電力拖動控制第2章

直流調(diào)速系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng)第1篇直流電機轉(zhuǎn)速方程:回想：直流調(diào)速方法由上式得出：有三種方法調(diào)理電動機的轉(zhuǎn)速。〔1〕調(diào)理電樞供電電壓U；〔2〕減弱勵磁磁通；〔3〕改動電樞回路電阻R。〔1〕調(diào)壓調(diào)速任務(wù)條件：堅持勵磁=N；堅持電阻R=Ra調(diào)理過程：改動電壓UNUUn，n0調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機械特性曲線平行下移。nn0OIILUNU1U2U3nNn1n2n3調(diào)壓調(diào)速特性曲線〔2〕調(diào)阻調(diào)速任務(wù)條件：堅持勵磁=N；堅持電壓U=UN；調(diào)理過程：添加電阻RaRRn，n0不變；調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速下降，機械特性曲線變軟。nn0OIILRaR1R2R3nNn1n2n3調(diào)阻調(diào)速特性曲線〔3〕弱磁調(diào)速任務(wù)條件：堅持電壓U=UN；堅持電阻R=Ra；調(diào)理過程：減小勵磁Nn，n0調(diào)速特性：轉(zhuǎn)速上升，機械特性曲線變軟。nn0OTeTLN123nNn1n2n3調(diào)磁調(diào)速特性曲線※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2章單閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控電源2.2穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能目的和直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性2.3轉(zhuǎn)速反響控制的直流調(diào)速系統(tǒng)2.4直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制2.5轉(zhuǎn)速反響控制直流調(diào)速系統(tǒng)的限流維護2.6轉(zhuǎn)速反響控制直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真晶閘管整流器——用可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。直流脈寬調(diào)制變換器(PWM)——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)器件進展脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。2.1直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源2.1.1晶閘管整流器-電動機系統(tǒng)思索：1半控整流，電機可運轉(zhuǎn)哪些象限？2全控整流，電機可運轉(zhuǎn)哪些象限3假設(shè)要四象限運轉(zhuǎn)，可如何改良？晶閘管-電動機系統(tǒng)的機械特性當(dāng)電流延續(xù)時，V-M系統(tǒng)的機械特性方程式為式中Ce=KeN〔1〕電流延續(xù)情況結(jié)論：只需電流延續(xù)，晶閘管可控整流器就可以看成是一個線性的可控電壓源。〔2〕V-M系統(tǒng)完好機械特性當(dāng)電流延續(xù)時，特性比較硬；斷續(xù)段特性那么很軟，而且呈顯著的非線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。晶閘管觸發(fā)和整流安裝的放大系數(shù)和傳送函數(shù)在進展調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計時，可以把晶閘管觸發(fā)和整流安裝當(dāng)作系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)來對待。運用線性控制實際進展直流調(diào)速系統(tǒng)分析或設(shè)計時，須事先求出這個環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和傳送函數(shù)?！?〕晶閘管觸發(fā)和整流安裝的放大系數(shù)的計算晶閘管觸發(fā)和整流安裝的放大系數(shù)可由任務(wù)范圍內(nèi)的特性率決議，計算方法是 假設(shè)不能夠?qū)崪y特性，可根據(jù)安裝的參數(shù)估算。例如：設(shè)觸發(fā)電路控制電壓的調(diào)理范圍為Uc=0~10V相對應(yīng)的整流電壓的變化范圍是Ud=0~220V可取Ks=220/10=22晶閘管觸發(fā)和整流安裝的放大系數(shù)估算〔2〕晶閘管觸發(fā)和整流安裝的傳送函數(shù)在動態(tài)過程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流安裝看成是一個純滯后環(huán)節(jié)，其滯后效應(yīng)是由晶閘管的失控時間引起的。晶閘管觸發(fā)與整流失控時間分析最大能夠的失控時間就是兩個相鄰自然換相點之間的時間，與交流電源頻率和整流電路方式有關(guān)，由下式確定:

最大失控時間計算式中—交流電流頻率；—一周內(nèi)整流電壓的脈沖波數(shù)。fmTs值的選取相對于整個系統(tǒng)的呼應(yīng)時間來說，Ts是不大的，在普通情況下，可取其統(tǒng)計平均值Ts=Tsmax/2，并以為是常數(shù)。下表列出了不同整流電路的失控時間。各種整流電路的失控時間〔f=50Hz〕用單位階躍函數(shù)表示滯后，那么晶閘管觸發(fā)與整流安裝的輸入-輸出關(guān)系為

傳送函數(shù)的求取按拉氏變換的位移定理，晶閘管安裝的傳送函數(shù)為上式中包含指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)為非最小相位系統(tǒng)，分析和設(shè)計費事。為了簡化，先將該指數(shù)函數(shù)按臺勞級數(shù)展開，那么變成

思索到Ts很小，可忽略高次項，那么傳送函數(shù)便近似成一階慣性環(huán)節(jié)。晶閘管觸發(fā)與整流安裝動態(tài)構(gòu)造V-M系統(tǒng)的特點(與G-M系統(tǒng)相比較)弱點控制強電。在控制造用的快速性上，變流機組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。V-M系統(tǒng)的問題由于晶閘管的單導(dǎo)游電性，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運轉(zhuǎn)呵斥困難。晶閘管對過電壓、過電流和過高的dV/dt與di/dt都非常敏感，假設(shè)超越允許值會在很短的時間內(nèi)損壞器件。由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，呵斥“電力公害〞。思索：〔1〕什么是電壓系數(shù)，不可逆PWM變換電路的電壓系數(shù)是什么？〔2〕P57〔2-1〕2.1.2直流PWM變換器-電動機系統(tǒng)機械特性方程1直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機械特性式中Cm—電機在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)；n0=Us/Ce—理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比?；蛴棉D(zhuǎn)矩表示，PWM調(diào)速系統(tǒng)機械特性2PWM控制與變換器的數(shù)學(xué)模型PWM控制與變換器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和晶閘管觸發(fā)與整流安裝根本一致。其傳送函數(shù)可以寫成:當(dāng)開關(guān)頻率為10kHz時，T=0.1ms，在普通的電力拖動自動控制系統(tǒng)中，時間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似看成是一個一階慣性環(huán)節(jié)，因此,與晶閘管安裝傳送函數(shù)完全一致。留意：Ts＜T〔開關(guān)周期〕3電能回饋與泵升電壓的限制PWM變換器的直流電源通常由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容C濾波，以獲得恒定的直流電壓，電容C同時對感性負載的無功功率起儲能緩沖作用。泵升電壓產(chǎn)生的緣由該系統(tǒng)當(dāng)電機制動時會反響能量。由于直流電源靠二極管整流器供電，不能夠回饋電能，電機制動時只好對濾波電容充電，這將使電容兩端電壓升高，稱作“泵升電壓〞。泵升電壓限制限流電阻，延時開關(guān)※PWM系統(tǒng)的特點〔1〕主電道路路簡單，需用的功率器件少；〔2〕開關(guān)頻率高，電流容易延續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較??；〔3〕低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，可達1:10000左右；〔4〕假設(shè)與快速呼應(yīng)的電機配合，動態(tài)呼應(yīng)快，動態(tài)抗擾才干強；※PWM系統(tǒng)的特點〔續(xù)〕〔5〕功率開關(guān)器件任務(wù)在開關(guān)形狀，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開關(guān)頻率適當(dāng)時，開關(guān)損耗也不大，因此安裝效率較高；〔6〕直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。小結(jié)兩種可控直流電源，V-M系統(tǒng)在上世紀60~70年代得到廣泛運用，目前主要用于大容量、調(diào)速精度要求較低的系統(tǒng)。直流PWM調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，開展迅速，在中、小容量的系統(tǒng)中運用日益廣泛。V-M系統(tǒng)是大容量中主要的直流調(diào)速系統(tǒng)。1.控制要求〔1〕調(diào)速〔2〕穩(wěn)速〔3〕加、減速2.2.1轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能目的2.2穩(wěn)態(tài)性能目的和直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性2.調(diào)速目的調(diào)速范圍：消費機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比用字母D表示.其中nmin和nmax普通都指電機額定負載時的轉(zhuǎn)速.靜差率：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時，負載由理想空載添加到額定值時所對應(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.※如理想空載轉(zhuǎn)速一樣,機械特性越硬,S越低.對系統(tǒng)而言,要求S越低越好.機械特性硬度一樣,S能否一樣??3.靜差率與機械特性硬度的區(qū)別對于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定度也就越差。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率目的應(yīng)以最低速時所能到達的數(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)：電機額定轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為nN，那么該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時的靜差率，即于是，最低轉(zhuǎn)速為而調(diào)速范圍為將上面的式代入nmin，得常用公式,了解記憶!!s值越小時，系統(tǒng)可以允許的調(diào)速范圍也越小。eg1:某直流調(diào)速系統(tǒng)電動機額定轉(zhuǎn)速為nN=1430r/min，額定速降nN=115r/min，當(dāng)要求靜差率30%時，允許多大的調(diào)速范圍？假設(shè)要求靜差率20%，那么調(diào)速范圍是多少？假設(shè)希望調(diào)速范圍到達10，所能滿足的靜差率是多少？結(jié)論1：一個調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。2.2.2開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，即無反響控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)理控制電壓Uc就可以改動電動機的轉(zhuǎn)速。晶閘管整流器和PWM變換器都是可控的直流電源，用UPE來一致表示可控直流電源.開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖機械特性開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下： 電力電子變換器

