最新-電力拖動控制系統(tǒng)2-PPT課件

1、電力拖動控制系統(tǒng)李艷7/19/20221第六章 多環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法 雙閉環(huán)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計轉(zhuǎn)速微分負反饋三環(huán)調(diào)速系統(tǒng)弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 7/19/2022261轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性 多環(huán)系統(tǒng)：指一環(huán)套一環(huán)的嵌套結(jié)構(gòu)組成的具有兩個或兩個以上的閉環(huán)的控制系統(tǒng)，又稱串級調(diào)速。相當于過程控制中的串級控制系統(tǒng)。本章以轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)為主。 一、問題的提出：采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，即保證動態(tài)穩(wěn)定性，又能做到無靜差很好解決動、靜態(tài)矛盾，系統(tǒng)只有靠電流截止環(huán)節(jié)限制起動電流，不能充分利

2、用電機過載的條件下獲得最快的動態(tài)響應(yīng)，進一步解決方法對電流進行反饋控制。 理想起動過程 帶電流截止負反饋7/19/20223當電流從最大值降下來以后，電機轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過程拖長目的，縮短起制動時間。方法：在過渡過程中始終保持電流（轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大加速度起動，到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，電流下降，使轉(zhuǎn)矩與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。起動時，保持電流為最大值（電流負反饋）近似恒流，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后為轉(zhuǎn)速負反饋。 7/19/20224二、轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅的，ASR輸出的限幅值Uim*決定ACR輸入的最大值，ACR的輸出限幅電壓Uctm限

3、制晶閘管整流電壓的最大值。ASRACRMTG7/19/20225三、靜、動態(tài)品質(zhì)靜特性上看：飽和輸出為恒值（不隨輸入變）；不飽和輸出末達到限幅值。飽和時：除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和，飽和調(diào)節(jié)器隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，使調(diào)節(jié)器開環(huán)。調(diào)節(jié)器不飽和，PI作用使輸入偏差在穩(wěn)態(tài)時為零。穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下：KsR7/19/20226 正常運行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達到飽和狀態(tài)。電流負反饋相當于一種擾動作用，只要轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)足夠大，則電流負反饋擾動作用受到抑制。只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和兩調(diào)節(jié)器均不飽和，穩(wěn)態(tài)時輸入偏差電壓都是零。靜特性的n。A段 由于ASR不飽和

4、, Ui*Uim*IdIdm T7/19/20227（二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和時，nn。，Ui*=Uim*，轉(zhuǎn)速環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速變化時對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，變成一個電流無靜差調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)時 靜特性的AB段。 IdIdm時轉(zhuǎn)速無靜差；Id=Idm時電流無靜差。從動態(tài)響應(yīng)看：突加給定電壓，轉(zhuǎn)速反饋n=0來不及作用，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器很快飽和輸出Uim*，經(jīng)ACR電動機起動，反饋電壓上升，但由于ASR的作用，UnUn*時，輸入UnIdl后，電機開始轉(zhuǎn)動。因開始時Un很大，其輸出很快達到限幅值Uim*，Id到Id=Idm時，Ui=Uim*，ASR由不飽和變成飽和。而電流調(diào)節(jié)器不飽和，保證電流恒定。

5、區(qū)：t1_t2 恒流升速。此時ASR一直飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)狀態(tài)，電流調(diào)節(jié)器作用使Id保持恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長，n E UdoUct Uct線性增長。要求Un必須維持一定的恒值，I d 應(yīng)略小于Idm。7/19/202211區(qū)：t2 以后， 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。 n=n*時，Un=0，此時輸出仍為Uim*，在最大電流上加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)，UnIdl時轉(zhuǎn)速仍然是上升的，到Id=Idl時則轉(zhuǎn)速不在上升極最高值，T3以后IdT2設(shè)計成典型型系統(tǒng); 選用PI調(diào)節(jié)器 控制對象為積分-雙慣性型的 T1T2設(shè)計成典型型系統(tǒng); 選用PID調(diào)節(jié)器 KpiK2/1=K7/19/202226（二）小慣性環(huán)節(jié)的近似處理把多階小慣

6、性環(huán)節(jié)降為一階小慣性環(huán)節(jié)，指小時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)（如Ts）等，指高頻段當三個小慣性環(huán)節(jié)時 同理（三）高階系統(tǒng)的近似處理當高次項系數(shù)小到一定程度時就可以略去不計a、b、c均為常數(shù)，且系統(tǒng)穩(wěn)定。bca7/19/202227（四）大慣性環(huán)節(jié)的近似處理 低頻段 所以有些近似只適用于動態(tài)性能的分析和設(shè)計，若考慮穩(wěn)態(tài)精度時仍采用原來的傳遞函數(shù)七、調(diào)節(jié)器的最佳整定設(shè)計法最佳：調(diào)節(jié)器的最佳參數(shù)整定。二階最佳（模最佳）； 三階最佳（對稱最佳）。（一）模最佳整定（二階最佳）實驗上只能是閉環(huán)系統(tǒng)幅頻特性的模趨近于1。在一定頻帶范圍內(nèi)模趨近于1的條件就是（二）對稱最佳整定（三階最佳） 7/19/2022286-4 雙

