(huán)放大系數(shù)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)得靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動機轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流(或轉(zhuǎn)矩)間得穩(wěn)態(tài)關(guān)系。系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

斷開反饋回路,則系統(tǒng)得開環(huán)機械特性為

而閉環(huán)時得靜特性可寫成

1、2、3P調(diào)節(jié)單閉環(huán)直流調(diào)速

自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)設(shè)計1、開環(huán)系統(tǒng)機械特性和比例控制閉環(huán)系統(tǒng)靜特性得關(guān)系(1)閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬得多。系統(tǒng)特性比較(2)如果比較同一n0得開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng),則閉環(huán)系統(tǒng)得靜差率要小得多。

(3)當(dāng)要求得靜差率一定時,閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。(4)上述三項優(yōu)點若要有效,都取決于一點,即K

要足夠大,因此必須設(shè)置放大器。結(jié)論:

P調(diào)節(jié)得單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多得穩(wěn)態(tài)特性,從而在保證一定靜差率得要求下,能夠提高調(diào)速范圍,為此所需付出得代價就是,須增設(shè)電壓放大器以及檢測與反饋裝置。

eg2:在例題eg1中,要想滿足工藝要求將系統(tǒng)改為P調(diào)節(jié)得單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng),請問怎樣設(shè)計P調(diào)節(jié)器得放大系數(shù)才能滿足要求？(α=0、015V、min/r;Ks=30)解:開環(huán)系統(tǒng)額定速降為△nop=275r/min閉環(huán)系統(tǒng)額定速降須為△ncl≤2、63r/min

因此,只要放大器得放大系數(shù)等于或大于46即可。從分析可以看出,只需要設(shè)置一定放大倍數(shù)得P調(diào)節(jié)器即能解決開環(huán)系統(tǒng)不能解決得問題。Eg3:用線性集成電路運算放大器作為電壓放大器得單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)如圖1-12所示,主電路就是由晶閘管可控整流器供電得V-M系統(tǒng),已知數(shù)據(jù)如下:電動機:額定數(shù)據(jù)為10KW,220V,55A,1000r/min,電樞電阻Ra=0、5Ω;晶閘管觸發(fā)整流裝置:三相橋式可控整流電路,整流變壓器Y/Y聯(lián)接,二次線電壓U21=230V,電壓放大系數(shù)Ks=44;V-M系統(tǒng)電樞回路總電阻R=1、0Ω;測速發(fā)電機:永磁式,額定數(shù)據(jù)為23、1KW,110V,0、21A,1900r/min;直流穩(wěn)壓電源為±15V。若生產(chǎn)機械要求調(diào)速范圍D=10,靜差率S≤5%,試計算調(diào)速自動控制系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)參數(shù)。(暫不考慮電動機得起動問題)。解:(1)計算系統(tǒng)得開環(huán)轉(zhuǎn)速降先計算電動機得電動勢常數(shù):則開環(huán)系統(tǒng)得轉(zhuǎn)速降為:(2)計算系統(tǒng)得閉環(huán)速降(3)計算系統(tǒng)得開環(huán)放大系數(shù)(4)計算轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)系數(shù)和參數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α包含測速發(fā)電機得電動勢系數(shù)Cetg和其輸出電位器RP2得分壓系數(shù)(令其為X)。根據(jù)測速發(fā)電機得額定數(shù)據(jù),可求得:當(dāng)主電路電機運行在最高轉(zhuǎn)速1000r/min時,轉(zhuǎn)速反饋電壓應(yīng)該小于等于電源電壓最大值,即:因此,X≤0、259,取X=0、2,則:電位器RP2得選擇方法如下:為了使測速發(fā)電機得電樞壓降對轉(zhuǎn)速檢測信號得線性度沒有顯著影響,取測速發(fā)電機輸出最高電壓時,其電流約為額定值得20%,則:此時RP2所消耗得功率為:為了不致使電位器溫度很高,實選電位器得瓦數(shù)應(yīng)為消耗功率得一倍以上,故可將RP2選為10W,1、5KΩ得可調(diào)電位器。(5)計算運算放大器得放大系數(shù)根據(jù)調(diào)速指標(biāo)要求,前已求出閉環(huán)系統(tǒng)得開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為K≥53、3,則運算放大器得放大系數(shù)Kp應(yīng):實取Kp=21。運算放大器得輸入、輸出電阻根據(jù)運算放大器得型號實際選取。一個帶有儲能環(huán)節(jié)得線性物理系統(tǒng)得動態(tài)過程可以用線性微分方程描述,微分方程得解即系統(tǒng)得動態(tài)過程,她包括兩部分:動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)解。在動態(tài)過程中,從施加給定輸入值得時刻開始,到輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)值以前,就是系統(tǒng)得動態(tài)響應(yīng);系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后,可用穩(wěn)態(tài)解來描述系統(tǒng)得穩(wěn)態(tài)特性。1、2、4P調(diào)節(jié)單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)動態(tài)性能分析建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型得基本步驟如下:(1)列出描述該環(huán)節(jié)動態(tài)過程得微分方程;(2)求出各環(huán)節(jié)得傳遞函數(shù);(3)組成系統(tǒng)得動態(tài)結(jié)構(gòu)圖并求出系統(tǒng)得傳遞函數(shù)。(1)電樞主回路得動態(tài)數(shù)學(xué)模型※主電路電流連續(xù),則動態(tài)電壓方程為

