直流調(diào)速系統(tǒng)基本概念課件

直流調(diào)速系統(tǒng)基本概念直流調(diào)速系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

機(jī)電傳動(dòng)控制系統(tǒng)選擇調(diào)速方案的依據(jù)：生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速技術(shù)指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)動(dòng)態(tài)指標(biāo)一、靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)1.靜差度S：

靜差度表示出生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的程度。

速度穩(wěn)定性指標(biāo)

當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速的變化要能維持在一定范圍之內(nèi)，即要求靜差度S小于一定數(shù)值。

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性愈硬，則靜差度愈小，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定性就愈高;

在一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)中，如果在最低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)能滿足靜差度的要求，則在其他轉(zhuǎn)速時(shí)必能滿足要求。2.調(diào)速范圍D

在額定負(fù)載下，允許的最高轉(zhuǎn)速和在保證生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速變化率要求的前提下所能達(dá)到的最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍。3.調(diào)速的平滑性

調(diào)速的平滑性，通常是用兩個(gè)相鄰調(diào)速級(jí)的轉(zhuǎn)速差來(lái)衡量的。

調(diào)速無(wú)級(jí)調(diào)速有級(jí)調(diào)速

以改變直流電動(dòng)機(jī)電樞外加電壓調(diào)速為例，說(shuō)明調(diào)速范圍D與靜差度S之間的關(guān)系：最高速度由系統(tǒng)中所使用電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速?zèng)Q定；靜差度S和調(diào)速范圍D由生產(chǎn)機(jī)械的要求決定；當(dāng)上述三個(gè)參數(shù)確定后，則要求靜態(tài)速降是一個(gè)定值。二、動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)

從一種穩(wěn)定速度變化到另一種穩(wěn)定速度運(yùn)轉(zhuǎn)（啟動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程僅是特例而已），由于有電磁慣性和機(jī)械慣性，過(guò)程不能瞬時(shí)完成，而需要一段時(shí)間，即要經(jīng)過(guò)一段過(guò)渡過(guò)程，或稱動(dòng)態(tài)過(guò)程。1.最大超調(diào)量

超調(diào)量超調(diào)量太大，達(dá)不到生產(chǎn)工藝上的要求；超調(diào)量太小，會(huì)使過(guò)渡過(guò)程過(guò)于緩慢，不利于生產(chǎn)率的提高等范圍：超調(diào)量2.過(guò)渡過(guò)程時(shí)間T

從輸入控制（或擾動(dòng)）作用于系統(tǒng)開始直到被調(diào)量n進(jìn)入（0.05～0.02）n2穩(wěn)定值區(qū)間時(shí)為止（并且以后不再越出這個(gè)范圍）的一段時(shí)間，叫作過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。

過(guò)渡過(guò)程時(shí)間3.振蕩次數(shù)N

在過(guò)渡過(guò)程時(shí)間內(nèi),被調(diào)量n在其穩(wěn)定值上下擺動(dòng)的次數(shù)，

如圖所示是三種不同調(diào)速系統(tǒng)被調(diào)量從x1改變?yōu)閤2時(shí)的變化情況。系統(tǒng)超調(diào)量過(guò)渡過(guò)程時(shí)間T振蕩次數(shù)性能10長(zhǎng)無(wú)不好2大長(zhǎng)多不好3小短中好晶閘管－電動(dòng)機(jī)直流傳動(dòng)控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)的不同：?jiǎn)伍]環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可逆系統(tǒng)1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

一、有靜差調(diào)速系統(tǒng)

單純由被調(diào)量負(fù)反饋組成的按比例控制的單閉環(huán)系統(tǒng)屬有靜差的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱有靜差調(diào)速系統(tǒng)；

（一）轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)

1.基本組成按靜態(tài)誤差的不同：無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng)有靜差直流調(diào)速系統(tǒng)任務(wù)：

調(diào)節(jié)速度；擴(kuò)大調(diào)速范圍，減小靜態(tài)誤差。分類：

測(cè)速發(fā)電機(jī)：與直流電動(dòng)機(jī)M同軸相連，即兩者的速度相同，測(cè)速發(fā)電機(jī)用來(lái)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的速度，稱檢測(cè)元件；

轉(zhuǎn)換元件：將測(cè)速發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)以便與給定電壓進(jìn)行比較。

給定電位器：調(diào)節(jié)Rg的位置可改變給定電壓Ug的大小。

放大器：將外加電壓和反饋信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后的電壓之差進(jìn)行放大。

觸發(fā)電路：將放大器放大后的電壓信號(hào)變?yōu)槊}沖型號(hào)去控制整流電路的輸出大小。整流電路：變交流電壓為直流電壓，輸出電壓大小由觸發(fā)電路輸出脈沖信號(hào)所決定，整流電路的輸出為直流電動(dòng)機(jī)電樞的外加電壓；

