电力拖动运动控制系统 教学课件 作者 丁学文 第2章.ppt

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1、第二章直流电动机调速系统目录2.0概述2.1调速系统的性能指标2.2直流调速系统的组成及其数学模型2.3开环直流调速系统2.4转速单反馈闭环直流调速系统2.5闭环控制系统的工程设计方法2.6转速单反馈闭环直流调速系统的动态设计2.7转速、电流双闭环直流调速系统的原理和静态设计2.8双闭环直流调速系统的动态设计2.9转速电流双闭环直流调速系统的抗扰特性2.10可逆直流调速系统直流调速系统的特点和地位直流电动机具有线性的静态和动态数学模型,使得便于控制。理论分析和工程设计方法成熟。尽管面临高性能交流调速技术的

2、挑战，仍然在电力拖动领域具有重要的地位。从控制系统设计的角度讲，直流调速系统是交流调速系统的基础。因此应该首先掌握直流调速系统。2.0概述1/22.0概述2/2由稳态转速方程式有三种转速控制方式：控制电枢电压Ud调速----本章只讲述这种方式Ud是直流电动机的一个控制参数，可连续实时调节。Ud和n呈线性关系，通过控制Ud进行调速的系统是一个线性系统。控制(减弱)励磁磁通Φ调速Φ与励磁电流If成正比，也是直流电动机的一个控制参数，可连续实时调节。Φ和n不是线性关系，通过控制Φ进行调速的系统不是一个线性系统。通

3、过控制励磁调速也称为弱磁调速或弱磁升速。改变电枢回路电阻R调速R是直流电动机的一个结构参数，一般无法实时连续调节。目录2.0概述2.1调速系统的性能指标2.2直流调速系统的组成及其数学模型2.3开环直流调速系统2.4转速单反馈闭环直流调速系统2.5闭环控制系统的工程设计方法2.6转速单反馈闭环直流调速系统的动态设计2.7转速、电流双闭环直流调速系统的原理和静态设计2.8双闭环直流调速系统的动态设计2.9转速电流双闭环直流调速系统的抗扰特性2.10可逆直流调速系统2.1调速系统的性能指标1/8衡量调速系统的

4、性能优劣,有稳态指标、动态指标和抗扰性指标.2.1.1稳态指标¼静差率s额定转速降DnN与理想空载转速的比值称为转差率。在静态时即为静态转差率,简称静差率,亦用s表示。习惯上我们把机械特性下倾的斜率大小称为机械特性的硬度。斜率越大，硬度越小，反之称为越硬。静差率除与机械特性的硬度有关外，还与理想空载转速有关。定义静差率的意义在于，在需要大范围调节转速时，在转速的低端用来衡量由于负载的稳态变化引起的转速波动量占额定理想空载转速的比值有多大。2.1调速系统的性能指标2/82.1.1稳态指标2/4调速范围D（调速

5、深度）指在能满足一定的调速性能指标的条件下，调速系统所能稳定运行的最高转速nmax和最低转速nmin的比值。当只对调速系统的静态指标提出要求时，可将D定义为：保证静差率不大于smax时，调速系统所能够稳定运行的最高转速nmax和最低转速nmin的比值。对调速系统的性能指标有不同要求时（包括静态指标、动态指标、抗扰指标等），同一系统的调速范围也会有所不同。2.1调速系统的性能指标3/82.1.1稳态指标3/4稳态时D、s和DnN之间的关系指在能满足一定的调速性能指标的条件下，调速系统所能稳定运行的最高转速nm

6、ax和最低转速nmin的比值。若限定系统的最大静差率为smax，当DnN一定时，smax总是发生在最低速时由上式中解出nmin，并代入式（2-3）即得上式表明调速范围D与容许的最大静差率smax近似成正比，与额定负载时的转速降DnN成反比。显然增大调速范围的最直接有效的办法是减小DnN，即增大机械特性的硬度。2.1调速系统的性能指标4/82.1.1稳态指标4/4例2-1某调速系统的额定转速nN=1000r/min，在额定负载时的额定转速降为DnN=84r/min。从额定转速向下采用降低电枢电压调速。要求①当

7、生产工艺要求的静差率为s≤smax=0.3r/min时，试计算此系统的调速范围D。②smax不变，但额定速降DnN减小为40r/min时，D为多少？③保持DnN=84r/min，但生产工艺对静差率的要求提高为smax=0.1r/min时，重新计算D。解额定转速即为最高转速，即nmax=nN=1000r/min①②③2.1.2动态指标1/3调速系统在动态控制的过渡过程中所表现出来的性能指标。动态性能可分为跟踪性能和抗扰性能。跟踪性能输出转速在跟随输入指令大范围变化时所表现出来的性能。一般是针对阶跃指令来定义的

8、。上升时间tr——第一次到达n∞的时间，它表征了调速系统快速调节以跟踪指令的能力。超调量s——超越n∞的最大偏差值，一般用相对量表示调节时间ts——转速在过渡过程中最后一次进入某一允许的误差带所经历的时间。tr和s往往是相互矛盾的，上升时间过小，就使超调量增大。ts是一个折衷，它表征了调速系统跟踪控制的综合快速性。2.1调速系统的性能指标5/8图2-2转速的阶跃跟踪示意图a—有超调时b—无超调时2.1调速系统的性