電氣傳動(dòng)及控制基礎(chǔ)

電氣傳動(dòng)及控制基礎(chǔ)第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一第3章單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)3.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)3.3帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)3.4閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器主要內(nèi)容

1.調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)2.常用調(diào)節(jié)器3.調(diào)節(jié)器輔助電路

第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) 運(yùn)算放大器作調(diào)節(jié)器使用時(shí),多數(shù)接成反號(hào)放線路,如圖3.1所示。其中Z0為輸入阻抗；Z1為反饋?zhàn)杩梗籞ba1為同相輸入端的平衡阻抗，用以降低放大器失調(diào)電流的影響。調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)W(s)如式(3.1)所示。圖3.1運(yùn)算放大器構(gòu)成的調(diào)節(jié)器（3.1）3.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)當(dāng)運(yùn)算放大器的反向輸入端有兩個(gè)信號(hào)時(shí)，如圖3.2所示。（3.2）圖3.2綜合多個(gè)信號(hào)的調(diào)節(jié)器原理圖

3.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器第五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一當(dāng)，式（3.2）可以寫(xiě)成1.調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)當(dāng)運(yùn)算放大器的反向輸入端有兩個(gè)輸入信號(hào)時(shí)，如圖所示，由于A點(diǎn)的（3.3）圖3.2綜合多個(gè)信號(hào)的調(diào)節(jié)器

(b)結(jié)構(gòu)圖;(c)結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖用圖3.2表示，可見(jiàn)，運(yùn)算放大器具有信號(hào)綜合的作用。3.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.常用調(diào)節(jié)器(1)比例（P）調(diào)節(jié)器圖3.3比例調(diào)節(jié)器（a）原理圖；（b）階躍響應(yīng)比例調(diào)節(jié)器如圖（3.3）所示，傳遞函數(shù)如式（3.4）所示。（3.4）3.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.常用調(diào)節(jié)器(2)積分（I）調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)階躍響應(yīng)圖3.4積分調(diào)節(jié)器（a）原理圖；（b）階躍響應(yīng)（3.5）3.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一(2)積分（I）調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)器輸出響應(yīng)的特點(diǎn)1）線性區(qū):只要，Uex總要逐漸增長(zhǎng)。只有當(dāng)Uin=0，Uex才不增長(zhǎng)。當(dāng)Uin變號(hào)時(shí)，Uex才能減小。2）飽和時(shí)：輸出達(dá)到飽和時(shí)，必須等Uin變極性時(shí)調(diào)節(jié)器才能退出飽和。

2.常用調(diào)節(jié)器3.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一(3)比例積分（PI）調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)階躍響應(yīng)

（3.6）3.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器

2.常用調(diào)節(jié)器第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一(3)比例積分（PI）調(diào)節(jié)器當(dāng)調(diào)節(jié)器達(dá)到深飽和后，必須等輸入信號(hào)變號(hào)，才能使調(diào)節(jié)器退出飽和。圖3.5比例積分調(diào)節(jié)器（a）原理圖；（b）階躍響應(yīng)3.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器

2.常用調(diào)節(jié)器第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.調(diào)節(jié)器輔助電路（1）輸出限幅電路調(diào)節(jié)器在實(shí)際應(yīng)用中帶有輸出限幅電路，以滿足電氣傳動(dòng)的某些傳動(dòng),如圖3.6。圖3.6二極管鉗位的外限幅電路和封鎖電路3.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.調(diào)節(jié)器輔助電路(2)輸入濾波電路圖3.7含濾波輸入的PI調(diào)節(jié)器（a）原理圖；（b）結(jié)構(gòu)圖3.1閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)節(jié)器第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主要內(nèi)容

引言

1.單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)組成及靜特性 2.單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性

3.其它單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)

4.無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)及積分控制規(guī)律第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一引言閉環(huán)系統(tǒng)的引入 例3.1:某龍門(mén)刨床工作臺(tái)拖動(dòng)系統(tǒng)采用直流電機(jī):Z2-93型、60kw、220V、305A、1000r/min，要求D=20，s≤5%。如果采用V-M系統(tǒng)，主回路總電阻R=0.18Ω，電機(jī)CeΦ=0.2V/（r/min）。則當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降為：結(jié)論：額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率已大大超過(guò)5﹪的要求，調(diào)速范圍的低速時(shí)更不滿足要求。解決方法：引入負(fù)反饋閉環(huán)控制開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的晶差率為第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)組成及靜特性系統(tǒng)組成：在電機(jī)上安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)，從而引出與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓，與轉(zhuǎn)速給定電壓相比較后，得到偏差電壓，經(jīng)過(guò)放大器產(chǎn)生觸發(fā)裝置的控制電壓，用以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。這就組成了反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)，其原理圖如圖3.8所示。由于被調(diào)量是轉(zhuǎn)速，所以稱這種系統(tǒng)為調(diào)速系統(tǒng)。圖3.8單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)原理圖3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一

