运动控制系统章比例积分控制规律和无静差调速系统

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1、1.6比例积分控制规律和无静差调速系统前节主要讨论，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。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。6/25/2021控制系统本节提要问题的提出积分调节器和积分控制规律比例积分控制规律无静差直流调速系统及其稳态参数计算系统设计举例与参数计算（二）6/25/2021控制系统2.6.4无静差直流调速

2、系统及其稳态参数计算系统组成工作原理稳态结构与静特性参数计算6/25/2021控制系统1.系统组成TA为检测电流的交流互感器，经整流后得到电流反馈信号。图1-48无静差直流调速系统++-+-MTG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVBTVSUiTALIdR1C1UnUd-+MTGUPE当电流超过截止电流时，高于稳压管VS的击穿电压，使晶体三极管VBT导通PI调节器的输出电压接近于零电力电子变换器UPE的输出电压急剧下降Id急剧下降图1-45是一个无静差直流调速系统的实例，采用比例积分调节器以

3、实现无静差，采用电流截止负反馈来限制动态过程的冲击电流。6/25/2021控制系统3.稳态结构与静特性当电动机电流低于其截止值时，上述系统的稳态结构图示于下图，其中代表PI调节器的方框中无法用放大系数表示，一般画出它的输出特性，以表明是比例积分作用。图1-49无静差直流调速系统稳态结构图（Id

4、平线。当Id>Idcr时，电流截止负反馈起作用，静特性急剧下垂，基本上是一条垂直线。整个静特性近似呈矩形。OIdIdcrn1n2nmaxn图1-50带电流截止的无静差直流调速系统的静特性6/25/2021控制系统必须指出严格地说，“无静差”只是理论上的，实际系统在稳态时，PI调节器积分电容两端电压不变，相当于运算放大器的反馈回路开路，其放大系数等于运算放大器本身的开环放大系数，数值最大，但并不是无穷大。因此其输入端仍存在很小的，而不是零。这就是说，实际上仍有很小的静差，只是在一般精度要求下可以忽略不

5、计而已。6/25/2021控制系统4.稳态参数计算无静差调速系统的稳态参数计算很简单，在理想情况下，稳态时Un=0，因而Un=Un*，可以按式（1-67）直接计算转速反馈系数（1-67）—电动机调压时的最高转速；—相应的最高给定电压。nmaxU*nmax电流截止环节的参数很容易根据其电路和截止电流值Idcr计算出。PI调节器的参数Kpi和τ可按动态校正的要求计算。6/25/2021控制系统++-UinR0RbalR1C1R’1AUex5.准PI调节器在实际系统中，为了避免运算放大器长期工作时的零点漂

6、移，常常在R1C1两端再并接一个电阻R’1，其值为若干M，以便把放大系数压低一些。这样就成为一个近似的PI调节器，或称“准PI调节器”（见图1-51），系统也只是一个近似的无静差调速系统。图1-51准比例积分调节器6/25/2021控制系统如果采用准PI调节器，其稳态放大系数为由K'p可以计算实际的静差率。1.6.5系统设计举例与参数计算（二）6/25/2021控制系统例题1-5用线性集成电路运算放大器作为电压放大器的转速负反馈闭环直流调速系统如图1-28所示，主电路是晶闸管可控整流器供电的V-M系

7、统。已知数据如下：电动机：额定数据为10kW，220V，55A，1000r/min，电枢电阻Ra=0.5Ω；晶闸管触发整流装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y联结，二次线电压U2l=230V，电压放大系数Ks=44；R=1.0，Ks=44，Ce=0.1925V·min/r，系统运动部分的飞轮惯量GD2=10N·m2。根据稳态性能指标D=10，s≤0.5计算，系统的开环放大系数应有K≥53.3，试判别这个系统的稳定性。6/25/2021控制系统解首先应确定主电路的电感值，用以计算电磁时间常数。

8、对于V-M系统，为了使主电路电流连续，应设置平波电抗器。例题1-4给出的是三相桥式可控整流电路，为了保证最小电流时电流仍能连续，应采用式（1-8）计算电枢回路总电感量，即6/25/2021控制系统现在则取=17mH=0.017H。6/25/2021控制系统计算系统中各环节的时间常数：电磁时间常数机电时间常数6/25/2021控制系统对于三相桥式整流电路，晶闸管装置的滞后时间常数为Ts=0.00167s6/25/2021控制系统为保证系统稳定，开环放大系数