直流電動(dòng)機(jī)：系統(tǒng)的控制對(duì)象。

由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析可知：

系統(tǒng)的調(diào)速方法是改變外加電壓調(diào)速；

系統(tǒng)的反饋信號(hào)是被控制對(duì)象n本身;

反饋電壓和給定電壓的極性相反，即:該系統(tǒng)又稱轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)。

2.工作原理

當(dāng)Ug、Uf不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)。

(2)調(diào)速（Uf不變，改變Ug的大小）

改變Ug的大小可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種狀態(tài)稱為調(diào)速.(1)穩(wěn)態(tài)（Ug、Uf

不變）

(3)穩(wěn)速（Ug不變、負(fù)載變化使Uf變化)

當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化使速度發(fā)生變化后，系統(tǒng)通過(guò)反饋能維持速度基本不變，這種狀態(tài)稱為穩(wěn)速。3.靜特性分析

目的：找到減小靜態(tài)速降、擴(kuò)大調(diào)速范圍，提高系統(tǒng)性能的途徑。

靜特性表示出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流之間的大小關(guān)系。(1)各環(huán)節(jié)輸入輸出的關(guān)系

電動(dòng)機(jī)電路

式中:

電樞回路的總電阻；

可控整流電源的等效內(nèi)阻；

電動(dòng)機(jī)的電樞電阻。

可控硅和觸發(fā)電路

設(shè)可控硅和觸發(fā)電路的放大倍數(shù)為K2，則：放大器電路

設(shè)放大器的放大倍數(shù)為KP，則：

反饋電路

速度反饋信號(hào)電壓與轉(zhuǎn)速n成正比，設(shè)放大系數(shù)為Kf，則：(2)靜特性——從放大器輸入端到可控整流電路輸出端的電壓放大倍數(shù)；——閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)。

如果系統(tǒng)沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋（即開環(huán)系統(tǒng)）時(shí)，則整流器的輸出電壓:

由此可得開環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性方程:(3)分析與結(jié)論

理想空載轉(zhuǎn)速

在給定電壓一定時(shí)，有:

轉(zhuǎn)速降

如果將系統(tǒng)閉環(huán)與開環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速調(diào)得一樣，即，

調(diào)速范圍與靜差度

在最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速和低速時(shí)最大允許靜差度不變的情況下，開環(huán)：

閉環(huán)：

結(jié)論：由于放大倍數(shù)不可能為無(wú)窮大，即靜態(tài)速降不可能為0，因此，上述系統(tǒng)只能維持速度基本不變。這種維持被調(diào)量（轉(zhuǎn)速）近于恒值不變，但又具有偏差的反饋控制系統(tǒng)通常稱為有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)（即有差調(diào)速系統(tǒng)）。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)能克服擾動(dòng)作用（如負(fù)載的變化、電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化、晶閘管交流電源電壓的變化等）對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。提高系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)K是減小靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落、擴(kuò)大調(diào)速范圍的有效措施。系統(tǒng)的放大倍數(shù)越大，準(zhǔn)確度就越高，靜差度就越小，調(diào)速范圍就越大。但是放大倍數(shù)也不能過(guò)分增大，否則系統(tǒng)容易產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。一、比例控制與比例調(diào)節(jié)器1.比例(P)調(diào)節(jié)器式中Kp——P調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)。Uo——輸出信號(hào)2.比例控制的特點(diǎn)

作用及時(shí)、快速、控制作用強(qiáng)，而且Kp值越大，系統(tǒng)的靜特性越好、靜差越小。比例控制

是指系統(tǒng)的輸出量與輸入量(即偏差量)成比例的控制，簡(jiǎn)稱P控制。ΔUi——輸入信號(hào)二、積分控制與積分調(diào)節(jié)器1.積分(I)調(diào)節(jié)器式中KI——I調(diào)節(jié)器的積分常數(shù)；

——I調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間，=1/KI。2.積分控制的特點(diǎn)

可以消除輸出量的穩(wěn)態(tài)誤差，能實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控制，這是積分控制的最大優(yōu)點(diǎn)。積分控制

是指系統(tǒng)的輸出量與輸入量對(duì)時(shí)間的積分成正比例的控制，簡(jiǎn)稱I控制。三、比例積分控制與比例積分調(diào)節(jié)器1.比例積分(PI)調(diào)節(jié)器式中——比例控制的輸出；

——積分控制的輸出；

——比例積分調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間，TI=KP/KI。比例積分控制

是把比例控制和積分控制作用結(jié)合起來(lái)。比例積分控制簡(jiǎn)稱為PI控制。2.比例積分控制的特點(diǎn)1)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快；系統(tǒng)基本上無(wú)靜差。2)減小超調(diào)量，降低系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。四、比例積分微分控制與比例積分微分調(diào)節(jié)器1.

比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)器比例積分微分控制

是把比例、積分、微分三