圖3.8中所示系統(tǒng)中環(huán)節(jié)的關(guān)系如下電壓比較環(huán)節(jié)放大器晶閘管觸發(fā)整流裝置V-M系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性測(cè)速發(fā)電機(jī)Kp——比例調(diào)節(jié)器放大系統(tǒng)；Ks——晶閘管觸發(fā)--整流裝置的放大系數(shù)；α——測(cè)速反饋系數(shù)。3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一

閉環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)如圖3.9所示。由靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖可求得轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速的靜特性方程式圖3.9單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖（3.7）3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一靜特性分析開(kāi)環(huán)機(jī)械特性閉環(huán)靜特性（3.8）（3.9）3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一結(jié)論：

閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性要硬的多，對(duì)于相同的理想空載轉(zhuǎn)速的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩條特性，閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的靜差率要小的多。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率小，所以當(dāng)要求靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍，但必須增加放大器。靜特性分析圖3.10閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一例3.1中滿足D=20、S5%要求時(shí)，須有：則若已知V-M系統(tǒng)參數(shù)為則所需放大器的放大倍數(shù)Kp為:3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一閉環(huán)系統(tǒng)靜特性變硬分析結(jié)論：閉環(huán)系統(tǒng)靜特性變硬的實(shí)質(zhì)是閉環(huán)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。

圖3.12閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)的給定和擾動(dòng)作用圖3.11閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性圖3.13單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖3.13所示，它是一個(gè)三階系統(tǒng)，如圖可求得閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（3.10）3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一

閉環(huán)特征方程式系統(tǒng)穩(wěn)定的條件計(jì)算得當(dāng)整理后得靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性矛盾

（3.11）（3.12）（3.13）3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一結(jié)論：?jiǎn)?dòng)時(shí)電流過(guò)大單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)靜特性變硬，在一定靜差率要求下調(diào)速范圍變寬，且系統(tǒng)具有良好的抗擾性能。存在兩個(gè)問(wèn)題：靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性之間的矛盾；啟動(dòng)時(shí)電流過(guò)大。單閉環(huán)啟動(dòng)過(guò)程分析突加給定電壓時(shí)，由于電機(jī)慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來(lái)，轉(zhuǎn)速反饋電壓在兩個(gè)仍為零，偏差電壓是穩(wěn)態(tài)工作值（1+K）倍。這時(shí)，由于放大器和觸發(fā)整流裝置的慣性都很小，整流電壓會(huì)一下子達(dá)到最高值。3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.其它單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)圖3.14電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)（a）原理圖；（b）靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一圖3.15帶電流正反饋的電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)（a）原理圖；（b）靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一4.無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)及積分控制規(guī)律圖3.16無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)原理圖3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一動(dòng)態(tài)特性分析圖3.17無(wú)靜差系統(tǒng)的抗擾動(dòng)過(guò)程3.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一3.3帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)主要內(nèi)容

1.電流截止負(fù)反饋的引入

2.帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性

3.帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一1.電流截止負(fù)反饋的引入引入電流截止負(fù)反饋—解決啟動(dòng)電流過(guò)大問(wèn)題。

當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才出現(xiàn)的電流負(fù)反饋成為電流截止負(fù)反饋。帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)如圖所示。圖3.18帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)3.3帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖3.19帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.3帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一靜特性推導(dǎo)當(dāng)Id≤Idcr時(shí)，電流負(fù)反饋截止。當(dāng)Id>Idcr時(shí)，電流負(fù)反饋起作用（3.14）（3.15）3.3帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一2.帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性

臨界電流Idcr

取值：大于額定電流賭轉(zhuǎn)電流Idb1取值：小于最大電流圖3.20帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性3.3帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)第三十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一性能評(píng)價(jià)：帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，具有一定的調(diào)速范圍和穩(wěn)態(tài)精度，同時(shí)又能限制啟動(dòng)電流和堵轉(zhuǎn)工作，線路簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，很有實(shí)用價(jià)值，但是系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程不理想。圖3.21調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形（a）帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程；（b）理想快速啟動(dòng)過(guò)程3.帶電流截止負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程3.3帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)第三十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器;ACR-電流調(diào)節(jié)器;TG-測(cè)速發(fā)電機(jī);TA-電流互感器;GT-觸發(fā)裝置;圖3.22轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖3.3帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)第三十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一已知參數(shù)：電動(dòng)機(jī)：60KW、220V、305A、1000r/min、0.066，變流器：Ks=30，V—M系統(tǒng)電樞回路總電阻R=0.18測(cè)速發(fā)電機(jī)：23.1W、110V、0.21A、1900r/min要求：D=20、S5%解：系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電流反饋不起作用，因此，先不考慮電流截止環(huán)節(jié)，求滿足靜特性要求的參數(shù)，即調(diào)節(jié)器參數(shù)。（1）根據(jù)要求，求系統(tǒng)的實(shí)際允許速降（2）根據(jù)nd求閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K（3）測(cè)速反饋環(huán)節(jié)參數(shù)（4）電流截止環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)（5）調(diào)節(jié)參數(shù)選擇3.4閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì)第三十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期一復(fù)習(xí)思考題3已知參數(shù)：電動(dòng)機(jī)：10KW、220V、55