第一講 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

1、單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng) 第 一 講 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 n直流調(diào)速方法 n直流調(diào)速電源 n單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng) q 引引 言言 直流電動機(jī)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) 速和快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了 廣泛的應(yīng)用。 由于直流拖動控制系統(tǒng)在理論上和實(shí) 踐上都比較成熟，而且從控制的角度來看， 它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此， 應(yīng)該首先很好地掌握直流拖動控制系統(tǒng)。 第第1節(jié)節(jié) 直流調(diào)速方法直流調(diào)速方法 根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程 e K IRU n q 直流調(diào)速方法直流調(diào)速方法 n U I R Ke 式中 轉(zhuǎn)速（r/min）； 電樞電壓（V）； 電樞電流（A）；

2、電樞回路總電阻（ ）； 勵磁磁通（Wb）； 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。 （1-1） 由式（1-1）可以看出，有三種方法調(diào) 節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速： （1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U； （2）減弱勵磁磁通）減弱勵磁磁通 ； （3）改變電樞回路電阻）改變電樞回路電阻 R。 （1）調(diào)壓調(diào)速 n工作條件： 保持勵磁 = N ； 保持電阻 R = Ra n調(diào)節(jié)過程： 改變電壓 UN U U n ， n0 n調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性 曲線平行下移。 n n0 OTTL UN U 1 U 2 U 3 nN n1 n2 n3 調(diào)壓調(diào)速特性曲線 （2）調(diào)阻調(diào)速 n工作條件： 保持勵磁 = N ； 保

3、持電壓 U =UN ； n調(diào)節(jié)過程： 增加電阻 Ra R R n ，n0不變； n調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性 曲線變軟。 n n0 OTTL R a R 1 R 2 R 3 nN n1 n2 n3 調(diào)阻調(diào)速特性曲線 （3）調(diào)磁調(diào)速 n工作條件： 保持電壓 U =UN ； 保持電阻 R = R a ； n調(diào)節(jié)過程： 減小勵磁 N n ， n0 n調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性 曲線變軟。 n n0 O TTL N 1 2 3 nN n1 n2 n3 調(diào)磁調(diào)速特性曲線 三種調(diào)速方法的性能與比較 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速 的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式 為最好。改變電阻只能有級調(diào)速

4、；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，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以 調(diào)壓調(diào)速為主。 第第2節(jié)節(jié) 可控直流電源可控直流電源 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 樞電壓需要有專門向電動機(jī)供電的 可控直流電源。 常用的可控直流電源有以下兩種 n可控整流器以獲得可調(diào)的直流電壓。 n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。 第第3節(jié)節(jié) 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 本節(jié)提要本節(jié)提要 n轉(zhuǎn)速控制的要

5、求和調(diào)速指標(biāo) n開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問題 n閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其特性 n開環(huán)系統(tǒng)特性和閉環(huán)系統(tǒng)特性的關(guān)系 n反饋控制規(guī)律 n限流保護(hù)電流截止負(fù)反饋 3.1 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) 任何一臺需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)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(gè)方面： 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； （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大的轉(zhuǎn)速波動， 以確保產(chǎn)品質(zhì)量； （3）加、減速頻繁起、制動的設(shè)備要求加、 減速盡量快，以

6、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，制動盡量平穩(wěn)。 2. 調(diào)速指標(biāo) n調(diào)速范圍：調(diào)速范圍： 生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(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） min max n n D 其中nmin 和nmax 一般都指電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速， 對于少數(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。 n靜差率：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 0 N n n s 或用百分?jǐn)?shù)表示 %100 0 N n n s （3-2） （3-3） 式中

7、 nN = n0 - nN 0 TeN Te n0a n0b a b nNa nNb n O 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 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)速的相對穩(wěn)定度 也就越差。 n例如例如：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)電動機(jī)已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速全部 降落完了。 因此，調(diào)速范圍

8、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)） 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 Nmin N min0 N nn n n n s 于是，最低轉(zhuǎn)速為 s ns n s n n N N N min )1 ( 而調(diào)速范圍為 min N min max n n n n D 將上面的式代入 nmin，得 )1 ( N N sn sn D （3-4） 式（3-4）表示調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

