自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng) 課件 項(xiàng)目1、2 智能小車(chē)開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的安裝與調(diào)試；單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

智能小車(chē)開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的安裝與調(diào)試《自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)》學(xué)習(xí)目標(biāo)了解直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的3種方法及其主要特點(diǎn)。了解直流調(diào)速所經(jīng)歷的3個(gè)發(fā)展階段。了解直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)，掌握調(diào)速范圍、靜差率兩個(gè)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)的含義及其相關(guān)計(jì)算。知識(shí)目標(biāo)掌握開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成及其特點(diǎn)。掌握開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的含義。能在實(shí)驗(yàn)室熟練完成開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的接線(xiàn)和調(diào)試，會(huì)測(cè)試開(kāi)環(huán)機(jī)械特性。技能目標(biāo)認(rèn)識(shí)社會(huì)穩(wěn)定的重要意義及主動(dòng)責(zé)任。培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)國(guó)主義意識(shí)。素質(zhì)目標(biāo)項(xiàng)目描述01開(kāi)環(huán)和閉環(huán)人閉眼去拿杯子相當(dāng)于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，睜眼拿杯子相當(dāng)于閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂蒲b置與被控對(duì)象之間只有順向作用而沒(méi)有反向聯(lián)系的控制過(guò)程，按這種方式組成的系統(tǒng)稱(chēng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制將輸出量直接或間接反饋到輸入端形成閉環(huán)、參與控制的控制方式。閉環(huán)控制智能小車(chē)開(kāi)環(huán)直流調(diào)速驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)一般由控制器、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及電動(dòng)機(jī)三個(gè)主要部分組成。驅(qū)動(dòng)不但要求電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高轉(zhuǎn)矩重量比、寬調(diào)速范圍、高可靠性，而且電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性受電源功率的影響，這就要求驅(qū)動(dòng)具有盡可能寬的高效率區(qū)。直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由4片BTN7971B構(gòu)成H橋，為了增大驅(qū)動(dòng)能力，減少驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)熱量，電路采用兩片BTN7971B并聯(lián)的方案。通過(guò)控制P-NMOS管的導(dǎo)通和關(guān)斷實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，并控制輸入的PWM波的占空比調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)兩端的平均電壓，達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。智能小車(chē)開(kāi)環(huán)直流調(diào)速控制目標(biāo)PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制通常配合橋式驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)兩端的電壓成比例，而電動(dòng)機(jī)兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電動(dòng)機(jī)的速度與占空比成比例，占空比越大，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)得越快，當(dāng)占空比α＝1時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最大。BTN7971B的INH引腳為高電平，使能BTN7971B。IN引腳用于選定MOSFET導(dǎo)通。IN=1且INH=1時(shí)，高邊MOSFET導(dǎo)通，OUT引腳輸出高電平；IN=0且INH=1時(shí)，低邊MOSFET導(dǎo)通，OUT引腳輸出低電平。在BTN7971B使能的情況下，控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)PWM輸出參數(shù)，即可完成電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速功能。相關(guān)知識(shí)02直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)定子提供磁場(chǎng)，直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能轉(zhuǎn)換的電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（一）直流電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)靜止的部分定子旋轉(zhuǎn)的部分轉(zhuǎn)子定子主磁極、機(jī)座、換向極、電刷裝置等，分為永磁式（由永久磁鐵做成）和勵(lì)磁式（磁極上繞線(xiàn)圈，然后在線(xiàn)圈中通過(guò)直流電，形成電磁鐵）兩種；轉(zhuǎn)子電樞鐵心、電樞繞組、換向器、軸和風(fēng)扇等。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（一）直流電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)定子部分主磁極：在大多數(shù)直流電動(dòng)機(jī)中，主磁極是電磁鐵，為了盡可能的減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵心用1～1.2mm厚的低碳鋼板疊壓而成。整個(gè)磁極用螺釘固定在機(jī)座上。作用：在定轉(zhuǎn)子之間的氣隙中建立磁場(chǎng)，使電樞繞組在此磁場(chǎng)的作用下感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（一）直流電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)定子部分換向極：又稱(chēng)附加極或間極，作用是改善換向。裝在相鄰兩主極之間，由鐵心和繞組構(gòu)成。機(jī)座：電動(dòng)機(jī)磁路系統(tǒng)中的一部分。用來(lái)固定主磁極、換向極及端蓋等，起機(jī)械支承的作用。要求機(jī)座有好的導(dǎo)磁性能及足夠的機(jī)械強(qiáng)度與剛度。機(jī)座通常用鑄鋼或厚鋼板焊成。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（一）直流電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子部分電樞鐵心：電動(dòng)機(jī)主磁路的一部分，用來(lái)嵌放電樞繞組的，為了減少電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)電樞鐵心中因磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵心通常用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。電樞部分：通過(guò)切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能互相轉(zhuǎn)換重要部件。電樞繞組有許多線(xiàn)圈或玻璃絲包扁鋼銅線(xiàn)或強(qiáng)度漆包線(xiàn)。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（一）直流電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子部分電刷裝置電刷的作用是把轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，起到整流或逆變器的作用。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（一）直流電動(dòng)機(jī)外形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子部分換向器：又稱(chēng)整流子，在直流電動(dòng)機(jī)中，它的作用是將電刷上的直流電源的電流變換成電樞繞組內(nèi)的溝通電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的傾向穩(wěn)定不變，在直流發(fā)電機(jī)中，它將電樞繞組溝通電動(dòng)勢(shì)變換為電刷端上輸出地直流電動(dòng)勢(shì)。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（二）直流電動(dòng)機(jī)功能概述直流電動(dòng)機(jī)雖然比三相交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修也不便，但由于它的調(diào)速性能較好和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。對(duì)調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械或者需要較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械往往采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（三）直流電動(dòng)機(jī)分類(lèi)直流電動(dòng)機(jī)有無(wú)電刷勵(lì)磁方式直流有刷電動(dòng)機(jī)直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)永磁式電磁式串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（三）直流電動(dòng)機(jī)分類(lèi)按有無(wú)電刷分類(lèi)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)將普通直流電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子進(jìn)行了互換。其轉(zhuǎn)子為永久磁鐵產(chǎn)生氣隙磁通：定子為電樞，由多相繞組組成。在結(jié)構(gòu)上，它與永磁同步電動(dòng)機(jī)類(lèi)似。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)定子的結(jié)構(gòu)與普通的同步電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同。在鐵心中嵌入多相繞組（三相、四相、五相不等）。繞組可接成星形或三角形，并分別與逆變器的各功率管相連，以便進(jìn)行合理?yè)Q相。轉(zhuǎn)子多采用釤鈷或釹鐵硼等高矯頑力、高剩磁密度的稀土料，由于磁極中磁性材料所放位置的不同，可分為表面式磁極、嵌入式磁極和環(huán)形磁極。由于電動(dòng)機(jī)本體為永磁電動(dòng)機(jī)，所以習(xí)慣上把無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)也稱(chēng)為永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（三）直流電動(dòng)機(jī)分類(lèi)按有無(wú)電刷分類(lèi)有刷直流電動(dòng)機(jī)有刷直流電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)刷（銅刷或者碳刷）是通過(guò)絕緣座固定在電動(dòng)機(jī)后蓋上直接將電源的正負(fù)極引入到轉(zhuǎn)子的換相器上，而換相器連通了轉(zhuǎn)子上的線(xiàn)圈，3個(gè)線(xiàn)圈極性不斷的交替變換與外殼上固定的兩塊磁鐵形成作用力而轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。由于換相器與轉(zhuǎn)子固定在一起，而刷與外殼（定子）固定在一起，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)刷與換相器不斷的發(fā)生摩擦產(chǎn)生大量的阻力與熱量。所以有刷電動(dòng)機(jī)的效率低下?lián)p耗非常大。但是，它同樣具有制造簡(jiǎn)單、成本及其低廉的優(yōu)點(diǎn)。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（三）直流電動(dòng)機(jī)分類(lèi)按勵(lì)磁方式分類(lèi)永磁式電動(dòng)機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成。定子磁極采用永磁體（永久磁鋼），有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。按其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，漆包線(xiàn)繞在轉(zhuǎn)子鐵心的兩槽之間（三槽即有三個(gè)繞組），其各接頭分別焊在換向器的金屬片上。電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，具備導(dǎo)電與耐磨兩種性能。永磁電動(dòng)機(jī)的電刷使用單性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。直流電動(dòng)機(jī)永磁式直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（三）直流電動(dòng)機(jī)分類(lèi)按勵(lì)磁方式分類(lèi)勵(lì)磁式電動(dòng)機(jī)1.串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源。這種直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（三）直流電動(dòng)機(jī)分類(lèi)按勵(lì)磁方式分類(lèi)勵(lì)磁式電動(dòng)機(jī)2.并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)。作為并勵(lì)發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是電動(dòng)機(jī)本身發(fā)出來(lái)的端電壓為勵(lì)磁繞組供電；作為并勵(lì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相同。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（三）直流電動(dòng)機(jī)分類(lèi)按勵(lì)磁方式分類(lèi)勵(lì)磁式電動(dòng)機(jī)3.他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)連接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電的直流電動(dòng)機(jī)稱(chēng)為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，M表示電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)也可看作他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（三）直流電動(dòng)機(jī)分類(lèi)按勵(lì)磁方式分類(lèi)勵(lì)磁式電動(dòng)機(jī)4.復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)方向相同稱(chēng)為積復(fù)勵(lì)。若兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)方向相反，則稱(chēng)為差復(fù)勵(lì)。直流電動(dòng)機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)（四）直流電動(dòng)機(jī)工作原理在不動(dòng)的磁極N，S中間放置電樞線(xiàn)圈，線(xiàn)圈兩端分別聯(lián)在兩個(gè)換向片上，換向片上壓著電刷A和B。將直流電源接在兩電刷之間而使電流通入電樞線(xiàn)圈。電流方向應(yīng)該是這樣：N極下的有效邊中的電流總是一個(gè)方向，而S極下的有效邊中的電流總是另一個(gè)方向。這樣才能使兩個(gè)邊上受到的電磁力的方向一致，電樞因而轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，當(dāng)線(xiàn)圈的有效邊從N（S）極下轉(zhuǎn)到S（N）極下時(shí)，其中電流的方向必須同時(shí)改變，以使電磁力的方向不變。而這也必須通過(guò)換向片才得以實(shí)現(xiàn)。電磁力的方向由左手定則確定。直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展歷程直流調(diào)速系統(tǒng)：是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，根據(jù)獲得可調(diào)電樞電壓的方法不同。直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)G-M調(diào)速系統(tǒng)）01晶閘管整流裝置直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)V-M調(diào)速系統(tǒng)）02直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)PWM調(diào)速系統(tǒng)）03直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展歷程G-M調(diào)速系統(tǒng)主要由五大部件組成：原動(dòng)機(jī)（一）變流機(jī)組時(shí)代（G-M調(diào)速系統(tǒng)）一臺(tái)三相交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)，直流發(fā)電機(jī)發(fā)出直流電，作為直流電動(dòng)機(jī)的供電電源，然后直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械。這樣的調(diào)速系統(tǒng)稱(chēng)為直流發(fā)電機(jī)—電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)G-M調(diào)速系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)勵(lì)磁電路和放大裝置的控制，就能改變直流發(fā)電機(jī)的輸出電壓，從而達(dá)到控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電源生產(chǎn)機(jī)械基本工作原理：直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展歷程（二）相控整流時(shí)代（V-M調(diào)速系統(tǒng)）20世紀(jì)50年代末期，隨著電力電子技術(shù)的早期代表——晶閘管（SCR）的出現(xiàn)，G-M調(diào)速系統(tǒng)逐漸被晶閘管整流裝置-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)V-M調(diào)速系統(tǒng)）所代替，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速技術(shù)進(jìn)入到一個(gè)新的時(shí)期。相控整流五大部件：相控整流器電抗器直流電動(dòng)機(jī)直流勵(lì)磁控制電路相控整流器觸發(fā)電路相控整流電路圖直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展歷程（二）相控整流時(shí)代（V-M調(diào)速系統(tǒng)）相控整流觸發(fā)電路根據(jù)設(shè)定對(duì)相控整流器進(jìn)行控制，輸出電壓可調(diào)的直流電，經(jīng)電抗器后供給直流電動(dòng)機(jī)。當(dāng)需要改變直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，只要改變觸發(fā)電路的觸發(fā)角，就可實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。但是由于晶閘管屬于半控型器件，其最大問(wèn)題就是會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成紋波干擾。工作原理直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展歷程（三）PWM變頻技術(shù)時(shí)代（PWM調(diào)速系統(tǒng)）隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，自關(guān)斷器件（MOSFET、IBGB、GTR、GTO）的開(kāi)關(guān)頻率大大提高。與相控整流器相比，PWM變換器直流調(diào)速系統(tǒng)具有較高的動(dòng)態(tài)性能和較寬的調(diào)速范圍，其綜合性能明顯優(yōu)于相控方式。主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需功率器件少。電樞電流連續(xù)性好，諧波少，電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱小。低速性能得到改善，穩(wěn)速精度提高，因而調(diào)速范圍增大。系統(tǒng)的頻帶寬，快速性能好，動(dòng)態(tài)抗干擾能力增強(qiáng)。主電路元件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小。直流電源采用三相可控整流，電網(wǎng)的功率因數(shù)提高。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣符號(hào)與穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的等效電路直流電動(dòng)機(jī)的繞組包括電樞繞組和勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組上加直流勵(lì)磁電壓，產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)工作所需的磁通，電樞繞組加電樞電壓，電樞繞組中有電流，通電直導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中受力，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)。通常情況下勵(lì)磁電壓不變，通過(guò)調(diào)節(jié)電樞電壓的大小來(lái)改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。只要電樞電壓和勵(lì)磁電壓二者之一的極性發(fā)生改變，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向就隨之而變。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的等效電路如圖1-14b所示，E為電樞繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)，其大小與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比；Ra為電樞的電阻。由等效電路不難得出:

