直流傳動(dòng) 控制系統(tǒng)

1、1 第十一章 直流傳動(dòng) 控制系統(tǒng) 2 直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) n直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)以直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力。直流電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)以直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力。直流電動(dòng)機(jī) 雖不像交流電動(dòng)機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、維修容雖不像交流電動(dòng)機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、維修容 易、價(jià)格便宜等，但具有良好的調(diào)速性能，可在很寬易、價(jià)格便宜等，但具有良好的調(diào)速性能，可在很寬 的范圍平滑調(diào)速。的范圍平滑調(diào)速。 n本章將介紹機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的一般問(wèn)題（如組成、本章將介紹機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的一般問(wèn)題（如組成、 分類(lèi)、方案選擇等）和直流調(diào)速系統(tǒng)。分類(lèi)、方案選擇等）和直流調(diào)速系統(tǒng)。 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo): n了解常用自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的

2、調(diào)速原理、特點(diǎn)及適用場(chǎng)合了解常用自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速原理、特點(diǎn)及適用場(chǎng)合 3 11.1 機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及分類(lèi)機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)的組成及分類(lèi) n開(kāi)環(huán) n直流發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī) （G-M）系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁繞組中的勵(lì)磁電流是輸 入量，直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是 輸出量?？刂戚斎肓浚涂?控制輸出量的大小。單向控 制。 4 n閉環(huán) n為了設(shè)法在負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，盡可能使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，為此，在電 動(dòng)機(jī)的軸上安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)BR，它的輸出電動(dòng)勢(shì)E與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n成 正比，若把E與給定電壓Ug比較，就可以得到差值U=Ug-E。 n當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加引起轉(zhuǎn)速下降時(shí)，E減小，而Ug不變，則U增大使發(fā) 電機(jī)的勵(lì)磁

3、電流增加，發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)EG增加，從而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速上升。 n反之，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小引起轉(zhuǎn)速上升時(shí)，E增加使U減小，則EG減小， 從而使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降。 n這種控制方法叫做反饋控制。 n輸入量和輸出量之間既有正向的控制作用，又有反向的控制作用，形成一個(gè) 閉環(huán)，稱(chēng)之為閉環(huán)控制系統(tǒng)或反饋控制系統(tǒng)。 5 控制系統(tǒng)分類(lèi)控制系統(tǒng)分類(lèi) n 按反饋方式分：轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制系統(tǒng)、電動(dòng)勢(shì)負(fù)按反饋方式分：轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制系統(tǒng)、電動(dòng)勢(shì)負(fù) 反饋控制系統(tǒng)、電壓負(fù)反饋控制系統(tǒng)及電流正反饋反饋控制系統(tǒng)、電壓負(fù)反饋控制系統(tǒng)及電流正反饋 控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)； n 按復(fù)雜程度分：?jiǎn)苇h(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和多環(huán)自動(dòng)調(diào)按復(fù)雜程度分：?jiǎn)苇h(huán)自動(dòng)

4、調(diào)節(jié)系統(tǒng)和多環(huán)自動(dòng)調(diào) 節(jié)系統(tǒng)；節(jié)系統(tǒng)； n 按穩(wěn)態(tài)誤差分：有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)和無(wú)靜差調(diào)節(jié)系按穩(wěn)態(tài)誤差分：有靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng)和無(wú)靜差調(diào)節(jié)系 統(tǒng)；統(tǒng)； n 按給定量的變化分：定值調(diào)節(jié)、程序調(diào)節(jié)和隨動(dòng)按給定量的變化分：定值調(diào)節(jié)、程序調(diào)節(jié)和隨動(dòng) 控制；控制； n 按調(diào)節(jié)動(dòng)作和時(shí)間的關(guān)系：斷續(xù)控制和連續(xù)控制；按調(diào)節(jié)動(dòng)作和時(shí)間的關(guān)系：斷續(xù)控制和連續(xù)控制； n 按元件特性分：線(xiàn)性控制系統(tǒng)和非線(xiàn)性控制系統(tǒng)。按元件特性分：線(xiàn)性控制系統(tǒng)和非線(xiàn)性控制系統(tǒng)。 6 n在生產(chǎn)的各個(gè)部門(mén)，有大量的生產(chǎn)機(jī)械要求在不 同的場(chǎng)合、用不同的速度進(jìn)行工作，以提高生產(chǎn) 率和保證產(chǎn)品的質(zhì)量。比如機(jī)床、起重運(yùn)輸設(shè)備、 造紙機(jī)、紡織機(jī)等。如何根據(jù)不