直流電動機

開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機械特性為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)構(gòu)造圖開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的機械特性eg2:某龍門刨床任務(wù)臺拖動采用直流電動機，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，Ra=0.05，假設(shè)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？假設(shè)要滿足這個要求，系統(tǒng)的額定速降最多能有多少？△n〔開環(huán)實踐〕=275r/min△n〔理想〕=2.63r/min2.3轉(zhuǎn)速反響控制的直流調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)自動控制原理，將系統(tǒng)的被調(diào)理量作為反響量引入系統(tǒng)，與給定量進展比較，用比較后的偏向值對系統(tǒng)進展控制，可以有效地抑制甚至消除擾動呵斥的影響，而維持被調(diào)理量很少變化或不變，這就是反響控制的根本作用。2.3.1轉(zhuǎn)速反響控制直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型在負反響根底上的“檢測誤差，用以糾正誤差〞這一原理組成的系統(tǒng)，其輸出量反響的傳送途徑構(gòu)成一個閉合的環(huán)路，因此被稱作閉環(huán)控制系統(tǒng)。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，被調(diào)理量是轉(zhuǎn)速，所構(gòu)成的是轉(zhuǎn)速反響控制的直流調(diào)速系統(tǒng)。1．轉(zhuǎn)速反響控制直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性帶轉(zhuǎn)速負反響的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖運放〔比較〕調(diào)理器測速發(fā)電機給定環(huán)節(jié)電壓比較環(huán)節(jié)放大器電力電子變換器調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)機械特性測速反響環(huán)節(jié)穩(wěn)態(tài)關(guān)系Kp—放大器的電壓放大系數(shù)；Ks—電力電子變換器的電壓放大系數(shù)；—轉(zhuǎn)速反響系數(shù)〔V·min/r〕；Ud0—UPE的理想空載輸出電壓；R—電樞回路總電阻。反響控制的靜特性方程式式中:—閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動機轉(zhuǎn)速與負載電流〔或轉(zhuǎn)矩〕間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。轉(zhuǎn)速負反響閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)構(gòu)造框圖2．轉(zhuǎn)速反響控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型一個帶有儲能環(huán)節(jié)的線性物理系統(tǒng)的動態(tài)過程可以用線性微分方程描畫，微分方程的解即系統(tǒng)的動態(tài)過程，它包括兩部分：動態(tài)呼應(yīng)和穩(wěn)態(tài)解。在動態(tài)過程中，從施加給定輸入值的時辰開場，到輸出到達穩(wěn)態(tài)值以前，是系統(tǒng)的動態(tài)呼應(yīng)；系統(tǒng)到達穩(wěn)態(tài)后，可用穩(wěn)態(tài)解來描畫系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性。建立系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的根本步驟如下：〔1〕列出描畫該環(huán)節(jié)動態(tài)過程的微分方程；〔2〕求出各環(huán)節(jié)的傳送函數(shù)；〔3〕組成系統(tǒng)的動態(tài)構(gòu)造圖并求出系統(tǒng)的傳送函數(shù)?！?〕UPE環(huán)節(jié)的傳送函數(shù)〔2〕直流電動機的傳送函數(shù)※主電路電流延續(xù)，那么動態(tài)電壓方程為

