第一講單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

第一講單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第1頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容提要直流調(diào)速方法直流調(diào)速電源單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)第2頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

引言

直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。由于直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，應(yīng)該首先很好地掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。第3頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第1節(jié)直流調(diào)速方法第4頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程

直流調(diào)速方法nUIRKe式中

—轉(zhuǎn)速（r/min）；

—電樞電壓（V）；

—電樞電流（A）；

—電樞回路總電阻（

）；

—?jiǎng)?lì)磁磁通（Wb）；

—由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。（1-1）第5頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由式（1-1）可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：

（1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓U；（2）減弱勵(lì)磁磁通；（3）改變電樞回路電阻R。第6頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）調(diào)壓調(diào)速工作條件：保持勵(lì)磁=N；保持電阻R=Ra調(diào)節(jié)過(guò)程：改變電壓UN

U

Un，n0調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。nn0OTTLUNU1U2U3nNn1n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線第7頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）調(diào)阻調(diào)速工作條件：保持勵(lì)磁=N

；保持電壓U=UN；調(diào)節(jié)過(guò)程：增加電阻Ra

R

Rn，n0不變；調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線變軟。nn0OTTLRaR1R2R3nNn1n2n3調(diào)阻調(diào)速特性曲線第8頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）調(diào)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(guò)程：減小勵(lì)磁N

n，n0調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。nn0OTTL

N

1

2

3nNn1n2n3調(diào)磁調(diào)速特性曲線第9頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

三種調(diào)速方法的性能與比較

對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。第10頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第2節(jié)可控直流電源第11頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)前面分析，調(diào)壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)的主要方法，而調(diào)節(jié)電樞電壓需要有專門(mén)向電動(dòng)機(jī)供電的可控直流電源。

第12頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常用的可控直流電源有以下兩種可控整流器——以獲得可調(diào)的直流電壓。直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器——用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開(kāi)關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。第13頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第3節(jié)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第14頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本節(jié)提要轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其特性開(kāi)環(huán)系統(tǒng)特性和閉環(huán)系統(tǒng)特性的關(guān)系反饋控制規(guī)律限流保護(hù)——電流截止負(fù)反饋第15頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)

任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有一定的要求。

歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個(gè)方面：第16頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(jí)）或平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2）穩(wěn)速——以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3）加、減速——頻繁起、制動(dòng)的設(shè)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(jī)械則要求起，制動(dòng)盡量平穩(wěn)。第17頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.調(diào)速指標(biāo)調(diào)速范圍：生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)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（3-1）

其中nmin

和nmax

一般都指電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。第18頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

靜差率：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)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?jǐn)?shù)表示

（3-2）

（3-3）

式中nN=n0-nN

第19頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月0TeNTen0an0bab?

nNa

?

nNb

nO圖3-1不同轉(zhuǎn)速下的靜差率3.靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別

然而靜差率和機(jī)械特性硬度又是有區(qū)別的。一般調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是互相平行的。對(duì)于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定度也就越差。第20頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如：在1000r/min時(shí)降落10r/min，只占1%；在100r/min時(shí)同樣降落10r/min，就占10%；如果在只有10r/min時(shí)，再降落10r/min，就占100%，這時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速全部降落完了。

因此，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別（續(xù)）第21頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系

設(shè)：電機(jī)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(yīng)該是最低速時(shí)的靜差率，即于是，最低轉(zhuǎn)速為

第22頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月而調(diào)速范圍為

將上面的式代入nmin，得

（3-4）

第23頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

式（3-4）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(yīng)滿足的關(guān)系。對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，nN

值一定，由式（3-4）可見(jiàn)，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求s值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。

第24頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)論1：

一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。第25頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題3-1

某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1430，額定速降nN

=115r/min，當(dāng)要求靜差率30%時(shí)，允許多大的調(diào)速范圍？如果要求靜差率20%，則調(diào)速范圍是多少？如果希望調(diào)速范圍達(dá)到10，所能滿足的靜差率是多少？第26頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解要求30%時(shí)，調(diào)速范圍為若要求20%，則調(diào)速范圍只有若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是第27頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題