直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法整理可得直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式（即機(jī)械特性方程）為：

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與5個(gè)參數(shù)有關(guān)，其中????為電動(dòng)機(jī)常數(shù)，由電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)決定；負(fù)載電流由電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載決定。所以改變他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有3種方法：改變電樞電壓、改變電樞回路電阻、改變磁通。通常只改變1個(gè)參數(shù)，其他參數(shù)只保持額定值或固定值。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法（一）調(diào)壓調(diào)速連續(xù)改變電樞供電電壓，可以使直流電動(dòng)機(jī)在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。其對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性方程為

因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的電樞電壓一般以額定電壓為上限值，所以電樞電壓只能在額定值以下變化。由機(jī)械特性方程可知，當(dāng)電樞電壓取不同的值時(shí)，對(duì)應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速改變，機(jī)械特性的硬度（或斜率）不變。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法（一）調(diào)壓調(diào)速電樞電壓降低，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低；反之，電樞電壓升高，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。01由于獲得的機(jī)械特性硬度大，調(diào)速精度較高，所以調(diào)壓調(diào)速在直流調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。在此方法中，由于電動(dòng)機(jī)在任何轉(zhuǎn)速下磁通都不變，只是改變電動(dòng)機(jī)的供電電壓，因而在額定電流下，如果不考慮低速下通風(fēng)惡化的影響（也就是假定電動(dòng)機(jī)是強(qiáng)迫通風(fēng)或?yàn)榉忾]自冷式），則不論在高速還是低速下，電動(dòng)機(jī)都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，故稱(chēng)這種調(diào)速方法為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。這是它的一個(gè)極為重要的特點(diǎn)。如果采用反饋控制系統(tǒng)，調(diào)速范圍可達(dá)50:1～150:1，甚至更大。電樞電壓最大值為額定電壓，轉(zhuǎn)速最高值為額定轉(zhuǎn)速。02機(jī)械特性的硬度不變，即機(jī)械特性是一組平行的斜線(xiàn)。03直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法（二）串電阻調(diào)速各種直流電動(dòng)機(jī)都可以通過(guò)改變電樞回路電阻來(lái)調(diào)速，此時(shí)轉(zhuǎn)速特性公式為：

式中，Ra為電樞電阻；Radd為外加電阻。

1-16a1-16b直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法（二）串電阻調(diào)速改變電樞回路電阻調(diào)速法的特點(diǎn)：保持直流電動(dòng)機(jī)外加電樞電壓與勵(lì)磁磁通為額定值。01直流電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速不變。02轉(zhuǎn)速降落Dn將隨Radd的增加而增大。03外加電阻的阻值越大，機(jī)械特性的斜率就越大。04直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法（三）弱磁調(diào)速由于直流電動(dòng)機(jī)的額定磁通接近于工作磁通的飽和值，通過(guò)改變磁通來(lái)調(diào)速只能在小于額定磁通的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故稱(chēng)為弱磁調(diào)速。弱磁調(diào)速對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性方程為

式中，Φ為勵(lì)磁磁通，單位為Wb；Km為由電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)決定的轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Te為電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，單位為N’m；R為電樞電阻，單位為歐姆（Ω）；Ud為電樞二端電壓，單位為伏特（V）；Ke為由電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。磁通減小時(shí)，機(jī)械特性曲線(xiàn)的理想空載轉(zhuǎn)速升高，斜率增大，特性曲線(xiàn)的硬度變軟。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法（三）弱磁調(diào)速可獲得高于額定值的轉(zhuǎn)速，磁通越小，轉(zhuǎn)速越高。01隨著磁通減小，理想空載轉(zhuǎn)速升高。02磁通減小，特性的硬度變軟。由于其硬度軟，調(diào)速精度不高，所以弱磁調(diào)速一般不單獨(dú)使用，有時(shí)可與調(diào)壓調(diào)速結(jié)合，用于獲得高于額定值的轉(zhuǎn)速。03直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法（四）三種調(diào)速方法的比較穩(wěn)定性01改變電樞回路電阻調(diào)速法只能對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行有級(jí)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性差，調(diào)速系統(tǒng)效率低。減弱磁通調(diào)速法能夠?qū)崿F(xiàn)平滑調(diào)速，但只能在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。機(jī)械特性對(duì)比02調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速法所得到的人為機(jī)械特性與電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性平行，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性好，能在基速（額定轉(zhuǎn)速）以下實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速法為主，只有當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到基速以上時(shí)才輔以減弱磁通調(diào)速法。開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（一）開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的控制輸入不受輸出影響的系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)又稱(chēng)為無(wú)反饋控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)：控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)成本較低開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及原理：開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路控制電路晶閘管可控整流電路直流電動(dòng)機(jī)給定電位器晶閘管觸發(fā)電路繼電保護(hù)電路開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（一）開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理

開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（一）開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理

開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（二）晶閘管整流器供電的直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速特性晶閘管整流器供電由于電流波形的脈動(dòng)，可能出現(xiàn)電流連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，這是V-M系統(tǒng)又一個(gè)特點(diǎn)。當(dāng)V-M系統(tǒng)主電路有足夠大的電感量，而且電動(dòng)機(jī)的負(fù)載也足夠大時(shí)，整流電流便具有連續(xù)的脈動(dòng)波形。當(dāng)電感量較小或負(fù)載較輕時(shí)，在某一相導(dǎo)通后電流升高的階段里，電感中的儲(chǔ)能較少；等到電流下降而下一相尚未被觸發(fā)以前，電流已經(jīng)衰減到零，便造成電流波形斷續(xù)的情況。當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為：

