第一章_閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)_.

1、第一章第一章 閉環(huán)控制的直閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)流調(diào)速系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法分析和設(shè)計(jì)方法引言引言n直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和其他參量的關(guān)系：直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和其他參量的關(guān)系：其中： R ：電樞回路總電阻 I：電樞電流 Ke：電勢常數(shù) CM:轉(zhuǎn)矩系數(shù) ：勵(lì)磁磁通 M:電磁轉(zhuǎn)矩 MCKRKUMee2eKIRUnn調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法減弱勵(lì)磁磁通減弱勵(lì)磁磁通改變磁通改變磁通-額定轉(zhuǎn)速之上額定轉(zhuǎn)速之上改變電樞回路電阻改變電樞回路電阻R改變電阻改變電阻-有級調(diào)速有級調(diào)速調(diào)節(jié)電樞供電電壓調(diào)節(jié)電樞供電電壓U改變電壓改變電壓-平滑調(diào)速平滑調(diào)速引言引言n機(jī)械特性：系統(tǒng)分析的有力工具n他勵(lì)直流電機(jī)他勵(lì)直流電機(jī)改變電壓改變電壓時(shí)的

2、機(jī)械特性時(shí)的機(jī)械特性n工作條件：工作條件： 保持勵(lì)磁保持勵(lì)磁 = N ； 保持電阻保持電阻 R = Ran調(diào)節(jié)過程：調(diào)節(jié)過程： 改變電壓改變電壓 UN U U n ， n0 n調(diào)速特性：調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。平行下移。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3UN U1 U2 U3引言引言n他勵(lì)直流電機(jī)他勵(lì)直流電機(jī) 改變電樞電阻改變電樞電阻機(jī)械特性機(jī)械特性nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3n工作條件： 保持勵(lì)磁 = N ； 保持電壓 U =UN ；n調(diào)節(jié)過程： 增加電阻 Ra R R n ，n0不變；n調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下

3、降，機(jī)械特性曲線變軟。Ra R1 R2 12 3引言引言1 1、調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)、調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) a.調(diào)速范圍（調(diào)速范圍（D）電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。minmaxnnD 其中nmin 和nmax一般都指電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負(fù)載很輕的機(jī)械，例如精密磨床，也可用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。 b. 靜差率（靜差率（S） 系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下，負(fù)載由理想空載增加到額系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比。定值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速之比。0Nnns式中 nN = n0 - nN nn0anan0Nan0bn0Nbn

4、bTeNTe調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)C.調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)間關(guān)系min0minnnSnn0maxnmaxnmaxn0minnminnminTeNTeminminminmin0minnsnnnnsnsmin)1()1 (minminmaxsnsnnnnnDNNNNe點(diǎn)NnNnsnsN)1(:NNnn額定轉(zhuǎn)速，：額定速降minmaxnnD 例1-1某調(diào)速系統(tǒng)額定轉(zhuǎn)速1430/min，額定速降115/min，靜差率分別為20%、10%、1%和0.1%時(shí)調(diào)速范圍分別為多少？s20%時(shí) D=1430*0.2/115(1-0.2)=3.1s10%時(shí) D=1430*0.1/115

5、(1-0.1)=1.38s1%時(shí) D=1430*0.01/115(1-0.01)=0.126s0.1%時(shí) D=1430*0.001/115(1- 0.001)=0.0124小結(jié)：調(diào)速范圍和靜差率同時(shí)提才有意義！以電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為最高轉(zhuǎn)速。以系統(tǒng)要求的D和S確定最低轉(zhuǎn)速，調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。靜差率和機(jī)械特性硬度是有區(qū)別的。一般調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是互相平行的 。對于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定度也就越差。 例1-2：某龍門刨床工作臺拖動(dòng)采用直流電機(jī)：Z2-93型、60kW、220V、305A、100

6、0r/min，采用V_M系統(tǒng)，已知主回路R=1.8歐，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢系數(shù)Ce=0.2Vmin/r，若要求：D=20,S5%，采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降nN最多能有多少？當(dāng)電流連續(xù)時(shí)當(dāng)電流連續(xù)時(shí)min/275min/2 .018.0305rrCRInedNnN%6.21216.02751000275NNNNnnnsmin/63.2)05.01(2005.01000)1(rsDsnnNN1.2.3.閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)AGTMTG+-Utg+-+-+-Un*UnUctUdIdUn。Rp2Rp1a)a)組成組成采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)原理圖b).b).閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)穩(wěn)態(tài)關(guān)系

7、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)穩(wěn)態(tài)關(guān)系nUn= Un*-Un nUct= Kp Un ; Kp放大器電壓放大系數(shù)nUd0= Ks Uct ; Ks電壓放大系數(shù)nn=(Ud0Id R)/Ce ;Ud0電力電子變換器理想空載輸出電壓nUn=n； 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù))/1 (*epsednpsCaKKCRIUKKn消去中間變量，整理得消去中間變量，整理得：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程)1 ()1 (*KCRIKCUKKedenps閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù)epsCaKKK/c c）. .閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)靜特性)1 ()1 (*KCRIKCUKKnedenps表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載電流

