自動控制系統(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)

問題的提出：起動的沖擊電流——直流電動機(jī)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(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。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)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時(常采用階躍信號)，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。

2/5/20231第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)這時，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。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)行時碰到堅硬的石塊等等。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。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(yīng)該引入那個物理量的負(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。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)反饋來限制起動電流。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和堵轉(zhuǎn)時起作用，正常運(yùn)行時應(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才接入電流負(fù)反饋以限制電流，而電流正常時僅有轉(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。2/5/20239第1章單閉環(huán)直流調(diào)速控制系統(tǒng)電流反饋信號從電流反饋系數(shù)上取出，把這個信號電壓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，電流反饋回路有電流通過;(2)當(dāng)Ui<Uvs時，電流反饋回路沒有電流通過，此時只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋信號，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出該系統(tǒng)兩段靜特性的方程式。當(dāng)Id

≤

Idcr

時，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)重寫于下

當(dāng)Id

Idcr時，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)遇到堅硬的石塊而過載時，電動機(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)啟動過程b)理想的快速起動過程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)起動過程的電流和轉(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)起動過程如圖所示，起動電流達(dá)到最大值Idm

后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過程延長。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)理想起動過程波形如圖，這時，起動電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。IdLntIdOIdm圖b)理想的快速起動過程最佳的過渡過程：就是在極