5、同生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào) 速的要求來(lái)選擇機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)速方案， 是本節(jié)所要介紹的內(nèi)容。 11.2 機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)速方案的選擇 7 n調(diào)速方法通常有機(jī)械的、電氣的、液壓的、氣動(dòng)的幾種。 n在用純機(jī)械方法調(diào)速的設(shè)備中，驅(qū)動(dòng)用的電動(dòng)機(jī)一般運(yùn)行在 固有機(jī)械特性的一個(gè)轉(zhuǎn)速上，速度的調(diào)節(jié)是通過(guò)變速齒輪箱 或幾套變速帶輪或其他變速機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 n在用純電氣方法調(diào)速的設(shè)備中，電動(dòng)機(jī)能運(yùn)行在固有機(jī)械特 性或人為機(jī)械特性上，在一定負(fù)載的情況下，電動(dòng)機(jī)可獲得 多種轉(zhuǎn)速。這時(shí)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，只要一套變速齒輪 或帶輪。 n在電氣與機(jī)械配合調(diào)速的設(shè)備中，可用電動(dòng)機(jī)來(lái)得到多種轉(zhuǎn) 速，同

6、時(shí)，又可用機(jī)械變速機(jī)構(gòu)的換擋來(lái)進(jìn)行變速。 n電氣調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)效率，操作 簡(jiǎn)單，易于獲得無(wú)極調(diào)速，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制。 當(dāng)然僅用電氣方法調(diào)速時(shí)，電氣系統(tǒng)復(fù)雜些，投資要大些。 11.2.1 機(jī)械與電氣調(diào)速方法機(jī)械與電氣調(diào)速方法 8 11.2.2 生產(chǎn)機(jī)械對(duì)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求生產(chǎn)機(jī)械對(duì)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求 n1.靜差度靜差度 n當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速的變化維持在當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速的變化維持在 一定范圍之內(nèi)，常用靜差度來(lái)表示生產(chǎn)機(jī)械一定范圍之內(nèi)，常用靜差度來(lái)表示生產(chǎn)機(jī)械 運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度，即要求靜差度愈小。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度，即要求靜差度

7、愈小。 靜差度靜差度S為，電動(dòng)機(jī)由理想空載到額定負(fù)載為，電動(dòng)機(jī)由理想空載到額定負(fù)載 時(shí)的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速的比值。時(shí)的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速的比值。 n2.調(diào)速范圍調(diào)速范圍 n生產(chǎn)機(jī)械所要求的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的最大范圍亦稱(chēng)生產(chǎn)機(jī)械所要求的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的最大范圍亦稱(chēng) 為調(diào)速范圍。（速度最大值比速度最小值）為調(diào)速范圍。（速度最大值比速度最小值） n3.調(diào)速的平滑性調(diào)速的平滑性 n在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，可以得到的穩(wěn)定運(yùn)行在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，可以得到的穩(wěn)定運(yùn)行 轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)越多，調(diào)速的平滑性就越高；若級(jí)轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)越多，調(diào)速的平滑性就越高；若級(jí) 數(shù)趨于無(wú)窮大，則表示轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，稱(chēng)為數(shù)趨于無(wú)窮大，則表示轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)，稱(chēng)為

8、無(wú)極調(diào)速。無(wú)極調(diào)速。 ）（ ）（ ）（ ：符合靜差率的調(diào)速范圍符合靜差率的調(diào)速范圍 調(diào)速范圍：調(diào)速范圍： 靜差率：靜差率： 2 2max 2 2 max 02 02 max 02 max min max min max 00 0 1 1 1 Sn Sn S n n n nn n n n n n n n n nn N S N n n N n N NN D D S 9 調(diào)速性能動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)調(diào)速性能動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo) %100 2 2max n nn M p n第第4章已經(jīng)討論了如何縮短開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間問(wèn)題，章已經(jīng)討論了如何縮短開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的時(shí)間問(wèn)題， 實(shí)際上除此之外，還要求最大超調(diào)量、

9、振蕩次數(shù)等。以右圖實(shí)際上除此之外，還要求最大超調(diào)量、振蕩次數(shù)等。以右圖 為例，系統(tǒng)從為例，系統(tǒng)從n1改變到改變到n2時(shí)的過(guò)渡過(guò)程。時(shí)的過(guò)渡過(guò)程。 10 調(diào)速性能動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)調(diào)速性能動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo) 11 調(diào)速性能動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)調(diào)速性能動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo) 上述三個(gè)指標(biāo)是衡量一個(gè)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)上述三個(gè)指標(biāo)是衡量一個(gè)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì) 好壞的主要指標(biāo)。好壞的主要指標(biāo)。 12 動(dòng)態(tài)指標(biāo)評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)指標(biāo)評(píng)價(jià) 系系 統(tǒng)統(tǒng) 超調(diào)超調(diào) 量量 過(guò)渡過(guò)程時(shí)間過(guò)渡過(guò)程時(shí)間 T 振蕩次數(shù)振蕩次數(shù) N 性性 能能 10長(zhǎng)長(zhǎng)無(wú)無(wú)不不 好好 2大大中中多多不不 好好 3小小短短中中好好 13 14 11.2 晶閘管電動(dòng)機(jī)直

