注冊(cè)電氣工程師上海培訓(xùn)班資料五

直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)的分析直流傳動(dòng)系統(tǒng)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)速和快速正反向的各種生產(chǎn)機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。從生產(chǎn)機(jī)械要求控制的物理量看，電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)、位置隨動(dòng)系統(tǒng)等，各種系統(tǒng)往往通過(guò)控制轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此調(diào)速系統(tǒng)是最基本的直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)本節(jié)應(yīng)了解的問(wèn)題直流調(diào)速控制系統(tǒng)的控制要求和靜態(tài)指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)與機(jī)械特性之間的關(guān)系靜態(tài)指標(biāo)參數(shù)之間的關(guān)系開(kāi)環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)特點(diǎn)閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)特點(diǎn)開(kāi)環(huán)與閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)特性之間關(guān)系調(diào)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)一、調(diào)速系統(tǒng)的控制要求和

調(diào)速系統(tǒng)靜指標(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：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；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；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)。2、調(diào)速系統(tǒng)靜指標(biāo)調(diào)速范圍定義：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，即其中nmin

和nmax

一般都指電動(dòng)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。靜差率定義：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)表示式中nN=n0-nN

3、靜差率與機(jī)械特性的關(guān)系靜差率是衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性。與機(jī)械特性硬度有關(guān)硬度大s小硬度小s大與系統(tǒng)的工作速度有關(guān)理想空載低s大理想空載高s小相同硬度靜差率bTeNTen0an0b?

nNa

?

nNb

nO不同轉(zhuǎn)速下的靜差率例如：某電動(dòng)機(jī)在理想空載轉(zhuǎn)速n0為

1000r/min時(shí)降落10r/min，靜差率只占1%；n0為

100r/min時(shí)同樣降落10r/min，靜差率就占10%；如果n0只有10r/min時(shí)，再降落10r/min，靜差率就占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)。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)速為而調(diào)速范圍為將上面的式代入nmin，得

上式表示調(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。

結(jié)論

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。例題1-1某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為nN=1430r/min，額定速降nN

=115r/min，當(dāng)要求靜差率s≤30%時(shí)，允許多大的調(diào)速范圍？如果要求靜差率s≤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？解要求s≤30%時(shí)，調(diào)速范圍為若要求s≤20%，則調(diào)速范圍只有若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是二、開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其特性若直流調(diào)速系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，即系統(tǒng)的輸出量不返送到輸入端，系統(tǒng)組成如下圖。開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖+-AM+-UdId+-?UnU*nUcUPE+-開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是：控制裝置與受控對(duì)象只有順向作用而無(wú)反向聯(lián)系；每個(gè)輸入量對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出量，系統(tǒng)的控制精度完全取決系統(tǒng)元器件和特性調(diào)整的準(zhǔn)確度；系統(tǒng)抗干擾能力差。因此，當(dāng)系統(tǒng)對(duì)干擾影響要求不高，并且控制精度要求不高時(shí)，可采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。

例題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R=0.18，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)CeΦ=0.2V·r

/

min。如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率s≤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？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。如果要求D=20，s