??為從自然換相點(diǎn)算起的觸發(fā)脈沖控制角；Um為整流電壓波形峰值；m為交流電源一周內(nèi)的整流電壓脈波數(shù)。開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（二）晶閘管整流器供電的直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速特性對(duì)于不同的整流電路，它們的數(shù)值見(jiàn)表。改變控制角??，得一簇平行直線(xiàn)。開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（二）晶閘管整流器供電的直流電動(dòng)機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)速特性只要電流連續(xù)，晶閘管可控整流器就可以看成是一個(gè)線(xiàn)性的可控電壓源。下圖繪出了完整的V-M系統(tǒng)機(jī)械特性，分為電流連續(xù)區(qū)和電流斷續(xù)區(qū)。由圖可見(jiàn)：當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，特性還比較硬；斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著的非線(xiàn)性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。在V-M系統(tǒng)中，脈動(dòng)電流會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利，同時(shí)也增加電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱。為了避免或減輕這種影響，須采用抑制電流脈動(dòng)的措施，主要是：設(shè)置平波電抗器；增加整流電路相數(shù)；采用多重化技術(shù)。開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析1.對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性時(shí)的注意事項(xiàng)：（1）穩(wěn)定性。系統(tǒng)的穩(wěn)定性曲線(xiàn)圖。a）穩(wěn)定系統(tǒng)b）不穩(wěn)定系統(tǒng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析只針對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)，所以開(kāi)環(huán)系統(tǒng)一般不存在穩(wěn)定性的問(wèn)題。通常用最大超調(diào)量σ和振蕩次數(shù)N作為反映穩(wěn)定性的性能指標(biāo)，一般這兩個(gè)指標(biāo)數(shù)值越小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越好。開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析1.對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求（2）準(zhǔn)確性。指當(dāng)系統(tǒng)重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，其輸出量保持的精度，反映了系統(tǒng)的準(zhǔn)確程度。一般自動(dòng)控制系統(tǒng)輸出量偏差越小，準(zhǔn)確度越高。a）有靜差系統(tǒng)b）無(wú)靜差系統(tǒng)開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析1.對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能要求（3）快速性。指系統(tǒng)從一種穩(wěn)定狀態(tài)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間的長(zhǎng)短。開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析2.調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)（1）調(diào)速范圍D。指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下，生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速nmax和nmin之比，即

nmax為電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的最高轉(zhuǎn)速，一般為額定轉(zhuǎn)速nN；nmin為電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)的最低轉(zhuǎn)速。開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析2.調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)（2）靜差率s。指當(dāng)電動(dòng)機(jī)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(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落??????與理想空載轉(zhuǎn)速??0之比，即

開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析2.調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)（3）靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別。硬度相同、靜差率不同時(shí)的機(jī)械特性曲線(xiàn)。（4）調(diào)速范圍、靜差率和額定轉(zhuǎn)速降之間的關(guān)系。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，假設(shè)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，可以推出調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系：

開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析【例1-1】某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為nN=1430r/min，額定轉(zhuǎn)速降ΔnN=115r/min，當(dāng)要求靜差率s≤30%和≤20%時(shí)對(duì)應(yīng)的調(diào)速范圍分別是多少？若調(diào)速范圍增大到10，則對(duì)應(yīng)的靜差率為多少？2.調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析3.開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問(wèn)題若調(diào)速系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)控制電壓就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)的靜差率要求不高，這樣的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速。大多數(shù)需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對(duì)靜差率有一定的要求。在這種情況下，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿(mǎn)足要求。開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能分析3.開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在的問(wèn)題【例1-2】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)。主電路電阻R=0.18Ω，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce=0.2V·min·r-1。如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率s≤5%，采用開(kāi)環(huán)調(diào)速是否滿(mǎn)足要求？若要滿(mǎn)足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定轉(zhuǎn)速降△n最多能達(dá)到多少？P-NMOS管H橋驅(qū)動(dòng)H橋驅(qū)動(dòng)電路是為了直流電動(dòng)機(jī)而設(shè)計(jì)的一種常見(jiàn)電路，它主要實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的正反向驅(qū)動(dòng)，其形狀類(lèi)似于字母“H”，而作為負(fù)載的直流電動(dòng)機(jī)是像“橋”一樣架在上面的，所以稱(chēng)之為“H橋驅(qū)動(dòng)”。4個(gè)開(kāi)關(guān)所在位置就稱(chēng)為“橋臂”。它由兩個(gè)P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q1、Q2與兩個(gè)N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管Q3、Q4組成，所以它叫P-NMOS管H橋。橋臂上的4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管相當(dāng)于4個(gè)開(kāi)關(guān)，P型管在柵極為低電平時(shí)導(dǎo)通，高電平時(shí)關(guān)閉；N型管在柵極為高電平時(shí)導(dǎo)通，低電平時(shí)關(guān)閉。場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電壓控制型元件，柵極通過(guò)的電流幾乎為“零”。在連接好電路后，控制臂1置高電平（U=VCC）、控制臂2置低電平（U=0）時(shí)，Q1、Q4關(guān)閉，Q2、Q3導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)左端低電平，右端高電平，所以電流沿箭頭方向流動(dòng)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。P-NMOS管H橋驅(qū)動(dòng)控制臂1置低電平、控制臂2置高電平時(shí)，Q2、Q3關(guān)閉，Q1、Q4導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)左端高電平，右端低電平，所以電流沿箭頭方向流動(dòng)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。通過(guò)改變開(kāi)啟和關(guān)閉的時(shí)間比例（即占空比），可以控制電動(dòng)機(jī)接收到的電壓大小，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。一般情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與其所受到的電流成正比。因此，通過(guò)控制PWM的占空比，可以間接地控制電動(dòng)機(jī)所受到的電流，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速當(dāng)PWM占空比較小的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)所受到的電壓也會(huì)相應(yīng)地降低，進(jìn)而降低電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；當(dāng)PWM占空比較大的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)所受到的電壓也會(huì)相應(yīng)地增加，進(jìn)而增加電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。P-NMOS管H橋驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目準(zhǔn)備03項(xiàng)目準(zhǔn)備在實(shí)施項(xiàng)目前，應(yīng)按照材料清單逐一檢查智能小車(chē)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的所需材料、工具，是否齊全，并填寫(xiě)各種材料的數(shù)量、規(guī)格、是否損壞等情況。直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)元件清單項(xiàng)目名稱(chēng)智能小車(chē)開(kāi)環(huán)直流調(diào)速序號(hào)材料名稱(chēng)規(guī)格數(shù)量是否損壞1雙排針

2單排母

3

接線(xiàn)端子

4

直插電解電容包

5

金屬膜色環(huán)電阻

6

發(fā)光二極管

7電動(dòng)機(jī)電橋驅(qū)動(dòng)芯片

8

三態(tài)輸出八路緩沖器

9直流電動(dòng)機(jī)

項(xiàng)目實(shí)施04任務(wù)分工三人一組，每名成員要有明確的分工、角色分配及責(zé)任，任務(wù)分工如下：小組組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)硬件選型及電路焊接并統(tǒng)籌協(xié)調(diào)與安排小組成員工作任務(wù)分工。焊接員小組成員，安全員，負(fù)責(zé)硬件測(cè)試、調(diào)試，小組項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的安全事項(xiàng)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試員小組成員，資料收集整理員，負(fù)責(zé)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的資料收集、整理等事項(xiàng)。資料整理員實(shí)施計(jì)劃表智能小車(chē)開(kāi)環(huán)直流調(diào)速實(shí)施計(jì)劃表實(shí)施步驟實(shí)施內(nèi)容計(jì)劃完成時(shí)間實(shí)際完成時(shí)間備注1耗材選型

2電路焊接

3電路板調(diào)試

4電路測(cè)量

5資料整理

6項(xiàng)目評(píng)價(jià)

硬件選型一款常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)芯片，常用于各種單片機(jī)MCU系統(tǒng)中，單片機(jī)IO口輸出的電流很小，而244芯片就是用來(lái)放大電流，引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。（一）74HC244隔離芯片74HC244是八路正相緩沖器/線(xiàn)路驅(qū)動(dòng)器，具有三態(tài)輸出：低電平、高電平、高阻態(tài)。該三態(tài)輸出由輸出使能端1OE和2OE控制。任意nOE上的高電平將使輸出端呈現(xiàn)高阻態(tài)。工作邏輯：當(dāng)OE引腳為高電平時(shí)，輸出為高阻抗關(guān)斷狀態(tài)，無(wú)論此時(shí)的輸入是高電平還是低電平；當(dāng)OE引腳為低電平時(shí)，緩沖器使能，此時(shí)輸入為高電平時(shí)輸出也為高電平，輸入為低電平時(shí)，輸出也為低電平。硬件選型BTN7971B提供了一種用于保護(hù)高電流PWM電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的成本優(yōu)化解決方案，具有非常低的電路板空間消耗。（二）BTN7971B直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片BTN7971B是Novalistic?系列的一部分，包含三個(gè)單獨(dú)的芯片，封裝在一個(gè)封裝中：一個(gè)P通道高側(cè)MOSFET和一個(gè)N通道低側(cè)MOSFET以及一個(gè)驅(qū)動(dòng)IC，形成一個(gè)集成的大電流半橋。三個(gè)芯片均安裝在一個(gè)通用引線(xiàn)框架上，采用片上芯片和逐片技術(shù)。電源開(kāi)關(guān)采用垂直MOS技術(shù)，以確保最佳的通態(tài)電阻。由于P溝道高邊開(kāi)關(guān)，電荷泵的需要被消除，從而最小化EMI。集成驅(qū)動(dòng)芯片易于與微控制器接口，具有邏輯電平輸入、電流檢測(cè)診斷、轉(zhuǎn)換率調(diào)整、死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生和過(guò)溫、過(guò)電壓、欠電壓、過(guò)電流和短路保護(hù)等特點(diǎn)。BTN7971B可與其他BTN7971B組合，形成HBridge和3相驅(qū)動(dòng)配置。硬件選型RS-540是一種直流電動(dòng)機(jī)，其工作電壓范圍DC5.4～9V，額定工作電壓DC7.2V，屬于小型有刷電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)供電電壓低，轉(zhuǎn)速高，通過(guò)PWM即可進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，使用起來(lái)非常方便。通常被用于遙控車(chē)、遙控飛機(jī)、遙控船等模型的動(dòng)力系統(tǒng)。（三）RS-540直流電動(dòng)機(jī)RS-540電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：具有較大的轉(zhuǎn)矩，可以克服傳動(dòng)裝置的摩擦轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。01調(diào)速范圍寬，高精度，機(jī)械特性及調(diào)節(jié)特性線(xiàn)性好，且運(yùn)行速度平穩(wěn)。02具有快速響應(yīng)能力，可以適應(yīng)復(fù)雜的速度變化。03電動(dòng)機(jī)的負(fù)載特性硬，有較大的過(guò)載能力，確保運(yùn)行速度不受負(fù)載沖擊的影響。04硬件選型（四）硬件選型記錄序號(hào)元件名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量測(cè)量備注1