10、流傳動(dòng)控制系統(tǒng)晶閘管電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng) 按結(jié)構(gòu)的不同：按結(jié)構(gòu)的不同： 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 可逆系統(tǒng)可逆系統(tǒng) 11.2.1 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 一、有靜差調(diào)速系統(tǒng)一、有靜差調(diào)速系統(tǒng) 單純由被調(diào)量負(fù)反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動(dòng)調(diào)節(jié)系單純由被調(diào)量負(fù)反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動(dòng)調(diào)節(jié)系 統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)有靜差調(diào)速系統(tǒng)；統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)有靜差調(diào)速系統(tǒng)； （一）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)（一）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng) 1. 基本組成基本組成 按靜態(tài)誤差的不同：按靜態(tài)誤差的不同： 無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 有靜差直

11、流調(diào)速系統(tǒng)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 任務(wù)：任務(wù)： 調(diào)節(jié)速度；調(diào)節(jié)速度； 擴(kuò)大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。擴(kuò)大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。 分類(lèi)：分類(lèi)： 15 測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)：與直流電動(dòng)機(jī)：與直流電動(dòng)機(jī)M 同軸相連，即兩者的速度相同，同軸相連，即兩者的速度相同， 測(cè)速發(fā)電機(jī)用來(lái)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的測(cè)速發(fā)電機(jī)用來(lái)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的 速度，稱(chēng)檢測(cè)元件；速度，稱(chēng)檢測(cè)元件； 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件：將測(cè)速發(fā)：將測(cè)速發(fā) 電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電 壓信號(hào)以便與給定電壓信號(hào)以便與給定電 壓進(jìn)行比較。壓進(jìn)行比較。 給定電位器：給定電位器：調(diào)調(diào) 節(jié)節(jié)Rg的位置可改的位置可改 變給定電壓變給定電壓Ug的的 大小大小 。 比例放大器

12、：比例放大器：將外加電將外加電 壓和反饋信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后壓和反饋信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后 的電壓之差進(jìn)行放大。的電壓之差進(jìn)行放大。 觸發(fā)電路：觸發(fā)電路：將放大器放大后的將放大器放大后的 電壓信號(hào)變?yōu)槊}沖型號(hào)去控制電壓信號(hào)變?yōu)槊}沖型號(hào)去控制 整流電路的輸出大小。整流電路的輸出大小。 整流電路整流電路：變交流：變交流 電壓為直流電壓，電壓為直流電壓， 輸出電壓大小由觸輸出電壓大小由觸 發(fā)電路輸出脈沖信發(fā)電路輸出脈沖信 號(hào)所決定，整流電號(hào)所決定，整流電 路的輸出為直流電路的輸出為直流電 動(dòng)機(jī)電樞的外加電動(dòng)機(jī)電樞的外加電 壓；壓； 直流電動(dòng)機(jī)：直流電動(dòng)機(jī)：系統(tǒng)系統(tǒng) 的控制對(duì)象。的控制對(duì)象。 16 fg UUU 由系統(tǒng)

13、的結(jié)構(gòu)分析可知：由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析可知： v 系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速；系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速； v 系統(tǒng)的反饋信號(hào)是被控制對(duì)象系統(tǒng)的反饋信號(hào)是被控制對(duì)象n本身本身; v 反饋電壓和給定電壓的極性相反，即反饋電壓和給定電壓的極性相反，即: 該系統(tǒng)又稱(chēng)該系統(tǒng)又稱(chēng)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)速系統(tǒng)。 2. 工作原理工作原理 當(dāng)當(dāng)Ug、Uf不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱(chēng)為不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱(chēng)為穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)。 fg UUU 不不變變 k U 不不變 變 不不變變 d U 不不變變 n 不不變變 (2) 調(diào)速（調(diào)速（Uf不變，改變不變，改變Ug的大?。┑拇笮。?g