8、的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖KpKs 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+- IdR-根據(jù)各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系得出穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下：根據(jù)各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系得出穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下：d.d.閉環(huán)系統(tǒng)靜特性與開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性的比較閉環(huán)系統(tǒng)靜特性與開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性的比較opopnn0閉環(huán)系統(tǒng)：開環(huán)系統(tǒng)：)1()1()1(*0KCRIKCUKKKCRIUnedenpseddedenpseddCRICUKKCRIUn*0clclnn0n閉環(huán)靜特性比開環(huán)機(jī)械特性硬的多閉環(huán)靜特性比開環(huán)機(jī)械特性硬的多 edopCRIn)1 (Knnopcl)1 (KC

9、RInedcln比較同一比較同一n n0 0 , ,閉環(huán)系統(tǒng)靜差率要小的多閉環(huán)系統(tǒng)靜差率要小的多 clclclnns0Kssopcl1opopopnns0n比較同一比較同一S S , ,閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍 )1 (snsnDopNNop)1 (snsnDNclNcl)1 (KDDopcln要取得以上三個(gè)優(yōu)點(diǎn) ,閉環(huán)系統(tǒng)需設(shè)置放大器 結(jié)論：結(jié)論： 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬的多的穩(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)是必須增設(shè)電壓放大器以及檢測與反饋裝置。例子例子1-31-3：某龍門刨床工作臺拖動(dòng)采用直流電機(jī)：

10、某龍門刨床工作臺拖動(dòng)采用直流電機(jī)：Z2-93Z2-93型、型、6060kWkW、220V220V、305A305A、1000r/min1000r/min，采用采用V_MV_M系統(tǒng)，已知主回路系統(tǒng)，已知主回路R=1.8R=1.8歐，電動(dòng)機(jī)歐，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢系數(shù)電動(dòng)勢系數(shù)Ce=0.2Vmin/rCe=0.2Vmin/r，若要求：，若要求：D=20,S5%D=20,S5%，采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要，采用開環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降n nN N最多能有最多能有多少？若已知多少？若已知Ks=30,=0.015Vmin/r,Ks=30,=0.015Vmin

11、/r,如何采用如何采用閉環(huán)系統(tǒng)滿足此要求？閉環(huán)系統(tǒng)滿足此要求？min/63. 2rnclKnnopcl16 .103163. 22751clopnnKmin/275min/2.018.0305rrCRInedNopmin/63.2)05.01(2005.01000)1(rsDsnnNN在例在例1-21-2中已經(jīng)計(jì)算出中已經(jīng)計(jì)算出為了滿足調(diào)速要求，必須有為了滿足調(diào)速要求，必須有也即閉環(huán)速降必須滿足也即閉環(huán)速降必須滿足由公式由公式462 . 0/015. 0306 .103/espCKKK代入已知參數(shù)，則得代入已知參數(shù)，則得n問題？問題？n 調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降是由電樞電阻決定，調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降是

12、由電樞電阻決定，閉環(huán)系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降，是閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)能減少穩(wěn)態(tài)速降，是閉環(huán)系統(tǒng)減少電阻嗎？減少電阻嗎？nIn1I11.2.4.1.2.4.帶比例放大器反饋控制規(guī)律帶比例放大器反饋控制規(guī)律 a)被調(diào)量有靜差)(edcKICRInl只有只有 K K = = ，才能使，才能使 n nc cl l = 0= 0，而這是不可能的。因，而這是不可能的。因此，這樣的調(diào)速系統(tǒng)叫做有靜差調(diào)速系統(tǒng)。實(shí)際上，此，這樣的調(diào)速系統(tǒng)叫做有靜差調(diào)速系統(tǒng)。實(shí)際上，這種系統(tǒng)正是依靠被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的。這種系統(tǒng)正是依靠被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的。 反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它能有效地抑

13、制一切被負(fù)反饋環(huán)所包圍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，但對給定作的前向通道上的擾動(dòng)作用，但對給定作用的變化則唯命是從。用的變化則唯命是從。n擾動(dòng)擾動(dòng)除給定信號外，作用在控制系除給定信號外，作用在控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會引起輸出量變化的統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會引起輸出量變化的因素都叫做因素都叫做“擾動(dòng)作用擾動(dòng)作用”。 b)b)抵抗擾動(dòng)抵抗擾動(dòng), , 服從給定服從給定n 擾動(dòng)作用與影響擾動(dòng)作用與影響圖1-27 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的給定作用和擾動(dòng)作用 勵(lì)磁變化勵(lì)磁變化IdR變化變化電源波動(dòng)電源波動(dòng)Kp變化變化檢測誤差檢測誤差KpKs 1/CeU*nUcUnEnUd0Un+- IdR 反

14、饋控制系統(tǒng)對被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)有抑制功能； 但對反饋環(huán)外的擾動(dòng)沒有抑制作用。例如：例如： UC Ud0 n Un Un n Ud0 Uc 例如：當(dāng)n*n 時(shí)，正常調(diào)節(jié)應(yīng)該是n ，如果如果 則則 Un Un Uc Ud0 nc) c)系統(tǒng)的精度依賴與給定和反饋檢測的精度系統(tǒng)的精度依賴與給定和反饋檢測的精度1.2.5.1.2.5.閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算是自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算是自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步，他決定了控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成環(huán)第一步，他決定了控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成環(huán)節(jié)，有了基本環(huán)節(jié)構(gòu)成系統(tǒng)之后，再通過節(jié)，有了基本環(huán)節(jié)構(gòu)成系統(tǒng)之后，

