電力拖動(dòng)與運(yùn)動(dòng)控制課件速度閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)

1、第二章速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)主要內(nèi)容CSSSE開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的性能和存在的問(wèn)題速度單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)特性分析無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能多環(huán)重點(diǎn)內(nèi)容2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)2主要內(nèi)容CSSSE開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的性能和存在的問(wèn)題速度單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)3開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1. 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性加載在直流電

2、CSSSE上的電壓是晶閘管整流裝置的輸出瞬時(shí)電壓ud和平均電壓Ud，如果把整流裝置內(nèi)阻上的電壓降移到外面，當(dāng)做負(fù)載電路電壓降的一部分，整流電壓便可用其理想空載值ud0和Ud0來(lái)代替。此時(shí)，瞬時(shí)電壓平衡方程式可以寫(xiě)為：+ i R + L didu= Ed0addtL：電樞回路總電感，包括電電樞電感和平波電抗器電感；R：電樞回路總電阻，包括整流裝置內(nèi)阻、電電樞電阻和平波電抗器電阻2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)4開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1. 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性對(duì)應(yīng)平均電壓Ud0的電壓平衡方程式CSSSEUd0= Ea+ Id R = Ce n + Id R開(kāi)環(huán)機(jī)械特性表達(dá)式為n = Ud0

3、- Id R = n- Dn0opopCCeen0op：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速Dnop：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)5開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1. 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性CSSSE開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性在形式上與直流電平衡方程式類(lèi)似，但是兩者有本質(zhì)的不同的電動(dòng)勢(shì)- Id Ra電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為 nCeCe的電樞電阻此處R為Ra，是直流電n = Ud0- Id R開(kāi)環(huán)機(jī)械特性表達(dá)式為CeCe此處R為Ra + Rs，是電樞電阻+ 整流裝置內(nèi)阻2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)6開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)1. 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性CSSSE改變晶閘管角，就可以改變Ud

4、0 。晶閘管整流裝置可以看成是一個(gè)線(xiàn)性的可控電壓源通過(guò)改變觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路的輸出平均電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電電壓來(lái)改變功率變換電路轉(zhuǎn)速的目的電壓與輸出轉(zhuǎn)速之間只有順向作用而無(wú)反向，輸出轉(zhuǎn)速并不影響電壓，屬于開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)適用于生產(chǎn)機(jī)械對(duì)靜差率要求不高的場(chǎng)合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)速2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)7開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2. 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的性能和存在的問(wèn)題CSSSEl 許多需要無(wú)級(jí)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對(duì)靜差率提出較嚴(yán)格的要求，不能標(biāo)要求很大的靜差率，此時(shí)，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不能滿(mǎn)足較高的性能指例：某龍門(mén)刨床工作臺(tái)拖動(dòng)采用V - M 直流調(diào)速系統(tǒng)，其中的各銘牌參數(shù)分別為

5、60kW、220V、305A、1000r / min，直流電Ce = 0.2V × min/ r；主回路總電阻R = 0.18W，要求D = 20，d £ 5%。開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能否要求？2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)8開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2. 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的性能和存在的問(wèn)題解：系統(tǒng)在額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落為：CSSSEDn= IN R = 305´ 0.18 = 275r / minNC0.2e則開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性在額定轉(zhuǎn)差率為DnN275d = 21.6%nN + DnN1000 + 275已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了5%的要求。若滿(mǎn)足D = 20，d £ 5%的

6、要求，額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)速降落DnN 可如下計(jì)算nN dD (1- d )1000 ´ 0.0520 ´(1- 0.05)Dn= 2.63r / minN2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)9主要內(nèi)容CSSSE開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)速度單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)特性分析無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)10速度單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)CSSSE2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)11速度單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)CSSSE2.2.1 速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性2.2.

7、1.1 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成2.2.1.1 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性2.2.1.3 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的比較2.2.1.4 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本特征2.2.2 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)2.2.2.1 問(wèn)題的提出2.2.2.2 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)2.2.2.3 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)2.2.3 速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)特性分析2.2.3.1 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2.2.3.2 穩(wěn)定性分析2.2.4 無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)12（一）速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性CSSSE1. 速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成晶閘管觸發(fā)裝置驅(qū)動(dòng)電路器

