運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

關(guān)于運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)第一頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三本節(jié)提要轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性開(kāi)環(huán)系統(tǒng)特性和閉環(huán)系統(tǒng)特性的關(guān)系反饋控制規(guī)律限流保護(hù)——電流截止負(fù)反饋第二頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.4.1轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)

任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有一定的要求。

歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個(gè)方面：第三頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.控制要求（1）調(diào)速——在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地（有級(jí)）或平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2）穩(wěn)速——以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3）加、減速——頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起，制動(dòng)盡量平穩(wěn)。第四頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.調(diào)速指標(biāo)調(diào)速范圍：生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示，即（1-31）

其中nmin

和nmax

一般都指電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速，對(duì)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。第五頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

靜差率：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落nN

，與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差率s

，即或用百分?jǐn)?shù)表示

（1-32）

（1-33）

式中nN=n0-nN

第六頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三0TeNTen0an0bab?

nNa

?

nNb

nO圖1-23不同轉(zhuǎn)速下的靜差率3.靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別

然而靜差率和機(jī)械特性硬度又是有區(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(duì)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(duì)穩(wěn)定度也就越差。第七頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三例如：在1000r/min時(shí)降落10r/min，只占1%；在100r/min時(shí)同樣降落10r/min，就占10%；如果在只有10r/min時(shí)，再降落10r/min，就占100%，這時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速全部降落完了。

因此，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。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)。靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別（續(xù)）第八頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三4.調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系

設(shè)：電機(jī)額定轉(zhuǎn)速nN為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為nN，則按照上面分析的結(jié)果，該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時(shí)的靜差率，即于是，最低轉(zhuǎn)速為

第九頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三而調(diào)速范圍為

將上面的式代入nmin，得

（1-34）

第十頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

式（1-34）表示調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間所應(yīng)滿足的關(guān)系。對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)，nN

值一定，由式（1-34）可見(jiàn)，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求s值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。

第十一頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三結(jié)論1：

一個(gè)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。第十二頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三例題1-1某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為，額定速降nN

=115r/min，當(dāng)要求靜差率30%時(shí)，允許多大的調(diào)速范圍？如果要求靜差率20%，則調(diào)速范圍是多少？如果希望調(diào)速范圍達(dá)到10，所能滿足的靜差率是多少？第十三頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三解要求30%時(shí)，調(diào)速范圍為若要求20%，則調(diào)速范圍只有若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是第十四頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.4.2開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題

若可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)控制電壓就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)的靜差率要求不高，這樣的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速，可以找到一些用途。但是，許多需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對(duì)靜差率有一定的要求。在這些情況下，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。

第十五頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三例題1-2

某龍門刨床工作臺(tái)拖動(dòng)采用直流電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW、220V、305A、1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。如果要求調(diào)速范圍D=20，靜差率5%，采用開(kāi)環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降最多能有多少？第十六頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三解當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的額定速降為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為

這已大大超過(guò)了5%的要求，更不必談?wù){(diào)到最低速了。第十七頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

如果要求D=20，s

≤

5%，則由式（1-29）可知由上例可以看出，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的額定速降是275r/min，而生產(chǎn)工藝的要求卻只有2.63r/min，相差幾乎百倍！由此可見(jiàn)，開(kāi)環(huán)調(diào)速已不能滿足要求，需采用反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。第十八頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.4.3閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性

根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)將使調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能夠大大減少轉(zhuǎn)速降落。

第十九頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

系統(tǒng)組成圖1-24

采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+--+Un?UnU*nUcUPE+-MTGIdUnUdUcUnntg第二十頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

調(diào)節(jié)原理

在反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)TG，從而引出與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓Un

，與給定電壓U*n

相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓Un

，經(jīng)過(guò)放大器A，產(chǎn)生電力電子變換器UPE的控制電壓Uc

，用以控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n。第二十一頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三UPE的組成

圖中，UPE是由電力電子器件組成的變換器，其輸入接三組（或單相）交流電源，輸出為可控的直流電壓，控制電壓為Uc

。UcUd0u~ACDCUd0Uc第二十二頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

UPE的組成（續(xù)）

目前，組成UPE的電力電子器件有如下幾種選擇方案：對(duì)于中、小容量系統(tǒng)，多采用由IGBT或P-MOSFET組成的PWM變換器；對(duì)于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開(kāi)關(guān)器件，如GTO、IGCT等；對(duì)于特大容量的系統(tǒng)，則常用晶閘管觸發(fā)與整流裝置。第二十三頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