15、再通過動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)，就可以使系統(tǒng)更加完善。動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)，就可以使系統(tǒng)更加完善。穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算主要是計(jì)算主要是計(jì)算運(yùn)算放大系數(shù)運(yùn)算放大系數(shù)和和反饋系數(shù)反饋系數(shù)，然后根據(jù)計(jì)算數(shù)值選擇相應(yīng)的，然后根據(jù)計(jì)算數(shù)值選擇相應(yīng)的元器件參數(shù)。元器件參數(shù)。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖例例1-41-4（p26)p26)用線性集成電路運(yùn)算放大器作為電壓放大器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)如圖所示：GTMTG+-Un*UnUcUdIdUn。Rp2Rp1-+R0R0+R1電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)10KW10KW、220v220v、55A55A、1000r/mi

16、n1000r/min、Ra=0.5Ra=0.5電源電源15v15v測速機(jī)測速機(jī)23.1W23.1W、110v110v、0.21A0.21A、1900r/min1900r/min、二次線電壓二次線電壓U U2121=230V=230V，Ks=44, V-MKs=44, V-M系統(tǒng)回系統(tǒng)回路總電阻路總電阻R=1.0R=1.0若要求調(diào)速范圍若要求調(diào)速范圍D=10,D=10,靜差率靜差率s5%s5%，計(jì)算調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)？計(jì)算調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)？min/26. 5)05. 01 (1005. 01000)1 (rsDsnnNcl1925.010005 .055220NaNNenRIUC3 .53126.

17、57 .2851clopnnK計(jì)算步驟：由設(shè)計(jì)要求計(jì)算穩(wěn)態(tài)速降由已知條件計(jì)算開環(huán)速降計(jì)算閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)由已知條件計(jì)算反饋系數(shù)及參數(shù)計(jì)算運(yùn)算放大器的放大系數(shù)及參數(shù)min/7 .2851925. 0155rCeRInNop9 .5722NetgnCUn測速發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢轉(zhuǎn)速比若若 2 2=0.2=0.2在電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速時(shí)，測速機(jī)反饋電壓為在電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速時(shí)，測速機(jī)反饋電壓為分壓電阻的分壓系數(shù)2=？rVCetgmin/.0579.019001103 .532CeCKKCeKKKetgspsp58.110579.02 .01000nU15nU 2 20.260.2602. 42CetgKCeKKp

18、p若若 2 2=0.2=0.2rVCetgmin/.01158. 00579. 02 . 02VUUUnnn42.3maxK KP P=20.1=20.1230VdmaxUKsKpUn由VUn25.0所以 2=0.22=0.2，K KP P=20.1=20.1滿足要求，實(shí)取滿足要求，實(shí)取Kp=21分壓電阻的功率電位器選擇：考慮測速發(fā)電機(jī)電樞壓降對轉(zhuǎn)速檢測信號的線性度沒有顯著影響，則測速發(fā)電機(jī)輸出為最高電壓時(shí)，其電流為額定值的20%，137921.02.010000579.02.02NNetgpInCRWInCPNNetgp43. 22 . 02運(yùn)算放大器參數(shù)根據(jù)所用運(yùn)算放大器型號選取0121R

19、R 為了不致使電位器溫度很高，實(shí)選電位器可以選10W,1.5K1-3 單閉環(huán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)單閉環(huán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)分析與設(shè)計(jì)本節(jié)提要本節(jié)提要n反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型n反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件n動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)n系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算n問題？問題？為什么要進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析？為什么要進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析？檢驗(yàn)系統(tǒng)能否達(dá)到設(shè)計(jì)的狀態(tài)。檢驗(yàn)系統(tǒng)能否達(dá)到設(shè)計(jì)的狀態(tài)。進(jìn)行穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)的分析。進(jìn)行穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)品質(zhì)的分析。如何進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析如何進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析？從系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型入

20、手。從系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型入手。動(dòng)態(tài)屬性模型：描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)物理規(guī)律的數(shù)動(dòng)態(tài)屬性模型：描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)物理規(guī)律的數(shù)學(xué)模型。學(xué)模型。1.3.1 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立n數(shù)學(xué)模型的建立控制系統(tǒng)核心問題之一數(shù)學(xué)模型的建立控制系統(tǒng)核心問題之一n物理機(jī)理建模物理機(jī)理建模q根據(jù)各環(huán)節(jié)的物理規(guī)律列寫各環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)過程的微分方根據(jù)各環(huán)節(jié)的物理規(guī)律列寫各環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)過程的微分方程程q求各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)求各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)q組成系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖組成系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖n實(shí)驗(yàn)的方法實(shí)驗(yàn)的方法q黑箱方法；系統(tǒng)辨識黑箱方法；系統(tǒng)辨識n混合的方法混合的方法額定勵(lì)磁下的直流電動(dòng)機(jī)原理圖動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立直流電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立直流電機(jī) R,