8、主電路速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成2016-11-413Back to 反饋規(guī)律章 速度閉環(huán)Back to 系統(tǒng)各單元靜特性的直流調(diào)速系統(tǒng)第二反饋環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)（一）速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性CSSSE2. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性靜特性：閉環(huán)系統(tǒng)中電轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系分析速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，需做出如下假設(shè)：1.2.3.假定各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系是線(xiàn)性的；假定系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性是連續(xù)的； 忽略直流電源和電位器的內(nèi)阻2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)14（一）速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性CSSSE2. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性電壓比較環(huán)節(jié)：DU = Ugd

9、 -U f放大器：Uk = Kp DU觸發(fā)器與晶閘管整流裝置：Ud 0 = KsUk測(cè)速發(fā)電機(jī)：U f= a n- Id R系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性：n = Ud 0Ce2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)15Back to 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)組成示意圖（一）速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性CSSSE2. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性參數(shù)說(shuō)明：Kp：放大器電壓放大倍數(shù)Ks：觸發(fā)器和晶閘管整a：測(cè)速反饋系數(shù)壓放大倍數(shù)Ud 0：（理想空載）整流電壓的平均值R：主電路總的等效電阻（整流裝置內(nèi)阻、電機(jī)電樞電阻、平波電抗器內(nèi)阻）2016-11-416轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào) 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖第二

10、章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)（一）速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性CSSSE2. 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程如下：K K aK = psCeKK UIRpsgdn =-dCe (1+ K )Ce (1+閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)= n0b - Dnb閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)轉(zhuǎn)速降閉環(huán)系統(tǒng)理想空載轉(zhuǎn)速2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)17（一）速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性CSSSE3. 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比較 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性的硬度大大提高當(dāng)理想空載轉(zhuǎn)速相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，的調(diào)速范圍可以大大提

11、高當(dāng)給定電壓相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速大大降低例：前例中的龍門(mén)刨床工作臺(tái)拖動(dòng)，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，已知晶閘管整流器與觸發(fā)裝置的電壓放大系數(shù)Ks = 30，轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)a = 0.015V × min/ r，為滿(mǎn)足給定的要求，計(jì)算放大器的電壓放大系數(shù)K p。2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)18（一）速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性CSSSE3. 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比較= Id R = 275r / min解：由前例可知，系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)速降Dn0opCeId RC (1+ K )滿(mǎn)足指標(biāo)要求的速降為Dn= 2.63r / min0b則可以求得閉環(huán)

12、系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)K = Dn0op-1 = 275 -1 = 103.6Dn0b2.63由K = Kp Ksa 可以求得放大器的放大系數(shù)Ce= KCe = 103.6 ´ 0.2 = 46KK ap30 ´ 0.015第二章 速度閉環(huán)s2016-11-4的直流調(diào)速系統(tǒng)19閉環(huán)系統(tǒng)必須引入放大器（一）速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性CSSSE3. 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性與閉環(huán)系統(tǒng)靜特性比較綜合上述四條特點(diǎn)，可得出以下結(jié)論：閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，在保證一定靜差率的要求下， 大大提高了調(diào)速范圍。但是閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置檢測(cè)裝置和電壓放大器。調(diào)速系統(tǒng)之所以產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)速

13、降，根本起了電樞回路電阻壓降。在于負(fù)載電流引閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)速降減少，并不是由于閉環(huán)后能使電樞回路電阻減小，而是閉環(huán)系統(tǒng)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，它能隨著負(fù)載的變化相應(yīng)地改變整流裝置輸出電壓。2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)20（一）速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性CSSSE4. 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的基本特征反饋規(guī)律l 應(yīng)用比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)是有靜差的l 閉環(huán)系統(tǒng)絕對(duì)服從于給定輸入系統(tǒng)l 閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于被包圍在負(fù)有效地加以抑制l 對(duì)給定電源和反饋檢測(cè)元件中的誤差一切主通道上的繞動(dòng)作用都能為力2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)21速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)組成示意圖（二）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的

14、限流保護(hù)1. 問(wèn)題的提出CSSSE限流保護(hù)是為了解決反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)和堵轉(zhuǎn)時(shí)電流過(guò)大的問(wèn)題而采取的一種限流措施l 過(guò)大的電流會(huì)損壞電和晶閘管l 反饋原理：要維持哪一個(gè)物理量基本不變，就應(yīng)該引入那個(gè)物理量的負(fù)反饋電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋的引入不能影響電正常工作時(shí)的靜特性 電流截止負(fù)反饋：正常運(yùn)行時(shí)不起作用；一旦電流超過(guò)規(guī)定值，電流負(fù)反饋即投入運(yùn)行限流保護(hù)的具體方法即為：引入電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)22（二）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)2. 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)CSSSERc：小阻值，取出電流反饋信號(hào)Idj：臨界截止電流Ubj：比較電壓Id Rc > U