如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)的靜差率要求不高，這樣的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速，可以找到一些用途。但是，許多需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對(duì)靜差率有一定的要求。在這些情況下，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。

第28頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題3-2

某龍門(mén)刨床工作臺(tái)拖動(dòng)采用直流電動(dòng)機(jī)，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0.18歐姆，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)0.2。如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率5%，采用開(kāi)環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降最多能有多少？第29頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的額定速降為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為

這已大大超過(guò)了5%的要求，更不必談?wù){(diào)到最低速了。第30頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

如果要求D=20，s

≤

5%，則由式（1-29）可知由上例可以看出，開(kāi)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(jiàn)，開(kāi)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(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。第31頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性

根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)將使調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能夠大大減少轉(zhuǎn)速降落。

第32頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

系統(tǒng)組成圖3-2

采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un?UnU*nUcUPE+-MTGIdUnUdUcUnntg第33頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

調(diào)節(jié)原理

在反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)TG，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓Un

，與給定電壓U*n

相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓Un

，經(jīng)過(guò)放大器A，產(chǎn)生電力電子變換器UPE的控制電壓Uc

，用以控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n。第34頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月UPE的組成

圖中，UPE是由電力電子器件組成的變換器，其輸入接三組（或單相）交流電源，輸出為可控的直流電壓，控制電壓為Uc

。UcUd0u~ACDCUd0Uc第35頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月UPE的組成（續(xù)）

目前，組成UPE的電力電子器件有如下幾種選擇方案：對(duì)于中、小容量系統(tǒng)，多采用由IGBT或P-MOSFET組成的PWM變換器；對(duì)于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開(kāi)關(guān)器件，如GTO、IGCT等；對(duì)于特大容量的系統(tǒng)，則常用晶閘管觸發(fā)與整流裝置。第36頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：

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(kāi)環(huán)機(jī)械特性測(cè)速反饋環(huán)節(jié)

穩(wěn)態(tài)關(guān)系第37頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un?UnU*nUcUPE+-MTGIdUnUdUcUnntgTL

nUnUn

nUd0Uc

系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程第38頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月n0OTLTL1TL3TL2TL4ABCA’D閉環(huán)靜特性開(kāi)環(huán)機(jī)械特性圖3-3閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系Ud4Ud3Ud2Ud1TL

nUnUn

nUd0Uc

系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程第39頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

由此看來(lái)，閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降。第40頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.4反饋控制規(guī)律

轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)，它具有以下三個(gè)基本特征，也就是反饋控制的基本規(guī)律，各種不另加其他調(diào)節(jié)器的基本反饋控制系統(tǒng)都服從于這些規(guī)律。

第41頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.被調(diào)量有靜差

從靜特性分析中可以看出，由于采用了比例放大器，閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。然而，Kp=常數(shù)，穩(wěn)態(tài)速差就只能減小，卻不可能消除。因?yàn)殚]環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為

只有K=，才能使ncl

=0，而這是不可能的。因此，這樣的調(diào)速系統(tǒng)叫做有靜差調(diào)速系統(tǒng)。實(shí)際上，這種系統(tǒng)正是依靠被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的。第42頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.抵抗擾動(dòng),服從給定

反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它能有效地抑制一切被負(fù)反饋環(huán)所包圍的前向通道上的擾動(dòng)作用，但對(duì)給定作用的變化則唯命是從。擾動(dòng)——除給定信號(hào)外，作用在控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會(huì)引起輸出量變化的因素都叫做“擾動(dòng)作用”。

第43頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

調(diào)速系統(tǒng)的擾動(dòng)源負(fù)載變化的擾動(dòng)（使Id變化）；交流電源電壓波動(dòng)的擾動(dòng)（使Ks變化）；電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化的擾動(dòng)（造成Ce變化