21、 L均包括整流器內(nèi)阻和均包括整流器內(nèi)阻和平波電抗器內(nèi)阻及電感平波電抗器內(nèi)阻及電感nCncEeedmeICT 額定勵(lì)磁下感應(yīng)電動(dòng)勢額定勵(lì)磁下電磁轉(zhuǎn)矩EdtdILIRUddd0電壓平衡方程式dtdnGDTTLe3752牛頓運(yùn)動(dòng)方程式M+_RL+_ETLn,Te0dUdI電機(jī)額定勵(lì)磁下的電機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，轉(zhuǎn)矩系數(shù)， N-m/AN-m/A； em30CCTL 包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，N-m；GD2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)折算到電力拖動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的飛輪慣量，電機(jī)軸上的飛輪慣量，N-m2；其中其中)(0dtdIRLIREUddddtdECCGDCTImemLd

22、3752）間常數(shù)（為電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)）為負(fù)載電流（若令S 375 S 2memmLdLCCRGDTCTIdtdERTIImdLdsTRsIsIsEmdLd)()()( ) 1(1)()()(0sTRsEsUsIlddTl=L/R 電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)1/RTls+1Ud0(s)+-I d(s)E(s)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立直流電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立直流電機(jī) RTmsI d(s)-IdL(s)E(s)1CeE(s)n(s) ) 1(1)()()(0sTRsEsUsIlddsTRsIsIsEmdLd)()()(1/RTls+1RTms1CeUd0(s)+-I d(s)-IdL(s)E(s)n(s)額定勵(lì)

23、磁下直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立直流電機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立直流電機(jī)1/RTls+1RTms1CeUd0(s)+-I d(s)-IdL(s)E(s)n(s)Ud0(s)+IdL(s)R(Tls+1)1/CeTmTls2+Tms+1n(s)直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖簡化框圖直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖簡化框圖比較點(diǎn)前移比較點(diǎn)前移 得簡化框圖得簡化框圖動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立SCR與觸發(fā)與觸發(fā) 在進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)時(shí)，可在進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)時(shí)，可以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當(dāng)作系統(tǒng)以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當(dāng)作系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)來看待。中的一個(gè)環(huán)節(jié)來看待。 應(yīng)用

24、線性控制理論進(jìn)行直流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用線性控制理論進(jìn)行直流調(diào)速系統(tǒng)分析或設(shè)計(jì)時(shí)，須事先求出這個(gè)環(huán)節(jié)分析或設(shè)計(jì)時(shí)，須事先求出這個(gè)環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立SCR與觸發(fā)與觸發(fā) 用實(shí)驗(yàn)方法測出該環(huán)節(jié)用實(shí)驗(yàn)方法測出該環(huán)節(jié)的輸入的輸入-輸出特性。輸出特性。 晶閘管觸發(fā)和整流裝置晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)可由工作的放大系數(shù)可由工作范圍內(nèi)的特性率決定，范圍內(nèi)的特性率決定，計(jì)算方法是計(jì)算方法是cdsUUK動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立SCR與觸發(fā)與觸發(fā) 如果不可能實(shí)測特性，也可根據(jù)裝置的參數(shù)如果不可能實(shí)測特性，也可根據(jù)裝置的參數(shù)估算。估算。q例如：例如：

25、設(shè)觸發(fā)電路控制電壓的調(diào)節(jié)范圍為設(shè)觸發(fā)電路控制電壓的調(diào)節(jié)范圍為 Uc = 010V 相對應(yīng)的整流電壓的變化范圍是相對應(yīng)的整流電壓的變化范圍是 Ud = 0220V 可取可取 Ks = 220/10 = 22動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立SCR與觸發(fā)與觸發(fā)n在動(dòng)態(tài)過程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看在動(dòng)態(tài)過程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)成是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)失控制時(shí)間是隨機(jī)的，失控制時(shí)間是隨機(jī)的，它的大小隨發(fā)生變化的它的大小隨發(fā)生變化的時(shí)刻而改變，最大的失時(shí)刻而改變，最大的失控時(shí)間就是兩個(gè)相鄰自控時(shí)間就是兩個(gè)相鄰自然換相點(diǎn)之間的時(shí)間。然換相點(diǎn)之間的時(shí)間。Tsu2udUctt10Uc

26、1Uc21tt00022Ud01Ud02OOOOt1t2t3t4單相全波晶閘管觸發(fā)與整流裝置的單相全波晶閘管觸發(fā)與整流裝置的失控時(shí)間失控時(shí)間失控制時(shí)間mfTs1maxf f交流電源頻率交流電源頻率m m一個(gè)周期整流電壓脈波數(shù)一個(gè)周期整流電壓脈波數(shù)一般情況下，取統(tǒng)計(jì)平均值一般情況下，取統(tǒng)計(jì)平均值。mfTs21動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立SCR與觸發(fā)與觸發(fā)表表1-1 1-1 為各種整流電路的失控時(shí)間（為各種整流電路的失控時(shí)間（f f =50Hz=50Hz）動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立SCR與觸發(fā)與觸發(fā)用單位階躍函數(shù)表示滯后用單位階躍函數(shù)表示滯后一定范圍內(nèi)則晶閘管觸發(fā)和一定范圍內(nèi)則晶閘管觸發(fā)