≤

5%，則由D，S與nN關(guān)系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。結(jié)論：開(kāi)環(huán)調(diào)速只能用在對(duì)靜差率要求不高的直流調(diào)速控制系統(tǒng)三、閉環(huán)調(diào)購(gòu)速系統(tǒng)鄉(xiāng)豐的組成臉及其墊靜特性根據(jù)駁自動(dòng)凈控制浩原理衰，反臣饋控甘制的雪閉環(huán)欄系統(tǒng)耳是按被調(diào)遙量的偏藝差進(jìn)行忘控制的魚(yú)系統(tǒng)，只物要被橡調(diào)量疏出現(xiàn)槳偏差謙，它棟就會(huì)攻自動(dòng)齡產(chǎn)生渠糾正拿偏差王的作凍用。調(diào)速系獵統(tǒng)的轉(zhuǎn)叔速降落烤正是由戴負(fù)載引身起的轉(zhuǎn)名速偏差所，顯然池，引入轉(zhuǎn)享速閉環(huán)航將使調(diào)焰速系統(tǒng)殊能夠大刷大減少奔轉(zhuǎn)速降海落。1、慘系性統(tǒng)組敬成+-AMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un?UnU*nUcUPE+-帶轉(zhuǎn)速針負(fù)反饋名的閉環(huán)揀直流調(diào)廈速系統(tǒng)蔥原理框席圖2、系搬統(tǒng)穩(wěn)態(tài)剃關(guān)系轉(zhuǎn)速負(fù)館反饋直治流調(diào)速農(nóng)系統(tǒng)中凡各環(huán)節(jié)鋼的穩(wěn)態(tài)師關(guān)系如牙下：電壓比是較環(huán)節(jié)放大器電力電詠?zhàn)幼儞Q英器調(diào)速毛系統(tǒng)雷開(kāi)環(huán)栽機(jī)械盒特性測(cè)速某反饋擔(dān)環(huán)節(jié)以上衡各關(guān)蛙系式懶中—放大敏器的蝴電壓桃放大厚系數(shù)牙；—電力梢電子率變換傷器的葬電壓跟放大勿系數(shù)焰；—轉(zhuǎn)速脫反饋爛系數(shù)畜（V·mi猾n/消r）廢；—U新PE的理想敬空載輸情出電壓材（V）慕；—電樞回貓路總電兄阻。KpKsRUd0從上謎述五男個(gè)關(guān)急系式屢中消遠(yuǎn)去中俯間變派量，糾整理想后，便即得缸轉(zhuǎn)速盆負(fù)反按饋閉奸環(huán)直次流調(diào)查速系谷統(tǒng)的熔靜特怠性方儲(chǔ)程式式中，勞閉環(huán)系室統(tǒng)的開(kāi)唱環(huán)放大電系數(shù)K為它相當(dāng)注于在測(cè)蒙速反饋柜電位器做輸出端偷把反饋亭回路斷搜開(kāi)后，管從放大島器輸入糟起直到荷測(cè)速反罵饋輸出姥為止總杰的電壓愁放大系袖數(shù)，是獨(dú)各環(huán)節(jié)概單獨(dú)的牙放大系樣數(shù)的乘捉積。電動(dòng)機(jī)俱環(huán)節(jié)放星大系數(shù)幟為3、閉壟環(huán)系統(tǒng)典的穩(wěn)態(tài)澤結(jié)構(gòu)框寺圖KpKs

1/CeΦU*nUc?UnEnUd0Un++-IdR-轉(zhuǎn)速負(fù)炎反饋閉迅環(huán)直流板調(diào)速系毀統(tǒng)穩(wěn)態(tài)蔥結(jié)構(gòu)框幼圖若只行考慮訪給定玩作用配時(shí)節(jié)的閉扁環(huán)系嘗統(tǒng)若只考村慮擾動(dòng)統(tǒng)作用-IdR時(shí)的翁閉環(huán)駕系統(tǒng)nU*nKpKs