電路方程電機軸上的動力學(xué)方程為 額定勵磁下的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別為TL—包括電機空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負載轉(zhuǎn)矩GD2—電力拖動系統(tǒng)折算到電機軸上的飛輪慣量Cm—電機額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，

—電樞回路電磁時間常數(shù)，s；—電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)，s。定義以下時間常數(shù)整理后得式中為負載電流。微分方程取等式兩側(cè)的拉氏變換，得電壓與電流間的傳送函數(shù)電流與電動勢間的傳送函數(shù)傳送函數(shù)電樞回路動態(tài)構(gòu)造圖1/CeUd0(s)IdL(s)E(s)Id(s)E(s)++--1/RTls+1RTmsn(s)整個直流電動機的動態(tài)的構(gòu)造圖控制輸入量擾動量n(s)Ud0(s)+-1/CeTmTls2+Tms+1IdL(s)R(Tls+1)動態(tài)構(gòu)造圖的變換和簡化直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的其他環(huán)節(jié)還有比例放大器和測速反響環(huán)節(jié)，它們的呼應(yīng)都可以以為是瞬時的，因此它們的傳送函數(shù)就是它們的放大系數(shù)，即放大器測速反響〔3〕控制與檢測環(huán)節(jié)的傳送函數(shù)〔4〕閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型反響控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)構(gòu)造圖n(s)U*n(s)IdL(s)Uct(s)Un(s)+-KsTss+1KP1/CeTmTls2+Tms+1

+-R(Tls+1)Ud0(s)〔5〕反響控制調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳送函數(shù)設(shè)Idl=0，從給定看，閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)傳送函數(shù)是〔6〕反響控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件由閉環(huán)傳函知:系統(tǒng)的特征方程為它的普通表達式為根據(jù)勞斯判據(jù)，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是因特征方程中各項系數(shù)顯然都是大于零的，因此穩(wěn)定條件就只需整理后得常用,了解記憶!!斷開反響回路，那么系統(tǒng)的開環(huán)機械特性為而閉環(huán)時的靜特性可寫成2.3.2比例控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

(閉環(huán)與開環(huán)系統(tǒng)比較)1．開環(huán)系統(tǒng)機械特性和比例控制閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系〔1〕閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機械特性硬得多。系統(tǒng)特性比較〔2〕假設(shè)比較同一n0的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，那么閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。