27、和整流裝置可以看成是一個(gè)具有純滯后的放大環(huán)節(jié)整流裝置可以看成是一個(gè)具有純滯后的放大環(huán)節(jié) 。 1sd0scts-T sd0sctUsK UtTUsK eUs 1sd0scts-T sd0sctUsK UtTUsK eUs利用拉氏變換的位移定理，晶閘管傳遞函數(shù)為利用拉氏變換的位移定理，晶閘管傳遞函數(shù)為為了分析和設(shè)計(jì)簡單，利用泰勒級數(shù)展開傳遞函數(shù)簡化為為了分析和設(shè)計(jì)簡單，利用泰勒級數(shù)展開傳遞函數(shù)簡化為1)()(0sTKsUsUssctd動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立SCR與觸發(fā)與觸發(fā)sTsseKUc(s)Ud0(s)1sTKssUc(s)Ud0(s)(a) 準(zhǔn)確的（b） 近似的圖1-15 晶閘管觸

28、發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖ssss晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖表示為晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖表示為動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立放大器與反饋動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立放大器與反饋n直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的其他環(huán)節(jié)還有比例放直流閉環(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饋環(huán)節(jié)，它們的響應(yīng)都可以認(rèn)大器和測速反饋環(huán)節(jié)，它們的響應(yīng)都可以認(rèn)為是瞬時(shí)的，因此它們的傳遞函數(shù)就是它們?yōu)槭撬矔r(shí)的，因此它們的傳遞函數(shù)就是它們的放大系數(shù)，即的放大系數(shù)，即 ctpnUsKUs nUsns直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型) 1)(1()(2sTsTTsTKsWmlmsn(s)U*n (s)IdL (s) Uct (s)

29、Un (s)+- KsTss+1KP1/Ce TmTl s2+Tms+1 +-R (Tl s+1)Ud0 (s)由圖可見反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)espCKKK/ 在設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，會遇到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)在設(shè)計(jì)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，會遇到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性與穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)發(fā)生矛盾的情況，這時(shí)就必須設(shè)計(jì)合適的性能指標(biāo)發(fā)生矛盾的情況，這時(shí)就必須設(shè)計(jì)合適的動(dòng)態(tài)校正裝置，使系統(tǒng)同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)校正裝置，使系統(tǒng)同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的要求。指標(biāo)的要求。 常用的校正方式：常用的校正方式： 串聯(lián)校正串聯(lián)校正（常用的串聯(lián)校正常用的串聯(lián)校正PIDPID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器）； 并聯(lián)校正；并聯(lián)校正； 反

30、饋校正。反饋校正。 在電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，最常用的是串聯(lián)校正在電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，最常用的是串聯(lián)校正和反饋校正。串聯(lián)校正比較簡單，也容易實(shí)現(xiàn)。和反饋校正。串聯(lián)校正比較簡單，也容易實(shí)現(xiàn)。1.3.3 動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正串聯(lián)校正方法串聯(lián)校正方法n串聯(lián)校正方法：l無源網(wǎng)絡(luò)校正無源網(wǎng)絡(luò)校正RC網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)；l有源網(wǎng)絡(luò)校正有源網(wǎng)絡(luò)校正PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器對于帶電力電子變換器的直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由對于帶電力電子變換器的直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由于其傳遞函數(shù)的階次較低，一般采用于其傳遞函數(shù)的階次較低，一般采用PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器的串聯(lián)校正方案就能完成動(dòng)態(tài)校正的任務(wù)。的串聯(lián)校正方案就能完成動(dòng)態(tài)校正的任

31、務(wù)。動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正 PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器nPID調(diào)節(jié)器的類型q比例微分（比例微分（PD）由）由PD調(diào)節(jié)器構(gòu)成的超前校正，可提調(diào)節(jié)器構(gòu)成的超前校正，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，并獲得足夠的快速性，但穩(wěn)態(tài)精高系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，并獲得足夠的快速性，但穩(wěn)態(tài)精度可能受到影響；度可能受到影響；q比例積分（比例積分（PI）由）由PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成的滯后校正，可以保調(diào)節(jié)器構(gòu)成的滯后校正，可以保證穩(wěn)態(tài)精度，卻是以對快速性的限制來換取系統(tǒng)穩(wěn)定證穩(wěn)態(tài)精度，卻是以對快速性的限制來換取系統(tǒng)穩(wěn)定的；的；q比例積分微分（比例積分微分（PID）用）用PID調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的滯后調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的滯后超超前校正則兼有二者的優(yōu)點(diǎn)，可以全面提高系統(tǒng)的控制