7、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計從內(nèi)環(huán)開始，一環(huán)一環(huán)遂步向外擴展轉(zhuǎn)速、電流濾波環(huán)節(jié)：抑制反饋信號中的交流成份但同時給反饋信號帶來延滯。所以要在前向通路中加給定濾波環(huán)節(jié)，平衡電流檢測信號中的延滯環(huán)節(jié)。 7/19/202229電流調(diào)節(jié)器設(shè)計（一）結(jié)構(gòu)圖簡化1、忽略反電動勢的條件：理想空載時Idl=0時條件：2、（通常情況下Tm遠大于Tl，電流調(diào)節(jié)過程比轉(zhuǎn)速過程（E）過程快得多。所以反電動勢對電流環(huán)來說只是一個變化緩慢的擾動作用） 條件： （Toi、Ts遠遠地小于Tl） 7/19/202230（二）電流調(diào)節(jié)器的選擇型系統(tǒng)超調(diào)小、型系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓擾動及時調(diào)節(jié)性能好也就是抗擾性能好。一般情況下，T

8、L/Ti10，按典型型系統(tǒng)設(shè)計， 其中： 條件： 7/19/202231（三）電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇一般情況下，超調(diào)量小于等于5%時可取阻尼比為0.707，Ki Ti=0.5，因此于是可求出Ki（四）電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)7/19/202232小結(jié):ACR的設(shè)計步驟與計算公式 1.確定時間常數(shù) （12）Toi=3.33; Toi=2ms； Ti=Ts+Toi2.選ACR的結(jié)構(gòu)5%，TL/Ti10，按典型型系統(tǒng)設(shè)計，3.ACR的參數(shù)4.校驗條件 條件:調(diào)節(jié)器的電阻和電容 R0=40K7/19/202233轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計（一）電流環(huán)等效閉環(huán)傳函阻尼比為0.707，KT=0.5 （二）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇

9、 7/19/202234轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，同時又具有較好的抗擾性能。采用PI調(diào)節(jié)器 7/19/202235（三）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇 無特殊要求時h=5。 （四）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的實現(xiàn) 7/19/202236三、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和時轉(zhuǎn)速超調(diào)量的計算分ASR飽和時和退飽和時進行討論。在退飽和時與典型型系統(tǒng)跟隨性能指標中的超調(diào)量不等，但同典型型系統(tǒng)抗擾性能過程完全一樣，Id由Idm降到Idl一個動態(tài)長高與恢復(fù)過程是突卸負載的過程。電機過載系數(shù)=Idmax/Idnom；負載系數(shù)z=Idl/IdnomASR的設(shè)計步驟與計算公式1、確定時間常數(shù)電流環(huán)時間常數(shù)2Ti；轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時間常數(shù)To

10、n=0.01s； Tn=2 Ti +Ton7/19/2022372、選擇調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，同時又具有較好的抗擾性能。采用PI調(diào)節(jié)器， 3、選擇ASR參數(shù)無特殊要求時h=5；4、校驗近似條件 KN=1cn =cn/n 7/19/2022385、計算調(diào)節(jié)器的電阻和電容6、校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量 R0=40K 能滿足設(shè)計要求。 注意事項：1、電流環(huán)可以忽略反電動勢，而轉(zhuǎn)速環(huán)不能忽略反電動勢。比較電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)頻率特性，cicn 外環(huán)一定比內(nèi)環(huán)慢。 7/19/20223965 轉(zhuǎn)速微分負反饋 作用:可以抑制超調(diào)直至消滅超調(diào),同時大大降低動態(tài)速降。一、 工作原理1、電路

11、2、動態(tài)結(jié)構(gòu)圖7/19/202240 轉(zhuǎn)速微分濾波時間常數(shù) 轉(zhuǎn)速微分時間常數(shù) 7/19/2022413、對起動過程的影響帶微分負反饋的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，因有可能在進入線性閉環(huán)系統(tǒng)之后沒有超調(diào)就趨于穩(wěn)定，提前退飽和。微分電容Cdn作用：對轉(zhuǎn)速信號進行微分。濾波電阻Rdn的作用：濾去微分后帶來的高頻噪聲。二、退飽和時間和退飽和轉(zhuǎn)速引入微分負反饋后，退飽和時間提前，抵制超調(diào)。其初始條件是退飽和點的轉(zhuǎn)速和電流當ttt時，ASR飽和 Id=Idm當t= tt時，ASR開始退飽和，輸入信號之和恒為零 7/19/202242于是得因此退飽和時間為退飽和轉(zhuǎn)速為 結(jié)論：與末加微分反饋相比，退飽和時間的提前量是而退

