自動(dòng)控制系統(tǒng)課件第一章1-5

1.5帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

問(wèn)題的提出：起動(dòng)的沖擊電流——直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)，如果沒(méi)有限流措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對(duì)電機(jī)換向不利，對(duì)過(guò)載能力低的電力電子器件來(lái)說(shuō)，更是不能允許的。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定起動(dòng)的沖擊電流——采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時(shí)(常采用階躍信號(hào))，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來(lái)，反饋電壓仍為零，相當(dāng)于偏差電壓，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的1+K倍。

2/5/20231第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)這時(shí)，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就達(dá)到它的最高值，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于全壓起動(dòng)，當(dāng)然是不允許的。堵轉(zhuǎn)電流——有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況。例如，由于故障，機(jī)械軸被卡住，或挖土機(jī)運(yùn)行時(shí)碰到堅(jiān)硬的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無(wú)限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許值。如果只依靠過(guò)流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過(guò)載就跳閘，也會(huì)給正常工作帶來(lái)不便。2/5/20232第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)電流負(fù)反饋?zhàn)饔脵C(jī)理為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題，系統(tǒng)中必須有自動(dòng)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(gè)物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個(gè)物理量的負(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，使它不超過(guò)允許值。2/5/20233第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)解決辦法：主要討論如何采用電流截止負(fù)反饋來(lái)限制起動(dòng)電流。2/5/20234第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)電流負(fù)反饋引入方法如果僅采用電流負(fù)反饋，不要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋這種系統(tǒng)的靜特性如圖中B線，特性很陡,對(duì)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行不利。Idbln0IdOn'0A—轉(zhuǎn)速負(fù)反饋特性B—電流負(fù)反饋特性

圖

調(diào)速系統(tǒng)靜特性2/5/20235第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)

圖

轉(zhuǎn)速和電流負(fù)反饋系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)KpKsn

U*nUct?UnIdEnUdUn++--

R

-系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖

RsUi2/5/20236第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)靜特性方程與轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng)特性方程相比，上式多了一項(xiàng)由電流反饋引起的轉(zhuǎn)速降落。2/5/20237第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)Idbl0n0A—轉(zhuǎn)速負(fù)反饋特性B—電流負(fù)反饋特性C—轉(zhuǎn)速電流負(fù)反饋特性圖采用轉(zhuǎn)速電流調(diào)速系統(tǒng)靜特性Idn'0O2/5/20238第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)電流截止負(fù)反饋考慮到，限流作用只需在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)起作用，正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)讓電流自由地隨著負(fù)載增減。如果采用某種方法，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反饋以限制電流，而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用控制轉(zhuǎn)速。這種方法叫做電流截止負(fù)反饋，簡(jiǎn)稱截流反饋。2/5/20239第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)電流反饋信號(hào)從電流反饋系數(shù)上取出，把這個(gè)信號(hào)電壓Ui與比較電壓Uvs經(jīng)二極管反極性后串聯(lián)，此二極管的作用是保證電流負(fù)反饋控制回路中，只能有單方向電流。（1）當(dāng)Ui﹥Uvs時(shí)，電流反饋回路有電流通過(guò);(2)當(dāng)Ui<Uvs時(shí)，電流反饋回路沒(méi)有電流通過(guò)，此時(shí)只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋信號(hào)，保證了系統(tǒng)具有較硬的特性。其中把Idcr=Uvs/稱為截止電流nKpKsn1/CeU*nUct?UnIdEUdUn++--RRs-Uvs-Ui’圖帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖Ui+2/5/202310第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)靜特性方程與特性曲線由上圖可寫(xiě)出該系統(tǒng)兩段靜特性的方程式。當(dāng)Id

≤

Idcr

時(shí)，電流負(fù)反饋被截止，靜特性和只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性式相同，現(xiàn)重寫(xiě)于下

當(dāng)Id

Idcr時(shí)，引入了電流負(fù)反饋，靜特性變成

2/5/202311第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)圖帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性

IduIdcrn0IdOn'0AB轉(zhuǎn)速負(fù)反饋特性截止電流轉(zhuǎn)速電流負(fù)反饋特性2/5/202312第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)靜特性兩個(gè)特點(diǎn)

（1）電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻KpKs，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂。（2）比較電壓Uvs與給定電壓Un*的作用一致，理想空載轉(zhuǎn)速提高到2/5/202313第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)這樣的兩段式靜特性常稱作下垂特性或挖土機(jī)特性。當(dāng)挖土機(jī)遇到堅(jiān)硬的石塊而過(guò)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)停下，電流即為堵轉(zhuǎn)電流，令式中n=0，得

一般KpKs>>R，因此2/5/202314第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)Idu應(yīng)小于電機(jī)允許的最大電流，一般取

Idu=（1.5~2）IN從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能上看，希望穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍足夠大，截止電流應(yīng)大于電機(jī)的額定電流，一般取Idcr

≥（1.1~1.2）IN返回目錄2/5/202315第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程b)理想的快速起動(dòng)過(guò)程IdLntIdOIdma)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形IdLntIdOIdmIdcr2/5/202316第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)

性能比較帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程如圖所示，起動(dòng)電流達(dá)到最大值Idm

后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來(lái)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過(guò)程延長(zhǎng)。IdLntIdOIdmIdcr圖a)帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2/5/202317第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)理想起動(dòng)過(guò)程波形如圖，這時(shí)，起動(dòng)電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長(zhǎng)。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)過(guò)程。IdLntIdOIdm圖b)理想的快速起動(dòng)過(guò)程最佳的過(guò)渡過(guò)程：就是在極