电力拖动自动控制系统(陈伯时)ppt1-5闭环控制的直流调速系统.ppt

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1、闭环控制的直流调速系统电力拖动自动控制系统第1章1本章提要1.1直流调速系统用的可控直流电源1.2晶闸管-电动机系统的主要问题1.3直流脉宽调速系统的主要问题1.4反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计1.5反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计1.6比例积分控制规律和无静差调速系统2本节要点：1.调速系统各环节动态数学模型的推导及其简化的工程约束条件；2.闭环调速系统传递函数的建立及在系统稳定性判别中应用。重点、难点：调速系统各环节动态数学模型的推导及其简化的工程约束条件3为了分析调速系统的稳定性和动态品质，必须首先建立描述系统动态物理规律的数学模型，对于连续的线性定常系统，其数学

2、模型是常微分方程，经过拉氏变换，可用传递函数和动态结构图表示,基本步骤如下：（1）根据系统中各环节的物理规律，列出描述该环节动态过程的微分方程；（2）求出各环节的传递函数；（3）组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。1.5.1反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型4反馈控制有静差直流调速系统原理图-+51.电力电子器件的传递函数构成系统的主要环节是电力电子变换器和直流电动机。不同电力电子变换器的传递函数，它们的表达式是相同的，都是(1-45)只是在不同场合下，参数Ks和Ts的数值不同而已。6+2.直流电动机的传递函数(1-46)假定主电路电流连续，则动态电压方程为电路方程7如果，

3、忽略粘性磨擦及弹性转矩，电机轴上的动力学方程为(1-47)额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为(1-48)(1-49)电机空载转矩在内的负载转矩，N-m电力拖动系统折算到电机轴上的飞轮惯量，N-m28—电枢回路电磁时间常数，s；—电力拖动系统机电时间常数，s。定义下列时间常数9代入式（1-46）和（1-47）,并考虑式（1-48）和（1-49），整理后得(1-50)(1-51)式中为负载电流。微分方程10在零初始条件下，取等式两侧的拉氏变换，得电压与电流间的传递函数电流与电动势间的传递函数(1-52)(1-53)传递函数11动态结构图Id(s)IdL(s)+-E(s)RTmsb.式（1

4、－53）的结构图E(s)Ud0+-1/RTls+1Id(s)a.式（1－52）的结构图图1-34额定励磁下直流电动机动态结构图12n(s)c.整个直流电动机的动态的结构图1/CeUd0IdL(s)EId(s)++--1/RTls+1RTms13由上图c可以看出，直流电动机有两个输入量，一个是施加在电枢上的理想空载电压，另一个是负载电流。▲理想空载电压-------控制输入量▲负载电流----------扰动输入量如果不需要在结构图中显现出电流，可将扰动量的综合点移前，再进行等效变换，得下图a。如果是理想空载，则IdL=0，结构图即简化成下图b。14n(s)Ud0(s)+-1/CeTmTl

5、s2+Tms+1IdL(s)R(Tls+1)动态结构图的变换和简化a.IdL≠015n(s)1/CeTmTls2+Tms+1Ud0(s)动态结构图的变换和简化（续）b.IdL=016直流闭环调速系统中的其他环节还有比例放大器和测速反馈环节，它们的响应都可以认为是瞬时的，因此它们的传递函数就是它们的放大系数，即放大器测速反馈（1-55）（1-54）3.控制与检测环节的传递函数174.闭环调速系统的动态结构图图1-36反馈控制闭环调速系统的动态结构图n(s)U*n(s)IdL(s)Uct(s)Un(s)+-KsTss+1KP1/CeTmTls2+Tms+1+-R(Tls+1)Ud0(s)知

6、道了各环节的传递函数后，把它们按在系统中的相互关系组合起来，就可以画出闭环直流调速系统的动态结构图，如下图所示。将电力电子变换器按一阶惯性环节处理后，带比例放大器的闭环直流调速系统可以看作是一个三阶线性系统185.调速系统的开环传递函数由图可见，反馈控制闭环直流调速系统的开环传递函数是式中K=KpKs/Ce（1-56）196.调速系统的闭环传递函数设Idl=0，从给定输入作用上看，闭环直流调速系统的闭环传递函数是（1-57）201.5.2反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件由式（1-57）可知，反馈控制闭环直流调速系统的特征方程为（1-58）它的一般表达式为21根据三阶系统的劳斯-古尔维

7、茨判据，系统稳定的充分必要条件是式（1-58）的各项系数显然都是大于零的，因此稳定条件就只有或22整理后得（1-59）式（1-59）右边称作系统的临界放大系数Kcr,当K≥Kcr时，系统将不稳定。对于一个自动控制系统来说，稳定性是它能否正常工作的首要条件，是必须保证的。＝Kcr231.5.3动态校正—PI调节器的设计1.概述在设计闭环调速系统时，常常会遇到动态稳定性与稳态性能指标发生矛盾的情况（如例题1-5、例题1-7中要求更高调速