2

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焊接工藝流程（一）焊接材料焊料通常采用符合美國(guó)通用標(biāo)準(zhǔn)的Sn60或Sn63焊料，或采用HL-SnPb39型錫鉛焊料。焊劑通?？刹捎盟上愫竸┗蛩苄院竸?，后者一般僅用于波峰焊接。清洗劑應(yīng)保證對(duì)電路板無(wú)腐蝕、無(wú)污染，一般采用無(wú)水乙醇（工業(yè)酒精）、三氯三氟乙烷、異丙醇（IPA）、航空洗滌汽油和去離子水等清洗劑進(jìn)行清洗。具體采用何種清洗劑清洗應(yīng)根據(jù)工藝要求進(jìn)行選擇。焊接工藝流程（二）焊接工具和設(shè)備波峰焊機(jī)和再流焊機(jī)適合工業(yè)批量生產(chǎn)的焊接設(shè)備之一。電烙鐵合理選用電烙鐵的功率和種類(lèi)，對(duì)提高焊接質(zhì)量和效率有直接的關(guān)系。建議使用低壓控溫的電烙鐵，烙鐵頭可以采用鍍鎳、鍍鐵或紫銅材料的，形狀應(yīng)根據(jù)焊接的需要而定。焊接工藝流程（三）PCB電子線(xiàn)路板焊接的操作要點(diǎn)手工焊接：焊接前要預(yù)先檢查絕緣材料，不應(yīng)出現(xiàn)燙傷、燒焦、變形、裂痕等現(xiàn)象，焊接時(shí)不允許燙傷或損壞元器件。01焊接溫度通常應(yīng)控制在350℃左右，不能過(guò)高或過(guò)低，否則會(huì)影響焊接質(zhì)量。02焊接的時(shí)間通?？刂圃?s內(nèi)。對(duì)多層板等大熱容量的焊件而言，整個(gè)焊接過(guò)程可控制在5s以?xún)?nèi)；對(duì)集成電路及熱敏元器件的焊件，整個(gè)過(guò)程不應(yīng)超過(guò)2s。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未焊接好，應(yīng)等該焊點(diǎn)冷卻后重焊，重新焊接的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與一次焊接時(shí)的焊點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)相同。顯然，由于烙鐵功率、焊點(diǎn)熱容量的差異等因素，實(shí)際掌握焊接的火候，絕無(wú)定章可循，必須具體條件具體對(duì)待。03焊接工藝流程（三）PCB電子線(xiàn)路板焊接的操作要點(diǎn)1.手工焊接：焊接時(shí)應(yīng)防止鄰近元器件、印制板等受到過(guò)熱影響，對(duì)熱敏元器件應(yīng)采取必要的散熱措施。04在焊料冷卻和凝固前，被焊部位必須可靠固定，不允許擺動(dòng)和抖動(dòng)，焊點(diǎn)應(yīng)自然冷卻，必要時(shí)可采用散熱措施以加快冷卻。052.波峰焊接為保證板面及引線(xiàn)表面迅速而完全地被焊料浸潤(rùn)，必須涂敷助焊劑。一般采用相對(duì)密度為0.81～0.87的松香型助焊劑或水溶性助焊劑。01對(duì)涂敷了助焊劑的電路板要進(jìn)行預(yù)熱，一般應(yīng)控制在90℃～110℃。掌握好預(yù)熱溫度可減少或避免出現(xiàn)拉尖和圓缺的焊點(diǎn)。02焊接工藝流程（三）PCB電子線(xiàn)路板焊接的操作要點(diǎn)2.波峰焊接在焊接過(guò)程中，焊料溫度一般應(yīng)控制在250℃±5℃的范圍之內(nèi)，其溫度是否適合直接影響焊接質(zhì)量；應(yīng)調(diào)整焊接夾具進(jìn)入波峰口的傾斜角為6。左右；焊揍線(xiàn)速度應(yīng)掌握在1～1.6n／min；焊料槽錫面波峰高度約為10mm，峰頂一般控制在電路板厚度的1/2～2/3，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致熔融的焊料流到電路板的表面，形成“橋接”。03電路板經(jīng)波峰焊接后，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?qiáng)風(fēng)冷卻。04冷卻后的電路板需要進(jìn)行元器件引線(xiàn)的切除。05焊接工藝流程（三）PCB電子線(xiàn)路板焊接的操作要點(diǎn)3.再流焊接焊接前，焊料和被焊件表面必須清潔，否則會(huì)直接影響焊接質(zhì)量。01能在前項(xiàng)工序中控制焊料的施加量，減少了虛焊、橋接等焊接缺陷，所以焊接質(zhì)量好，可靠性高。02可以采用局部加熱的熱源，因此能在同一基板上采用不同的焊接方法進(jìn)行焊接。03再流焊的焊料是能夠保證正確組分的焊錫膏，一般不會(huì)混入雜質(zhì)。044.板面清洗在電路板焊接完畢后，必須及時(shí)對(duì)電路板進(jìn)行徹底清洗，以便除去殘留的焊劑、油污和灰塵等污物，具體的清洗工藝根據(jù)工藝要求進(jìn)行。驅(qū)動(dòng)板硬件調(diào)試（一）檢查電路任何組裝好的電子電路，在通電調(diào)試之前，必須認(rèn)真檢查電路連線(xiàn)是否有錯(cuò)誤。對(duì)照電路圖，按一定的順序逐級(jí)對(duì)應(yīng)檢查。特別要注意檢查電源是否接錯(cuò)，電源與地是否有短路，二極管方向和電解電容的極性是否接反，集成電路和晶體管的引腳是否接錯(cuò)，輕輕拔一拔元器件，觀(guān)察焊點(diǎn)是否牢固等。驅(qū)動(dòng)板硬件調(diào)試（二）通電觀(guān)察一定要調(diào)試好所需要的電源電壓數(shù)值，并確定電路板電源端無(wú)短路現(xiàn)象后，才能給電路接通電源。電源一經(jīng)接通，不要急于用儀器觀(guān)測(cè)波形和數(shù)據(jù)，而是要觀(guān)察是否有異?，F(xiàn)象，如冒煙、異常氣味、放電的聲光、元器件發(fā)燙等。如果有，不要驚慌失措，而應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新接通電源。然后，再測(cè)量每個(gè)集成塊的電源引腳電壓是否正常，以確信集成電路是否已通電工作。驅(qū)動(dòng)板硬件調(diào)試（三）靜態(tài)調(diào)試先不加輸入信號(hào)，測(cè)量各級(jí)直流工作電壓和電流是否正常。直流電壓的測(cè)試非常方便，可直接測(cè)量。而電流的測(cè)量就不太方便，通常采用兩種方法來(lái)測(cè)量。若電路在印制電路板上留有測(cè)試用的中斷點(diǎn)，可串入電流表直接測(cè)量出電流的數(shù)值，然后再用焊錫連接好。若沒(méi)有測(cè)試孔，則可測(cè)量直流電壓，再根據(jù)電阻值大小計(jì)算出直流電流。驅(qū)動(dòng)板硬件調(diào)試（四）動(dòng)態(tài)調(diào)試加上輸入信號(hào)，觀(guān)測(cè)電路輸出信號(hào)是否符合要求。也就是調(diào)整電路的交流通路元件，如電容、電感等，使電路相關(guān)點(diǎn)的交流信號(hào)的波形、幅度、頻率等參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。若輸入信號(hào)為周期性的變化信號(hào)，可用示波器觀(guān)測(cè)輸出信號(hào)。驅(qū)動(dòng)板硬件調(diào)試（五）指標(biāo)測(cè)試電子電路經(jīng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)試正常之后，便可對(duì)課題要求的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試并記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最后作出測(cè)試結(jié)論，以確定電路的技術(shù)指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)要求。如有不符，則應(yīng)仔細(xì)檢查問(wèn)題所在，一般是對(duì)某些元件參數(shù)加以調(diào)整和改變。項(xiàng)目測(cè)試在硬件調(diào)試結(jié)束后，開(kāi)始進(jìn)行項(xiàng)目測(cè)試和結(jié)果記錄。序號(hào)實(shí)訓(xùn)步驟實(shí)訓(xùn)結(jié)果1

