直流調(diào)速ch2.3

1、2.3.1 2.3.1 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性及靜特性 為了解決各種指標(biāo)之間的矛盾，以滿足較高的調(diào)速指標(biāo)要求，采用閉環(huán)控制。即：引入被調(diào)量的負(fù)反饋。A 閉環(huán)系統(tǒng)框圖A 引入被調(diào)量n的負(fù)反饋，構(gòu)成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)框圖一一. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及工作原理g 原理圖：g 工作原理： 1) 起動(dòng)運(yùn)行過(guò)程 2) 穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài) 3) 負(fù)載擾動(dòng)的調(diào)節(jié)過(guò)程 4) 靜特性原理圖原理圖K定性的分析，定量的計(jì)算。K靜特性方程：表示系統(tǒng)靜態(tài)的各量之間的關(guān)系K假設(shè)： 1）忽略各種非線性因素； 2）開(kāi)環(huán)機(jī)械特性全是連續(xù)的； 3）忽

2、略信號(hào)源的等效內(nèi)阻； 4）電機(jī)的磁場(chǎng)不變。1 ) 1 ) 各環(huán)節(jié)的靜態(tài)輸入輸出關(guān)系各環(huán)節(jié)的靜態(tài)輸入輸出關(guān)系/ 直流電機(jī)的主電路： Udo=IdR+Cen/ 晶閘管觸發(fā)整流： Udo=Ks *Uct / 測(cè)速發(fā)電機(jī): Un=*n/ 運(yùn)算放大器: Uct=Kp*(Un*-Un)2 ) 2 ) 靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性方程靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性方程_ 靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖_ 靜特性方程 Kp Ks Un * RId n = - - - Ce (1+K) Ce (1+K) = nocl - ncl (K= Kp* Ks* / Ce) 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速 靜態(tài)速降靜態(tài)速降轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單

3、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖3 ) 3 ) 閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性比閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性比較較 開(kāi)環(huán)機(jī)械特性: Kp Ks Un* R Id n= - - - Ce Ce = noop- nop 當(dāng)Un* 不變時(shí), nocl =1/(1+K) * noop 若要 nocl= noop , 則閉環(huán)的Un* 應(yīng)提高(1+K)倍 當(dāng)負(fù)載Id相同時(shí), n cl=1/(1+K) * n op硬度大大提高. 閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性的關(guān)系閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性的關(guān)系4 ) 4 ) 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)的計(jì)算轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)的計(jì)算例1中, 為

4、滿足D=10 S=10% 的要求, ncl = nnom *S/D(1-S)=100/9 1+K= nop / ncl - K=6.2 K= Kp* Ks* / Ce - Kp=? 注意: 和Ce的計(jì)算方法 = Un /n= Un* /n = Unm */nnom Ce= (Unom -Inom Rs )/ nnom 1） 靜態(tài)性能提高,具有比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的2） 閉環(huán)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾性能對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)前向通道上的擾動(dòng)有抑制作用例如: 電源電壓的波動(dòng),勵(lì)磁電流的變化, 放大器參數(shù)的漂移,電機(jī)電阻的變化.3） 對(duì)于給定和檢測(cè)裝置中的干擾無(wú)抑制作用 動(dòng)態(tài)需考慮的問(wèn)題: 1)穩(wěn)定性

5、問(wèn)題 2)突加給定時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)(跟蹤問(wèn)題) 3)負(fù)載變化造成的轉(zhuǎn)速變化(抗擾問(wèn)題) 4)突加給定時(shí)沖擊電流過(guò)大(保護(hù)問(wèn)題) 1 額定勵(lì)磁下直流電機(jī)的傳遞函數(shù)1) 直流電動(dòng)機(jī)等效電路 2) 傳遞函數(shù):電壓與電流:電流與電動(dòng)勢(shì):1/1)()()(0STRsEsUsIlddSTRsIsIsEmdLd)()()(直流電動(dòng)機(jī)等效電路w 晶閘管整流裝置的失控時(shí)間w 傳遞函數(shù):1)()(STKeKsUsUssSTsctdosu2udUctt10Uc1Uc21tt00022Ud01Ud02TsOOOO（1）晶閘管觸發(fā)與整流失控時(shí)間分析圖1-14 晶閘管觸發(fā)與整流裝置的失控時(shí)間 顯然，失控制時(shí)間是隨機(jī)的，它的大

6、小隨發(fā)生變化的時(shí)刻而改變，最大可能的失控時(shí)間就是兩個(gè)相鄰自然換相點(diǎn)之間的時(shí)間，與交流電源頻率和整流電路形式有關(guān)，由下式確定 (1-13) （2）最大失控時(shí)間計(jì)算式中 交流電流頻率； 一周內(nèi)整流電壓的脈沖波數(shù)。fmmfT1maxs （3）Ts 值的選取 相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間來(lái)說(shuō)，Ts 是不大的，在一般情況下，可取其統(tǒng)計(jì)平均值 Ts = Tsmax /2，并認(rèn)為是常數(shù)。也有人主張按最嚴(yán)重的情況考慮，取Ts = Tsmax 。表1-2列出了不同整流電路的失控時(shí)間。表1-2 各種整流電路的失控時(shí)間（f =50Hz） 用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入-輸出關(guān)系為按拉氏變換的位移定