〔3〕當(dāng)要求的靜差率一定時，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高伐速范圍?！?〕上述三項優(yōu)點假設(shè)要有效，都取決于一點，即K要足夠大，因此必需設(shè)置放大器。結(jié)論2：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，可以提高伐速范圍，為此所需付出的代價是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測與反響安裝。eg3:知Ks=30，=0.015V·min/r，如何采用閉環(huán)系統(tǒng)滿足此要求？eg2:某龍門刨床任務(wù)臺拖動采用直流電動機，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，Ra=0.05，假設(shè)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？假設(shè)要滿足這個要求，系統(tǒng)的額定速降最多能有多少？△n〔開環(huán)實踐〕=275r/min△n〔理想〕=2.63r/min閉環(huán)系統(tǒng)IdnUnUnnUd0Uc開環(huán)系統(tǒng)Idn例如：在圖中任務(wù)點從AA’系統(tǒng)調(diào)理過程結(jié)論3:閉環(huán)系統(tǒng)可以減少穩(wěn)態(tài)速降的本質(zhì)在于它的自動調(diào)理作用，在于它能隨著負載的變化而相應(yīng)地改動電樞電壓，以補償電樞回路電阻壓降。2．反響控制規(guī)律(1)被調(diào)量有靜差(2)抵抗擾動,服從給定(3)系統(tǒng)的精度依賴于給定和反響檢測精度eg4:當(dāng)電網(wǎng)電壓、負載轉(zhuǎn)矩、電動機勵磁電流、電樞電阻、測速發(fā)電機勵磁發(fā)生變化時，系統(tǒng)有沒有調(diào)理作用？KpKs

1/CeU*nUc?UnEnUd0Un++--RId常見擾動源結(jié)論4：反響控制系統(tǒng)的規(guī)律是：一方面可以有效地抑制一切被包在負反響環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動作用；另一方面，那么緊緊地跟隨著給定作用，對給定信號的任何變化都是唯命是從的。3．比例控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性Eg5:p332-42.3.3比例積分控制的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)在比例控制直流V-M調(diào)速系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)穩(wěn)定性的要求經(jīng)常是相互矛盾的。根據(jù)自動控制原理，要處理這個矛盾，必需恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計動態(tài)校正安裝，用來改造系統(tǒng)。在電力拖動自動控制系統(tǒng)中，常用串聯(lián)校正和反響校正。對于帶電力電子變換器的直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，傳送函數(shù)階次較低，普通采用PID調(diào)理器的串聯(lián)校正方案就能完成動態(tài)校正的義務(wù)。1積分調(diào)理器和積分控制規(guī)律(1)積分調(diào)理器++CUexRbalUinR0+A積分調(diào)理器

UexUinUexmtUinUexOb)階躍輸入時的輸出特性(2)積分調(diào)理器的特性(3)轉(zhuǎn)速的積分控制規(guī)律假設(shè)采用積分調(diào)理器，那么控制電壓Uc是轉(zhuǎn)速偏向電壓Un的積分，應(yīng)有每一時辰Uc的大小和Un與橫軸所包圍的面積成正比.積分調(diào)理器的輸入和輸出動態(tài)過程a)階躍輸入b)普通輸入輸入和輸出動態(tài)過程積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律的根本區(qū)別：比例調(diào)理器的輸出只取決于輸入偏向量的現(xiàn)狀，而積分調(diào)理器的輸出那么包含了輸入偏向量的全部歷史。積分調(diào)理器到穩(wěn)態(tài)時ΔUn=0，只需歷史上有過ΔUn，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)所需求的控制電壓。(4)比例與積分控制的比較有靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩由TL1突增到TL2時，有靜差調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速n、偏向電壓Un和控制電壓Uc的變化過程示于右圖。無靜差

調(diào)速系統(tǒng)〔P22圖1-31〕雖然如今Un=0，只需歷史上有過Un，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)所需求的控制電壓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。Kpi=R1/R0τ=R0C1++C1RbalUinR0+AR1Uex(5)比例積分控制規(guī)律UexUinUexmtUinUexOKpiUinPI調(diào)理器輸入，輸出特性比例部分能迅速呼應(yīng)控制造用，積分部分那么最終消除穩(wěn)態(tài)偏向。在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，采用PI調(diào)理器輸出部分Uc由兩部分組成，比例部分①和ΔUn成正比，積分部分②表示了從t=0到此時辰對ΔUn(t)的積分值，Uc是這兩部分之和。閉環(huán)系統(tǒng)中PI調(diào)理器的輸入和輸出動態(tài)過程※思索題：1在轉(zhuǎn)速負反響單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)中，突減負載后系統(tǒng)又進入穩(wěn)定運轉(zhuǎn)形狀，此時，輸出電壓Ud是添加，減小還是不變？2在無靜差調(diào)速系統(tǒng)中，突加負載后進入穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速和輸出電壓Ud是添加，減少還是不變？3有一積分器，如以下圖a所示，其輸入信號Uin為階躍信號，假設(shè)反響信號波形如圖b中的Uf1或Uf2，問:在不思索積分器限幅時，所示兩種反響情況下的積分輸出能否一樣？2.3.4直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析比例積分控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)構(gòu)造框圖〔轉(zhuǎn)速調(diào)理器用ASR表示〕運用比例調(diào)理器時，系統(tǒng)的開環(huán)傳送函數(shù)為