15、bj，二極管導(dǎo)通，U fi加上Id Rc < Ubj，二極管截止，U fi消失= Ubj截止電流Idj電流截止負(fù)反饋裝置原理接線(xiàn)（1）用直流電源做比較電壓Rc2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)23（二）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)2. 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)CSSSE電流截止負(fù)反饋裝置原理接線(xiàn)（2）用穩(wěn)壓管的擊穿電壓做比較電壓2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)24（二）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)2. 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)CSSSE電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的輸入出特性是一個(gè)非線(xiàn)性環(huán)節(jié)（兩段線(xiàn)性環(huán)節(jié)）：Id Rc -UbjId Rc -Ubj> 0，輸出等于輸入< 0，

16、輸出為零電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的輸入輸出特性2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)25（二）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)CSSSE3. 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)26轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（二）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)CSSSE3. 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)Id £ Idj時(shí)，電流負(fù)反饋被截止，靜特性方程式為Kp KsUgdId Rn =-= n- DnC (1+ K )C (1+ K )0bbee當(dāng)Id > Idj時(shí)，電流負(fù)反饋起作用，靜

17、特性方程式為Kp KsUgdKp KsId RC (1+ K )(IR -U) -n =-C (1+ K )C (1+ K )dcbjeee(Ugd+ Ubj )(R + Kp Ks Rc )Kp Ks=-IdC (1+ K )C (1+ K )ee= n' - Dn'0b2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)27（二）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)CSSSE3. 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)U+ UR + K K RK K由Id可得(Ugd+ Ubj )+ UbjKp KsUgd=»Idu堵轉(zhuǎn)電流R + KK RRpscc堵轉(zhuǎn)：電正常運(yùn)行時(shí)，將轉(zhuǎn)子

18、堵住，強(qiáng)制其停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)電樞電流將迅速上升2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)28（二）單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的限流保護(hù)CSSSE3. 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)n0 A段：電流負(fù)反饋截止時(shí)靜特性A B段：電流負(fù)反饋起作用時(shí)靜特性下垂特性挖土機(jī)(1)(2)特劇下降理想空載轉(zhuǎn)速提高設(shè)計(jì)須知：< (1.5 2) Id max> IN1.2.IduIdj帶電流截止負(fù)反饋速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)29（三）速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)特性分析CSSSE1. 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型建立線(xiàn)性系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基本步驟：l 寫(xiě)出描述各環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)過(guò)程的微

19、分方程式；l 求出各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；l 組成系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖并求出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)30速度單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)組成（三）速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)特性分析CSSSE1. 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型(s)UkWp (s ) = DU (s) = Kp放大器晶閘管裝置的失控時(shí)間晶閘管觸發(fā)電路及整流()UsKs= K U (t - T )()-T sWs=d 0=»UK es(s)d 0sksssT s +1Uks(s)U f(s) = aWf轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)n (s)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)31（三）速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)特性分析CSSSE1. 動(dòng)態(tài)

20、數(shù)學(xué)模型電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)電樞回路總電感直流電= L RTlæö+ L dIddId-=+ T主電路微分方程式UR ç Id÷d 0adldtèdtø(s)Id= 1 R Ud 0 (s) - Ea(s)Tl s +12016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)32（三）速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)特性分析CSSSE1. 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型直流電GD2dn- T=×T由電運(yùn)動(dòng)方程式 E (s)375dtR=可得到(s) - I fz(s)IdTm s機(jī)電時(shí)間常數(shù)GD2R=375C CTm負(fù)載電流eT2016-11-4第二章 速度閉環(huán)

21、的直流調(diào)速系統(tǒng)33（三）速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)特性分析CSSSE1. 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型直流電直流電的傳遞函數(shù)為(s) = n (=1 CeW(s)DT T s2 + T s +1Efzmlm2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)34（三）速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)特性分析CSSSE1. 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和傳遞函數(shù)速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2016-11-435Back to 無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)第二章 速度Back to 雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)特性分析閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)（三）速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)特性分析CSSSE1. 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和傳遞函數(shù)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)KW (

22、s) =K a，K = KC(T T s + T s +1)()pseT s +12smlm2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)36（三）速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)特性分析CSSSE1. 動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和傳遞函數(shù)閉環(huán)傳遞函數(shù)(I fz = 0)Kp KsCe(s) = n (s) =1+ KWT (T + T )(s)BT+ TUT TT+ mlss2+ ms s +1 mls s3gd1+ K1+ K1+ K2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)37（三）速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)特性分析CSSSE2. 穩(wěn)定性分析速度閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特征方程+ Tm (Tl