14、UU fg UU k U d U n nUUUUUU dkfgg 改變改變Ug的大小可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱(chēng)為的大小可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱(chēng)為調(diào)速調(diào)速. (1) 穩(wěn)態(tài)（穩(wěn)態(tài)（ Ug、Uf 不變）不變） (3) 穩(wěn)速（穩(wěn)速（Ug不變、負(fù)載變化使不變、負(fù)載變化使Uf變化變化 ) nUUUUUUn dkfgf 當(dāng)負(fù)載增加使當(dāng)負(fù)載增加使 nUUUUUUn dkfgf 當(dāng)負(fù)載減小使當(dāng)負(fù)載減小使 當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過(guò)反饋能維持速度基本不變，這種狀態(tài)當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過(guò)反饋能維持速度基本不變，這種狀態(tài) 稱(chēng)為穩(wěn)速。稱(chēng)為穩(wěn)速。 17 3. 靜特性分析靜特性分析

15、 目的：找到減小靜態(tài)速降、擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能的途徑。目的：找到減小靜態(tài)速降、擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能的途徑。 靜特性表示出靜特性表示出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流之間的大小關(guān)系。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流之間的大小關(guān)系。 (1) 各環(huán)節(jié)輸入輸出的關(guān)系各環(huán)節(jié)輸入輸出的關(guān)系 電動(dòng)機(jī)電路電動(dòng)機(jī)電路 RInCRInKU aeaed 式中式中: ax RRR 電樞回路的總電阻；電樞回路的總電阻； x R 可控整流電源的等效內(nèi)阻；可控整流電源的等效內(nèi)阻； 電動(dòng)機(jī)的電樞電阻。電動(dòng)機(jī)的電樞電阻。 a R 可控硅和觸發(fā)電路可控硅和觸發(fā)電路 設(shè)可控硅和觸發(fā)電路的放大倍數(shù)為設(shè)可控硅和觸發(fā)電路的放大倍數(shù)為K2 ，則：

16、則： kd UKU 2 放大器電路放大器電路 設(shè)放大器的放大倍數(shù)為設(shè)放大器的放大倍數(shù)為KP ，則：則： )( fgpPk UUKUKU 反饋電路反饋電路 速度反饋信號(hào)電壓與轉(zhuǎn)速速度反饋信號(hào)電壓與轉(zhuǎn)速n 成正比，設(shè)放大系數(shù)為成正比，設(shè)放大系數(shù)為Kf，則：則： nKU ff 18 (2) 靜特性靜特性 nKU )UU(KU UKU RInCU ff fgpk kd aed 2 RInCUK aek2 RInC)UU(KK aefgp2 RInCnKKKUKK aefpgp22 efp ap CKKK RIUgKK n 2 2 則：則：令：令： e fp pG C KKK K,KKK 2 2 fof

17、 e a e gG nn )K(C RI )K(C UK n 11 閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性 2 KKK pG 從放大器輸入端到可從放大器輸入端到可 控整流電路輸出端的電壓控整流電路輸出端的電壓 放大倍數(shù)；放大倍數(shù)； 2 KK C K K p e f 閉環(huán)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。閉環(huán)系統(tǒng)的放大倍數(shù)。 如果系統(tǒng)沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋（即如果系統(tǒng)沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋（即 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)）時(shí)，則整流器的輸出開(kāi)環(huán)系統(tǒng)）時(shí)，則整流器的輸出 電壓電壓: RInCUKUKKU aegGgpd2 由此可得開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性由此可得開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性 方程方程: nnI C R C UK n a ee gG 0 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜特性開(kāi)

18、環(huán)系統(tǒng)的靜特性 19 (3)分析與結(jié)論分析與結(jié)論 fof e a e gG nn )K(C RI )K(C UK n 11 閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性 nnI C R C UK n a ee gG 0 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜特性開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜特性 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 在給定電壓一定時(shí)，有在給定電壓一定時(shí)，有: K n )K(C UK n e gG f 11 0 0 轉(zhuǎn)速降轉(zhuǎn)速降 如果將系統(tǒng)閉環(huán)與開(kāi)環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)得一樣，即，如果將系統(tǒng)閉環(huán)與開(kāi)環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)得一樣，即，00 nn f K n I )K(C R n a e f 11 調(diào)速范圍與靜差度調(diào)速范圍與靜差度 在最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速和低速時(shí)最