式中運用積分調(diào)理器時，系統(tǒng)的開環(huán)傳送函數(shù)為

式中運用比例積分調(diào)理器時，系統(tǒng)的開環(huán)傳送函數(shù)為

式中根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)傳送函數(shù)中積分環(huán)節(jié)的數(shù)目劃分控制系統(tǒng)的類型，比例控制的調(diào)速系統(tǒng)是0型系統(tǒng)，積分控制、比例積分控制的調(diào)速系統(tǒng)是Ⅰ型系統(tǒng)。給定穩(wěn)態(tài)誤差定義為輸入量和反響量的差值，即擾動誤差定義為擾動量的輸出呼應(yīng)。衡量系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確度的是系統(tǒng)對給定輸入Un*的跟隨才干；衡量系統(tǒng)抑制干擾才干的是系統(tǒng)抑制負載電流IdL的抗擾才干。1．階躍給定輸入的穩(wěn)態(tài)誤差在分析階躍給定輸入的穩(wěn)態(tài)誤差時，令I(lǐng)dL(s)=0。比例調(diào)理器系統(tǒng)的誤差傳送函數(shù)為

階躍給定輸入的穩(wěn)態(tài)誤差是積分調(diào)理器系統(tǒng)的誤差傳送函數(shù)為

階躍給定輸入的穩(wěn)態(tài)誤差是比例積分調(diào)理器系統(tǒng)的誤差傳送函數(shù)為

階躍給定輸入的穩(wěn)態(tài)誤差是在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下:0型系統(tǒng)對于階躍給定輸入穩(wěn)態(tài)有差，被稱作有差調(diào)速系統(tǒng)；Ⅰ型系統(tǒng)對于階躍給定輸入穩(wěn)態(tài)無差，被稱作無差調(diào)速系統(tǒng)。2．?dāng)_動引起的穩(wěn)態(tài)誤差在分析由擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差時，令Un*(s)=0。比例調(diào)理器系統(tǒng)的誤差為