23、+ Ts ) s2+ Tm + TsTmTlTss +1 = 0s31+ K1+ K1+ K系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件(勞斯穩(wěn)定判據(jù))Tm (Tl + Ts ) × Tm+ Ts - TmTlTs> 01+ K1+ K1+ K()TT + T+ T2K <mlssTlTs2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)38（四）采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)CSSSE1. 比例調(diào)節(jié)器和比例規(guī)律PI調(diào)節(jié)器輸入輸出關(guān)系為1R11+ 1òòt òU= i R +dt = U+Udt = K UiUdtscf1fsrsrpsrsrCRR C1001Kp

24、：比例放大系數(shù)，Kp = R1t：時(shí)間常數(shù)，t = R0C1Usr為常數(shù)時(shí)，輸出為U= K U+ 1 UttscpsrsrPI調(diào)節(jié)器原理接線(xiàn)圖2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)39（四）采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)CSSSE1. 比例調(diào)節(jié)器和比例規(guī)律比例調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為(s ) = Kpt s +1(s ) = UscW(s )PIt sUsrPI調(diào)節(jié)器輸出響應(yīng)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)40（四）采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)CSSSE2. 采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)采用比例調(diào)節(jié)器時(shí)：Ts s +11 Ce Dn (s)=T T s

25、2+ T s +1=Cmlme(+ T s +1) + K-I(s) R (T s +1)()T s +1T T s21+fzlsmlmT s +1T T s+ T s +1)()2smlm如果突加負(fù)載，利用終值定理可得：- I fz× R (T s +1)(T s +1)slIRsCDn = lim s ×Dn (s) = lim s ×e= -fz(+ T s +1) + KC (1+ K )()T s +1T T s2s®0s®0esmlm2016-11-441速度單閉環(huán)調(diào)速 統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)（四）采用PI調(diào)節(jié)器

26、的單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)CSSSE2. 采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)當(dāng)采用比例調(diào)節(jié)器時(shí)：-I(s) R t s (T s +1)(T s +1)fzlsCDn (s ) = eKp Ks()(t s +1)t s T s +1T T s +2smlmCe如果突加負(fù)載，利用終值定理可得：-I× R t s (T s +1)(T s +1)fzlsCDn = lim s ×Dn (s) = lim s ×e= 0t s T s +1T T s+ T s +1) + a Kp Ks (t s +1)(s®0s®0()2smlmCe2016-11

27、-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)42（四）采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)CSSSE2. 采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)結(jié)論：和比例的調(diào)速系統(tǒng)都是無(wú)靜差的無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)沒(méi)有速度偏差，則DUn = 0，= a n= UU *則有nn則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) a = U*n maxnmax調(diào)壓調(diào)速時(shí)的最高轉(zhuǎn)速；U *n為電為相應(yīng)的給定電壓最大值maxn max2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)43主要內(nèi)容CSSSE開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)速度單閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直

28、流調(diào)速系統(tǒng)44多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)CSSSE2.3.1 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性2.3.1.1 問(wèn)題的提出2.3.1.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成2.3.1.3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性2.3.2 雙閉環(huán)調(diào)速系程分析2.3.2.1 啟動(dòng)過(guò)程的三個(gè)階段2.3.2.2 啟動(dòng)過(guò)程特點(diǎn)2.3.3 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)45多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)CSSSEl 多環(huán)系統(tǒng)：是指按一環(huán)套一環(huán)的嵌套結(jié)構(gòu)組成的具有兩個(gè)或兩個(gè)以上閉環(huán)的系統(tǒng)l 相當(dāng)于過(guò)程中的串級(jí)系統(tǒng)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)46（一）轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成

29、及靜特性CSSSE1. 問(wèn)題的提出帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形直流電理想啟動(dòng)過(guò)程波形2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)47（一）轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性CSSSE1. 問(wèn)題的提出理想啟動(dòng)特性：l 當(dāng)電最大電流受到限制時(shí)，在過(guò)渡過(guò)程中電流始終保持最大值，電以最大轉(zhuǎn)矩，調(diào)最大啟動(dòng)度到達(dá)給定轉(zhuǎn)速時(shí)，電流立刻降低，使轉(zhuǎn)速與負(fù)載達(dá)到平衡，轉(zhuǎn)入穩(wěn) 定運(yùn)行狀態(tài)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)48（一）轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性CSSSE1. 問(wèn)題的提出ü 為實(shí)現(xiàn)在條件下的最快啟動(dòng)，關(guān)鍵是獲得一段電流維持在最大值的恒流過(guò)程

