第3章(觀摩01)轉(zhuǎn)速電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)

1、第3章 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)主講教師: :張今朝張今朝所在單位: :機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院電力拖動自動控制系統(tǒng)課堂實踐式教學(xué)改革電力拖動自動控制系統(tǒng)課堂實踐式教學(xué)改革順藤子摸瓜，順瓜摸藤子順藤子摸瓜，順瓜摸藤子照葫蘆畫瓢，照瓢畫葫蘆照葫蘆畫瓢，照瓢畫葫蘆3.1轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)組成及其靜特性轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)組成及其靜特性圖圖3-1 時間最優(yōu)的理想過渡過程時間最優(yōu)的理想過渡過程難度系數(shù) 3.1.1轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)組成轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng)組成圖圖3-2 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速、

2、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖3.1.2 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與參數(shù)計算穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與參數(shù)計算（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和圖圖3-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖難度系數(shù) 電力拖動自動控制系統(tǒng)課堂實踐式教學(xué)改革電力拖動自動控制系統(tǒng)課堂實踐式教學(xué)改革圖圖3-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性二極管鉗位的外限幅電路二極管鉗位的外限幅電路C1R1R0RlimVD1VD2限幅電路限幅電路電力拖動自動控制系統(tǒng)課堂實踐式教學(xué)改革電力拖動自動控制系統(tǒng)課堂實踐式教學(xué)改革圖圖3-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)直流調(diào)速

3、系統(tǒng)的靜特性電力拖動自動控制系統(tǒng)課堂實踐式教學(xué)改革電力拖動自動控制系統(tǒng)課堂實踐式教學(xué)改革2 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計算各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計算1)當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和的情況下當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和的情況下2) 兩個調(diào)節(jié)器都飽和兩個調(diào)節(jié)器都飽和*nU*iUcU電力拖動自動控制系統(tǒng)課堂實踐式教學(xué)改革電力拖動自動控制系統(tǒng)課堂實踐式教學(xué)改革3.2 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動態(tài)過程分析轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動態(tài)過程分析圖圖3-5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖電力拖動自動控制系統(tǒng)課堂實踐式教學(xué)改革電力拖動自動控制系統(tǒng)課堂

4、實踐式教學(xué)改革圖圖3-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形第第I階段階段 電流上升階段電流上升階段第第II 階段階段 恒恒 流升速階段流升速階段第第III 階段階段 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程三個特點(diǎn)：動過程三個特點(diǎn)：1）飽和非線性控制飽和非線性控制2）轉(zhuǎn)速超調(diào)）轉(zhuǎn)速超調(diào)3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制準(zhǔn)時間最優(yōu)控制dmIdmdmII2.2.動態(tài)抗擾性能分析動態(tài)抗擾性能分析（1）抗負(fù)載擾動）抗負(fù)載擾動（2）抗電網(wǎng)電壓擾動）抗電網(wǎng)電壓擾動圖圖3-7 直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用（直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用（a

5、）單閉環(huán)系統(tǒng)（）單閉環(huán)系統(tǒng)（b）雙閉環(huán)系統(tǒng)）雙閉環(huán)系統(tǒng)（a）（b）1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用2）電流調(diào)節(jié)器的作用電流調(diào)節(jié)器的作用創(chuàng)新互動與知識延伸創(chuàng)新互動與知識延伸1.在恒流起動過程中，電樞電流能否達(dá)到最大值 ？為什么？能否達(dá)到 呢？dmI2.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試時，遇到下列情況會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試時，遇到下列情況會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ （1 1）電流反饋極性接反；電流反饋極性接反； （2 2）轉(zhuǎn)速極性接反；轉(zhuǎn)速極性接反；dLI創(chuàng)新互動與知識延伸創(chuàng)新互動與知識延伸3.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，給定電壓雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，給定電壓 不變，增加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系數(shù)不變，增加轉(zhuǎn)速負(fù)反

6、饋系數(shù) ，系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓系統(tǒng)穩(wěn)定后轉(zhuǎn)速反饋電壓 和實際轉(zhuǎn)速和實際轉(zhuǎn)速 是增加、減小還是不變？是增加、減小還是不變？*nUnUn4.由于機(jī)械原因，造成轉(zhuǎn)軸堵死，試分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)。由于機(jī)械原因，造成轉(zhuǎn)軸堵死，試分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作狀態(tài)。圖圖3-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形第第I階段階段 電流上升階段電流上升階段第第II 階段階段 恒恒 流升速階段流升速階段第第III 階段階段 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段總結(jié)總結(jié)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程三個特點(diǎn)：動過程三個特點(diǎn)：1）飽和非線性控制