階躍擾動引起的的穩(wěn)態(tài)誤差是

積分調(diào)理器系統(tǒng)的誤差為

階躍擾動引起的的穩(wěn)態(tài)誤差是

比例積分調(diào)理器系統(tǒng)的誤差為

階躍擾動引起的的穩(wěn)態(tài)誤差是

比例控制的調(diào)速系統(tǒng)，該傳送函數(shù)無積分環(huán)節(jié)，故存在擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差，稱作有靜差調(diào)速系統(tǒng)；積分控制或比例積分控制的調(diào)速系統(tǒng)，該傳送函數(shù)具有積分環(huán)節(jié)，所以由階躍擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差為0，稱作無靜差調(diào)速系統(tǒng)。微機數(shù)字控制系統(tǒng)除穩(wěn)定性好，可靠性高，可以提高控制性能外，還擁有信息存儲、數(shù)據(jù)通訊和缺點診斷等模擬控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)的功能。微機數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點是離散化和數(shù)字化。2.4直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制離散化：為了把模擬的延續(xù)信號輸入計算機，必需首先在具有一定周期的采樣時辰對它們進展實時采樣，構(gòu)成一連串的脈沖信號，即離散的模擬信號，這就是離散化。采樣周期根據(jù)香農(nóng)采樣定理決議。Otf(t)原信號Onf(nT)1234…采樣數(shù)字化：采樣后得到的離散信號本質(zhì)上還是模擬信號，還須經(jīng)過數(shù)字量化，即用一組數(shù)碼〔如二進制碼〕來逼近離散模擬信號的幅值，將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這就是數(shù)字化。數(shù)字化OnN(nT)離散化和數(shù)字化的負面效應(yīng)〔1〕A/D轉(zhuǎn)換的量化誤差?！?〕D/A轉(zhuǎn)換的滯后效應(yīng)：經(jīng)過計算機運算和處置后輸出的數(shù)字信號必需由數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A和堅持器將它轉(zhuǎn)換為延續(xù)的模擬量，再經(jīng)放大后驅(qū)動被控對象。堅持器會提高控制系統(tǒng)傳送函數(shù)分母的階次，使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量減小，甚至?xí)茐南到y(tǒng)的穩(wěn)定性。2.4.2轉(zhuǎn)速檢測的數(shù)字化增量式旋轉(zhuǎn)編碼器表示圖1．旋轉(zhuǎn)編碼器光電式旋轉(zhuǎn)編碼器是檢測轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角的元件，旋轉(zhuǎn)編碼器與電動機相連，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動時，帶動編碼器旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角信號。旋轉(zhuǎn)編碼器可分為絕對式和增量式兩種。絕對式編碼器常用于檢測轉(zhuǎn)角。增量式編碼器在碼盤上均勻地刻制一定數(shù)量的光柵，在接納安裝的輸出端便得到頻率與轉(zhuǎn)速成正比的方波脈沖序列，從而可以計算轉(zhuǎn)速。添加一對發(fā)光與接納安裝，使兩對發(fā)光與接納安裝錯開光柵節(jié)距的1/4。正轉(zhuǎn)時A相超前B相；反轉(zhuǎn)時B相超前A相。采用簡單的鑒相電路可以分辨出轉(zhuǎn)向。以下圖區(qū)分旋轉(zhuǎn)方向的A、B兩組脈沖序列〔1〕分辯率：設(shè)被測轉(zhuǎn)速由n1變?yōu)閚2時，引起丈量計數(shù)值改動了一個字，那么測速安裝的分辯率定義為Q=n1-n2〔轉(zhuǎn)/分〕Q越小，測速安裝的分辯才干越強；Q越小，系統(tǒng)控制精度越高。2．?dāng)?shù)字測速方法的精度目的〔2〕測速精度測速精度是指測速安裝對實踐轉(zhuǎn)速丈量的準(zhǔn)確程度，常用丈量值與實踐值的相對誤差來表示，即：丈量誤差越小，測速精度越高。的大小取決于測速元件的制造精度和測速方法?！?〕檢測時間Tc檢測時間是指兩次轉(zhuǎn)速采樣之間的時間間隔。檢測時間越短，系統(tǒng)呼應(yīng)越快，對改善系統(tǒng)性能越有利。〔1〕M法測速任務(wù)原理：由計數(shù)器記錄PLG發(fā)出的脈沖信號；定時器每隔時間Tc向CPU發(fā)出中斷懇求INTt；CPU呼應(yīng)中斷后，讀出計數(shù)值M1，并將計數(shù)器清零重新計數(shù)；根據(jù)計數(shù)值M計算出對應(yīng)的轉(zhuǎn)速值n。測速原理與波形圖3.測速方法轉(zhuǎn)速計算公式式中：Z為PLG每轉(zhuǎn)輸出的脈沖個數(shù)；M法測速的分辨率M法測速誤差率M法測速只適用于高速段。(2)T法測速任務(wù)原理：計數(shù)器記錄來自CPU的高頻脈沖f0；PLG每輸出一個脈沖，中斷電路向CPU發(fā)出一次中斷懇求；CPU呼應(yīng)INTn中斷，從計數(shù)器中讀出計數(shù)值M2，并立刻清零，重新計數(shù)。電路與波形轉(zhuǎn)速計算公式T法測速的分辨率結(jié)論：n越小，Q越小。Ｔ法測速誤差率故T法測速適用于低速段。M法測速在高速段誤差?。籘法測速在低速段分辨率強，誤差小。因此，可以將兩種測速方法相結(jié)合，取長補短。既檢測Tc時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個數(shù)M1，又檢測同一時間間隔的高頻時鐘脈沖個數(shù)M2，用來計算轉(zhuǎn)速，稱作M/T法測速。兩種測速方法的比較(3)M/T法測速采樣時鐘Tc由系統(tǒng)的定時器產(chǎn)生，其數(shù)值一直不變。檢測周期由采樣脈沖Tc的邊沿之后的第一個脈沖編碼器的輸出脈沖的邊沿來決議，即T=Tc–ΔT1+ΔT2。轉(zhuǎn)速計算公式〔1〕〔2〕在高速段，TcΔT1，TcΔT2，可看成TTc：

