電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第四版第二章課件

1、直流調(diào)速系統(tǒng),電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng),第 1 篇,直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速和快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 由于直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，而且從控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，為了保持由淺入深的教學(xué)順序，應(yīng)該首先很好地掌握直流拖動(dòng)控制系統(tǒng)。,根據(jù)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速方程,直流調(diào)速方法,由式可以看出，有三種方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速：

2、 （1）調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U； （2）減弱勵(lì)磁磁通 ?； （3）改變電樞回路電阻 R。,（1）調(diào)壓調(diào)速,工作條件： 保持勵(lì)磁 ? = ?N ； 保持電阻 R = Ra調(diào)節(jié)過(guò)程： 改變電壓 UN ? U? U? ?n ?， n0 ?調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線平行下移。,（2）調(diào)阻調(diào)速,工作條件： 保持勵(lì)磁 ? = ?N ； 保持電壓 U =UN ；調(diào)節(jié)過(guò)程：

3、 增加電阻 Ra ? R? R ? ?n ?，n0不變；調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機(jī)械特性曲線變軟。,,（3）調(diào)磁調(diào)速,工作條件： 保持電壓 U =UN ； 保持電阻 R = R a ；調(diào)節(jié)過(guò)程： 減小勵(lì)磁 ?N ? ?? ? ? ? n ?， n0 ?調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。,調(diào)磁調(diào)速特性曲線,三種調(diào)速方法的性能與比較,對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，

4、以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（即電機(jī)額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。 因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。,第2章 轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng),本章提要,2.1 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源2.2轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng) 2.3比例積分控制規(guī)律和無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)2.4 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制2.5 直流調(diào)速

5、系統(tǒng)的仿真,2.1 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源,旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組（G-M系統(tǒng)）——用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。靜止式可控整流器（V-M系統(tǒng)） ——用靜止式的可控整流器，以獲得可調(diào)的直流電壓。直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器（直流PWM調(diào)速系統(tǒng)）——用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開(kāi)關(guān)器件斬波或進(jìn)行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。,2.1.1 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組（G-M系統(tǒng)）,G-M系統(tǒng)特性,2.1.2

6、 靜止式可控整流器,1、V-M系統(tǒng)工作原理,通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓 Uc 來(lái)移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud ，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。,在如圖可控整流電路中，調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，即可很方便地改變可控整流器 VT 輸出瞬時(shí)電壓 ud 的波形，以及輸出平均電壓 Ud 的數(shù)值。,,2、 觸發(fā)脈沖相位控制,,等效電路分析,如果把整流裝置內(nèi)阻移到裝置外邊，看成是其負(fù)載電路電阻的一部分，那么，整流電壓便可

7、以用其理想空載瞬時(shí)值 ud0 和平均值 Ud0 來(lái)表示，相當(dāng)于用圖示的等效電路代替實(shí)際的整流電路。,瞬時(shí)電壓平衡方程,用觸發(fā)脈沖的相位角? 控制整流電壓的平均值Ud0是晶閘管整流器的特點(diǎn)。 Ud0與觸發(fā)脈沖相位角 ? 的關(guān)系因整流電路的形式而異，對(duì)于一般的全控整流電路，當(dāng)電流波形連續(xù)時(shí)，Ud0 = f (?) 可用下式表示,表2-1 不同整流電路的整流電壓值,* U2 是整流變壓器二次側(cè)額定相電壓的有效值。,整流與逆變狀態(tài),當(dāng) 0

8、 0 ，晶閘管裝置處于整流狀態(tài)，電功率從交流側(cè)輸送到直流側(cè)； 當(dāng) ?/2 < ? < ?max 時(shí)， Ud0 < 0 ，裝置處于有源逆變狀態(tài)，電功率反向傳送。 為避免逆變顛覆，應(yīng)設(shè)置最大的移相角限制。相控整流器的電壓控制曲線如下圖,,,,,逆變顛覆限制,通過(guò)設(shè)置控制電壓限幅值，來(lái)限制最大觸發(fā)角。,3、 電流脈動(dòng)及其波形的連續(xù)與斷續(xù),? 電流脈動(dòng)產(chǎn)生的原因 ?整流電壓波形是脈動(dòng)的。

9、 在整流變壓器二次側(cè)額定相電壓u2的瞬時(shí)值大于反電動(dòng)勢(shì)E時(shí)，晶閘管才可能被觸發(fā)導(dǎo)通。導(dǎo)通后如果u2降低到E以下，靠電感作用可以維持電流id繼續(xù)流通。 ? 主電路儲(chǔ)能電感的值是有限的。 當(dāng)V-M系統(tǒng)主電路有足夠大的電感量，而且電動(dòng)機(jī)的負(fù)載也足夠大時(shí)，整流電流便具有連續(xù)的脈動(dòng)波形。當(dāng)電感量較小或負(fù)載較輕時(shí)，在某一相導(dǎo)通后電流升高的階段

