電力拖動演示文稿

電力拖動演示文稿目前一頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點優(yōu)選電力拖動目前二頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點2.動態(tài)校正的方法串聯(lián)校正并聯(lián)校正反饋校正而且對于一個系統(tǒng)來說，能夠符合要求的校正方案也不是唯一的。在電力拖動自動控制系統(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，也容易實現(xiàn)。目前三頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點串聯(lián)校正方法無源網(wǎng)絡(luò)校正——RC網(wǎng)絡(luò)；有源網(wǎng)絡(luò)校正——PID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)，由于其傳遞函數(shù)的階次較低，一般采用PID調(diào)節(jié)器的串聯(lián)校正方案就能完成動態(tài)校正的任務(wù)。目前四頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

PID調(diào)節(jié)器的類型比例微分（PD）比例積分（PI）比例積分微分（PID）目前五頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點PID調(diào)節(jié)器的功能由PD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)精度可能受到影響。由PI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)定的。用PID調(diào)節(jié)器實現(xiàn)的滯后—超前校正則兼有二者的優(yōu)點，可以全面提高系統(tǒng)的控制性能，但具體實現(xiàn)與調(diào)試要復(fù)雜一些。目前六頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

一般的調(diào)速系統(tǒng)要求以動態(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PI調(diào)節(jié)器；在隨動系統(tǒng)中，快速性是主要要求，須用PD或PID調(diào)節(jié)器。目前七頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點3.系統(tǒng)設(shè)計工具

在設(shè)計校正裝置時，主要的研究工具是伯德圖（BodeDiagram），即開環(huán)對數(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)定裕度的信息，而且還能大致衡量閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)的性能。正因為如此，伯德圖是自動控制系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用中普遍使用的方法。目前八頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

在定性地分析閉環(huán)系統(tǒng)性能時，通常將伯德圖分成低、中、高三個頻段，頻段的分割界限是大致的，不同文獻上的分割方法也不盡相同，這并不影響對系統(tǒng)性能的定性分析。下圖繪出了自動控制系統(tǒng)的典型伯德圖。目前九頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點典型伯德圖

從圖中三個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方面：OL/dBc/s-1-20dB/dec低頻段中頻段高頻段圖1-37自動控制系統(tǒng)的典型伯德圖

目前十頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

伯德圖與系統(tǒng)性能的關(guān)系中頻段以-20dB/dec的斜率穿越0dB，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。截止頻率（或稱剪切頻率）越高，則系統(tǒng)的快速性越好。低頻段的斜率陡、增益高，說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度高。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。目前十一頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

以上四個方面常常是互相矛盾的：對穩(wěn)態(tài)精度要求很高時，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)，又容易引入高頻干擾；如此等等。設(shè)計時往往須在穩(wěn)、準(zhǔn)、快和抗干擾這四個矛盾的方面之間取得折中，才能獲得比較滿意的結(jié)果。目前十二頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點4.系統(tǒng)設(shè)計要求

在實際系統(tǒng)中，動態(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)變化和一些未計入因素的影響。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：相角裕度和以分貝表示的增益裕度GM。一般要求：

=30°～60°GM>6dB目前十三頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

保留適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕度，是考慮到實際系統(tǒng)各環(huán)節(jié)參數(shù)發(fā)生變化時不致使系統(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)動態(tài)過程的平穩(wěn)性，穩(wěn)定裕度大，意味著動態(tài)過程振蕩弱、超調(diào)小。目前十四頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點5.設(shè)計步驟系統(tǒng)建?！紫葢?yīng)進行總體設(shè)計，選擇基本部件，按穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)計算參數(shù)，形成基本的閉環(huán)控制系統(tǒng)，或稱原始系統(tǒng)。系統(tǒng)分析——建立原始系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，畫出其伯德圖，檢查它的穩(wěn)定性和其他動態(tài)性能。系統(tǒng)設(shè)計——如果原始系統(tǒng)不穩(wěn)定，或動態(tài)性能不好，就必須配置合適的動態(tài)校正裝置，使校正后的系統(tǒng)全面滿足性能要求。目前十五頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點6.設(shè)計方法湊試法——設(shè)計時往往須用多種手段，反復(fù)試湊。工程設(shè)計法——詳見第2章。目前十六頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點1.5.4系統(tǒng)設(shè)計舉例與參數(shù)計算（一）

穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算是自動控制系統(tǒng)設(shè)計的第一步，它決定了控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成環(huán)節(jié)，有了基本環(huán)節(jié)組成系統(tǒng)之后，再通過動態(tài)參數(shù)設(shè)計，就可使系統(tǒng)臻于完善。近代自動控制系統(tǒng)的控制器主要是模擬電子控制和數(shù)字電子控制，由于數(shù)字控制的明顯優(yōu)點，在實際應(yīng)用中數(shù)字控制系統(tǒng)已占主要地位，但從物理概念和設(shè)計方法上看，模擬控制仍是基礎(chǔ)。目前十七頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算例題1-4

用線性集成電路運算放大器作為電壓放大器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖1-28所示，主電路是晶閘管可控整流器供電的V-M系統(tǒng)。已知數(shù)據(jù)如下：電動機：額定數(shù)據(jù)為10kW，220V，55A，1000r/min，電樞電阻Ra=0.5Ω晶閘管觸發(fā)整流裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓器Y/Y聯(lián)結(jié)，二次線電壓U2l=230V，電壓放大系數(shù)Ks=44目前十八頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點V-M系統(tǒng)電樞回路總電阻：R=1.0Ω測速發(fā)電機：永磁式，額定數(shù)據(jù)為23.1W，110V，0.21A，1900r/min直流穩(wěn)壓電源：±15V

若生產(chǎn)機械要求調(diào)速范圍D=10，靜差率s≤5%，試計算調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)（暫不考慮電動機的起動問題）。

目前十九頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點解1）為滿足調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，額定負(fù)載時的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為

=5.26r/min≤目前二十頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點2）求閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開環(huán)放大系數(shù)先計算電動機的電動勢系數(shù)

V·min/r=0.1925V·min/r目前二十一頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點則開環(huán)系統(tǒng)額定速降為

r/min=285.7r/min閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為≥目前二十二頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點3）計算轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和參數(shù)

轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)包含測速發(fā)電機的電動勢系數(shù)Cetg和其輸出電位器的分壓系數(shù)

2，即

=2Cetg根據(jù)測速發(fā)電機的額定數(shù)據(jù)，

=0.0579V·min/r目前二十三頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

先試取

2=0.2，再檢驗是否合適?，F(xiàn)假定測速發(fā)電機與主電動機直接聯(lián)接，則在電動機最高轉(zhuǎn)速1000r/min時，轉(zhuǎn)速反饋電壓為

V=11.58V

穩(wěn)態(tài)時ΔUn很小，U*n只要略大于Un

即可，現(xiàn)有直流穩(wěn)壓電源為±15V，完全能夠滿足給定電壓的需要。因此，取=0.2是正確的。

目前二十四頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

于是，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)的計算結(jié)果是

V·min/r=0.01158V·min/r

電位器的選擇方法如下：為了使測速發(fā)電機的電樞壓降對轉(zhuǎn)速檢測信號的線性度沒有顯著影響，取測速發(fā)電機輸出最高電壓時，其電流約為額定值的20%，則

=1379

目前二十五頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

此時所消耗的功率為

為了使電位器溫度不致很高，實選瓦數(shù)應(yīng)為所消耗功率的一倍以上，故可為選用10W，1.5kΩ的可調(diào)電位器。目前二十六頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點4）計算運算放大器的放大系數(shù)和參數(shù)根據(jù)調(diào)速指標(biāo)要求，前已求出，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為K

≥53.3，則運算放大器的放大系數(shù)Kp

應(yīng)為實取=21。目前二十七頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

圖1-28中運算放大器的參數(shù)計算如下：根據(jù)所用運算放大器的型號，取R0=40kΩ，則目前二十八頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

系統(tǒng)穩(wěn)定性分析例題1-5

在例題1-4中，已知R=1.0

，Ks=44，

Ce=0.1925V·min/r，系統(tǒng)運動部分的飛輪慣量GD2=10N·m2。根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)D=10，s≤0.5計算，系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)有K

≥53.3

，試判別這個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

目前二十九頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點解首先應(yīng)確定主電路的電感值，用以計算電磁時間常數(shù)。對于V-M系統(tǒng)，為了使主電路電流連續(xù)，應(yīng)設(shè)置平波電抗器。例題1-4給出的是三相橋式可控整流電路，為了保證最小電流時電流仍能連續(xù)，應(yīng)采用式（1-8）計算電樞回路總電感量，即目前三十頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點現(xiàn)在

則 取=17mH=0.017H。

目前三十一頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點計算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時間常數(shù)：電磁時間常數(shù)

機電時間常數(shù)