調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器參數(shù)，輸出頻率20kHz、占空比25%、幅值3.3V脈沖信號(hào)

2

調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源，輸出直流7.0V電壓

3

將焊接完成的直流電動(dòng)機(jī)H橋驅(qū)動(dòng)和直流電動(dòng)機(jī)RS-540按照原理圖接線(xiàn)，PTA6和PTA7引腳接信號(hào)發(fā)生器脈沖，P7端子接直流電源，P5端子接直流電動(dòng)機(jī)

4

調(diào)節(jié)脈沖占空比0%，電壓表測(cè)量輸出0V

5

調(diào)節(jié)脈沖占空比10%，電壓表測(cè)量輸出0.82V

6

調(diào)節(jié)脈沖占空比20%，電壓表測(cè)量輸出1.51V

7調(diào)節(jié)脈沖占空比30%，電壓表測(cè)量輸出2.2V

8調(diào)節(jié)脈沖占空比40%，電壓表測(cè)量輸出2.89V

9調(diào)節(jié)脈沖占空比50%，電壓表測(cè)量輸出3.58V

10

調(diào)節(jié)脈沖占空比60%，電壓表測(cè)量輸出4.27V

故障及處理智能小車(chē)開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)項(xiàng)目常見(jiàn)故障及處理見(jiàn)表。分類(lèi)常見(jiàn)故障處理方法焊接過(guò)程中常見(jiàn)故障及處理方法焊接溫度不穩(wěn)定：焊接溫度的穩(wěn)定性直接影響焊點(diǎn)的質(zhì)量。過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致焊接效果不理想，甚至損壞元器件合理選擇焊接設(shè)備并進(jìn)行溫度校準(zhǔn)，根據(jù)元器件的特性和廠(chǎng)商提供的焊接參數(shù)調(diào)整合適的焊接溫度和時(shí)間，以確保焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性焊接間距不均勻：這主要是由于元器件排列不規(guī)則或焊接面板設(shè)計(jì)不合理。解決方法包括提前規(guī)劃好焊接布局，合理安排元器件的位置，并確保焊接間距在符合要求的范圍內(nèi)使用輔助定位工具，如焊接模板或引導(dǎo)針，輔助調(diào)整焊接位置，進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量焊點(diǎn)不牢固：焊點(diǎn)的牢固度直接關(guān)系到PCBA電路板的可靠性和穩(wěn)定性。解決方法包括選擇合適的焊接材料和焊接方式，確保焊點(diǎn)與焊盤(pán)之間有良好的接觸在焊接過(guò)程中，應(yīng)掌握適當(dāng)?shù)暮附訒r(shí)間和焊接壓力，避免焊接過(guò)度或不足。使用支撐固定的方式，如焊接夾具或固定膠水，增加焊點(diǎn)的穩(wěn)定性元器件熱敏感：過(guò)高的焊接溫度或不合適的焊接方式會(huì)導(dǎo)致元器件受損或性能下降在焊接前對(duì)元器件進(jìn)行合理的保護(hù)，如使用熱敏膠帶或散熱片進(jìn)行遮擋。同時(shí)，掌握合適的焊接溫度和時(shí)間，確保元器件不受過(guò)熱的影響靜電防護(hù)不足：靜電對(duì)PCBA電路板的影響不可小覷在焊接前做好靜電防護(hù)工作，選擇防靜電工作服、手套和鞋子，并使用合適的靜電防護(hù)設(shè)備，避免靜電放電對(duì)電路板造成損害咬邊：咬邊是沿著焊趾在母材部分形成的凹陷，影響焊縫的外觀(guān)和強(qiáng)度選擇合適的坡口角度，按標(biāo)準(zhǔn)要求點(diǎn)焊組裝焊件，并保持間隙均勻。編制合理的焊接工藝流程，控制變形和翹曲，正確選用焊接電流，合適地掌握焊接速度，采用恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)條手法和角度裂紋：裂紋是所有焊接缺陷中危害最嚴(yán)重的一種，可能導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)失效從消除應(yīng)力和正確使用焊接材料以及完善的操作工藝入手解決調(diào)試過(guò)程中常見(jiàn)故障及處理方法給定輸出，直流電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)1.檢查電流是否達(dá)到額定值2.檢查模塊的進(jìn)給定端子是否有0-10V電壓進(jìn)來(lái)無(wú)論怎么調(diào)節(jié)，直流電動(dòng)機(jī)都無(wú)法改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向1.電動(dòng)機(jī)繞組與控制器之間的接線(xiàn)出現(xiàn)了短路、開(kāi)路、接錯(cuò)等情況2.檢查電動(dòng)機(jī)繞組是否燒壞，必要時(shí)更換電動(dòng)機(jī)3.檢查驅(qū)動(dòng)器中的控制芯片損壞、控制電路出現(xiàn)故障等情況直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高或者太低1.檢查電源電壓是否過(guò)高，主磁場(chǎng)是否過(guò)弱，電動(dòng)機(jī)負(fù)載過(guò)輕2.檢查電樞繞組是否有斷路、短路、接地等故障；檢查電力及電刷位置；檢查電源電壓是否過(guò)低及負(fù)載是否過(guò)重；勵(lì)磁繞組回路是否正常直流電動(dòng)機(jī)振動(dòng)異響1.重新校正電樞平衡2.增強(qiáng)基礎(chǔ)或緊固3.重新調(diào)整好機(jī)組軸線(xiàn)定心直流電動(dòng)機(jī)過(guò)熱1.減輕或限制負(fù)載2.檢查風(fēng)扇是否脫落，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否正確，通風(fēng)道有無(wú)堵塞，清理電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，改善周周冷卻條件3.降低電壓到額定值問(wèn)題與思考1.開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)由哪幾部分構(gòu)成？其工作原理是什么？2.V-M調(diào)速系統(tǒng)是怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的？謝謝觀(guān)看！《自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)》單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的安裝與調(diào)試《自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)》學(xué)習(xí)目標(biāo)理解開(kāi)環(huán)調(diào)速的缺點(diǎn)及其改進(jìn)方法。通過(guò)與開(kāi)環(huán)調(diào)速相比較，掌握閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。理解單閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能的影響。知識(shí)目標(biāo)掌握轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的組成，能畫(huà)出其原理圖。掌握轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的工作原理，會(huì)分析其抗干擾特性。能在實(shí)驗(yàn)室熟練完成單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的接線(xiàn)與調(diào)試，會(huì)測(cè)試單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。技能目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)崗敬業(yè)的職業(yè)精神。素質(zhì)目標(biāo)項(xiàng)目描述01單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的精確調(diào)速控制。該系統(tǒng)以STC89C52微處理器為核心控制單元，采用增量式PID算法，結(jié)合霍爾測(cè)速傳感器、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及輸入、輸出設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)精確調(diào)整與監(jiān)控，提高生產(chǎn)效率、降低能耗并改善設(shè)備性能。隨著微處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，該系統(tǒng)有望進(jìn)一步優(yōu)化和升級(jí)，以滿(mǎn)足更高層次的控制需求和應(yīng)用場(chǎng)景。控制要求調(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。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。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)。相關(guān)知識(shí)02單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)自動(dòng)控制理論，要想使被控量保持穩(wěn)定，可將被控量反饋到系統(tǒng)的輸入端，構(gòu)成負(fù)反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。將直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)出來(lái)，反饋到系統(tǒng)的輸入端，可構(gòu)成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)基本元件，一般可由給定元件、比較元件、放大校正元件、執(zhí)行元件、被控對(duì)象、檢測(cè)反饋元件組成。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)各類(lèi)元件作用：給出與希望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量（給定量）。給定元件把檢測(cè)反饋元件檢測(cè)的被控量實(shí)際值的反饋量與給定元件給出的給定量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差信號(hào)。比較元件對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行放大與運(yùn)算，校正輸出一個(gè)按一定規(guī)律變化的控制信號(hào)，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能。放大校正元件可采用運(yùn)算放大器和電阻、電容組成。放大校正元件單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)各類(lèi)元件作用：根據(jù)放大校正元件單元的輸出信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)具有一定功率并能夠被被控對(duì)象接受的控制量，使被控量與希望值趨于一致。執(zhí)行元件自動(dòng)控制系統(tǒng)中需要進(jìn)行控制的設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程，它接受控制量，輸出被控量，如電動(dòng)機(jī)。被控對(duì)象對(duì)被控量進(jìn)行檢測(cè)并輸出反饋量。如果這個(gè)物理量是非電量，一般再轉(zhuǎn)換為電量，如測(cè)速發(fā)電機(jī)用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并轉(zhuǎn)換成直流電壓。檢測(cè)反饋元件單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（一）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成部分：給定電路：提供轉(zhuǎn)速控制電壓用于控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器：由運(yùn)算放大器構(gòu)成的比例調(diào)節(jié)器有兩個(gè)輸入信號(hào)一個(gè)是轉(zhuǎn)速給定信號(hào)另一個(gè)是轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為觸發(fā)電路的移相控制電壓Uct。觸發(fā)電路GT：產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的觸發(fā)角由移相控制電壓Uct決定。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（一）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成部分：整流橋和電動(dòng)機(jī)主回路：整流裝置輸出電壓大小決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速檢測(cè)與反饋電路：TG為永磁式直流發(fā)電機(jī)，將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，經(jīng)可調(diào)電阻輸出轉(zhuǎn)速反饋電壓Un，Un與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大小成正比。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（一）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的工件原理分析：電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大小受轉(zhuǎn)速給定電壓Un*控制。給定電壓為零時(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)；給定電壓增大，轉(zhuǎn)速上升；給定電壓減小，轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)給定電壓增大時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理為Un*↑→ΔU=（Un*-Un）↑→Uct↑→Ud↑→n↑當(dāng)然轉(zhuǎn)速升高會(huì)引起轉(zhuǎn)速反饋電壓Un升高，但其增量小于轉(zhuǎn)速給定電壓Un*的增量，偏差電壓ΔU總體上是增大的，所以轉(zhuǎn)速上升。反之，當(dāng)給定電壓下降時(shí)，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速反饋也是下降的，但反饋電壓的減小量小于給定電壓的減小量，總體上ΔU是下降的，所以轉(zhuǎn)速下降。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（一）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)的工件原理分析：根據(jù)自動(dòng)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(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。調(diào)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。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)因負(fù)載增加轉(zhuǎn)速下降，則轉(zhuǎn)速反饋電壓減小。由于轉(zhuǎn)速給定電壓不變，偏差增加，通過(guò)調(diào)節(jié)放大器，使晶閘管變流器輸出電壓增加，從而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速回升。該調(diào)節(jié)過(guò)程可以表示為同相可分析電網(wǎng)電壓下降時(shí)，系統(tǒng)的抗干擾性。電網(wǎng)電壓下降時(shí)，整流裝置輸出電壓減小，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程為單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（一）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)給定量不變而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由于某種原因而產(chǎn)生變化時(shí)，可通過(guò)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而維持穩(wěn)定，從而提高了控制精度。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（一）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)最大的差別在于閉環(huán)控制系統(tǒng)存在一條從被控量（轉(zhuǎn)速）經(jīng)過(guò)檢測(cè)反饋元件（測(cè)速發(fā)電機(jī)）到系統(tǒng)輸入端的通道，這條通道稱(chēng)為反饋通道。檢測(cè)被控量。01將被控量檢測(cè)所得的反饋量與給定值進(jìn)行比較得到偏差。03根據(jù)偏差對(duì)被控制量進(jìn)行調(diào)節(jié)。02單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（一）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)建立在負(fù)反饋基礎(chǔ)上，按偏差進(jìn)行控制，當(dāng)系統(tǒng)由于某種原因使被控制量偏離希望值而出現(xiàn)偏差時(shí)，必定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的控制作用來(lái)減小或消除這個(gè)偏差，使被控制量與希望值趨于一致。假定忽略各種非線(xiàn)性因素，假定系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系都是線(xiàn)性的，或者只取其線(xiàn)性工作段，同時(shí)忽略控制電源和電位器的內(nèi)阻?？梢苑治鲩]環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，以確定它如何能夠減少轉(zhuǎn)速降落。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（二）系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(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)時(shí)，電壓比較環(huán)節(jié)輸出電壓為