7、飽和非線性控制2）轉(zhuǎn)速超調(diào)）轉(zhuǎn)速超調(diào)3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制準(zhǔn)時間最優(yōu)控制3.3 3.3 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計3.3.1 3.3.1 控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的動態(tài)性能指標(biāo)1. 1. 跟隨性能指標(biāo)跟隨性能指標(biāo)5%（或2%） )(tCC CCmaxmaxCC0 tOtrts（1 1）上升時間）上升時間t tr r（2 2）超調(diào)量）超調(diào)量 與峰值時間與峰值時間t tp pt tp p（3 3）調(diào)節(jié)時間）調(diào)節(jié)時間t ts s圖圖3-8 典型的階躍響應(yīng)過程和跟隨性能指標(biāo)典型的階躍響應(yīng)過程和跟隨性能指標(biāo)%100*CCCmax2. 2. 抗擾性能指標(biāo)抗擾

8、性能指標(biāo)maxC1C2C5%（或2%） CFO ttmtvCbF（1 1）動態(tài)降落）動態(tài)降落（2 2）恢復(fù)時間）恢復(fù)時間maxCtv3.3.2 3.3.2 調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法)(sWR(s)C(s)n11) 1() 1()(iirmjjsTssKsW調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇基本思路基本思路: 將控制對象校正成為典型系統(tǒng)。將控制對象校正成為典型系統(tǒng)。系統(tǒng)校正控制對象 調(diào)節(jié)器 輸入輸出典型系統(tǒng) 輸入輸出1. 1. 典型的典型的I I型系統(tǒng)型系統(tǒng)（1）結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù)）結(jié)構(gòu)圖與傳遞函數(shù) ) 1()(TssKsW)(sR) 1(TssK)(sC式中 T 系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)

9、系統(tǒng)的慣性時間常數(shù)； K 系統(tǒng)的開環(huán)增益。系統(tǒng)的開環(huán)增益。（3-10）K 與截止頻率與截止頻率 c 的關(guān)系的關(guān)系 當(dāng)當(dāng) c 1 / T時，特時，特性以性以20dB/dec斜率斜率穿越零分貝線，系統(tǒng)穿越零分貝線，系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。由有較好的穩(wěn)定性。由圖中的特性可知：圖中的特性可知：cclg20) 1lg(lg20lg20K所以所以 K = c （當(dāng)（當(dāng) c 時）時） T1(3-11) 1dB/decdB/dec典型典型I型系統(tǒng)型系統(tǒng)開環(huán)開環(huán)對數(shù)對數(shù)頻率頻率特性特性 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對數(shù)幅頻特性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對數(shù)幅頻特性20 dB/dec 的斜率穿的斜率穿越越 0dB 線，只要參數(shù)的選擇能保證足夠

10、的中頻帶寬度，線，只要參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量，當(dāng)系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量，當(dāng) T1c1cT或或相角穩(wěn)定裕度相角穩(wěn)定裕度 45arctg90arctg90180ccTT2nn22ncl2)()()(sssRsCsW（1）動態(tài)跟隨性能指標(biāo)）動態(tài)跟隨性能指標(biāo))(sR) 1(TssK)(sCTKTsTKTssKTssKsRsCsWcl1) 1(1) 1()()()(2TKnKT121T21n（3-12） 式中式中 n 無阻尼時的自然振蕩角頻率，或稱無阻尼時的自然振蕩角頻率，或稱 固有角頻率；固有角頻率； 阻尼比，或稱衰減系數(shù)。阻尼比，或稱

11、衰減系數(shù)。二階系統(tǒng)的二階系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)動態(tài)響應(yīng)性質(zhì)性質(zhì)KT121 1，欠阻尼的振蕩特性，欠阻尼的振蕩特性， 1，過阻尼的單調(diào)特性；，過阻尼的單調(diào)特性； = 1，臨界阻尼。，臨界阻尼。 過阻尼動態(tài)響應(yīng)較慢，一般把系統(tǒng)設(shè)計成欠阻尼，即過阻尼動態(tài)響應(yīng)較慢，一般把系統(tǒng)設(shè)計成欠阻尼，即 0 R，因此，因此dblI堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)電流3. 帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)圖圖2-42 帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 2. 帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)圖圖2-43 無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（Id Idcr ） Ks 1/CeU*nUcUnIdREnUd0Un+-OIdIdcrn1n2nmaxn圖圖2-44 帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性的靜特性 無靜差系統(tǒng)的理想靜特性如無靜差系統(tǒng)的理想靜特性如右圖