目前三十二頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點對于三相橋式整流電路，晶閘管裝置的滯后時間常數(shù)為

Ts=0.00167s

目前三十三頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)滿足式（1-59）的穩(wěn)定條件按穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)要求K

≥53.3

，因此，閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。返回目錄目前三十四頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點1.6比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)

前節(jié)主要討論，采用比例（P）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，同時還能滿足一定的穩(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)速系統(tǒng)。本節(jié)將討論，采用積分（I）調(diào)節(jié)器或比例積分（PI）調(diào)節(jié)器代替比例放大器，構(gòu)成無靜差調(diào)速系統(tǒng)。

目前三十五頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點本節(jié)提要問題的提出積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算系統(tǒng)設(shè)計舉例與參數(shù)計算（二）目前三十六頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點1.6.1問題的提出

如前，采用P放大器控制的有靜差的調(diào)速系統(tǒng)，Kp

越大，系統(tǒng)精度越高；但Kp

過大，將降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，使系統(tǒng)動態(tài)不穩(wěn)定。進一步分析靜差產(chǎn)生的原因，由于采用比例調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出為

Uc=KpUnUc0，電動機運行，即Un

0；Uc

=0，電動機停止。

目前三十七頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

因此，在采用比例調(diào)節(jié)器控制的自動系統(tǒng)中，輸入偏差是維系系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，必然要產(chǎn)生靜差，因此是有靜差系統(tǒng)。如果要消除系統(tǒng)誤差，必須尋找其他控制方法，比如：采用積分（Integration）調(diào)節(jié)器或比例積分（PI）調(diào)節(jié)器來代替比例放大器。目前三十八頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點1.6.2積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律

1.積分調(diào)節(jié)器如圖，由運算放大器可構(gòu)成一個積分電路。根據(jù)電路分析，其電路方程++CUexRbalUinR0+A圖1-43積分調(diào)節(jié)器a)原理圖ii目前三十九頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點方程兩邊取積分，得

(1-64)

式中—積分時間常數(shù)。當(dāng)初始值為零時，在階躍輸入作用下，對式（1-64）進行積分運算，得積分調(diào)節(jié)器的輸出(1-65)

目前四十頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

UexUinUexmtUinUexOb)階躍輸入時的輸出特性Φ(ω)ωL/dBOL(ω)-20dB1/ωΦO-π/2c)Bode圖圖1-43積分調(diào)節(jié)器2.積分調(diào)節(jié)器的特性目前四十一頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點3.積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)

積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為

(1-66)

目前四十二頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點4.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Uc是轉(zhuǎn)速偏差電壓Un的積分，按照式（1-64），應(yīng)有如果是Un

階躍函數(shù)，則Uc按線性規(guī)律增長，每一時刻Uc

的大小和Un

與橫軸所包圍的面積成正比，如下圖a所示。目前四十三頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點圖1-45積分調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動態(tài)過程a)階躍輸入b)一般輸入

輸入和輸出動態(tài)過程目前四十四頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

圖b繪出的Un

是負(fù)載變化時的偏差電壓波形，按照Un與橫軸所包圍面積的正比關(guān)系，可得相應(yīng)的Uc

曲線，圖中Un的最大值對應(yīng)于Uc

的拐點。若初值不是零，還應(yīng)加上初始電壓Uc0

，則積分式變成

目前四十五頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

由上圖b可見，在動態(tài)過程中，當(dāng)Un

變化時，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，Uc

才停止上升；不到Un

變負(fù)，Uc

不會下降。在這里，值得特別強調(diào)的是，當(dāng)Un

=0時，Uc并不是零，而是一個終值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。目前四十六頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點分析結(jié)果采用積分調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時達(dá)到與給定轉(zhuǎn)速一致，系統(tǒng)仍有控制信號，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，實現(xiàn)無靜差調(diào)速。目前四十七頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點5.比例與積分控制的比較

有靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩由TL1突增到TL2時，有靜差調(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。

目前四十八頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩由TL1突增到TL2時，有靜差調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速n、偏差電壓Un

和控制電壓Uc

的變化過程示于右圖。

圖1-44有靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載過程

突加負(fù)載時的動態(tài)過程目前四十九頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

無靜差調(diào)速系統(tǒng)

當(dāng)負(fù)載突增時，積分控制的無靜差調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)過程曲線示于下圖。在穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)速偏差電壓Un

必為零。如果Un

不為零，則Uc

繼續(xù)變化，就不是穩(wěn)態(tài)了。在突加負(fù)載引起動態(tài)速降時產(chǎn)生Un，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時，Un

