电力拖动自动控制系统 教学课件 作者 李华德 第三章 闭环直流调速系统的动态分析.ppt

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1、第3章闭环直流调速系统的动态分析本章主要内容是对闭环直流调速系统进行动态分析，着重于闭环直流调速系统的稳定性、过渡过程、基本控制规律以及动态性能的分析讨论。3.1节分析单闭环直流调速系统的动态特性；3.2节分析双闭环直流调速系统的动态特性；3.3节讨论转速调节器自适应控制及电流调节器自适应控制问题。3.1单闭环直流调速系统的动态分析3.1.1ASR为比例调节器的单闭环直流调速系统的稳定性分析将图1-22中的转速调节器ASR设计成比例调节器，就得到采用比例调节器的单闭环直流调速系统的动态结构图，如下页图3-1所示。图3-1采用比例调节器的单闭环直流调速系统

2、动态结构图1、设，只考虑转速给定作用，可求得单闭环直流调速系统的开环传递函数为式中，其闭环传递函数为(3-1)(3-2)2、系统的稳定条件系统的特征方程它的一般表达式为式中，（3-3）根据三阶系统的劳斯判据，系统稳定的充分必要条件是式(3-3)的各项系数显然都是大于零的，因此稳定条件就只有或整理后得（3-5）式(3-5)等号右侧称作系统的临界放大系数，当时，系统将不稳定。对于一个自动控制系统来说，稳定性是系统能否正常工作的必要条件，这是在设计时必须首先保证的。图1-22中的转速调节器ASR设计成比例－积分调节器，简称PI调节器，就得到采用PI调节器的单闭

3、环直流调速系统动态结构图，如图3-2所示。图3-2采用PI调节器的直流单闭环调速系统动态结构图图中，其中，KPI为PI调节器的比例放大系数；为PI调节器的积分时间常数；为微分项中的超前时间常数。1、系统的稳定性（1）系统的开环与闭环传递函数依据图3-2，设,可求得系统的开环与闭环传递函数（3-6）（3-7）式中，。（2）系统的稳定条件系统的特征方程为现列写劳斯表如下：00根据劳斯判据可知，系统稳定的条件为由上式可知，当K、的组合满足上式时，系统才能稳定。2.系统的动态分析（1）起动特性分析0n图3-3带电流截止负反馈单闭环调速系统的起动过程当有电流截止

4、保护，系统可以在阶跃给定下直接起动，图3-3给出了系统的起动波形。起动之初，即图3-3的0～t1段，电流负反馈被截止，系统中只有和Un在起作用，此时值较大，迅速上升到较大值，电枢电流也迅速上升并达到临界电流。当电流上升到大于Idcr后，电流负反馈开始起作用，限制电流的上升速度和最大值。另外，电流负反馈还能防止起动电流过早衰减。很明显，它与理想起动过程（见图3-4）相比，其动态响应特性较差。原因是，这种系统对电机转矩没有进行有效的控制。0nn图3-4调速系统理想起动过程（2）负载扰动时的调节过程设负载电流为IL1（IL1

5、1，对应的晶闸管整流装置输出电压为Ud01，速度反馈信号，，系统处于稳定运行状态。如在t1时刻，负载突然增加，对应的负载电流由原来的IL1增至IL2（

6、这段时间产生的偏差积分值上升到新的值Uct2。整流电压Ud02也是新的调节后的Ud0。以上的分析可以看出，无静差只是在稳态意义上的无差，在动态过程中还是有差的。通常希望动态调节过程中转速降落小一些，系统动态恢复过程快一些（Tv小些）。综上所述，采用积分作用，可以把调节过程中的偏差积累起来，稳态时不再靠偏差来维持输出值（），因而构成了无静差调速系统。积分作用虽然能消除误差，但动态响应慢。然而采用PI调节器却能兼顾比例控制和积分控制的长处，比例部分能迅速反映偏差，产生强迫的激励电压，使动态恢复过程加快；依靠积分部分作用最终消除静态误差。如果只考虑扰动作用，图

7、3-1可以画为图3-6的形式。图3-6负载扰动作用下单闭环调速系统的动态结构图1)当ASR采用比例调节器（比例系数为）时，系统的开环放大系数是系统的闭环传递函为：（3-10）根据(3-10)可将写成（3-11）突加负载时，，利用拉氏变换的终值定理可以求出负载扰动所引起的静态速降为（3-12）由式（3-12）可知：ASR为比例调节器的闭环调速系统为有静差系统。2)当ASR采用PI调节器时，突加负载时为上式再次表明，ASR采用PI调节器时，转速单闭环直流调速系统为无静差调速系统。前节讨论的单环调速系统由于不能实现对转矩的有效控制，因而系统的动态性能不能令人满

8、意。通过本节对转速、电流双闭环调速系统的动态分析可以知道，双环系统具有优良的动态