10、里，電感中的儲(chǔ)能較少；等到電流下降而下一相尚未被觸發(fā)以前，電流已經(jīng)衰減到零，于是，便造成電流波形斷續(xù)的情況。 由于電流波形的脈動(dòng)，可能出現(xiàn)電流連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，這是V-M系統(tǒng)不同于G-M系統(tǒng)的又一個(gè)特點(diǎn)。,V-M系統(tǒng)主電路的輸出,,,,,,,,,,? 抑制電流脈動(dòng)的措施,在V-M系統(tǒng)中，脈動(dòng)電流會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械不利，同時(shí)也增加電機(jī)的發(fā)熱。為了避免或減輕這種影響，須采用抑制電流脈動(dòng)的措

11、施，主要是：設(shè)置平波電抗器；增加整流電路相數(shù)；采用多重化技術(shù)。,（1）平波電抗器的設(shè)置與計(jì)算,單相橋式全控整流電路 三相半波整流電路 三相橋式整流電路,,,,,（2）多重化整流電路,如圖電路為由2個(gè)三相橋并聯(lián)而成的12脈波整流電路，使用了平衡電抗器來(lái)平衡2組整流器的電流。,4 晶閘管-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的機(jī)械特

12、性,當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性方程式為 式中 Ce = Ke?N —電機(jī)在額定磁通下的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。,,（1）電流連續(xù)情況,改變控制角?，得一族平行直線，這和G-M系統(tǒng)的特性很相似。 圖中電流較小的部分畫成虛線，表明這時(shí)電流波形可能斷續(xù)。,當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，由于非線性因素，機(jī)械特性方程要復(fù)雜得多。以三相半波整流電路構(gòu)成的V-M系統(tǒng)為例，電流斷續(xù)時(shí)機(jī)械特性須用下列方程組表示

13、 式中 ；? — 一個(gè)電流脈波的導(dǎo)通角。,（2）電流斷續(xù)情況,當(dāng)阻抗角? 值已知時(shí)，對(duì)于不同的控制角??，可用數(shù)值解法求出一族電流斷續(xù)時(shí)的機(jī)械特性。 對(duì)于每一條特性，求解過(guò)程都計(jì)算到 ? = 2?/3為止，因?yàn)? 角再大時(shí)，電流便連續(xù)了。對(duì)應(yīng)于 ? = 2?/3 的曲線是電流斷續(xù)區(qū)與連續(xù)區(qū)的分界線。,（3）V-M系統(tǒng)機(jī)械特性的特點(diǎn),當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，特性還比較硬；

14、斷續(xù)段特性則很軟，而且呈顯著的非線性，理想空載轉(zhuǎn)速翹得很高。,6、 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和傳遞函數(shù),在進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)時(shí)，可以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當(dāng)作系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)看待。 應(yīng)用線性控制理論進(jìn)行直流調(diào)速系統(tǒng)分析或設(shè)計(jì)時(shí)，須事先求出這個(gè)環(huán)節(jié)的放大系數(shù)和傳遞函數(shù)。 實(shí)際的觸發(fā)電路和整流電路都是非線性的，只能在一定的工作范圍內(nèi)近似看成線性環(huán)節(jié)。 如有可能，最好先用實(shí)驗(yàn)方法

15、測(cè)出該環(huán)節(jié)的輸入-輸出特性，即曲線，設(shè)計(jì)時(shí)，希望整個(gè)調(diào)速范圍的工作點(diǎn)都落在特性的近似線性范圍之中，并有一定的調(diào)節(jié)余量。,晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)的實(shí)驗(yàn)計(jì)算,晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)可由工作范圍內(nèi)的特性率決定，計(jì)算方法是,放大系數(shù)的計(jì)算,如果不可能實(shí)測(cè)特性，只好根據(jù)裝置的參數(shù)估算。例如： 設(shè)觸發(fā)電路控制電壓的調(diào)節(jié)范圍為 Uc = 0~10V 相對(duì)應(yīng)的整流電壓的變化范圍是

16、 Ud = 0~220V 可取 Ks = 220/10 = 22,晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)估算,晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù),在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，其滯后效應(yīng)是由晶閘管的失控時(shí)間引起的。眾所周知，晶閘管一旦導(dǎo)通后，控制電壓的變化在該器件關(guān)斷以前就不再起作用，直到下一相觸發(fā)脈沖來(lái)到時(shí)才能使輸出整流電壓發(fā)生變化，這就造成整流電