32、前校正則兼有二者的優(yōu)點(diǎn)，可以全面提高系統(tǒng)的控制性能，但具體實(shí)現(xiàn)與調(diào)試要復(fù)雜一些。性能，但具體實(shí)現(xiàn)與調(diào)試要復(fù)雜一些。 一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度為主，一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度為主，對快速性的要求可以差一些，所以主要采用對快速性的要求可以差一些，所以主要采用PI調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器；在隨動(dòng)系統(tǒng)中，快速性是主要要求，須用器；在隨動(dòng)系統(tǒng)中，快速性是主要要求，須用 PD 或或PID 調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器。動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正研究工具研究工具 在設(shè)計(jì)校正裝置時(shí)，主要的研究工具在設(shè)計(jì)校正裝置時(shí)，主要的研究工具是伯德圖（是伯德圖（Bode Diagram），即開環(huán)對），即開環(huán)對數(shù)頻率特性的漸近線。它的繪

33、制方法簡數(shù)頻率特性的漸近線。它的繪制方法簡便，可以確切地提供穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度便，可以確切地提供穩(wěn)定性和穩(wěn)定裕度的信息，而且還能大致衡量閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)的信息，而且還能大致衡量閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)的性能。正因?yàn)槿绱?，伯德圖態(tài)和動(dòng)態(tài)的性能。正因?yàn)槿绱?，伯德圖是自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中普遍使用是自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中普遍使用的方法。的方法。動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正研究工具研究工具n典型伯德圖 從圖中三個(gè)頻段的特征可以判斷系統(tǒng)的性能，從圖中三個(gè)頻段的特征可以判斷系統(tǒng)的性能，這些特征包括以下四個(gè)方面：這些特征包括以下四個(gè)方面：0L/dBc/s -1-20dB/dec低頻段低頻段中頻段中頻段高頻段高頻段圖1-37 典型

34、的控制系統(tǒng)伯德圖 q低頻段的斜率陡、增益高，說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精低頻段的斜率陡、增益高，說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度高；度高；q中頻段以中頻段以-20dB/dec的斜率穿越的斜率穿越0dB，而且這一，而且這一斜率覆蓋足夠的頻帶寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性好；斜率覆蓋足夠的頻帶寬度，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性好；q截止頻率（或稱剪切頻率）越高，則系統(tǒng)的快截止頻率（或稱剪切頻率）越高，則系統(tǒng)的快速性越好；速性越好；q高頻段衰減越快，即高頻特性負(fù)分貝值越低，高頻段衰減越快，即高頻特性負(fù)分貝值越低，說明系統(tǒng)抗高頻噪聲干擾的能力越強(qiáng)。說明系統(tǒng)抗高頻噪聲干擾的能力越強(qiáng)。n伯德圖與系統(tǒng)性能的關(guān)系伯德圖與系統(tǒng)性能的關(guān)系n 系統(tǒng)的穩(wěn)、準(zhǔn)、快和抗

35、干擾是互相矛盾系統(tǒng)的穩(wěn)、準(zhǔn)、快和抗干擾是互相矛盾的。對穩(wěn)態(tài)精度要求很高時(shí)，常需要放大系的。對穩(wěn)態(tài)精度要求很高時(shí)，常需要放大系數(shù)大，卻可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定；加上校正裝置數(shù)大，卻可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定；加上校正裝置后，系統(tǒng)穩(wěn)定了，又可能犧牲快速性；提高后，系統(tǒng)穩(wěn)定了，又可能犧牲快速性；提高截止頻率可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)，又容易引入截止頻率可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)，又容易引入高頻干擾；如此等等。高頻干擾；如此等等。n 設(shè)計(jì)時(shí)往往須在穩(wěn)、準(zhǔn)、快和抗干擾這設(shè)計(jì)時(shí)往往須在穩(wěn)、準(zhǔn)、快和抗干擾這四個(gè)矛盾的方面之間取得折中，才能獲得比四個(gè)矛盾的方面之間取得折中，才能獲得比較滿意的結(jié)果。較滿意的結(jié)果。動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)

36、設(shè)計(jì)要求動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求n 在實(shí)際系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性不僅必須保證，而在實(shí)際系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性不僅必須保證，而且還要有一定的裕度，以防參數(shù)變化和一些未計(jì)入且還要有一定的裕度，以防參數(shù)變化和一些未計(jì)入因素的影響。在伯德圖上，用來衡量最小相位系統(tǒng)因素的影響。在伯德圖上，用來衡量最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的指標(biāo)是：相角裕度穩(wěn)定裕度的指標(biāo)是：相角裕度 和以分貝表示的增和以分貝表示的增益裕度益裕度 GM。一般要求：。一般要求：n = 30 60；nGM 6dB 。 保留適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕度，是考慮到實(shí)際系統(tǒng)各環(huán)保留適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕度，是考慮到實(shí)際系統(tǒng)各環(huán)節(jié)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)不致使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。節(jié)參數(shù)發(fā)

37、生變化時(shí)不致使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。 在一般情況下，穩(wěn)定裕度也能間接反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)在一般情況下，穩(wěn)定裕度也能間接反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度大，意味著動(dòng)態(tài)過程振蕩過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度大，意味著動(dòng)態(tài)過程振蕩弱、超調(diào)小。弱、超調(diào)小。動(dòng)態(tài)校正動(dòng)態(tài)校正設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟q系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模首先應(yīng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，選擇基本部件，首先應(yīng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，選擇基本部件，按穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算參數(shù)，形成基本的閉環(huán)控制系按穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算參數(shù)，形成基本的閉環(huán)控制系統(tǒng)，或稱原始系統(tǒng)。統(tǒng)，或稱原始系統(tǒng)。q系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析建立原始系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，畫出建立原始系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，畫出其伯德圖，檢查它的穩(wěn)定性和其他動(dòng)態(tài)性能。其伯德圖，