19、大允許靜差度不變的情況下，在最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速和低速時(shí)最大允許靜差度不變的情況下， 開(kāi)環(huán)：開(kāi)環(huán)： )S(n Sn D N maxe 2 2 1 閉環(huán)閉環(huán) ： D)K( )S( K n Sn )S(n Sn D N maxe Nf max f 1 1 1 1 2 2 2 2 20 結(jié)論：結(jié)論： 由于放大倍數(shù)不可能為無(wú)窮大，即靜態(tài)速降不可能為由于放大倍數(shù)不可能為無(wú)窮大，即靜態(tài)速降不可能為0，因此，上述系統(tǒng)只能，因此，上述系統(tǒng)只能 維持速度基本不變。這種維持被調(diào)量（轉(zhuǎn)速）近于恒值不變，但又具有偏差的反維持速度基本不變。這種維持被調(diào)量（轉(zhuǎn)速）近于恒值不變，但又具有偏差的反 饋控制系統(tǒng)通常稱(chēng)為有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)（即

20、有差調(diào)速系統(tǒng)）。饋控制系統(tǒng)通常稱(chēng)為有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)（即有差調(diào)速系統(tǒng)）。 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動(dòng)作用（如負(fù)載的變化、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化、采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動(dòng)作用（如負(fù)載的變化、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化、 晶閘管交流電源電壓的變化等）對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。晶閘管交流電源電壓的變化等）對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。 提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)提高系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落、擴(kuò)大調(diào)速范圍的有效措施。是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落、擴(kuò)大調(diào)速范圍的有效措施。 系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準(zhǔn)確度就越高，靜差度就越小，調(diào)速范圍就越大。但是放系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準(zhǔn)確度就越高，靜差度就越小，調(diào)速范圍就越大。但是放 大倍數(shù)也不能過(guò)

21、分增大，否則系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。大倍數(shù)也不能過(guò)分增大，否則系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。 21 （二）其他反饋在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用（二）其他反饋在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 1. 電壓負(fù)反饋系統(tǒng)電壓負(fù)反饋系統(tǒng) 由公式由公式 a e a e d I K R K U n 可知：可知： 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電樞電壓的大小，可以近似地反電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨電樞端電壓的大小而變。電樞電壓的大小，可以近似地反 映電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)就是把電動(dòng)機(jī)電樞電壓作為反饋量，以映電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低。電壓負(fù)反饋系統(tǒng)就是把電動(dòng)機(jī)電樞電壓作為反饋量，以 調(diào)整轉(zhuǎn)速。調(diào)整轉(zhuǎn)速。 (1) 電壓負(fù)反饋與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速

22、系統(tǒng)的區(qū)別電壓負(fù)反饋與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的區(qū)別 反饋信號(hào)不同，前者為被控制量的間接量電壓，后者為被控制量本身；反饋信號(hào)不同，前者為被控制量的間接量電壓，后者為被控制量本身； 檢測(cè)元件不同，前者為電位器，后者為測(cè)速發(fā)電機(jī)。檢測(cè)元件不同，前者為電位器，后者為測(cè)速發(fā)電機(jī)。 22 (2) 工作原理工作原理 穩(wěn)速和調(diào)速的工作過(guò)程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋相同。穩(wěn)速和調(diào)速的工作過(guò)程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋相同。 在給定電壓在給定電壓Ug一定時(shí)，其調(diào)整過(guò)程如下：一定時(shí)，其調(diào)整過(guò)程如下： 負(fù)載負(fù)載 n a I f UU k U d U UIa為為時(shí)，晶閘管的輸出電壓時(shí)，晶閘管的輸出電壓設(shè)設(shè)0 電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的特點(diǎn)電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的特點(diǎn):

23、 線(xiàn)路簡(jiǎn)單線(xiàn)路簡(jiǎn)單 穩(wěn)定速度的效果并不大穩(wěn)定速度的效果并不大 電動(dòng)機(jī)端電壓即使由于負(fù)反饋的作用電動(dòng)機(jī)端電壓即使由于負(fù)反饋的作用 而維持不變，但是負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)電而維持不變，但是負(fù)載增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)電 樞內(nèi)阻所引起的內(nèi)阻壓降仍然要增大，電樞內(nèi)阻所引起的內(nèi)阻壓降仍然要增大，電 動(dòng)機(jī)速度還是要降低?；蛘哒f(shuō)電壓負(fù)反饋，動(dòng)機(jī)速度還是要降低?；蛘哒f(shuō)電壓負(fù)反饋， 頂多只能補(bǔ)償可控整流電的等效內(nèi)阻所引頂多只能補(bǔ)償可控整流電的等效內(nèi)阻所引 起的速度降落。起的速度降落。 則則 Ud=U-UAK 23 2. 電流正反饋與電壓負(fù)反饋的綜合反饋系統(tǒng)電流正反饋與電壓負(fù)反饋的綜合反饋系統(tǒng) (1) 系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn) RP為