穩(wěn)態(tài)分析條件

下面分析閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，以確定它如何能夠減少轉(zhuǎn)速降落。為了突出主要矛盾，先作如下的假定：（1）忽略各種非線性因素，假定系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系都是線性的，或者只取其線性工作段；（2）忽略控制電源和電位器的內(nèi)阻。第二十四頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：

電壓比較環(huán)節(jié)

放大器

電力電子變換器

調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性

測(cè)速反饋環(huán)節(jié)

穩(wěn)態(tài)關(guān)系第二十五頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

穩(wěn)態(tài)關(guān)系（續(xù)）以上各關(guān)系式中

—放大器的電壓放大系數(shù)；

—電力電子變換器的電壓放大系數(shù)；

—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，（V·min/r）；

—UPE的理想空載輸出電壓；

—電樞回路總電阻。KpKsRUd0第二十六頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

從上述五個(gè)關(guān)系式中消去中間變量，整理后，即得轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式（1-35）

靜特性方程第二十七頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

靜特性方程（續(xù)）

式中閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K為

它相當(dāng)于在測(cè)速反饋電位器輸出端把反饋回路斷開(kāi)后，從放大器輸入起直到測(cè)速反饋輸出為止總的電壓放大系數(shù)，是各環(huán)節(jié)單獨(dú)的放大系數(shù)的乘積。電動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)放大系數(shù)為第二十八頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三注意：

閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（或轉(zhuǎn)矩）間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系，它在形式上與開(kāi)環(huán)機(jī)械特性相似，但本質(zhì)上卻有很大不同，故定名為“靜特性”，以示區(qū)別。第二十九頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三KpKs

1/CeU*nUc?UnEnUd0Un++-IdR-UnKs

閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖1-25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)圖第三十頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

圖中各方塊內(nèi)的符號(hào)代表該環(huán)節(jié)的放大系數(shù)。運(yùn)用結(jié)構(gòu)圖運(yùn)算法同樣可以推出式（1-35）所表示的靜特性方程式，方法如下：將給定量和擾動(dòng)量看成兩個(gè)獨(dú)立的輸入量，先按它們分別作用下的系統(tǒng)求出各自的輸出與輸入關(guān)系式第三十一頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三b）只考慮給定作用時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng)c）只考慮擾動(dòng)作用時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng)U*nKpKs

1/CeUc?UnnUd0Un+-+KpKs

1/Ce-IdRnUd0+-E第三十二頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

由于已認(rèn)為系統(tǒng)是線性的，可以把二者疊加起來(lái)，即得系統(tǒng)的靜特性方程式（1-35）第三十三頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.4.4開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性

的關(guān)系

比較一下開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性，就能清楚地看出反饋閉環(huán)控制的優(yōu)越性。如果斷開(kāi)反饋回路，則上述系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)機(jī)械特性為

(1-36)

而閉環(huán)時(shí)的靜特性可寫(xiě)成

(1-37)

第三十四頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三比較式（1-36）和式（1-37）不難得出以下的論斷：（1）閉環(huán)系統(tǒng)靜性可以比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多。在同樣的負(fù)載擾動(dòng)下，兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為和它們的關(guān)系是

(1-38)

系統(tǒng)特性比較第三十五頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

系統(tǒng)特性比較（續(xù)）（2）如果比較同一的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。

閉環(huán)系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為

和當(dāng)n0op=n0cl

時(shí)，（1-39）第三十六頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三（3）當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。如果電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速都是nmax；而對(duì)最低速靜差率的要求相同，那么：開(kāi)環(huán)時(shí)， 閉環(huán)時(shí)， 再考慮式（1-38），得

(1-40)

系統(tǒng)特性比較（續(xù)）第三十七頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

系統(tǒng)特性比較（續(xù)）（4）要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。

上述三項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)若要有效，都取決于一點(diǎn)，即K要足夠大，因此必須設(shè)置放大器。第三十八頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

把以上四點(diǎn)概括起來(lái)，可得下述結(jié)論：結(jié)論2：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(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，須增設(shè)電壓放大器以及檢測(cè)與反饋裝置。