1/CeΦUc?UnUd0Un+-+KpKs

1/CeΦ-IdRnUd0+-E由于底已認(rèn)賤為系睜統(tǒng)是思線性芬的，鎖可以毀把二行者疊廟加起濁來(lái)，羞即得錦系統(tǒng)派的靜對(duì)特性飛方程匪式4.開(kāi)環(huán)外系統(tǒng)江機(jī)械海特性輛和閉石環(huán)系傘統(tǒng)靜施特性刺的關(guān)上系斷開(kāi)堆反饋否回路叢，則床可得擁系統(tǒng)解的開(kāi)嗎環(huán)機(jī)來(lái)械特悶性為元：而閉侵環(huán)時(shí)津的靜默特性堤可寫(xiě)索成（1）閉環(huán)健系統(tǒng)靜栗性可以狀比開(kāi)環(huán)霞系統(tǒng)機(jī)銜械特性硬押得多種。在同建樣的丑負(fù)載其擾動(dòng)怠下，幼兩者腔的轉(zhuǎn)聽(tīng)速降以落分怕別為和它們善的關(guān)真系是比較兩幣方程式挑可得出路以下的程論斷：（2）如圈果比做較同灑一的測(cè)開(kāi)環(huán)包和閉兵環(huán)系羞統(tǒng)，賠則閉環(huán)新系統(tǒng)挑的靜筑差率束要小合得多顯。閉環(huán)推系統(tǒng)只和開(kāi)嘴環(huán)系亦統(tǒng)的濫靜差階率分踢別為和當(dāng)n0op=n0cl時(shí)，（3）當(dāng)謝要求想的靜鈔差率餃一定惰時(shí)，球閉環(huán)罷系統(tǒng)心可以大大提腦高調(diào)速島范圍。如果紐奉電動(dòng)供機(jī)的熄最高肢轉(zhuǎn)速高都是nmax，而對(duì)薪最低命速靜壺差率厲的要鴨求相東同，鴿那么恥：開(kāi)環(huán)賤時(shí)，扁閉抖環(huán)時(shí)另，從開(kāi)外環(huán)與件閉環(huán)柜穩(wěn)態(tài)脆速降錦關(guān)系繞式可得（4）要膽取得乏上述塘三項(xiàng)柿優(yōu)勢(shì)撇，閉樸環(huán)系纏統(tǒng)必單須設(shè)置放工大器。上述三篩項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)斷若要有兔效，都藏取決于揀一點(diǎn)，敢即K要足夠艇大，因皂此必須腎設(shè)置放怎大器。結(jié)論閉環(huán)余調(diào)速淋系統(tǒng)燭可以宋獲得定比開(kāi)屠環(huán)調(diào)拋速系釀統(tǒng)硬探得多舒的穩(wěn)償態(tài)特?fù)p性，訓(xùn)從而梨在保汗證一奴定靜膊差率劍的要彩求下等，能僚夠提羽高調(diào)紋速范擺圍，肺為此視所需姓付出臺(tái)的代符價(jià)是川，須柜增設(shè)豈電壓交放大鏡器以餓及檢僵測(cè)與宵反饋掌裝置滑。例題授3在例笨題1-饑2中，暢龍門(mén)衣刨床猛要求D=2已0，s牲≤5%柳，已知Ks=換30役，=0漁.0伸15調(diào)V·mi互n/術(shù)r，Ce=工0.共2V·min勾/r，如何冰采用片閉環(huán)維系統(tǒng)詢滿足統(tǒng)此要嗚求？解在上例乖中已經(jīng)扔求得Δnop=2秩75寧r/m疫in但為牌了滿悄足調(diào)姥速要林求，戴須有Δncl=2腥.63黃r/張min由開(kāi)劍環(huán)與艘閉環(huán)民穩(wěn)態(tài)沿速降共關(guān)系鴨式可浙得≥代入胞已知虎參數(shù)善，則眼得即只要進(jìn)放大器薪的放大壁系數(shù)等桂于或大僑于46，閉環(huán)平系統(tǒng)就快能滿足使所需的耽穩(wěn)態(tài)性婚能指標(biāo)翼。系統(tǒng)調(diào)朋節(jié)過(guò)程開(kāi)環(huán)系產(chǎn)統(tǒng)Id謎n例如市：在粘下圖亞中工俯作點(diǎn)薦從A丹A′閉環(huán)系艘統(tǒng)Id寧n骨Un陶刊Unn功Ud0侍Uc例如：證在下圖1中工延作點(diǎn)斃從AB閉環(huán)慰系統(tǒng)搜靜特衡性和辟開(kāi)環(huán)道機(jī)械闊特性往的關(guān)幫系A(chǔ)′閉環(huán)靜特性開(kāi)環(huán)機(jī)械特性Ud4Ud3Ud2Ud1BA四、調(diào)速系剖統(tǒng)的動(dòng)繭態(tài)指標(biāo)1.動(dòng)叼態(tài)指標(biāo)蓮含義：電氣蓄傳動(dòng)際控制廊系統(tǒng)毯的動(dòng)急態(tài)指則標(biāo)是鐘指系溜統(tǒng)在蝦給定堤信號(hào)虧和擾傘動(dòng)信壁號(hào)作秧用下谷，系問(wèn)統(tǒng)輸這出在境動(dòng)態(tài)罰響應(yīng)棚中的始各種亭指標(biāo)對(duì)給籍定信束號(hào)的跟隨慌性能雖指標(biāo)對(duì)擾動(dòng)莊信號(hào)椒的抗擾性妨能指標(biāo)2.跟隨悠性能臉指標(biāo)島：在給定扯信號(hào)或利參考輸辨入信號(hào)巾的作用蓬下，系偷統(tǒng)輸出疊量的變獨(dú)化情況是可用跟喊隨性能秀指標(biāo)來(lái)匠描述。迫常用的對(duì)階躍響?yīng)M應(yīng)跟隨棟性能指歇標(biāo)主要挖有tr—上升本時(shí)間勇：輸輝出量云第一列次達(dá)婦到穩(wěn)鴉態(tài)值