24、電壓反饋檢測(cè)元件，并接在電動(dòng)機(jī)電樞兩端，其上的電壓大小直接為電壓反饋檢測(cè)元件，并接在電動(dòng)機(jī)電樞兩端，其上的電壓大小直接 反映電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓的大小，故稱(chēng)電壓反饋；反映電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓的大小，故稱(chēng)電壓反饋； R為電流正反饋檢測(cè)元件，串接在電動(dòng)機(jī)電樞回路中，其上的電壓大為電流正反饋檢測(cè)元件，串接在電動(dòng)機(jī)電樞回路中，其上的電壓大 小直接反映電動(dòng)機(jī)電樞電流的大小，故稱(chēng)電流反饋。小直接反映電動(dòng)機(jī)電樞電流的大小，故稱(chēng)電流反饋。 系統(tǒng)的總反饋電壓系統(tǒng)的總反饋電壓 IVf UUU IVgfg UUUUUU 因?yàn)榉答侂妷阂驗(yàn)榉答侂妷篣V的極性與給定電壓的極性相反，故稱(chēng)的極性與給定電壓的極性相反，故稱(chēng)電壓負(fù)反

25、饋電壓負(fù)反饋，反饋電，反饋電 壓壓UI的極性與給定電壓的極性相同，故稱(chēng)的極性與給定電壓的極性相同，故稱(chēng)電流正反饋電流正反饋。 要使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)總的反饋特性必須呈現(xiàn)出負(fù)反饋的性質(zhì)。要使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)總的反饋特性必須呈現(xiàn)出負(fù)反饋的性質(zhì)。 0 IVf UUU 24 (2)工作原理工作原理 穩(wěn)速和調(diào)速的工作過(guò)程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋相同。穩(wěn)速和調(diào)速的工作過(guò)程與轉(zhuǎn)速負(fù)反饋相同。 在給定電壓在給定電壓Ug一定時(shí)，其調(diào)整過(guò)程如下：一定時(shí)，其調(diào)整過(guò)程如下： UUdUUUUU U U nn I KIVg I V a (3) 靜特性靜特性 aoV UU o bI UU boaoobaoabf UUUUUU 21

26、2 RR R 令令 UUao 3 RIU abo 21 2 3 RR UR RIUUUU aboaoab 25 從電動(dòng)機(jī)電樞回路電勢(shì)平衡關(guān)系知從電動(dòng)機(jī)電樞回路電勢(shì)平衡關(guān)系知 )RR(IEU aa3 )RR/()EU(I aa 3 aa a ab RR ER RR UR RR UR R RR EU RR UR U 3 3 3 3 21 2 3 321 2 上式如果滿(mǎn)足下列條件上式如果滿(mǎn)足下列條件 0 3 3 21 2 a RR UR RR UR E RR R U R R R R RR R RR R a ab aa 3 33 1 2 3 3 21 2 nC RR R U e a ab 3 3 時(shí)，

27、時(shí)，當(dāng)滿(mǎn)足條件當(dāng)滿(mǎn)足條件 a R R R R 3 1 2 系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速反饋的特性。系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)速反饋的特性。 26 3. 電流截止負(fù)反饋系統(tǒng)電流截止負(fù)反饋系統(tǒng) (1) 電流截止負(fù)反饋的作用電流截止負(fù)反饋的作用 過(guò)載保護(hù)。過(guò)載保護(hù)。 電流正反饋可以改善電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性，而電流負(fù)反饋會(huì)使電流正反饋可以改善電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性，而電流負(fù)反饋會(huì)使 隨著負(fù)載電流隨著負(fù)載電流 的增加而減少，使電動(dòng)機(jī)的速度迅速降低。的增加而減少，使電動(dòng)機(jī)的速度迅速降低。 U 如果電動(dòng)機(jī)的速度在負(fù)載過(guò)分增大時(shí)也不會(huì)降下來(lái)，這就會(huì)使電樞過(guò)流而燒如果電動(dòng)機(jī)的速度在負(fù)載過(guò)分增大時(shí)也不會(huì)降下來(lái)，這就會(huì)使電樞過(guò)流而燒 壞。本來(lái)采用過(guò)流保護(hù)繼電器