電路方程電機軸上得動力學(xué)方程為

額定勵磁下得感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別為

TL—包括電機空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)得負(fù)載轉(zhuǎn)矩GD2—電力拖動系統(tǒng)折算到電機軸上得飛輪慣量Cm—電機額定勵磁下得轉(zhuǎn)矩系數(shù),

—電樞回路電磁時間常數(shù)，s；—電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)，s。定義下列時間常數(shù)整理后得式中為負(fù)載電流。

微分方程取等式兩側(cè)得拉氏變換,得電壓與電流間得傳遞函數(shù)

電流與電動勢間得傳遞函數(shù)

傳遞函數(shù)電樞回路動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

1/CeUd0(s)IdL

(s)

E(s)Id(s)E(s)++--1/RTls+1RTmsn(s)整個直流電動機的動態(tài)的結(jié)構(gòu)圖控制輸入量擾動量n(s)Ud0

(s)+-1/CeTmTls2+Tms+1IdL

(s)R(Tls+1)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖得變換和簡化在進行調(diào)速系統(tǒng)得分析和設(shè)計時,可以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當(dāng)作系統(tǒng)中得一個環(huán)節(jié)來看待。應(yīng)用線性控制理論進行直流調(diào)速系統(tǒng)分析或設(shè)計時,須事先求出這個環(huán)節(jié)得放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。(2)電力電子變換器動態(tài)數(shù)學(xué)模型①晶閘管整流變換器

晶閘管觸發(fā)和整流裝置得放大系數(shù)可由工作范圍內(nèi)得特性率決定,計算方法就是

如果不可能實測特性,可根據(jù)裝置得參數(shù)估算。例如:設(shè)觸發(fā)電路控制電壓得調(diào)節(jié)范圍為

Uc=0~10V相對應(yīng)得整流電壓得變化范圍就是

Ud=0~220V可取Ks

=220/10=22晶閘管觸發(fā)和整流裝置得放大系數(shù)估算晶閘管觸發(fā)和整流裝置得傳遞函數(shù)在動態(tài)過程中,可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成就是一個純滯后環(huán)節(jié),其滯后效應(yīng)就是由晶閘管得失控時間引起得。晶閘管觸發(fā)與整流失控時間分析最大可能得失控時間就就是兩個相鄰自然換相點之間得時間,與交流電源頻率和整流電路形式有關(guān),由下式確定:

最大失控時間計算式中

—交流電流頻率；—一周內(nèi)整流電壓的脈沖波數(shù)。fm

Ts

值得選取

相對于整個系統(tǒng)得響應(yīng)時間來說,Ts就是不大得,在一般情況下,可取其統(tǒng)計平均值Ts

=Tsmax/2,并認(rèn)為就是常數(shù)。下表列出了不同整流電路得失控時間。各種整流電路得失控時間(f=50Hz)用單位階躍函數(shù)表示滯后,則晶閘管觸發(fā)與整流裝置得輸入-輸出關(guān)系為

傳遞函數(shù)得求取按拉氏變換得位移定理,晶閘管裝置得傳遞函數(shù)為上式中包含指數(shù)函數(shù),她使系統(tǒng)為非最小相位系統(tǒng),分析和設(shè)計麻煩。為了簡化,先將該指數(shù)函數(shù)按臺勞級數(shù)展開,則變成