M2＝f0Tf0Tc，代入上式可得：

在高速段，與M法測速的分辨率完全一樣。在低速段，M1＝1，M2隨轉(zhuǎn)速變化，分辨率與T法測速完全一樣。M/T法測速無論是在高速還是在低速都有較強的分辨才干。M/T法在高低速時都具有較高的丈量精度?！?〕PI調(diào)理器的傳送函數(shù)PI調(diào)理器時域表達式其中Kp=Kpi為比例系數(shù)KI=1/為積分系數(shù)2.4.3數(shù)字PI調(diào)理器〔2〕PI調(diào)理器的差分方程將上式離散化成差分方程，其第k拍輸出為式中Tsam為采樣周期。位置式算法算法特點是：比例部分只與當(dāng)前的偏向有關(guān)，而積分部分那么是系統(tǒng)過去一切偏向的累積。增量式PI調(diào)理器算法PI調(diào)理器的輸出可由下式求得增量式算法〔3〕限幅值設(shè)置與模擬調(diào)理器類似，在數(shù)字控制算法中，需求對u限幅，這里，只須在程序內(nèi)設(shè)置限幅值um，當(dāng)u(k)>um時，便以限幅值um作為輸出。增量式PI調(diào)理器算法只需輸出限幅，而位置式算法必需同時設(shè)積分限幅和輸出限幅，缺一不可?！?〕算法流程問題的提出：起動的沖擊電流堵轉(zhuǎn)電流處理方法：電樞串電阻起動；加積分給定環(huán)節(jié)；引入電流截止負反響。本節(jié)主要討論如何采用電流截止負反響來限制起動電流。2.5轉(zhuǎn)速反響控制直流調(diào)速系統(tǒng)的限流維護電流負反響作用原理為理處理反響閉環(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)中必需有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反響控制原理，要維持哪一個物理量根本不變，就應(yīng)該引入那個物理量的負反響。那么，引入電流負反響，應(yīng)該可以堅持電流根本不變，使它不超越允許值。電流負反響引入方式同時采用轉(zhuǎn)速和電流負反響電流截止負反響？1.電流檢測與反響方法〔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。電流截止負反響詳細闡明b)利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓UbrM+-UdIdRsVSTUi接調(diào)理器a〕利用獨立直流電源作比較電壓M++--UdIdRsVDUiUcom接調(diào)理器2電流截止負反響環(huán)節(jié)帶電流截止負反響的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(1)當(dāng)輸入信號IdRc-Ucom>0時，輸出Ui=IdRc-Ucom，當(dāng)IdRc-Ucom≤0時，輸出Ui=0。電流截止負反響環(huán)節(jié)的輸入輸出特性c)封鎖運算放大器的電流截止負反響環(huán)節(jié)UbrM+-UdIdRsVSUi++R1UexUinR0+VT2電流截止負反響環(huán)節(jié)〔續(xù)〕帶電流截止負反響的閉環(huán)直流調(diào)速穩(wěn)態(tài)構(gòu)造圖nKpKs

1/CeU*nUc?UnIdEUd0Un++--RRs-UcomIdRs-Ucom-3系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)構(gòu)造0UiIdRs-Ucom4靜特性方程與特性曲線當(dāng)Id≤Idcr時，