闭环控制的直流调速系统课件.ppt

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1、运动控制系统第2章闭环控制的直流调速系统转速单闭环直流调速系统转速、电流双闭环直流调速系统调节器的设计方法内容提要2.1转速单闭环直流调速系统2.1.1转速单闭环直流调速系统的控制规律将系统的被调节量作为反馈量引入系统中，使之与给定量进行比较，用比较后的差值对系统进行控制，可以有效地抑制直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思想。基于负反馈（输入量与输出量相减）基础上的“检测误差，用以纠正误差”这一原理组成的系统，对于输出量反馈的传递途径有一个闭合的环路，因此被称作闭环控制系统。系统工作原理图2-1带转速

2、负反馈的闭环直流调速系统原理框图在反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安装一台测速发电机TG，从而引出与被调量转速成正比的负反馈电压Un，Un与给定电压U*n相比较后，得到转速偏差电压Un，Un经过放大器A，产生电力电子变换器UPE的控制电压Uc，用以控制电动机转速n。闭环控制系统和开环控制系统的主要差别就在于转速经过测量元件反馈到输入端参与控制。闭环调速系统中各环节的稳态关系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以上各关系式中新出现的系数为：——比例调节器的比例系数；——转速反馈系数（V·min/r）——电力

3、电子变换器理想空载输出电压（V）（变换器内阻已并入电枢回路总电阻R中）。静特性方程式式中:闭环系统的开环放大系数（2-1）只考虑给定作用时的闭环系统图2-2转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图只考虑扰动作用时的闭环系统图2-2转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图稳态结构图图2-2转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图系统静特性分析闭环系统的静特性方程式为它的开环机械特性为（2-2）（2-3）式中，和分别表示闭环和开环系统的理想空载转速；和分别表示闭环和开环系统的稳态速降。稳态速降的比较（1）在相同的负载扰动下，闭环系统的负载降落仅为开环

4、系统转速降落的。它们的关系是（2-4）图2-3闭环系统静特性与开环系统机械特性转速静差率的比较（2）在相同的理想空载转速条件下，闭环系统的转速静差率也仅为开环系统的。因为条件是，所以（2-5）调速范围的比较（3）在相同的静差率约束下，闭环系统的调速范围为开环系统的（1+K）倍。当系统的最高转速是电动机额定转速，所要求的静差率为s时，由式（2-4）得到（2-6）从上述三点可见，闭环系统的静特性比开环系统的机械特性要硬得多，在保证一定静差率的要求下，闭环系统能够扩大调速范围。系统调节过程图2-4闭环系统静特性和开环系统机械特性的关系开环系统Id

5、n例如：在图2-4中工作点从AA′闭环系统IdnUnUnnUd0Uc例如：在图2-4中工作点从AB最终从A点所在的开环机械特性过渡到B点所在的开环机械特性，电枢电压由增加至。闭环系统的静特性就是由多条开环机械特性上相应的工作点组成的一条特性曲线。反馈控制规律只有比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的。只有K=，才能使ncl=0，而这是不可能的。过大的K值也会导致系统的不稳定。反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。一方面能够有效地抑制一切被包含在负反馈环内前向通道上的扰动作用；另一方面则能

6、紧紧跟随着给定作用，对给定信号的任何变化都是唯命是从。反馈控制规律图2-5闭环调速系统的给定作用和扰动作用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给定信号的正常调节还是外界的电压波动。反馈通道上有一个测速反馈系数，它同样存在着因扰动而发生的波动，由于它不是在被反馈环包围的前向通道上，因此也不能被抑制。反馈控制规律2.1.2转速单闭环直流调速系统的限流保护限流问题的提出：起动的冲击电流——直流电动机全电压起动时，会产生很大的冲击电流。堵转电流——电动机堵转时，电流将远远超过允许值。电流截止负反馈的应用在原先的转速负反馈闭

7、环系统的基础上，再增加一个电流负反馈，令电流负反馈在电动机起动和堵转时起作用，维持电流基本不变；当电动机在正常运行时，取消此电流负反馈，不影响系统的调速性能。此类只在电流大到一定程度时才出现的电流负反馈被称为电流截止负反馈。电流截止负反馈环节——在主电路中的采样电阻——比较电压时，输出和输入相等；时，输出为零。图2-6电流截止负反馈环节的输入输出特性稳态结构框图图2-7带电流截止负反馈环的闭环直流调速系统稳态结构框图电流截止负反馈环节的形式图2-8电流截止负反馈环节（a）利用独立直流电源作比较电压（b）利用稳压管产生比较电压静特性方程式当时

8、，电流负反馈被截止，系统就是单纯的转速负反馈调速系统，当时，电流负反馈与转速负反馈同时存在，（2-1）（2-7）图2-9带电流截止负反馈闭环调速系统的静特性电流负反馈段的作用相当