考慮到Ts

很小,可忽略高次項,則傳遞函數(shù)便近似成一階慣性環(huán)節(jié)。晶閘管觸發(fā)與整流裝置動態(tài)結(jié)構(gòu)②PWM變換器

PWM控制與變換器得動態(tài)數(shù)學(xué)模型和晶閘管觸發(fā)與整流裝置基本一致。其傳遞函數(shù)可以寫成:當(dāng)開關(guān)頻率為10kHz時,T=0、1ms,在一般得電力拖動自動控制系統(tǒng)中,時間常數(shù)這么小得滯后環(huán)節(jié)可以近似看成就是一個一階慣性環(huán)節(jié),因此,與晶閘管裝置傳遞函數(shù)完全一致。注意:Ts＜T(開關(guān)周期)直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中得其她環(huán)節(jié)還有比例放大器和測速反饋環(huán)節(jié),她們得響應(yīng)都可以認(rèn)為就是瞬時得,因此她們得傳遞函數(shù)就就是她們得放大系數(shù),即放大器測速反饋(3)比較放大與檢測環(huán)節(jié)得傳遞函數(shù)(4)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)得動態(tài)數(shù)學(xué)模型

反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖n(s)U*n(s)IdL

(s)

Uct

(s)Un(s)+-KsTss+1KP1/CeTmTl

s2+Tms+1

+-R(Tls+1)Ud0(s)(5)反饋控制調(diào)速系統(tǒng)得閉環(huán)傳遞函數(shù)設(shè)Idl=0,從給定看,閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)得閉環(huán)傳遞函數(shù)就是

(6)反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)得穩(wěn)定條件由閉環(huán)傳函知:系統(tǒng)得特征方程為

她得一般表達(dá)式為

根據(jù)勞斯判據(jù),系統(tǒng)穩(wěn)定得充分必要條件就是

因特征方程中各項系數(shù)顯然都就是大于零得,因此穩(wěn)定條件就只有整理后得常用,理解記憶!!eg4:在例題eg3中,已知R=1、0Ω,Ks=44,Ce=0、1925V、min/r,系統(tǒng)運動部分得飛輪慣量GD2=10N、m2。根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)D=10,S≤5%計算,系統(tǒng)得開環(huán)放大系數(shù)K≥53、3,試判別這個系統(tǒng)得穩(wěn)定性。解:首先要確定主電路得電感值,用以計算電磁時間常數(shù)。對于V-M系統(tǒng),為了使主電路電流連續(xù),應(yīng)該設(shè)置平波電抗器。例題1-3給出得就是三相橋式可控整流電路,為了保證最小電流Idmin=10%IdN時電流仍能連續(xù),應(yīng)采用式(1-2)計算電樞回路得總電感量,即:取L=17mH=0、017H電磁時間常數(shù):機電時間常數(shù):閘管裝置得滯后時間常數(shù)為:

為保證系統(tǒng)穩(wěn)定,應(yīng)滿足得穩(wěn)定條件:

按穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)要求設(shè)計時得K≥53、3,顯然,此閉環(huán)系統(tǒng)就是不穩(wěn)定得。1、3比例積分調(diào)節(jié)得直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)在比例控制直流V-M調(diào)速系統(tǒng)中,穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)穩(wěn)定性得要求常常就是互相矛盾得。根據(jù)自動控制原理,要解決這個矛盾,必須恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計動態(tài)校正裝置,用來改造系統(tǒng)。在電力拖動自動控制系統(tǒng)中,常用串聯(lián)校正和反饋校正。對于帶電力電子變換器得直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),傳遞函數(shù)階次較低,一般采用PI調(diào)節(jié)器得串聯(lián)校正方案就能完成動態(tài)校正得任務(wù)。1PI調(diào)節(jié)器得性能

(1)積分調(diào)節(jié)器++CUexRbalUinR0+A積分調(diào)節(jié)器

UexUinUexmtUinUexOb)階躍輸入時的輸出特性(2)積分調(diào)節(jié)器得特性(3)轉(zhuǎn)速得積分控制規(guī)律如果采用積分調(diào)節(jié)器,則控制電壓Uc就是轉(zhuǎn)速偏差電壓