17、壓滯后于控制電壓的狀況。,傳遞函數(shù),（1）晶閘管觸發(fā)與整流失控時(shí)間分析,,顯然，失控制時(shí)間是隨機(jī)的，它的大小隨發(fā)生變化的時(shí)刻而改變，最大可能的失控時(shí)間就是兩個(gè)相鄰自然換相點(diǎn)之間的時(shí)間，與交流電源頻率和整流電路形式有關(guān)，由下式確定,（2）最大失控時(shí)間計(jì)算,（3）Ts 值的選取,相對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間來(lái)說(shuō)，Ts 是不大的，在一般情況下，可取其統(tǒng)計(jì)平均值 Ts = Tsmax /2，并認(rèn)為是常數(shù)。也有人主張按最嚴(yán)重的情況考慮，取Ts = T

18、smax 。表2-2列出了不同整流電路的失控時(shí)間。,表2-2 各種整流電路的失控時(shí)間（f =50Hz）,用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入-輸出關(guān)系為按拉氏變換的位移定理，晶閘管裝置的傳遞函數(shù)為,（4）傳遞函數(shù)的求取,由于式中包含指數(shù)函數(shù)，它使系統(tǒng)成為非最小相位系統(tǒng)，分析和設(shè)計(jì)都比較麻煩。為了簡(jiǎn)化，先將該指數(shù)函數(shù)按臺(tái)勞級(jí)數(shù)展開(kāi)，則上式變成,考慮到 Ts 很小，可忽略高次項(xiàng)，則傳遞函數(shù)便近似成一階慣性環(huán)節(jié)。,（

19、5）晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu),7、 V-M系統(tǒng)的特點(diǎn),晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在10 4 以上，不需要較大功率的放大器。 在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管整流器是毫秒級(jí)，這將大大提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。,由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難。 晶閘管對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流和

20、過(guò)高的dV/dt與di/dt 都十分敏感，若超過(guò)允許值會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件。 由諧波與無(wú)功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”。,2.1.3 直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器,全控型電力電子器件問(wèn)世以后，就出現(xiàn)了采用脈沖寬度調(diào)制的高頻開(kāi)關(guān)控制方式, 形成了脈寬調(diào)制變換器-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)，或直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。 PWM變換器的作用是：用PWM調(diào)制的

21、方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓系列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。 直流PWM調(diào)速系統(tǒng)較直流V-M系統(tǒng)具有較多的優(yōu)越性，在干線鐵道電力機(jī)車、工礦電力機(jī)車、城市有軌和無(wú)軌電車和地鐵電機(jī)車等電力牽引設(shè)備上有很多的應(yīng)用。,1、 PWM變換器的工作狀態(tài)和電壓、電流波形,PWM變換器電路有多種形式，主要分為 不可逆PWM變換器 可逆PWM變換器 下面分別闡述其工

22、作原理。,不可逆PWM變換器,（1）簡(jiǎn)單的不可逆PWM變換器 簡(jiǎn)單的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)主電路原理圖如圖，功率開(kāi)關(guān)器件可以是任意一種全控型開(kāi)關(guān)器件，這樣的電路又稱直流降壓斬波器。,,工作狀態(tài)與波形,在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0 ≤ t < ton時(shí)，Ug為正，VT導(dǎo)通，電源電壓通過(guò)VT加到電動(dòng)機(jī)電樞兩端；當(dāng)ton ≤ t < T 時(shí)， Ug為負(fù)，VT關(guān)斷，電樞失去電源，經(jīng)VD續(xù)流。,O,電機(jī)兩端得

23、到的平均電壓為式中 ? = ton / T 為 PWM 波形的占空比，,輸出電壓方程,改變 ? （ 0 ≤ ? < 1 ）即可調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，若令?? = Ud / Us為PWM電壓系數(shù)，則在不可逆 PWM 變換器 ? = ?,不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不允許電流反向，續(xù)流二極管VD的作用只是為id提供一個(gè)續(xù)流的通道。如果要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)，必須為其提供反向電流通道 。,,,主電

24、路結(jié)構(gòu),,,M,,+,-,,,,,,,,,,,VD2,,,,,,,,Ug2,Ug1,VT2,VT1,VD1,,,,,,,,,,,E,,,,,,,,,,,,4,1,2,3,C,Us,+,,,,,,,,,,,,,,,,,VT2,Ug2,,VT1,,,Ug1,,,,,,,,,（2）有制動(dòng)的不可逆PWM變換器電路,工作狀態(tài)與波形,一般電動(dòng)狀態(tài) 在一般電動(dòng)狀態(tài)中，電流始終為正值（其正方向示于圖1-17a中）。設(shè)ton為VT1的導(dǎo)通