28、也可以保護(hù)這種嚴(yán)重過(guò)載，但是過(guò)流保護(hù)繼電器，壞。本來(lái)采用過(guò)流保護(hù)繼電器也可以保護(hù)這種嚴(yán)重過(guò)載，但是過(guò)流保護(hù)繼電器， 要觸頭斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)斷電方能保護(hù)，而采用電流負(fù)反饋?zhàn)饔脼楸Ｗo(hù)手段，則不必要觸頭斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)斷電方能保護(hù)，而采用電流負(fù)反饋?zhàn)饔脼楸Ｗo(hù)手段，則不必 切斷電動(dòng)機(jī)的電路，只是使它的速度暫降下來(lái)，一旦過(guò)負(fù)載去掉后，它的速度又切斷電動(dòng)機(jī)的電路，只是使它的速度暫降下來(lái)，一旦過(guò)負(fù)載去掉后，它的速度又 會(huì)自動(dòng)升起來(lái)，這樣有利于生產(chǎn)。會(huì)自動(dòng)升起來(lái)，這樣有利于生產(chǎn)。 (2) 基本思想方法基本思想方法 27 IO=1.35IaN Iao=(23)Ian 當(dāng)負(fù)載正常，電樞當(dāng)負(fù)載正常，電樞 電流在一定范圍內(nèi)（

29、如小電流在一定范圍內(nèi)（如小 于于1.35倍的額定電流），倍的額定電流）， 電流截止負(fù)反饋不起作用；電流截止負(fù)反饋不起作用； 當(dāng)負(fù)載增加使電樞電流超過(guò)一定數(shù)當(dāng)負(fù)載增加使電樞電流超過(guò)一定數(shù) 值（如額定電流的值（如額定電流的1.35倍）時(shí)，電流負(fù)反倍）時(shí)，電流負(fù)反 饋開(kāi)始起作用，減小電動(dòng)機(jī)電樞外加電饋開(kāi)始起作用，減小電動(dòng)機(jī)電樞外加電 壓，使轉(zhuǎn)速下降；壓，使轉(zhuǎn)速下降； 當(dāng)負(fù)載繼續(xù)增加使電樞電流超過(guò)一定值（大于額當(dāng)負(fù)載繼續(xù)增加使電樞電流超過(guò)一定值（大于額 定電流的定電流的23倍）時(shí)，電流負(fù)反饋?zhàn)銐驈?qiáng)，它足以將倍）時(shí)，電流負(fù)反饋?zhàn)銐驈?qiáng)，它足以將 給定信號(hào)的絕大部分抵消掉，使電動(dòng)機(jī)速度降到零，給定信號(hào)的絕大

30、部分抵消掉，使電動(dòng)機(jī)速度降到零， 電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而起到保護(hù)作用。電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而起到保護(hù)作用。 因?yàn)橹挥挟?dāng)電流大因?yàn)橹挥挟?dāng)電流大 到一定程度反饋才起作到一定程度反饋才起作 用，故稱(chēng)電流截止負(fù)反用，故稱(chēng)電流截止負(fù)反 饋。這種特性因它常被饋。這種特性因它常被 用于挖土機(jī)上，故又稱(chēng)用于挖土機(jī)上，故又稱(chēng) “挖土機(jī)特性挖土機(jī)特性”。 28 （3）工作原理）工作原理 當(dāng)電流小于轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電流時(shí)，反饋電壓當(dāng)電流小于轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電流時(shí)，反饋電壓UIUb ,二極管二極管V導(dǎo)通，電流反饋導(dǎo)通，電流反饋UI與與Ub 比較比較 后反饋后反饋 到輸入端一起控制電動(dòng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速下降；到輸入端一起控制電動(dòng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速下降

31、； 當(dāng)電流等于堵轉(zhuǎn)點(diǎn)的電流時(shí)，電流反饋當(dāng)電流等于堵轉(zhuǎn)點(diǎn)的電流時(shí)，電流反饋UI與與Ub 比較后反饋比較后反饋 到輸入端的電壓能夠抵消，到輸入端的電壓能夠抵消， 給定電壓的大小，時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為零，電流不再增加；給定電壓的大小，時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為零，電流不再增加； 如果電流下降到小于堵轉(zhuǎn)點(diǎn)的電流，轉(zhuǎn)速則上升；如果電流下降到小于堵轉(zhuǎn)點(diǎn)的電流，轉(zhuǎn)速則上升； 29 二、無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)二、無(wú)靜差轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng) 1. 比例積分（PI）調(diào)節(jié)器 比例器調(diào)節(jié)器 其輸入輸出之間的關(guān)系如下： i 0 1 o U R R U tU CR ti C Ud 1 d 1 i o 1o 積分調(diào)節(jié)器 其輸入輸出之間的