38、檢查它的穩(wěn)定性和其他動(dòng)態(tài)性能。q系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如果原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，或動(dòng)態(tài)性能不如果原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，或動(dòng)態(tài)性能不好，就必須配置合適的動(dòng)態(tài)校正裝置，使校正后的好，就必須配置合適的動(dòng)態(tài)校正裝置，使校正后的系統(tǒng)全面滿足性能要求。系統(tǒng)全面滿足性能要求。q湊試法湊試法設(shè)計(jì)時(shí)往往須用多種手段，反復(fù)試湊。設(shè)計(jì)時(shí)往往須用多種手段，反復(fù)試湊。q工程設(shè)計(jì)法工程設(shè)計(jì)法詳見第詳見第2章。章。1.4 比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律 和無靜差調(diào)速系統(tǒng)和無靜差調(diào)速系統(tǒng) 前節(jié)主要討論，采用比例（前節(jié)主要討論，采用比例（P）放大器控制的直）放大器控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，可使系統(tǒng)穩(wěn)定，并有一定的穩(wěn)定裕度，流調(diào)速系統(tǒng)，可使系統(tǒng)穩(wěn)定，

39、并有一定的穩(wěn)定裕度，同時(shí)還能滿足一定的穩(wěn)態(tài)精度指標(biāo)。但是，帶比例同時(shí)還能滿足一定的穩(wěn)態(tài)精度指標(biāo)。但是，帶比例放大器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系放大器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)。統(tǒng)。 本節(jié)將討論，采用積分（本節(jié)將討論，采用積分（I）調(diào)節(jié)器或比例積）調(diào)節(jié)器或比例積分（分（PI）調(diào)節(jié)器代替比例放大器，構(gòu)成無靜差調(diào)速）調(diào)節(jié)器代替比例放大器，構(gòu)成無靜差調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)。 本節(jié)提要n問題的提出問題的提出n積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律n比例積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律n無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算n系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算（二）

40、系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算（二）1.4.11.4.1問題的提出問題的提出 采用采用P放大器控制的有靜差的調(diào)速系統(tǒng)，放大器控制的有靜差的調(diào)速系統(tǒng)，Kp 越越大，系統(tǒng)精度越高；但大，系統(tǒng)精度越高；但 Kp 過大，將降低系統(tǒng)穩(wěn)定過大，將降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定。性，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定。 進(jìn)一步分析靜差產(chǎn)生的原因，由于采用比例調(diào)進(jìn)一步分析靜差產(chǎn)生的原因，由于采用比例調(diào)節(jié)器，節(jié)器， 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出為 Uc = Kp UnqUc 0，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，即，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，即 Un 0 ；qUc = 0，電動(dòng)機(jī)停止。，電動(dòng)機(jī)停止。 1.4.21.4.2積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律積分調(diào)節(jié)器和積分控制

41、規(guī)律 1. 積分調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)器 dtUdtUCRUininex110+CUexRbalUinR0+A圖1-43 積分調(diào)節(jié)器原理圖in0ex1ddUCRtU式中， 積分時(shí)間常數(shù)。 CR0如圖，其電路方程 當(dāng)初始值為零時(shí)，在階躍輸入作用下，進(jìn)行積分運(yùn)算，得積分調(diào)節(jié)器的輸出tUUinex UexUinUexmtUinUexOb) 階躍輸入時(shí)的輸出特性()L/dB0L()-20dB1/O-/2c) Bode圖圖1-43 積分調(diào)節(jié)器2. 積分調(diào)節(jié)器的特性積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 ssUsUsW1)()()(inexi3. 3. 轉(zhuǎn)速的積分控制規(guī)律轉(zhuǎn)速的積分控制規(guī)律如果采用積分調(diào)節(jié)器，則控制電壓如果采用積

42、分調(diào)節(jié)器，則控制電壓Uc是轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)速偏差電壓偏差電壓 Un的積分，的積分， 如果是如果是 Un 階躍函數(shù)，則階躍函數(shù)，則 Uc 按線性規(guī)律增長，按線性規(guī)律增長，每一時(shí)刻每一時(shí)刻 Uc 的大小和的大小和 Un 與橫軸所包圍的與橫軸所包圍的面積成正比，如下圖面積成正比，如下圖 a 所示。所示。t0ncd1tUU圖1-45 積分調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動(dòng)態(tài)過程a) 階躍輸入 b) 一般輸入4. 輸入和輸出動(dòng)態(tài)過程 由上可見，在動(dòng)態(tài)過程中，當(dāng) Un 變化時(shí)，只要其極性不變，即只要仍是 Un* Un ，積分調(diào)節(jié)器的輸出 Uc 便一直增長；只有達(dá)到 Un* = Un ， Un = 0時(shí)，Uc 才停止上升；不到