第三十九頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三例題1-3

在例題1-2中，龍門刨床要求

D=20，s<5%，已知Ks=30，=0.015V·min/r，

Ce=0.2V·min/r，如何采用閉環(huán)系統(tǒng)滿足此要求？

第四十頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三解在上例中已經(jīng)求得

Δnop=275r/min，但為了滿足調(diào)速要求，須有

Δncl=2.63r/min，由式（1-38）可得第四十一頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三代入已知參數(shù)，則得即只要放大器的放大系數(shù)等于或大于46，閉環(huán)系統(tǒng)就能滿足所需的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)。第四十二頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程開(kāi)環(huán)系統(tǒng)

Id

n例如：在圖1-26中工作點(diǎn)從AA’閉環(huán)系統(tǒng)

Id

nUnUn

nUd0Uc例如：在圖1-26中工作點(diǎn)從AB第四十三頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三n0OIdId1Id3Id2Id4ABCA’D閉環(huán)靜特性開(kāi)環(huán)機(jī)械特性圖1-26閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系Ud4Ud3Ud2Ud1第四十四頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

由此看來(lái)，閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實(shí)質(zhì)在于它的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，在于它能隨著負(fù)載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻壓降。第四十五頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.4.5反饋控制規(guī)律

轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)，它具有以下三個(gè)基本特征，也就是反饋控制的基本規(guī)律，各種不另加其他調(diào)節(jié)器的基本反饋控制系統(tǒng)都服從于這些規(guī)律。

第四十六頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.被調(diào)量有靜差

從靜特性分析中可以看出，由于采用了比例放大器，閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。然而，Kp=常數(shù)，穩(wěn)態(tài)速差就只能減小，卻不可能消除。因?yàn)殚]環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為

只有K=，才能使ncl

=0，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，這種系統(tǒng)正是依靠被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的。第四十七頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.抵抗擾動(dòng),服從給定

反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，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(duì)給定作用的變化則唯命是從。擾動(dòng)——除給定信號(hào)外，作用在控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會(huì)引起輸出量變化的因素都叫做“擾動(dòng)作用”。

第四十八頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

調(diào)速系統(tǒng)的擾動(dòng)源負(fù)載變化的擾動(dòng)（使Id變化）；交流電源電壓波動(dòng)的擾動(dòng)（使Ks變化）；電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化的擾動(dòng)（造成Ce變化

）；放大器輸出電壓漂移的擾動(dòng)（使Kp變化）；溫升引起主電路電阻增大的擾動(dòng)（使R變化）；檢測(cè)誤差的擾動(dòng)（使變化）。

在圖1-27中，各種擾動(dòng)作用都在穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖上表示出來(lái)了，所有這些因素最終都要影響到轉(zhuǎn)速。第四十九頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

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Id變化電源波動(dòng)Kp變化電阻變化檢測(cè)誤差KpKs

1/CeU*nUc?UnEnUd0Un++--

R

第五十頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

抗擾能力反饋控制系統(tǒng)對(duì)被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)都有抑制功能。例如：UsUd0nUnUn

nUd0Uc第五十一頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

抗擾能力（續(xù)）但是，如果在反饋通道上的測(cè)速反饋系數(shù)受到某種影響而發(fā)生變化，它非但不能得到反饋控制系統(tǒng)的抑制，反而會(huì)增大被調(diào)量的誤差。例如：UnUn

Uc

Ud0n

因此，反饋控制系統(tǒng)所能抑制的只是被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)。第五十二頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

給定作用

與眾不同的是在反饋環(huán)外的給定作用，如圖1-27中的轉(zhuǎn)速給定信號(hào)，它的些微變化都會(huì)使被調(diào)量隨之變化，絲毫不受反饋?zhàn)饔玫囊种啤?/p>