32、關(guān)系如下： 30 tI C RIUd 1 1 1 110 0i01 / RUIItU CR U R R Ud 1 i 10 i 0 1 0 比例積分調(diào)節(jié)器 PI調(diào)節(jié)器的輸出由兩部分組成，第一部分是比例部分，第二部分是積分部 分。在零初始狀態(tài)和階躍輸入下，輸出電壓的時(shí)間特性如圖所示。 當(dāng)突加輸入信號(hào)Ui時(shí)，開(kāi)始瞬間電容C1相當(dāng)于短路，反饋回路中只有電阻R1， 此時(shí)相當(dāng)于比例調(diào)節(jié)器，它可以毫無(wú)延遲地起調(diào)節(jié)作用，故調(diào)節(jié)速度快； 隨著電容C1被充電而開(kāi)始積分，U0線(xiàn)性增長(zhǎng)，直到穩(wěn)態(tài)。 在穩(wěn)態(tài)時(shí)， C1相當(dāng)于開(kāi)路，放大器呈現(xiàn)出極大的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)。 31 2. 采用PI調(diào)節(jié)器的無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng) 放大器采用具

33、有比例積分調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)為無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。 靜態(tài)時(shí)U=UgUf，調(diào)節(jié)作用停止，由于積分作用，調(diào)節(jié)器的輸出電 壓Uk保持在某一數(shù)值上，即Ud固定，以維持電動(dòng)機(jī)在給定轉(zhuǎn)速下 運(yùn)轉(zhuǎn)。由于靜態(tài)時(shí)呈現(xiàn)出無(wú)窮大的放大倍數(shù)，系統(tǒng)可以消除靜態(tài)誤 差，故稱(chēng)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。 32 11.2.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 一、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)一、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn) 采用采用PI調(diào)節(jié)器組成速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器組成速度調(diào)節(jié)器ST的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，既能得到轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差調(diào)的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，既能得到轉(zhuǎn)速的無(wú)靜差調(diào) 節(jié)，又能獲得較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。節(jié)，又能獲得較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 啟動(dòng)過(guò)程中，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)

34、速負(fù)反饋的作用越來(lái)越大，使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越來(lái)啟動(dòng)過(guò)程中，隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的作用越來(lái)越大，使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越來(lái) 越小，啟動(dòng)過(guò)程變慢，因此轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)不能滿(mǎn)足快速啟動(dòng)、停止和反向越小，啟動(dòng)過(guò)程變慢，因此轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)不能滿(mǎn)足快速啟動(dòng)、停止和反向 的要求。的要求。 用加大過(guò)渡過(guò)程中的電流即加大動(dòng)用加大過(guò)渡過(guò)程中的電流即加大動(dòng) 態(tài)轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、停止和反向的態(tài)轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、停止和反向的 要求，但電流不能超過(guò)晶閘管和電動(dòng)機(jī)要求，但電流不能超過(guò)晶閘管和電動(dòng)機(jī) 的允許值。為此，應(yīng)采取一種方法，使的允許值。為此，應(yīng)采取一種方法，使 電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩保持不電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)

35、矩保持不 變，即電動(dòng)機(jī)電樞電流不變，且為電動(dòng)變，即電動(dòng)機(jī)電樞電流不變，且為電動(dòng) 機(jī)電樞允許的最大電流，當(dāng)啟動(dòng)結(jié)束后，機(jī)電樞允許的最大電流，當(dāng)啟動(dòng)結(jié)束后， 使電流回到額定值。使電流回到額定值。 33 二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)二、雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 1）系統(tǒng)采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器（一般采用PI調(diào)節(jié)器）分別對(duì)速度和電 流兩個(gè)參量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 對(duì)速度進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器稱(chēng)為速度調(diào)節(jié)器ST； 對(duì)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié)器稱(chēng)為電流調(diào)節(jié)器LT。 34 2）來(lái)自速度給定電位器的信號(hào)Ugn與速度反饋信號(hào)Ufn比較的偏差 送到速度調(diào)節(jié)器ST的輸入端。速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器LT 的給定信號(hào)，與電流反饋信號(hào)比較的偏差送到電流調(diào)節(jié)器LT的輸入 端，電流調(diào)節(jié)器的輸出送到觸發(fā)器以控制可控整流器，整流器為電 動(dòng)機(jī)提供直流電壓 3）從閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)環(huán)在外面，為外環(huán)，二者進(jìn)行串級(jí)聯(lián)接。在控制系統(tǒng)中，常把這 種系統(tǒng)稱(chēng)為雙閉環(huán)系統(tǒng)。 35 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析 1 1、電流上升階段、電流上升階段 2 2、恒流升速階段、恒流升速階段 3 3、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段 36 37 11.3 可逆直流調(diào)