12、飽轉(zhuǎn)速的提前量是轉(zhuǎn)速微分負反饋參數(shù)的工程設(shè)計方法同前小結(jié)：（1）引入微分負反饋，提早退飽和，可有效抑制以至消除超調(diào)，同時也增強調(diào)速系統(tǒng)的抗擾性能。（2）在負載擾動下動態(tài)降落也大大降低。（3）必須帶濾波電阻，否則將引入新的干擾。7/19/20224367 弱磁控制的直流調(diào)速系統(tǒng)電樞控制與勵磁配合控制他勵電動機的調(diào)速方法1.調(diào)壓調(diào)速：是從基速往下調(diào)，在不同的 轉(zhuǎn)速下容許的輸出轉(zhuǎn)矩恒定,恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。2.弱磁升速:是從基速往上調(diào),不同轉(zhuǎn)速下 容許的輸出功率相同.轉(zhuǎn)速越高時容許 轉(zhuǎn)矩越小,恒功率調(diào)速方法。對于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負載，拖動系統(tǒng)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方案對于恒功率性質(zhì)的負載，拖動系統(tǒng)采用恒功率調(diào)速方案如機

13、床的主傳動，當負載要求調(diào)速范圍超過這個數(shù)值（弱磁調(diào)速的允許調(diào)速范圍有限）就采用調(diào)壓和弱磁聯(lián)合調(diào)速，基速以下調(diào)節(jié)電樞電壓，而在基速以上弱磁升速，起動時采用額定磁通以下的升壓起動，以達到大的起動轉(zhuǎn)矩，當電壓到額定值后，減弱磁通升速。7/19/202244獨立控制的勵磁調(diào)速系統(tǒng)的單獨設(shè)置一個勵磁電流調(diào)節(jié)器原理：必須保證在滿磁下調(diào)壓，而當電樞電壓提高到額 定值時和才允許弱磁升速。 在調(diào)節(jié)調(diào)壓電位器時，調(diào)磁電位器應(yīng)放在滿磁位置，并保持不變，只有當電樞電壓和轉(zhuǎn)速達到額定值時，才允許減小調(diào)磁電位器給定電壓，這時隨著轉(zhuǎn)速升高，測速反饋電壓也升高必須同時相應(yīng)地提高調(diào)壓電位器的輸出電壓，才能保證電樞電壓不變，否則

14、轉(zhuǎn)速升不上去，上述要求也可以由邏輯電路自動實現(xiàn)，但終究麻煩。非獨立控制系統(tǒng)勵磁調(diào)速系統(tǒng)調(diào)壓和弱磁升速用同一個電位器或其它給定裝置操作1問題的提出7/19/202245無論升壓還是弱磁，調(diào)壓電位器的給定電壓都是需要不斷地提高的，調(diào)磁電位器在升高時有一個不變的，只在弱磁升速時才需調(diào)節(jié)，所以升壓時有一定不變的滿磁給定電壓即可，而在弱磁能找到一個信號使電壓降低。2、電路圖：如書所示。 3、工作情況：（1）基速以下，保持勵磁為額定值不變，改變電樞電壓改變調(diào)速電位器給定電壓即改變電動機轉(zhuǎn)速，n95%nmax時,E95%Enom，經(jīng)過AE得到電動勢信號UeUe*，AER一直處于飽和，電動勢開環(huán)，ASR輸出限

15、幅值電壓，通過AFR調(diào)節(jié)，保證額定的勵磁電流不變，滿磁給定，在基速下完全靠轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)電樞電壓控制電流。7/19/202246（2）基速以上弱磁升速，保持電樞電動勢恒定n95%nmax，EUe*，AER退飽和，輸出降低，AFR弱磁升速，UnUn*，nnnom,則Ue企圖上升，經(jīng)過AER、AFR使勵磁電流減少，轉(zhuǎn)速上升；只有當Un=Un*，穩(wěn)定運行，穩(wěn)態(tài)時Ue=Ue*，反電動勢維持恒定?；僖陨螦SR起調(diào)節(jié)作用，ACR的輸出限幅值限制了最大電樞電壓，由于E恒定，電流受ACR調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速升高，但電樞電壓卻不再升高，AER和AFR則在維持反電動勢不變的條件下控制勵磁電流。AE運算器：如圖中所示。7/19/2022471、某一V-M系統(tǒng),已經(jīng)電動機參數(shù)如下:2.8Kw,220V,15.6A,1500r/min 、Ra=1.5、Rrec=1、Ks=37。 試求：（1）系統(tǒng)開環(huán)工作時，D=30時的S值；（2）D=30、S=10%時系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降；（3）如轉(zhuǎn)速負反饋有靜差調(diào)速系統(tǒng)，要求D=30,S=10%在U*=10V時