又恢復(fù)為零，但Uc

已從Uc1上升到Uc2

，使電樞電壓由Ud1上升到Ud2，以克服負(fù)載電流增加的壓降。在這里，Uc

的改變并非僅僅依靠Un

本身，而是依靠

Un

在一段時間內(nèi)的積累。

目前五十頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

無靜差調(diào)速系統(tǒng)圖1-46積分控制無靜差調(diào)速系統(tǒng)突加負(fù)載時的動態(tài)過程

雖然現(xiàn)在Un=0，只要歷史上有過Un

，其積分就有一定數(shù)值，足以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)運行所需要的控制電壓Uc。積分控制規(guī)律和比例控制規(guī)律的根本區(qū)別就在于此。

目前五十一頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

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。

目前五十二頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點1.6.3比例積分控制規(guī)律

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，但是另一方面，在控制的快速性上，積分控制卻又不如比例控制。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)，而積分調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸地變。目前五十三頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

兩種調(diào)節(jié)器特性比較τ

UexUinUexmtUinUexOb)P調(diào)節(jié)器a)I調(diào)節(jié)器UexUintUinUexO兩種調(diào)節(jié)器I/O特性曲線目前五十四頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

那么，如果既要穩(wěn)態(tài)精度高，又要動態(tài)響應(yīng)快，該怎么辦呢？只要把比例和積分兩種控制結(jié)合起來就行了，這便是比例積分控制。目前五十五頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點1.PI調(diào)節(jié)器

在模擬電子控制技術(shù)中，可用運算放大器來實現(xiàn)PI調(diào)節(jié)器，其線路如圖所示。Uex++C1RbalUinR0+AR1圖1-38

比例積分（PI）調(diào)節(jié)器

i0i1目前五十六頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點2.PI輸入輸出關(guān)系

按照運算放大器的輸入輸出關(guān)系，可得(1-60)式中

—PI調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)；

—PI調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)。

由此可見，PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓由比例和積分兩部分相加而成。目前五十七頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點3.PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)

當(dāng)初始條件為零時，取式（1-60）兩側(cè)的拉氏變換，移項后，得PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。

(1-61)令，則傳遞函數(shù)也可以寫成如下形式

(1-62)目前五十八頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點注意式（1-61）表明，PI調(diào)節(jié)器也可以用一個積分環(huán)節(jié)和一個比例微分環(huán)節(jié)來表示，1是微分項中的超前時間常數(shù)，它和積分時間常數(shù)的物理意義是不同的。

目前五十九頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點4.PI調(diào)節(jié)器輸出時間特性

UexUinUexmtUinUexOKpiUinOtOt

UcUc?Un121+2圖1-47PI調(diào)節(jié)器的輸入輸出動態(tài)過程圖1-39

PI調(diào)節(jié)器輸出電壓的時間特性目前六十頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

階躍輸入情況

在零初始狀態(tài)和階躍輸入下，PI調(diào)節(jié)器輸出電壓的時間特性示于圖1-39，從這個特性上可以看出比例積分作用的物理意義。突加輸入信號時，由于電容C1兩端電壓不能突變，相當(dāng)于兩端瞬間短路，在運算放大器反饋回路中只剩下電阻R1，電路等效于一個放大系數(shù)為Kpi

的比例調(diào)節(jié)器，在輸出端立即呈現(xiàn)電壓KpiUin，實現(xiàn)快速控制，發(fā)揮了比例控制的長處。目前六十一頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點此后，隨著電容C1被充電，輸出電壓Uex

開始積分，其數(shù)值不斷增長，直到穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)時，C1兩端電壓等于Uex，R1已不起作用，又和積分調(diào)節(jié)器一樣了，這時又能發(fā)揮積分控制的優(yōu)點，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)無靜差。因此，PI調(diào)節(jié)器輸出是由比例和積分兩部分相加而成的。目前六十二頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

一般輸入情況

圖1-47繪出了比例積分調(diào)節(jié)器的輸入和輸出動態(tài)過程。假設(shè)輸入偏差電壓Un的波形如圖所示，則輸出波形中比例部分1和Un

成正比，積分部分2是Un

的積分曲線，而PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uc

是這兩部分之和1+2?？梢?，Uc既具有快速響應(yīng)性能，又足以消除調(diào)速系統(tǒng)的靜差。除此以外，比例積分調(diào)節(jié)器還是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的校正裝置，因此，它在調(diào)速系統(tǒng)和其他控制系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。