43、Un 變負(fù)，Uc 不會下降。在這里，值得特別強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng) Un = 0時(shí)，Uc并不是零，而是一個(gè)終值 Ucf ；如果 Un 不再變化，此終值便保持恒定不變，這是積分控制的特點(diǎn)。n分析結(jié)論：分析結(jié)論： 采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號，與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速。5. 比例與積分控制的比較 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩由TL1突增到TL2時(shí)，有靜差調(diào)速系統(tǒng)與無靜差調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速n、偏差電壓 Un 和控制電壓 Uc 的變化過程示于下圖。 有靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載過程無靜差調(diào)速系

44、統(tǒng)突加負(fù)載過程將以上的分析歸納起來，可得下述論斷： 比例調(diào)節(jié)器的輸出只取決于輸入偏差量的現(xiàn)狀；而積分調(diào)節(jié)器的輸出則包含了輸入偏差量的全部歷史。 1.4.3 比例積分（PIPI）控制規(guī)律 上一小節(jié)從無靜差的角度突出地表明上一小節(jié)從無靜差的角度突出地表明了積分控制優(yōu)于比例控制的地方，但是了積分控制優(yōu)于比例控制的地方，但是另一方面，在控制的快速性上，積分控另一方面，在控制的快速性上，積分控制卻又不如比例控制。制卻又不如比例控制。 如圖所示，在同樣的階躍輸入作用之如圖所示，在同樣的階躍輸入作用之下，比例調(diào)節(jié)器的輸出可以立即響應(yīng)，下，比例調(diào)節(jié)器的輸出可以立即響應(yīng)，而積分調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸地變。而積分

45、調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸地變。1. 1. 兩種調(diào)節(jié)器特性比較兩種調(diào)節(jié)器特性比較 UexUinUexmtUinUexOb) I調(diào)節(jié)器a) P調(diào)節(jié)器UexUintUinUexO兩種調(diào)節(jié)器I/O特性曲線2. PI2. PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器ssKsKsUsUsW11)()()(pipiinexpi11pi1CRK比例積分（比例積分（PI）調(diào)節(jié)器）調(diào)節(jié)器 Uex+C1RbalUinR0+AR1tUUKtUCRURRUd1d1ininpiin10in01ex調(diào)節(jié)器比例放大系數(shù) PI 01piRRK調(diào)節(jié)器微分系數(shù) PI10CR按照運(yùn)算放大器的輸入輸出關(guān)系由上式得比例積分傳遞函數(shù)ssKsssW11pi1pi11)(

46、若令UexUinUexmtUinUexOKpUina) PI調(diào)節(jié)器輸出特性曲線OtOt UcUcUn121+2b) PI調(diào)節(jié)器輸出動(dòng)態(tài)過程 圖 PI調(diào)節(jié)器輸出特性曲線n 分析結(jié)果分析結(jié)果 由此可見，比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長避短，互相補(bǔ)充。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖例例1-71-7用線性集成電路運(yùn)算放大器作為電壓放大器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)如圖所示：GTMTG+-Un*UnUcUdIdUn。Rp2Rp1-+R0R0

47、+R1電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)10KW10KW、220v220v、55A55A、1000r/min1000r/min、Ra=0.5Ra=0.5電源電源15v15v測速機(jī)測速機(jī)23.1W23.1W、110v110v、0.21A0.21A、1900r/min1900r/min、二次線電壓二次線電壓U U2121=230V=230V，Ks=44, V-MKs=44, V-M系統(tǒng)回系統(tǒng)回路總電阻路總電阻R=1.0R=1.0* *1.4.4 1.4.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算（二）n系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 在例題1-4中，如果滿足穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)K53.3，在例題1-5已經(jīng)證明，按照穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)設(shè)計(jì)

48、的K53.3閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。試?yán)貌聢D設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)能在保證穩(wěn)態(tài)性能要求下穩(wěn)定運(yùn)行。（1）被控對象的開環(huán)頻率特性分析）被控對象的開環(huán)頻率特性分析 ) 100167. 0)(1026. 0)(1049. 0(3 .53sss) 1)(1()(m2mssTsTTsTKsWl在例在例1=5中已經(jīng)計(jì)算出中已經(jīng)計(jì)算出 Ts = 0.00167s， Tl = 0.017s ， Tm = 0.075s按照例按照例1-41-4設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下) 1075. 0001275. 0)(100167. 0(3 .53)(2ssssWK=53.3 系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻及相頻特性系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻及相頻特性1114 .20049.011sT1225.38026.011sT1s360000167.011sTdB 5 .343 .53lg20lg20K（2 2） PIPI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)置為了使系統(tǒng)穩(wěn)定，設(shè)置PI調(diào)節(jié)器，設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器，設(shè)計(jì)時(shí)須繪出其對數(shù)頻率特性。時(shí)須繪出其對數(shù)頻率特性。 考慮到原始系統(tǒng)中已包含了放大系數(shù)為考慮到原始系統(tǒng)中已包含了放大系數(shù)為的比例調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在換成的比例調(diào)節(jié)器，現(xiàn)在換成PI調(diào)節(jié)器，它在調(diào)