30、ü 欲維持電流在最大值處和負(fù)載電流值處為恒值，引入電流負(fù)反饋ü 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的研究目的：快速安全啟動(dòng)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)49（一）轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性CSSSE2. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)外環(huán)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)50（一）轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性CSSSE2. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成對(duì)轉(zhuǎn)速和電流分別進(jìn)行ASR：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ACR：電流調(diào)節(jié)器，設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速：主控信號(hào)，有外加給定值，外環(huán)電流：穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)受負(fù)載決定

31、，內(nèi)環(huán)ASR的輸出作為ACR的輸入，ACR的輸出觸發(fā)裝置2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)51（一）轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性CSSSE3. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性PI調(diào)節(jié)器，輸出限幅轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)52（一）轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性CSSSE3. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，而且兩個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出都限幅ASR的輸出限幅電壓U * 決定ACR的給定電壓最大值imACR的輸出限幅電壓U * 決定觸發(fā)晶閘管輸出電壓的最大值ctm帶有輸出限幅的PI調(diào)節(jié)器存在兩種

32、狀態(tài)：飽和：輸出達(dá)到限幅值，在調(diào)節(jié)器退飽和之前輸出為恒值不飽和：輸出未達(dá)到限幅值，調(diào)節(jié)器進(jìn)行無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差調(diào)節(jié)達(dá)到最大值，因此ACR始終正常運(yùn)行時(shí)，電流飽和，只有ASR涉及是否飽和問(wèn)題2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)53（一）轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性CSSSE3. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性ASR不飽和：ASR與ACR均無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差n = Ua = n= UÞU *nnn0= U = b IU *iidUi < UimÞId < Idm這一段靜特性從電流為0一直持續(xù)到電流達(dá)到IdmASR飽和：轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開(kāi)環(huán)，僅剩電流無(wú)靜差單環(huán)系統(tǒng)=

33、 U *b = In < n ：I0dimdmn ³ n0：ASR退飽和雙環(huán)系統(tǒng)在Id < Idm時(shí)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在Id = Idm時(shí)電流無(wú)靜差2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)54（一）轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性CSSSE3. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性< Idm時(shí)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，在Id= Idm時(shí)電流無(wú)靜差雙環(huán)系統(tǒng)在Id雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)55（一）轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性CSSSE3. 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器均不飽和，此時(shí)(1)(2)a

34、 n= U * = U= a n，轉(zhuǎn)速由給定電壓決定0nnb I= U * = U = b I，電流環(huán)的給定輸入由負(fù)載電流決定diidL+ IdL RCe n C n + I RU d ed= a，(3)U=電壓同時(shí)取決于ctKKKsss給定電壓和負(fù)載電流反饋系數(shù)計(jì)算：a = Ub = U*nm*imnImaxdm輸入電壓的限制U *和U * 受運(yùn)算放大器的工作電壓和nmim2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)56（二）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程分析1. 啟動(dòng)過(guò)程的三個(gè)階段CSSSE設(shè)置雙閉環(huán)的重要目的啟動(dòng)過(guò)程的3個(gè)階段：是獲得接近理想啟動(dòng)特性的.II.電流上升階段啟動(dòng)過(guò)程，整個(gè)啟動(dòng)

35、過(guò)程按恒流升速階段照ASR處于不飽和、飽和、退飽和III.轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段的不同狀態(tài)分為三個(gè)階段2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)57啟動(dòng)過(guò)程分析（二）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程分析2. 啟動(dòng)過(guò)程特點(diǎn)CSSSE啟動(dòng)過(guò)程特點(diǎn)：（）飽和非線(xiàn)性ASR飽和：恒值電流調(diào)節(jié)ASR不飽和：電流隨動(dòng)，無(wú)靜差調(diào)速（）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)（）退飽和轉(zhuǎn)速超調(diào)2016-11-4第二章 速度閉環(huán)的直流調(diào)速系統(tǒng)58（三）雙閉環(huán)調(diào)速系CSSSE系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能：（）動(dòng)態(tài)跟隨性能（）動(dòng)態(tài)抗擾性能：抗負(fù)載擾動(dòng)、抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)ASR和ACR的作用：ASR：轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)無(wú)靜差；抵抗負(fù)載擾動(dòng)；限制最大電流ACR：抵抗內(nèi)環(huán)擾動(dòng)；最大啟動(dòng)電流；限制電流最大值； 電流跟隨作用2016