目前六十三頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

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，又克服了各自的缺點，揚長避短，互相補充。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。

目前六十四頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點1.6.4無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算

系統(tǒng)組成工作原理穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性參數(shù)計算目前六十五頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點1.系統(tǒng)組成++-+-MTG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVBTVSUiTAIdR1C1UnUd圖1-48無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)示例

-+MTG+++-UPE～·目前六十六頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點2.工作原理

圖1-48所示是一個無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的實例，采用比例積分調(diào)節(jié)器以實現(xiàn)無靜差，采用電流截止負(fù)反饋來限制動態(tài)過程的沖擊電流。TA為檢測電流的交流互感器，經(jīng)整流后得到電流反饋信號。當(dāng)電流超過截止電流時，高于穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓，使晶體三極管VBT導(dǎo)通，則PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓接近于零，電力電子變換器UPE的輸出電壓急劇下降，達(dá)到限制電流的目的。目前六十七頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點3.穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性

當(dāng)電動機電流低于其截止值時，上述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖示于下圖，其中代表PI調(diào)節(jié)器的方框中無法用放大系數(shù)表示，一般畫出它的輸出特性，以表明是比例積分作用。

圖1-49無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（Id

<

Idcr

）

Ks

1/CeU*nUc?UnIdREnUd0Un++--目前六十八頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性（續(xù)）

無靜差系統(tǒng)的理想靜特性如右圖所示。當(dāng)Id

<

Idcr

時，系統(tǒng)無靜差，靜特性是不同轉(zhuǎn)速時的一族水平線。當(dāng)Id

<

Idcr

時，電流截止負(fù)反饋起作用，靜特性急劇下垂，基本上是一條垂直線。整個靜特性近似呈矩形。

OIdIdcrn1n2nmaxn圖1-50帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性

目前六十九頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

必須指出

嚴(yán)格地說，“無靜差”只是理論上的，實際系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時，PI調(diào)節(jié)器積分電容兩端電壓不變，相當(dāng)于運算放大器的反饋回路開路，其放大系數(shù)等于運算放大器本身的開環(huán)放大系數(shù)，數(shù)值最大，但并不是無窮大。因此其輸入端仍存在很小的，而不是零。這就是說，實際上仍有很小的靜差，只是在一般精度要求下可以忽略不計而已。目前七十頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點4.穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算

無靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算很簡單，在理想情況下，穩(wěn)態(tài)時Un=0，因而Un=Un*

，可以按式（1-67）直接計算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)

（1-67）—電動機調(diào)壓時的最高轉(zhuǎn)速(r/min)；

—相應(yīng)的最高給定電壓(V)。

nmaxU*nmax目前七十一頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

電流截止環(huán)節(jié)的參數(shù)很容易根據(jù)其電路和截止電流值Idcr計算出。

PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kpi和τ可按動態(tài)校正的要求計算。

目前七十二頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點++-UinR0RbalR1C1R’1AUex5.準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器

在實際系統(tǒng)中，為了避免運算放大器長期工作時的零點漂移，常常在R1C1兩端再并接一個電阻R’1

，其值為若干M

，以便把放大系數(shù)壓低一些。這樣就成為一個近似的PI調(diào)節(jié)器，或稱“準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器”（見圖1-51），系統(tǒng)也只是一個近似的無靜差調(diào)速系統(tǒng)。圖1-51準(zhǔn)比例積分調(diào)節(jié)器

目前七十三頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

如果采用準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器，其穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)為由K'p

可以計算實際的靜差率。目前七十四頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點*1.6.5系統(tǒng)設(shè)計舉例與參數(shù)計算（二）系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計例題1-8

在例題1-5中，已經(jīng)判明，按照穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)設(shè)計的閉環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。試?yán)貌聢D設(shè)計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)定運行。

目前七十五頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點解

（1）被控對象的開環(huán)頻率特性分析式（1-56）已給出原始系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如下目前七十六頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

已知Ts=0.00167s，Tl=0.017s，Tm

=0.075s，在這里，Tm

≥4Tl

，因此分母中的二次項可以分解成兩個一次項之積，即

目前七十七頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

根據(jù)例題1-4的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算結(jié)果，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)已取為于是，原始閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)是

目前七十八頁\總數(shù)八十九頁\編于十六點

系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)幅頻及相頻特性圖1-40原始閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的伯德圖目前七十九頁\總數(shù)八十九頁\編于十六