）；放大器輸出電壓漂移的擾動(dòng)（使Kp變化）；溫升引起主電路電阻增大的擾動(dòng)（使R變化）；

在圖3-4中，各種擾動(dòng)作用都在穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖上表示出來(lái)了，所有這些因素最終都要影響到轉(zhuǎn)速。第44頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

擾動(dòng)作用與影響圖3-4閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動(dòng)作用

勵(lì)磁變化Id變化電源波動(dòng)Kp變化電阻變化KpKs

1/CeU*nUc?UnEnUd0Un++--

R

第45頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.5限流保護(hù)——電流截止負(fù)反饋

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)，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。

第46頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

問(wèn)題的提出（續(xù)）

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。第47頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解決辦法：電樞串電阻起動(dòng)；引入電流截止負(fù)反饋；加積分給定環(huán)節(jié)。本小節(jié)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。第48頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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。第49頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月M+-UdIdRsUi接放大器M電流負(fù)反饋1.電流檢測(cè)與反饋（1）電樞回路串檢測(cè)電阻；（2）電樞回路接直流互感器；（3）交流電路接交流互感器；（4）采用霍爾傳感器。

電流檢測(cè)與反饋電路第50頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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

1/CeU*nUc?UnIdEnUd0Un++--

R

-2.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖

Rs

Ui第51頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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。第52頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)

圖3-5電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)a）利用獨(dú)立直流電源作比較電壓M++--UdId

RsVDUi

Ucom接放大器Mb)利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓

UbrM+-UdId

RsVSTUi接放大器M第53頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6比例積分控制規(guī)律和無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)

前節(jié)主要討論，采用比例（P）放大器控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，可使系統(tǒng)穩(wěn)定，并有一定的穩(wěn)定裕度，同時(shí)還能滿足一定的穩(wěn)態(tài)精度指標(biāo)。但是，帶比例放大器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)。本節(jié)將討論，采用積分（I）調(diào)節(jié)器或比例積分（PI）調(diào)節(jié)器代替比例放大器，構(gòu)成無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。

第54頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月提要問(wèn)題的提出積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算（二）第55頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.1問(wèn)題的提出

如前，采用P放大器控制的有靜差的調(diào)速系統(tǒng)，Kp

越大，系統(tǒng)精度越高；但Kp

過(guò)大，將降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定。進(jìn)一步分析靜差產(chǎn)生的原因，由于采用比例調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出為

Uc=KpUnUc0，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，即Un

0；Uc

=0，電動(dòng)機(jī)停止。

第56頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

因此，在采用比例調(diào)節(jié)器控制的自動(dòng)系統(tǒng)中，輸入偏差是維系系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，必然要產(chǎn)生靜差，因此是有靜差系統(tǒng)。如果要消除系統(tǒng)誤差，必須尋找其他控制方法，比如：采用積分（Integration）調(diào)節(jié)器或比例積分（PI）調(diào)節(jié)器來(lái)代替比例放大器。第57頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.6.2積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律

1.積分調(diào)節(jié)器如圖，由運(yùn)算放大器可構(gòu)成一個(gè)積分電路。根據(jù)電路分析，其電路方程++CUexRbalUinR0+A圖3-6積分調(diào)節(jié)器a)原理圖-第58頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.積分調(diào)節(jié)器的特性第59頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分析結(jié)果：采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號(hào)，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。第60頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.比例與積分控制的比較

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

和控制電壓Uc

的變化過(guò)程示于下圖。第61頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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

和控制電壓Uc

的變化過(guò)程示于右圖。

圖3-7有靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載過(guò)程

突加負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程第62頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)圖3-8積分控制無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程

雖然現(xiàn)在Un=0，只要?dú)v史上有過(guò)Un

，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運(yùn)行所需要的控制電壓Uc。積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律的根本區(qū)別就在于此。第63頁(yè)，課件共71頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

將以上的分析歸納起來(lái)，可得下述論斷：