Un得積分,應(yīng)有每一時刻Uc

得大小和

Un

與橫軸所包圍得面積成正比、積分調(diào)節(jié)器得輸入和輸出動態(tài)過程a)階躍輸入b)一般輸入輸入和輸出動態(tài)過程積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律得根本區(qū)別:比例調(diào)節(jié)器得輸出只取決于輸入偏差量得現(xiàn)狀,而積分調(diào)節(jié)器得輸出則包含了輸入偏差量得全部歷史。積分調(diào)節(jié)器到穩(wěn)態(tài)時ΔUn=0,只要歷史上有過ΔUn,其積分就有一定數(shù)值,足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運行所需要得控制電壓。Kpi=R1/R0

τ=R0C1++C1RbalUinR0+AR1Uex(4)比例積分控制規(guī)律

UexUinUexmtUinUexOKpiUinPI調(diào)節(jié)器輸入,輸出特性比例部分能迅速響應(yīng)控制作用,積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。

2PI調(diào)節(jié)器與P調(diào)節(jié)器得對比

有靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩由TL1突增到TL2時,有靜差調(diào)速系統(tǒng)得轉(zhuǎn)速n、偏差電壓

Un

和控制電壓Uc

得變化過程示于右圖。無靜差調(diào)速系統(tǒng)雖然現(xiàn)在

Un=0,只要歷史上有過

Un,其積分就有一定數(shù)值,足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運行所需要得控制電壓Uc。積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律得根本區(qū)別就在于此。1、3、3PI調(diào)節(jié)得單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)1PI調(diào)節(jié)得單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)PI調(diào)節(jié)得單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖PI調(diào)節(jié)得單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算如下:

注意:準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器得概念在實際系統(tǒng)中,為了避免運算放大器長期工作時得零點漂移,常常在R1C1兩端再并接一個電阻R’1,以便把放大系數(shù)壓低一些。這樣就成為一個近似得PI調(diào)節(jié)器,或稱“準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器”,系統(tǒng)也只就是一個近似得無靜差調(diào)速系統(tǒng)。++-UinR0RbalR1C1R’1AUex準(zhǔn)比例積分調(diào)節(jié)器

※思考題:1在轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)中,突減負(fù)載后系統(tǒng)又進入穩(wěn)定運行狀態(tài),此時,輸出電壓Ud就是增加,減小還就是不變？2在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中,突加負(fù)載后進入穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速和輸出電壓Ud就是增加,減少還就是不變？3

有一積分器,如下圖a所示,其輸入信號Uin為階躍信號,若反饋信號波形如圖b中得Uf1或Uf2,問:在不考慮積分器限幅時,所示兩種反饋情況下得積分輸出就是否一樣？eg5:在例題eg4中,已經(jīng)表明,按照穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)設(shè)計得閉環(huán)控制系統(tǒng)就是不穩(wěn)定得。試?yán)貌聢D設(shè)計PI調(diào)節(jié)器,使系統(tǒng)能在保證穩(wěn)態(tài)性能要求下穩(wěn)定運行。解:原始系統(tǒng)得開環(huán)傳遞函數(shù)為:已知Ts=0、00167S,Tl=0、017S,Tm=0、075S,在這里,Tm>4Tl,因此分母中得二次項(TmTlS2+TmS+1)可以分解成兩個一次項之積,即:TmTlS2+TmS+1=0、001275S2+0、075S+1=(0、049S+1)(0、026S+1)根據(jù)例題eg3得穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算結(jié)果,閉環(huán)系統(tǒng)得開環(huán)放大系數(shù)為:K=KpKsα/ce=(21×44×0、01158)/0、1925=55、58于就是,原始閉環(huán)系統(tǒng)得開環(huán)傳遞函數(shù)就是:原始系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為:02040101001000120、438、5600-20-40-60wc120lgK34、9L/dB-20w/s-1wf-180-900-270o-183-236-4不穩(wěn)定ωc2=30L1L2問題得提出:起動得沖擊電流堵轉(zhuǎn)電流解決辦法:電樞串電阻起動;加積分給定環(huán)節(jié);引入電流截止負(fù)反饋。本節(jié)主要討論如何采用電流截止負(fù)反饋來限制起動電流。1、4單閉環(huán)直流調(diào)速自動控制系統(tǒng)得限流保護電流負(fù)反饋作用原理

為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)得起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大得問題,系統(tǒng)中必須有自動限制電樞電流得環(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(yīng)該引入那個物理量得負(fù)反饋。那么,引入電流負(fù)反饋,應(yīng)該能夠保持電流基本不變,