第五十三頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

結(jié)論3：

反饋控制系統(tǒng)的規(guī)律是：一方面能夠有效地抑制一切被包在負(fù)反饋環(huán)內(nèi)前向通道上的擾動(dòng)作用；另一方面，則緊緊地跟隨著給定作用，對(duì)給定信號(hào)的任何變化都是唯命是從的。第五十四頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測(cè)精度給定精度——由于給定決定系統(tǒng)輸出，輸出精度自然取決于給定精度。如果產(chǎn)生給定電壓的電源發(fā)生波動(dòng)，反饋控制系統(tǒng)無(wú)法鑒別是對(duì)給定電壓的正常調(diào)節(jié)還是不應(yīng)有的電壓波動(dòng)。因此，高精度的調(diào)速系統(tǒng)必須有更高精度的給定穩(wěn)壓電源。檢測(cè)精度——反饋檢測(cè)裝置的誤差也是反饋控制系統(tǒng)無(wú)法克服的，因此檢測(cè)精度決定了系統(tǒng)輸出精度。第五十五頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.4.6限流保護(hù)——電流截止負(fù)反饋

問(wèn)題的提出：起動(dòng)的沖擊電流——直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí)，如果沒(méi)有限流措施，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對(duì)電機(jī)換向不利，對(duì)過(guò)載能力低的電力電子器件來(lái)說(shuō)，更是不能允許的。閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突加給定起動(dòng)的沖擊電流——采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)突然加上給定電壓時(shí)，由于慣性，轉(zhuǎn)速不可能立即建立起來(lái)，反饋電壓仍為零，相當(dāng)于偏差電壓，差不多是其穩(wěn)態(tài)工作值的1+K倍。

第五十六頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

問(wèn)題的提出（續(xù)）

這時(shí)，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就達(dá)到它的最高值，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于全壓起動(dòng)，當(dāng)然是不允許的。堵轉(zhuǎn)電流——有些生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)可能會(huì)遇到堵轉(zhuǎn)的情況。例如，由于故障，機(jī)械軸被卡住，或挖土機(jī)運(yùn)行時(shí)碰到堅(jiān)硬的石塊等等。由于閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性很硬，若無(wú)限流環(huán)節(jié)，硬干下去，電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)允許值。如果只依靠過(guò)流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過(guò)載就跳閘，也會(huì)給正常工作帶來(lái)不便。第五十七頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三解決辦法：電樞串電阻起動(dòng)；引入電流截止負(fù)反饋；加積分給定環(huán)節(jié)。本節(jié)主要討論如何采用電流截止負(fù)反饋來(lái)限制起動(dòng)電流。第五十八頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

電流負(fù)反饋?zhàn)饔脵C(jī)理

為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題，系統(tǒng)中必須有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制原理，要維持哪一個(gè)物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個(gè)物理量的負(fù)反饋。那么，引入電流負(fù)反饋，應(yīng)該能夠保持電流基本不變，使它不超過(guò)允許值。第五十九頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

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。Idbln0IdOn'0A—轉(zhuǎn)速負(fù)反饋特性B—電流負(fù)反饋特性

調(diào)速系統(tǒng)靜特性第六十頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三M+-UdIdRsUi接放大器M

同時(shí)采用轉(zhuǎn)速和電流負(fù)反饋1.電流檢測(cè)與反饋（1）電樞回路串檢測(cè)電阻；（2）電樞回路接直流互感器；（3）交流電路接交流互感器；（4）采用霍爾傳感器。

電流檢測(cè)與反饋電路第六十一頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

轉(zhuǎn)速和電流負(fù)反饋系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)KpKs

1/CeU*nUc?UnIdEnUd0Un++--

R

-2.系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖

Rs

Ui第六十二頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三3.靜特性方程（1-41）

與轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng)特性方程相比，式（1-41）多了一項(xiàng)由電流反饋引起的轉(zhuǎn)速降落。第六十三頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三4.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Idn'0O第六十四頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三

電流截止負(fù)反饋

考慮到，限流作用只需在起動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)起作用，正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)讓電流自由地隨著負(fù)載增減。如果采用某種方法，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反饋以限制電流，而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用控制轉(zhuǎn)速。這種方法叫做電流截止負(fù)反饋，簡(jiǎn)稱截流反饋。第六十五頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)

圖1-29電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)a）利用獨(dú)立直流電源作比較電壓M++--UdId

RsVDUi

Ucom接放大器Mb)利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓

UbrM+-UdId

RsVSTUi接放大器M第六十六頁(yè)，共七十四頁(yè)，編輯于2023年，星期三電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)（續(xù)）c)封鎖運(yùn)算放大器的電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)

Ubr