單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（二）系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（二）系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

為了便于分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，可將以上各環(huán)節(jié)繪制成閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，首先確定構(gòu)成系統(tǒng)各個(gè)單元的穩(wěn)態(tài)輸入—輸出關(guān)系，進(jìn)一步建立系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2?4所示。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（二）系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖比較環(huán)節(jié)：

運(yùn)算放大器的輸出：Uct=KpΔU，其中放大器的放大系數(shù)Kp=-R2R1。圖2?4中，Ce=KeФN，稱(chēng)為電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。由于調(diào)壓調(diào)速中電動(dòng)機(jī)常數(shù)Ke和額定磁通ФN都是定值，所以常將其合并成一個(gè)系數(shù)Ce，單位為V·mi/r。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（二）系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖2?4中，Ce=KeФN，稱(chēng)為電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。由于調(diào)壓調(diào)速中電動(dòng)機(jī)常數(shù)Ke和額定磁通ФN都是定值，所以常將其合并成一個(gè)系數(shù)Ce，單位為V·mi/r。整流裝置輸出電壓：Ud=KsUct，在直流調(diào)速系統(tǒng)中，將整流裝置的輸出電壓與觸發(fā)控制電壓Uct看成線(xiàn)性關(guān)系，Ks為其放大系數(shù)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：

轉(zhuǎn)速反饋電壓：Un=αn，其中α稱(chēng)為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，其大小由測(cè)速發(fā)電機(jī)及可調(diào)電阻參數(shù)決定。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)和閉環(huán)特性分析閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（或轉(zhuǎn)矩）間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系，它在形式上與開(kāi)環(huán)機(jī)械特性相似，但本質(zhì)上不同，故定名為“靜特性”，以示區(qū)別。因此根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式??=??0?????，可得閉環(huán)時(shí)：

單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)和閉環(huán)特性分析比較一下開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性可得：

3.如果電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速不變；而對(duì)最低速靜差率的要求相同，則閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速范圍為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)調(diào)速范圍的（1+??）倍。即

單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)和閉環(huán)特性分析閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾動(dòng)能力（不論這是來(lái)自系統(tǒng)的外部擾動(dòng)，還是系統(tǒng)內(nèi)部的參數(shù)變化），有較高的控制精度，在實(shí)際應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用。但是，這種系統(tǒng)需要檢測(cè)反饋元件、使用元件多、線(xiàn)路較復(fù)雜、調(diào)整較復(fù)雜。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開(kāi)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，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價(jià)是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測(cè)與反饋裝置。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)和閉環(huán)特性分析閉環(huán)靜特性和開(kāi)環(huán)機(jī)械特性雖然都表示n=f(Id)，但二者有著本質(zhì)上的區(qū)別。1.一條機(jī)械特性曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)于一個(gè)電樞電壓Ud，而一條靜特性曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)于一個(gè)給定電壓Un*。2.開(kāi)環(huán)調(diào)速，轉(zhuǎn)速給定Un*不變，電樞電壓Ud就基本不變；而閉環(huán)調(diào)速，Un*不變，Ud會(huì)隨著Id變化。一條靜特性對(duì)應(yīng)多條機(jī)械特性，如圖2?5所示。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)和閉環(huán)特性分析對(duì)于開(kāi)環(huán)調(diào)速，當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，由于給定電壓沒(méi)變，整流裝置的輸出電壓不變，轉(zhuǎn)速只能按照機(jī)械特性曲線(xiàn)下降；而對(duì)于閉環(huán)調(diào)速，當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，通過(guò)閉環(huán)自身的調(diào)節(jié)，會(huì)提高電樞電壓，減小轉(zhuǎn)速降，當(dāng)負(fù)載電流為Id1時(shí)，電樞電壓為Ud1，電動(dòng)機(jī)工作于A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性上，當(dāng)負(fù)載電流增加為Id2時(shí)，電樞電壓提高為Ud2，電動(dòng)機(jī)工作于B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性上。對(duì)同一給定電壓，負(fù)載電流連續(xù)變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)在直線(xiàn)ABCD上連續(xù)變化，這條直線(xiàn)就是閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于某一給定電壓的一條靜特性曲線(xiàn)。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)和閉環(huán)特性分析為充分認(rèn)識(shí)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)將閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性同開(kāi)環(huán)機(jī)械特性加以比較。

4.閉環(huán)系統(tǒng)比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的抗干擾性能好。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)基本上沒(méi)有抗干擾性，而閉環(huán)系統(tǒng)則對(duì)影響轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的常見(jiàn)干擾有抑制作用。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)和閉環(huán)特性分析提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K對(duì)改善調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)是有利的，即增大開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K，靜差率減小，硬度提高，調(diào)速范圍增大。但是開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K增大會(huì)降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，K增大到一定程度時(shí)，系統(tǒng)會(huì)變得不穩(wěn)定，即動(dòng)態(tài)性能變差了。這就是控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能之間的相互制約性。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（三）開(kāi)環(huán)和閉環(huán)特性分析【例2-1】某V-M系統(tǒng)為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)????=1000r/min，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)轉(zhuǎn)速降為100r/min，D=10，如果要求系統(tǒng)的靜差率由15%降到5%，則開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K應(yīng)怎樣變化？解：當(dāng)靜差率為s1=15%時(shí)，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的閉環(huán)轉(zhuǎn)速降為

單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（四）系統(tǒng)的抗干擾性分析引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的目的在于提高調(diào)速系統(tǒng)的抗干擾性，保持轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定，那么單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是怎樣實(shí)現(xiàn)抗干擾作用的呢？當(dāng)負(fù)載電流Id增大時(shí)，根據(jù)