9、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。對于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)， nN 值一定， 由式（ 3-4 ）可見，如果對靜差率要求越 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。 n結(jié)論1： 一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低一個(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。速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。 n例題例題3-1 某直流調(diào)速系統(tǒng)電動機(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？ 解解

10、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 3 . 5 )3 . 01 (115 3 . 01430 )1 ( N N sn sn D 1 . 3 )2 . 01 (115 2 . 01430 D %6 .44446. 0 115101430 11510 NN N nDn nD s 3.2 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問題開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問題 如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對運(yùn)行時(shí)的靜差 率要求不高，這樣的開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí) 現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(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 對靜差率有一定的要求。在這些情況下， 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往

11、不能滿足要求。 n例題例題3-2 某龍門刨床工作臺拖動采用直流 電動機(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，電動機(jī)電動勢系數(shù)0.2。 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(gè)要求， 系統(tǒng)的額定速降最多能有多少？ 解解 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的額定速降為 開環(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 這已大大超過了5%的要求，更不必談?wù){(diào)到最低 速了。 min/275min/ 2 . 0 18. 0305 e dN N rr C RI n %6 .21216. 0 2751000

12、275 NN N N nn n s 如果要求D = 20，s 5%，則由式（1-29）可知 由上例可以看出，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的額定速降是275 r/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(gè)問題。 min/63. 2min/ )05. 01 (20 05. 01000 )1 ( N N rr sD sn n 3.3 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性閉環(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，它就會自動產(chǎn)生糾正 偏差的作用。 調(diào)

13、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。 n 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) + - AGT M TG + - + - + - Utg Ud Id n + - - + Un Un U*n Uc UPE + - M TG Id Un UdUc Un n tg n 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 電動機(jī)同軸安裝一臺測速發(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)過放大器 A，產(chǎn)生電力 電子變換器UPE的控制電壓Uc ，用以控

14、制 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n。 n 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 。 Uc Ud0 u AC DC Ud0 Uc n 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： n對于中、小容量系統(tǒng)，多采用由IGBT或 P-MOSFET組成的PWM變換器； n對于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力 電子開關(guān)器件，如GTO、IGCT等； n對于特大容量的系統(tǒng)，則常用晶閘管觸 發(fā)與整流裝置。 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) n * nn UUU 放大器 npc UKU

15、電力電子變換器 cs0d UKU 調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性 e d0d C RIU n 測速反饋環(huán)節(jié) nU n n 穩(wěn)態(tài)關(guān)系 + - AGT M TG + - + - + - Utg Ud Id n + - - + Un Un U*n Uc UPE + - M TG Id Un UdUc Un n tg TL n Un Un n Ud0 Uc n 系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程 n 0 O TL TL1TL3TL2 TL4 A B C A D 閉環(huán)靜特性 開環(huán)機(jī)械特性 圖3-3 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系 Ud4 Ud3 Ud2 Ud1 TL n Un Un n Ud0 Uc n 系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程 由此看來，閉

16、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。 3.4 反饋控制規(guī)律反饋控制規(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。 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

17、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。 )1 ( e d c KC RI n l 2. 抵抗擾動, 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作用，但對給 定作用的變化則唯命是從。 n擾動除給定信號外，作用在控制 系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會引起輸出量變 化的因素都叫做“擾動作用”。 n 調(diào)速系統(tǒng)的擾動源 n負(fù)載變化的擾動（使Id變化）； n交流電源電壓波動的擾動（使Ks變化）； n電動機(jī)勵磁的變化的擾動（造成Ce 變化 ）； n放大器輸出電壓漂移的擾動（使Kp變化）； n溫升引起主電路電阻增大的擾動（使R變化