7、理，晶閘管裝置的傳遞函數(shù)為（1-14）（4）傳遞函數(shù)的求取)( 1scs0dTtUKUsTKsUsUsWse)()()(sc0ds 由于式（1-14）中包含指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)成為非最小相位系統(tǒng)，分析和設(shè)計(jì)都比較麻煩。為了簡(jiǎn)化，先將該指數(shù)函數(shù)按臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開(kāi)，則式（1-14）變成 （1-15） 33s22ssssss! 31! 211ee)(sssTsTsTKKKsWsTsT （5）近似傳遞函數(shù) 考慮到 Ts 很小，可忽略高次項(xiàng)，則傳遞函數(shù)便近似成一階慣性環(huán)節(jié)。（1-16）sTKsWsss1)(3. 比例放大器和測(cè)速發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)b放大系數(shù)：b轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：pnctKsUsU)()()()(sn

8、sUn4 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和傳遞函數(shù)w 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖:w 傳遞函數(shù)： 111)(1)1 ()(23sKTTsKTTTsKTTTKCkKsWsmslmslmespcl動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖二 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)校正1. 穩(wěn)定條件穩(wěn)定條件2. 動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正:串聯(lián)校正串聯(lián)校正 PI,PD,PIDlslmsmTTTTTTK 無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)特點(diǎn) 要求穩(wěn)態(tài)時(shí)要求穩(wěn)態(tài)時(shí)UnUn* * = Un= Un 即即: :調(diào)節(jié)器穩(wěn)態(tài)輸入為調(diào)節(jié)器穩(wěn)態(tài)輸入為0 ,0 ,輸出不為輸出不為0.0. 即即: :要求調(diào)節(jié)器具有記憶和累計(jì)功能要求調(diào)節(jié)器具有記憶和累計(jì)功能. . 比例調(diào)節(jié)器已不能滿足要求比

9、例調(diào)節(jié)器已不能滿足要求. . 一、 積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律K積分調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)K輸入輸出特性:K積分調(diào)節(jié)器特點(diǎn): 積累作用 記憶作用 延緩作用tUUinex|1|積分調(diào)節(jié)器二、比例積分調(diào)節(jié)器和比例積分控制規(guī)律-比例積分調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)-輸入輸出特性:-比例積分調(diào)節(jié)器特點(diǎn): 積累作用 記憶作用 快速響應(yīng)inpexURCSRCSKU) 1(比例積分調(diào)節(jié)器比例積分調(diào)節(jié)器輸入輸出響應(yīng)三、采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)1 系統(tǒng)框圖2 PI調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)校正作用,負(fù)載擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)校正3 PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 若Kp增大 , RC 減小, 則超調(diào)量增大; 若Kp減小 , RC 增大, 則超調(diào)量減小. 實(shí)驗(yàn)整定步驟

10、: 先加比例, 后加積分. (RC=max(T). 采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)框圖四、跟蹤性能與抗擾性能的矛盾2 抗擾性能希望調(diào)節(jié)作用強(qiáng), Kp大, RC小,則 Tf小.但超調(diào)量大.2 解決辦法: 1.調(diào)節(jié)器參數(shù)整定,兼顧兩者的要求; 2.在保證動(dòng)態(tài)速降的情況下, 加給定濾波; 3.引入輸出的微分負(fù)反饋(但容易引入干擾) *起動(dòng)沖擊電流問(wèn)題的產(chǎn)生和危害*解決問(wèn)題的方法: 1) 采用過(guò)流繼電器或快速熔斷器 2) 加給定積分器 3) 引入電流負(fù)反饋c電流傳感器: 直流檢測(cè)(直流電流互感器,霍爾元件) 交流檢測(cè)(交流電流互感器)c對(duì)電流傳感器的基本要求: 1) Ui =* I ,即比例關(guān)系

11、 2) 電器隔離,即控制回路與主回路隔離c電流傳感器的使用方法:w 在有靜差單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)中,增加電流負(fù)反饋.w U=Un* - Un - Ui w 當(dāng)電流增加時(shí),Ui 增加, U減小, Udo 減小,從而限制電流的沖擊.w 但是: 系統(tǒng)的靜特性變軟w Id=0 時(shí): n=n0 ; n=0 時(shí): Id=Idbl 希望希望: 當(dāng)電流較大時(shí)才加入當(dāng)電流較大時(shí)才加入電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋. 采用穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)切換采用穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)切換 原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖 選管子穩(wěn)壓值(擊穿電壓)為 Ubr 截止電流 Idcx = Ubr/ 當(dāng)UiUbr (即, Id Idcx )時(shí),無(wú)電流負(fù)反饋. 當(dāng)Ui Ubr (即, Id Idcx )時(shí),加入電流負(fù)反饋. 靜特性分段線性 “下垂特性”或“挖土機(jī)特性”原理圖和靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖n 電流負(fù)反饋引入方法僅采用電流負(fù)反饋，不要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋 這種系統(tǒng)的靜特性如圖中B 線，特性很陡。顯然僅對(duì)起動(dòng)有利，對(duì)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行不利。 Idbln0IdOn0A轉(zhuǎn)速負(fù)反饋特性B電流負(fù)反饋特性 調(diào)速系統(tǒng)靜特性 穩(wěn)態(tài)特性 Idbl0n0A轉(zhuǎn)速負(fù)反饋特性B電流負(fù)反饋特性C轉(zhuǎn)速電流負(fù)反饋特性采用轉(zhuǎn)速電流調(diào)速系統(tǒng)靜特性Idn0OIdbl