通過(guò)這一調(diào)節(jié)可抑制轉(zhuǎn)速的下降，雖然不能做到完全阻止轉(zhuǎn)速下降，但同開(kāi)環(huán)相比，轉(zhuǎn)速的下降程度會(huì)大大降低，從而保持了轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（五）閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本特征轉(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3個(gè)基本特征，也就是反饋控制的基本規(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(kāi)環(huán)放大系數(shù)K值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。因?yàn)殚]環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為理論上只有當(dāng)K=∞時(shí)，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速降才能為零，這實(shí)際上是做不到的。增大放大系數(shù)K只能減小穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速降Δnb，卻不能消除它。圖2?6所示為單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，從結(jié)構(gòu)圖上看，轉(zhuǎn)速是由轉(zhuǎn)速給定與轉(zhuǎn)速反饋比較后的偏差電壓?U來(lái)控制的，轉(zhuǎn)速越高，要求這一偏差越大。所以轉(zhuǎn)速的實(shí)際值與給定值之間總是有偏差的，這種系統(tǒng)稱(chēng)為有靜差調(diào)速系統(tǒng)。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(kāi)環(huán)放大系數(shù)K值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。因?yàn)殚]環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為Δnb=RCe(1+K)Id（2-21）單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（五）閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本特征2.服從給定，抑制擾動(dòng)。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(dòng)作用，被控量總是跟隨給定量變化，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總是隨著給定電壓Un*變化而變化。3.系統(tǒng)的精度依賴(lài)于給定和反饋檢測(cè)精度。如果系統(tǒng)的給定電壓發(fā)生波動(dòng)，反饋控制系統(tǒng)無(wú)法鑒別是對(duì)給定電壓的正常調(diào)節(jié)還是不應(yīng)有的電壓波動(dòng)。因此，高精度的調(diào)速系統(tǒng)必須有更高精度的給定穩(wěn)壓電源。反饋檢測(cè)裝置的誤差不在閉環(huán)系統(tǒng)的前向通道上，因此檢測(cè)精度直接影響系統(tǒng)輸出精度。單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)（五）閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本特征【例2-2】圖2?6所示的調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)器，試分析指出系統(tǒng)對(duì)下列參數(shù)變化產(chǎn)生的干擾是否有調(diào)節(jié)作用。①給定電路的電阻R0；②供電電網(wǎng)電壓U；③電樞回路電阻R；④轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)α；⑤電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電壓。解：干擾①的作用點(diǎn)在閉環(huán)外干擾②的作用點(diǎn)在Ks環(huán)節(jié)上干擾③的作用點(diǎn)在右綜合點(diǎn)上干擾④的作用點(diǎn)不在前向通道上干擾⑤的作用點(diǎn)在Ce環(huán)節(jié)上所以閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)干擾②、③、⑤有調(diào)節(jié)作用，對(duì)干擾①、④沒(méi)有調(diào)節(jié)作用。無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（一）調(diào)節(jié)器及其特性調(diào)節(jié)器是由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電路單元。調(diào)速系統(tǒng)中常見(jiàn)的調(diào)節(jié)器有：比例調(diào)節(jié)器、積分調(diào)節(jié)器、比例—積分調(diào)節(jié)器三種。1.比例調(diào)節(jié)器（簡(jiǎn)稱(chēng)P調(diào)節(jié)器）如圖2-7所示，亦可稱(chēng)為比例放大器。比例調(diào)節(jié)器電路圖如圖2?7a所示，一般采用反相輸入。比例調(diào)節(jié)器的電氣原理圖及其輸入—輸出關(guān)系如圖2?7b所示。

無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（一）調(diào)節(jié)器及其特性調(diào)節(jié)器都是由運(yùn)算放大器的反相輸入端輸入，上式中的負(fù)號(hào)表示輸出與輸入呈反相關(guān)系，即輸入偏差為正時(shí)輸出為負(fù)，反之亦然。如果僅考慮輸入—輸出信號(hào)的大小關(guān)系，可不考慮負(fù)號(hào)，但應(yīng)知道輸入—輸出的極性是相反的。優(yōu)點(diǎn)：控制的快速性好。輸出信號(hào)隨時(shí)跟隨輸入信號(hào)變化，輸出響應(yīng)快，反映到控制作用上，比例調(diào)節(jié)器的控制速度快。缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)節(jié)。即穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，其輸入偏差?U不能為零，被控量的實(shí)際值與給定值之間總是存在偏差的，為有靜差控制系統(tǒng)。無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（一）調(diào)節(jié)器及其特性2.積分調(diào)節(jié)器。其電路如圖2?8所示。積分調(diào)節(jié)器就是將比例調(diào)節(jié)器中的反饋電阻換成電容。積分調(diào)節(jié)器（簡(jiǎn)稱(chēng)I調(diào)節(jié)器）的電氣原理圖及其輸入—輸出關(guān)系如圖2-8b所示。Uo=-1RC(Un*-Un)dt=-1RCΔUndt=-1TΔUndt

（2-23）式中，T=R1C為積分時(shí)間常數(shù)。如圖2?8b所示，在0～t1時(shí)間內(nèi)，偏差電壓為定值，積分調(diào)節(jié)器的輸出從零開(kāi)始積分，沿斜線(xiàn)上升，t1時(shí)刻之后，輸入偏差電壓為零，積分作用停止，輸出保持不變。無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（一）調(diào)節(jié)器及其特性?xún)?yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)節(jié)。積分調(diào)節(jié)器的輸入偏差大于零時(shí)，輸出量向上積分而增大；輸入偏差小于零時(shí)，輸出量向下積分而減小；輸出量恒定的條件是輸入偏差為零，即反饋量與給定量相等。所以采用積分調(diào)節(jié)器可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速。缺點(diǎn)：控制作用慢。當(dāng)輸入為階躍信號(hào)時(shí)，輸出量不能馬上跟隨給定量變化，要經(jīng)過(guò)一個(gè)積分過(guò)程，輸出才能達(dá)到設(shè)定值，控制作用不如比例調(diào)節(jié)器及時(shí)。無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（一）調(diào)節(jié)器及其特性3.比例—積分調(diào)節(jié)器。比例—積分調(diào)節(jié)器（簡(jiǎn)稱(chēng)PI調(diào)節(jié)器）的電氣原理圖及其輸入—輸出關(guān)系如圖2?9所示。

無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（一）調(diào)節(jié)器及其特性PI調(diào)節(jié)器的輸入—輸出特性是P調(diào)節(jié)器和I調(diào)節(jié)器的特性疊加：積分作用之前先經(jīng)比例放大，輸出比I調(diào)節(jié)器響應(yīng)快；輸出穩(wěn)定時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸入端偏差為零，可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控制。采用比例—積分調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，因此PI調(diào)節(jié)器在控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。純積分調(diào)節(jié)器只是一種理論的模型，實(shí)際實(shí)現(xiàn)較難，一般不單獨(dú)應(yīng)用。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為比例調(diào)節(jié)器時(shí)可實(shí)現(xiàn)有靜差調(diào)速；若要實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器應(yīng)采用PI調(diào)節(jié)器。無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（二）無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速的條件如下：采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋01轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用PI或PID調(diào)節(jié)器02圖2-10所示為采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)原理無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（二）無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL1突增到TL2時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速反饋電壓隨之下降，使調(diào)節(jié)器輸入偏差ΔUn≠0，于是引起PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)過(guò)程。由圖2-10可見(jiàn)，在調(diào)節(jié)過(guò)程的初設(shè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n，偏差電壓ΔUn=Un*-Un=0，當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程如下：無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（二）無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)只要ΔUn≠0，調(diào)節(jié)過(guò)程便將一直持續(xù)下去。當(dāng)ΔUn=0時(shí)，Uct和Ud不再升高，ΔUn=0時(shí)達(dá)到新的穩(wěn)定，但這時(shí)的Uct和Ud已經(jīng)上升，不是原來(lái)的數(shù)值，但轉(zhuǎn)速已回復(fù)到原值。應(yīng)當(dāng)指出，所謂“無(wú)靜差”只是理論上的，因?yàn)榉e分或比例積分調(diào)節(jié)器在靜態(tài)時(shí)電容兩端電壓不變，相當(dāng)于開(kāi)路，運(yùn)算放大器的放大系數(shù)理論上為無(wú)窮大，所以才使系統(tǒng)靜差Δn=0。實(shí)際上，這時(shí)放大系數(shù)是運(yùn)算放大器本身的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)，其數(shù)值雖然很大，但還是有限，因此系統(tǒng)仍存在著很小的靜差，只是在一般精度要求下可以忽略不計(jì)而已。同時(shí)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)只是在穩(wěn)態(tài)上的無(wú)靜差，在動(dòng)態(tài)時(shí)還是有差的。無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（二）無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。

無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)（二）無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)

其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（一）電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)由子轉(zhuǎn)速負(fù)反饋需要有測(cè)速發(fā)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，測(cè)速發(fā)電機(jī)要求精度很高，和電動(dòng)機(jī)必須同軸相聯(lián)，安裝技術(shù)較高。在轉(zhuǎn)速要求不太嚴(yán)格的系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性關(guān)系式n=UdCe-IdRCe，可以采用調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)電樞電壓來(lái)補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此將電樞電壓作為被調(diào)節(jié)量，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速作為間接調(diào)節(jié)量，同樣可以自動(dòng)調(diào)速，只是精度要差些。圖2?12所示為具有電壓負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。圖中使用了比例調(diào)節(jié)器，在電樞回路中接入分壓電阻R3、R4，該電阻必須接在平波電抗器后面，以該電阻為分界，在該電阻前是平波電抗器和電源，在該電阻后是電樞。其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（一）電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)

當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，例如負(fù)載增加，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，而電樞回路的電流將增加，在電樞回路中電源內(nèi)阻和濾波電抗器內(nèi)阻上的電壓降將增加，使電樞電壓下降。反饋電壓??u下降，????增加，使??ct上升，促使控制角前移，晶閘管輸出電壓上升，可導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的回升。其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（一）電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2?13所示。由調(diào)節(jié)的對(duì)象是電動(dòng)機(jī)電樞電壓，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是間接調(diào)節(jié)量，所以，效果不如轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)好。電壓負(fù)反饋電阻接在電樞前面，這種反饋只能使主回路中的電壓變化得到補(bǔ)償，電動(dòng)機(jī)電樞電阻上的電壓變化沒(méi)有得到補(bǔ)償。因?yàn)榍罢咴诜答伻?nèi)，而后者在反饋圈外。同樣，對(duì)于電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流變化所造成的擾動(dòng)，電壓反饋也無(wú)法克服。因此，電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)速降比同等放大系數(shù)的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)更大一些，穩(wěn)態(tài)性能要差一些。在實(shí)際系統(tǒng)中，為了盡可能減小靜態(tài)速降，電壓反饋的兩根引出線(xiàn)應(yīng)該盡量靠近電動(dòng)機(jī)電樞兩端。其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（一）電壓負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)雖然調(diào)節(jié)性能不如轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)，但由于省略了測(cè)速發(fā)電機(jī)，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，所以仍然得到了廣泛的使用。一般在調(diào)速范圍D小于10，靜差率s在15%～30%時(shí)，可以使用這種系統(tǒng)。必須指出：在圖2?13所示的系統(tǒng)中，反饋電壓直接取自接在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電位器上，這種方式雖然簡(jiǎn)單，卻把主電路的高電壓和控制電路的低電壓串在一起了，從安全角度上看是不合適的。對(duì)于小容量調(diào)速系統(tǒng)還可以將就，對(duì)于電壓較高、電動(dòng)機(jī)容量較大的系統(tǒng)，通常應(yīng)在反饋回路中加入電壓隔離變換器，使主電路和控制電路之間沒(méi)有直接電的聯(lián)系。其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（二）帶電流補(bǔ)償?shù)碾妷贺?fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)