18、）； 在圖3-4中，各種擾動作用都在穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖上表 示出來了，所有這些因素最終都要影響到轉(zhuǎn)速。 n 擾動作用與影響 圖3-4 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動作用 勵磁變化勵磁變化 Id變化變化 電源波動電源波動 Kp變化變化 電阻變化電阻變化 KpKs 1/Ce U*nUcUn E n Ud0 Un + + - - R 3.5 限流保護(hù)限流保護(hù)電流截止負(fù)反饋電流截止負(fù)反饋 問題的提出： n起動的沖擊電流直流電動機(jī)全電壓起動 時(shí)，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(jī)換向不利，對過載能力 低的電力電子器件來說，更是不能允許的。 n閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定起動的沖擊電流 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋

19、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，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。 n 問題的提出（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，對電動機(jī) 來說，相當(dāng)于全壓起動，當(dāng)然是不允許的。 n堵轉(zhuǎn)電流有些生產(chǎn)機(jī)械的電動機(jī)可能會遇 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，若無限流環(huán)節(jié)，硬 干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過允許值。如果只依靠 過流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過載就跳閘，也 會給正常工作帶來不便。 解決辦法：解決辦法： n電樞串電阻起動

20、； n引入電流截止負(fù)反饋； n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) 反饋來限制起動電流。 n 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)的起動和 堵轉(zhuǎn)時(shí)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(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，使它不超過允許值。 M + - Ud Id Rs Ui接放大器 M n電流負(fù)反饋 1. 電流檢測與反饋電流檢測與反饋 （1）電樞回路串檢測電阻； （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。 電流檢測與反饋電

21、路 轉(zhuǎn)速和電流負(fù)反饋系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu) Kp Ks 1/Ce U*n UcUn Id EnUd0 Un + + - - R - 2. 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖 Rs Ui n 電流截止負(fù)反饋 考慮到，限流作用只需在起動和堵轉(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，簡稱 截流反饋。 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 + + - - Ud Id Rs VD Ui Ucom接放大器 M b) 利用穩(wěn)壓管

22、產(chǎn)生比較電壓 Ubr M + - Ud Id Rs VST Ui 接放大器 M 3.6 比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)比例積分控制規(guī)律和無靜差調(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)成無靜 差調(diào)速系統(tǒng)。 提提 要要 n問題的提出 n積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律 n比例積分控制規(guī)律 n無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 n系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算（二） 3.6.1 問

23、題的提出問題的提出 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 過大，將 降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，使系統(tǒng)動態(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 = Kp Un nUc 0，電動機(jī)運(yùn)行，即Un 0 ； nUc = 0，電動機(jī)停止。 因此，在采用比例調(diào)節(jié)器控制的自動 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)器來代替比 例放大器。 3.6.2 積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律積分調(diào)節(jié)

24、器和積分控制規(guī)律 1. 積分調(diào)節(jié)器積分調(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 + + C Uex Rbal Uin R0 + A 圖3-6 積分調(diào)節(jié)器 a) 原理圖 in 0 ex 1 d d U CRt U dtUdtU CR idt C U inin 0 ex 111 - 2. 積分調(diào)節(jié)器的特性 n分析結(jié)果：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， 保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。 5. 比例與積分控制的比較 有靜差調(diào)速系統(tǒng)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 U

25、n 和控制電壓 Uc 的變化過程示于下圖。 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 的變化過程示于 右圖。 圖3-7 有靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載過程 突加負(fù)載時(shí)的動態(tài)過程 n 無靜差調(diào)速系統(tǒng) 圖3-8 積分控制無靜差調(diào)速系統(tǒng) 突加負(fù)載時(shí)的動態(tài)過程 雖然現(xiàn)在Un = 0，只 要?dú)v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(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。 將以上的分析歸納起來，可得下述論斷： 比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量 的現(xiàn)狀；而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入 偏差量的全部歷史。 3.6.3 比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律 上一小節(jié)從無靜差的角度突出地表明 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。 如圖所示，在同樣的階躍輸入作用之 下，比例調(diào)節(jié)器的輸出可以立即響應(yīng)， 而積分調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸地變。 兩種調(diào)節(jié)器特性比較 Uex Uin Uexm t UinUex O b) I調(diào)節(jié)器 a) P調(diào)節(jié)器 U