闭环控制的直流调速系统

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1、一、教学目的与教学要求2.2.3单闭环无静差调速系统的分析三、教学时间2-4学时二、教学内容1、掌握无静差调速系统的概念2、掌握积分、比例积分调节器的输入输出特性3、掌握PI调节器转速负反馈调速系统的基本组成结构4、具备分析PI调节器转速负反馈调速系统稳态特性的能力5、具备分析PI调节器转速负反馈调速系统动态特性的能力6、掌握无静差调速系统稳态参数计算第二章闭环控制的直流调速系统四、教学思路流程无静差调速系统组成分析五、教学过程积分调节器和积分控制规律比例积分控制规律无静差调速系统举例及稳态参数计

2、算无静差调速系统稳态、动态分析2.2.3比例积分控制规律和无静差调速系统本节将讨论，采用积分（I）调节器或比例积分（PI）调节器代替比例放大器，构成无静差调速系统。采用比例（P）放大器控制的直流调速系统，可使系统稳定，并有一定的稳定裕度，同时还能满足一定的稳态精度指标。但是，带比例放大器的反馈控制闭环调速系统是有静差的调速系统。采用采用比例（P）调节器的调速系统为什么是有静差系统？而采用积分（I）调节器或比例积分（PI）调节器为什么可构成无静差调速系统呢？2.2.3.1问题的分析采用采用比例（P）

3、调节器的调速系统为什么是有静差系统？？？Uct=KpUnUn0，Uct0，即电动机运行Un=0，Uct=0，即电动机停止因此，在采用比例调节器控制的自动系统中，输入偏差是维持系统运行的基础，没有偏差就没有系统的控制!!由于采用比例调节器，转速调节器的输出为：控制的输出与当前的偏差大小成正比，偏差是控制的基础，故而系统是有静差系统。而采用积分（I）调节器或比例积分（PI）调节器为什么可构成无静差调速系统呢？可见，如果要消除系统偏差（误差），采用P调节器是无能为力的，必须寻找其他控制方法。积

4、分调节器输入输出特点：为积分调节器的控制输出不仅取决于输入偏差，还取决于输入偏差的“历史”积累。实现了DU=0，但控制输出Uct0，即无静差控制输出（调节过程中有动态偏差，稳态时没偏差）！！DUdt0即只要控制的过程中产生过偏差DU，即使现在的偏差DU=0，但由于：的存在，积分调节器的控制输出也不等于零。DUdt0那么这个环节，如何实现呢？2.2.3.2积分调节器和积分控制规律1.积分调节器的组成与工作原理分析由运算放大器可构成一个积分电路，如图所示：根据电子电路技术可知：A点为虚地点即UA

5、=0，则（1）积分调节器的组成（2）积分调节器的工作原理分析++CUexRbalUinR0+A积分调节器原理图i0ifUex=1dCtif=0R1dCtUini0=if=Uin/R0=i,其电路方程为：为积分时间常数t=R0C式中:òòò===dtUdtUCRidtCUinin0ex111t++CUexRbalUinR0+A积分调节器原理图i0if可见，积分调节器的输出和输入Uin的当前状态和历史状态相关！当前状态不等于零，即Uin0时，则输出Uex大小要随时间积分增加；当前状态等于零，即Uin

6、=0时，则输出Uex大小保持积分结果恒值输出。2.积分调节器的特性当初始值为零时，在阶跃输入Uin作用下，系统的输出如何变化？=0R1dCtUinUex++CUexRbalUinR0+A积分调节器原理图i0if在电路上，对电容C充电，电容两端电压逐渐上升；在运算公式中是进行积分累加运算。在时域坐标中，我们共同分析积分调节器的输入输出特性呢？UexUintUinUexO积分调节器阶跃输入时的输出特性t1t2t3应用中积分调节器输出要加限幅环节，即当输出达到一定数值后，输出不在随输入的增加而增加了！

7、UexUinUexmtUinUexO积分调节器阶跃输入时的输出特性t1图中，Uexm是输出限幅值如下图所示：当t>t1后，输出恒定，不随输入增加而变化！3.积分调节器的传递函数与BODE图（幅频、相频特性）积分调节器传递函数Φ(ω)ωL/dB0L(ω)-20dB1/ωΦO-π/2积分环节的Bode图积分调节器幅频、相频特性4.积分调节器在转速单闭环中的控制规律分析òD=t0ncd1tUUt如果采用积分调节器，则控制电压Uc是转速偏差电压Un的积分，应有：如果是Un是由负载变化引起的偏差信号

8、，数学分析上，每一时刻控制电压（积分调节器的输出）Uc的大小和Un的积分相关。数值计算分析上，积分数值大小与横轴所包围的面积成正比！！（1）数学分析òD=t0ncd1tUUt（2）输入和输出动态过程分析积分调节器的输入和输出动态过程t1t2t3当0