运动控制系统第3章转速闭环控制的直流调速系统.ppt

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1、第3章转速闭环控制的直流调速系统电力拖动自动控制系统—运动控制系统3.1有静差的转速闭环直流调速系统调速范围与静差率是一对相互制约的性能指标，提高调速范围同时降低转速的唯一方法是减少额定负载所引起的转速降落。开环直流调速系统中通过调压调节电机转速，对负载扰动没有任何抑制作用。额定负载转速降落：由直流电机参数决定。3.1有静差的转速闭环直流调速系统根据自动控制原理，将系统的被调节量作为反馈量引入系统，与给定量进行比较，用比较后的偏差值对系统进行控制，可以有效地抑制甚至消除扰动造成的影响，而维持被调节量很少变化或不变，这就是反馈控制的基本作用。3.1.1比例控制转速闭环直流调速系统3.1.1比

2、例控制转速闭环直流调速系统电压比较环节比例调节器测速反馈环节电力电子变换器直流电动机Kp——比例调节器的比例系数α——转速反馈系数（V·min/r）转速闭环直流调速静特性方程式（2-32）式中:——闭环系统的开环放大系数闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）间的稳态关系。（a）闭环调速系统转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图图2-19转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图（b）只考虑给定作用时的闭环系统图2-19转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图（c）只考虑扰动作用时的闭环系统开环系统机械特性和比例控制闭环系统静特性的关系1．开环系统机械特性和比例控制闭环系统

3、静特性的关系开环机械特性为(2-46)式中，表示开环系统的理想空载转速，表示开环系统的稳态速降。比例控制闭环系统的静特性为(2-47)式中，表示闭环系统的理想空载转速，表示闭环系统的稳态速降。（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多在同样的负载扰动下，开环系统的转速降落闭环系统的转速降落它们的关系是(2-48)（2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多闭环系统的静差率为开环系统的静差率为当时，（2-49）（3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围如果电动机的最高转速都是nN，最低速静差率都是s，可得开环时，闭环时，得到（2-50）闭环系统静特性和开环系统机械特

4、性的关系开环系统Idn例如：在图2-24中工作点从AA′闭环系统IdnUnUnUcnUd0例如：在图2-24中工作点从AB比例控制直流调速系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电枢电压，以补偿电枢回路电阻压降的变化。例题2-3在例题2-2中，龙门刨床要求D=20，s≤5%，已知Ks=30,α=0.015Vmin/r，Ce=0.2Vmin/r，采用比例控制闭环调速系统满足上述要求时，比例放大器的放大系数应该有多少？解:开环系统额定速降为=275r/min，闭环系统额定速降须为2.63r/min，由式（2-48）

5、可得则得即只要放大器的放大系数等于或大于46。3.1.3闭环直流调速系统反馈控制规律（1）比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统比例控制反馈控制系统的开环放大系数值越大，系统的稳态性能越好。但只要比例放大系数Kp＝常数，开环放大系数K≠∞，反馈控制就只能减小稳态误差，而不能消除它，这样的控制系统叫做有静差控制系统。（2）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动,服从给定反馈控制系统具有良好的抗扰性能，它能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用，对于给定作用的变化唯命是从。闭环调速系统的给定作用和扰动作用（3）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度反馈控制系统无法鉴别是对给定电压的

6、正常调节还是不应有的给定电压的电源波动。反馈检测装置的误差也是反馈控制系统无法克服的。现代调速系统的发展趋势是用数字给定和数字测速来提高调速系统的精度。调速系统的扰动源3.1.4比例控制闭环直流调速系统的动态稳定性一个带有储能环节的线性物理系统的动态过程可以用线性微分方程描述，微分方程的解即系统的动态过程，它包括两部分：动态响应和稳态解。在动态过程中，从施加给定输入值的时刻开始，到输出达到稳态值以前，是系统的动态响应；系统达到稳态后，可用稳态解来描述系统的稳态特性。比例放大器的传递函数电力电子变换器的传递函数测速反馈的传递函数(2-33)（2-42）(2-43)他励直流电动机在额定励磁下的

7、等效电路假定主电路电流连续，动态电压方程为(2-34)忽略粘性摩擦及弹性转矩，电动机轴上的动力学方程为(2-35)额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为(2-36)(2-37)——包括电动机空载转矩在内的负载转矩，（N·m）——电力拖动装置折算到电动机轴上的飞轮惯量，(N·m2)——电动机额定励磁下的转矩系数，(N·m/A)再定义下列时间常数：——电枢回路电磁时间常数(s)——电力拖动系统机电时间常数(s)整理后得(2-