其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（二）帶電流補(bǔ)償?shù)碾妷贺?fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)為了提高電壓負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性的硬度，減小靜態(tài)誤差，在統(tǒng)中加入電流補(bǔ)償環(huán)節(jié)（電流正反饋環(huán)節(jié)）。

其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（二）帶電流補(bǔ)償?shù)碾妷贺?fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)電壓負(fù)反饋帶電流正反饋補(bǔ)償調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2?15所示。假設(shè)由于負(fù)載增加，引起Ui=IdRi的增加，使偏差ΔU電壓增大，ΔU增加，使Uct上升，促使控制角前移，晶閘管輸出電壓上升，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速得到補(bǔ)償。注意：電流正反饋環(huán)節(jié)是一種補(bǔ)償環(huán)節(jié)，而不是反饋環(huán)節(jié)，但習(xí)慣上稱(chēng)它為電流正反饋環(huán)節(jié)。其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（二）帶電流補(bǔ)償?shù)碾妷贺?fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)只要參數(shù)選配的適當(dāng)，可以用電流正反饋的方式完全補(bǔ)償回路電壓降所引起的轉(zhuǎn)速降落，使靜特性是一條水平線(xiàn)，從而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無(wú)關(guān)。但實(shí)際上做不到，主要原因是系統(tǒng)中的各元件參數(shù)在系統(tǒng)工作時(shí)，不是絕對(duì)穩(wěn)定的。例如，電流正反饋電阻??i將隨著電流的增加及長(zhǎng)期工作，而溫度升高，電阻值隨溫度升高而變大。如選擇電路參數(shù)使得系統(tǒng)的靜特性成水平直線(xiàn)，那么在電阻值隨溫度升高而變大后，電流正反饋的值??i=??d??I將比原先預(yù)計(jì)的大，而產(chǎn)生過(guò)補(bǔ)償，系統(tǒng)靜特性將上翹，引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，寧可使電流正反饋?zhàn)饔萌跣?。其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（三）電流截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)，如果沒(méi)有采取專(zhuān)門(mén)的限流措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對(duì)電動(dòng)機(jī)換向不利，對(duì)于過(guò)載能力低的晶閘管等電力電子器件來(lái)說(shuō)，更是不允許的。

其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（三）電流截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于要求快速啟制動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，給定信號(hào)多半采用突加方式。另外，有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況，例如挖土機(jī)、軋鋼機(jī)等，閉環(huán)系統(tǒng)特性很硬，若無(wú)限流措施，電流會(huì)大大超過(guò)允許值。如果依靠過(guò)電流繼電器或快速熔斷器進(jìn)行限流保護(hù)，一過(guò)載就跳閘或燒斷熔斷器，將無(wú)法保證系統(tǒng)的正常工作。其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（三）電流截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)為了解決反饋控制單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題，系統(tǒng)中必須設(shè)有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制的基本概念，要維持某個(gè)物理量基本不變，只要引入該物理的負(fù)反饋就可以了。所以，引入電流負(fù)反饋能夠保持電流不變，使它不超過(guò)允許值。電流負(fù)反饋的引入會(huì)使系統(tǒng)的靜特性變得很軟，不能滿(mǎn)足一般調(diào)速系統(tǒng)的要求，電流負(fù)反饋的限流作用只應(yīng)在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)存在，在正常運(yùn)行時(shí)必須去掉，使電流能自由地隨著負(fù)載增減。這種當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才起作用的電流負(fù)反饋稱(chēng)為電流截止負(fù)反饋。其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（三）電流截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)截止負(fù)反饋，必須在系統(tǒng)中引入電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)。電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)的具體線(xiàn)路有不同形式，但是無(wú)論哪種形式，其基本思想都是將電流反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后去和一個(gè)比較電壓Ucom進(jìn)行比較。電流負(fù)反饋信號(hào)的獲得可以采用在交流側(cè)的交流電流檢測(cè)裝置，也可以采用直流側(cè)的直流電流檢測(cè)裝置。最簡(jiǎn)單的是在電動(dòng)機(jī)電樞回路串入一個(gè)小阻值的電阻Rs，IdRs是正比于電流的電壓信號(hào)，用它去和比較電壓Ucom進(jìn)行比較。當(dāng)IdRs>Ucom，電流負(fù)反饋信號(hào)Ui起作用，當(dāng)IdRs≤Ucom，電流負(fù)反饋信號(hào)被截止。其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（三）電流截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)比較電壓Ucom可以利用獨(dú)立的電源，在反饋電壓IdRs和比較電壓Ucom之間串接一個(gè)二極管組成電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)。其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（三）電流截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)利用穩(wěn)壓管的擊穿電壓Ubr作為比較電壓，組成電流負(fù)反饋截止環(huán)節(jié)。采用電流互感器來(lái)檢測(cè)主回路的電流，從而將主回路與控制回路實(shí)行電氣隔離，以保證人身和設(shè)備安全。其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（三）電流截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)如圖2?18所示。圖中穩(wěn)壓管VTS構(gòu)成一個(gè)比較環(huán)節(jié)，它的擊穿電壓提供了一個(gè)比較電壓。當(dāng)電樞電流Id小于允許值時(shí)，使反饋電壓Ui小于VTS的擊穿電壓，穩(wěn)壓管VTS未導(dǎo)通，對(duì)控制不起作用；當(dāng)電流Id大于允許值急驟下降，轉(zhuǎn)速n隨之也急速下降，從而限制了電流增長(zhǎng)，起到保護(hù)晶閘管和電動(dòng)機(jī)的作用。其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（三）電流截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2?19所示。設(shè)截止電流為Idcr。則當(dāng)Id≤Idcr時(shí)，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，即：n=KpKsUn*Ce(1+K)-RdIdCe(1+K)

（2-25）當(dāng)時(shí)，引入了電流負(fù)反饋，靜特性變成n=KpKs(Un*+Ucom)Ce(1+K)-(Rd+KpKsRs)IdCe(1+K)

（2-26）其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（三）電流截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)畫(huà)成靜特性，如圖2?20所示。比較兩段特性，可以看出：n0'?n0，這是由于比較電壓Ucom與給定電壓Un*的作用一致，因而提高了虛擬的理想空載轉(zhuǎn)速n0'：實(shí)現(xiàn)上圖2?20中用虛線(xiàn)表示的n0'－A段由于電流負(fù)反饋被截止而不存在。Δn'?Δn這說(shuō)明電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于在主電路中串入一個(gè)大電阻KpKsRs，因而穩(wěn)態(tài)速降極大，特性急劇下垂，表現(xiàn)出限流特性。n'0=KpKs(Un*+Ucom)Ce(1+K)

（2-27）Δn0/=(Rd+KpKsRs)IdCe(1+K)（2-28）

其他形式的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（三）電流截止負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)這種兩段式的靜特性常被稱(chēng)為下垂特性或挖土機(jī)特性。A點(diǎn)稱(chēng)為截止電流點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的電流是截止電流??dcr，B點(diǎn)稱(chēng)為堵轉(zhuǎn)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的電流稱(chēng)為堵轉(zhuǎn)電流??dbl。

必須指出：電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)只是解決了系統(tǒng)的限流問(wèn)題，使調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)嶋H運(yùn)行，但它的動(dòng)態(tài)特性并不理想，所以只適用于對(duì)動(dòng)態(tài)特性要求不太高的小容量系統(tǒng)。項(xiàng)目準(zhǔn)備03項(xiàng)目準(zhǔn)備在實(shí)施項(xiàng)目前，應(yīng)按照材料清單逐一檢查的所需材料、工具，是否齊全，并填寫(xiě)各種材料的數(shù)量、規(guī)格、是否損壞等情況?；趩纹瑱C(jī)的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)元件清單見(jiàn)表項(xiàng)目名稱(chēng)基于單片機(jī)的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)序號(hào)材料名稱(chēng)規(guī)格數(shù)量是否損壞1

9*15萬(wàn)用板

2

STC89C52單片機(jī)

3

12V直流電動(dòng)機(jī)

4

40腳IC座

5磁鐵

6

直插按鈕

7

4位共陰極數(shù)碼管

874HC138譯碼器

974HC245三態(tài)收發(fā)器

10

L298N電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片

11

1N4003整流二極管

12A3144霍爾傳感器

13

103排阻

14

100Ω電阻

15

12M晶振

16

30pF瓷片電容

17

10uF電解電容

18

DC電源插口

19導(dǎo)線(xiàn)

20

焊錫

項(xiàng)目實(shí)施04任務(wù)分工本次實(shí)訓(xùn)除了硬件焊接和調(diào)試外，還增加了52單片機(jī)軟件編程與調(diào)試、PID控制算法應(yīng)用與調(diào)試等環(huán)節(jié)。四人一組，每名成員要有明確的分工、角色分配及責(zé)任，任務(wù)分工如下：小組組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)電路硬件焊接與調(diào)試，并統(tǒng)籌協(xié)調(diào)小組成員工作任務(wù)，配合小組成員完成系統(tǒng)測(cè)試。硬件焊接與調(diào)試小組成員，負(fù)責(zé)C語(yǔ)言編程，增量式PID算法參數(shù)調(diào)試