25、時(shí)間，則一個(gè)工作周期有兩個(gè)工作階段：在0 ≤ t ≤ ton期間， Ug1為正，VT1導(dǎo)通， Ug2為負(fù)，VT2關(guān)斷。此時(shí)，電源電壓Us加到電樞兩端，電流 id 沿圖中的回路1流通。,在 ton ≤ t ≤ T 期間， Ug1和Ug2都改變極性，VT1關(guān)斷，但VT2卻不能立即導(dǎo)通，因?yàn)閕d沿回路2經(jīng)二極管VD2續(xù)流，在VD2兩端產(chǎn)生的壓降給VT2施加反壓，使它失去導(dǎo)通的可能。 因此，實(shí)際上是由VT1和VD2交替導(dǎo)通，雖

26、然電路中多了一個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件，但并沒(méi)有被用上。,輸出波形：,制動(dòng)狀態(tài) 在制動(dòng)狀態(tài)中， id為負(fù)值，VT2就發(fā)揮作用了。這種情況發(fā)生在電動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中需要降速的時(shí)候。這時(shí)，先減小控制電壓，使 Ug1 的正脈沖變窄，負(fù)脈沖變寬，從而使平均電樞電壓Ud降低。但是，由于機(jī)電慣性，轉(zhuǎn)速和反電動(dòng)勢(shì)E還來(lái)不及變化，因而造成 E ? Ud 的局面，很快使電流id反向，VD2截止， VT2開(kāi)始導(dǎo)通。,制動(dòng)狀態(tài)的一個(gè)周期分為兩個(gè)工作階段：

27、在 0 ≤ t ≤ ton 期間，VT2 關(guān)斷，－id 沿回路 4 經(jīng) VD1 續(xù)流，向電源回饋制動(dòng)，與此同時(shí)， VD1 兩端壓降鉗住 VT1 使它不能導(dǎo)通。在 ton ≤ t ≤ T期間， Ug2 變正，于是VT2導(dǎo)通，反向電流 id 沿回路 3 流通，產(chǎn)生能耗制動(dòng)作用。 因此，在制動(dòng)狀態(tài)中， VT2和VD1輪流導(dǎo)通，而VT1始終是關(guān)斷的，此時(shí)的電壓和電流波形如圖。,輸出波形,c）制動(dòng)狀態(tài)的電壓﹑電流波形

28、,輕載電動(dòng)狀態(tài) 有一種特殊情況，即輕載電動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)平均電流較小，以致在關(guān)斷后經(jīng)續(xù)流時(shí)，還沒(méi)有到達(dá)周期 T ，電流已經(jīng)衰減到零，此時(shí)，因而兩端電壓也降為零，便提前導(dǎo)通了，使電流方向變動(dòng)，產(chǎn)生局部時(shí)間的制動(dòng)作用。,在1、4階段，電動(dòng)機(jī)流過(guò)負(fù)方向電流，電機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)； 在2、3階段，電動(dòng)機(jī)流過(guò)正方向電流，電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)。 因此，在輕載時(shí)，電流可在正負(fù)方向之間脈動(dòng)，平均電流等于負(fù)載電

29、流，其輸出波形見(jiàn)圖,輸出波形,,輕載電動(dòng)狀態(tài)，一個(gè)周期分成四個(gè)階段：第1階段，VD1續(xù)流，電流 – id 沿回路4流通；第2階段，VT1導(dǎo)通，電流 id 沿回路1流通；第3階段，VD2續(xù)流，電流 id 沿回路2流通；第4階段，VT2導(dǎo)通，電流 – id 沿回路3流通。,小 結(jié),表1-3 二象限不可逆PWM變換器的不同工作狀態(tài),該電路之所以為不可逆是因?yàn)槠骄妷篣d始終大于零，電流雖然能夠反向，而電壓和轉(zhuǎn)速仍不能反向。

30、如果要求轉(zhuǎn)速反向，需要再增加VT和VD，構(gòu)成可逆的PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，這就是下面的橋式直流PWM變換器。,橋式可逆PWM變換器,可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H形）電路，如圖所示。 這時(shí)，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓的極性隨開(kāi)關(guān)器件柵極驅(qū)動(dòng)電壓極性的變化而改變，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，這里只著重分析最常用的雙極式控制的可逆PWM變換器。 雙極式的控制信號(hào)的特點(diǎn)為

31、：,,+Us,Ug4,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Ug3,VD1,VD2,VD3,VD4,,,,,,,,Ug1,Ug2,VT1,VT2,VT4,VT3,1,3,2,A,B,,,4,,,,,,,,VT1,Ug1,,VT2,,Ug2,,,,VT3,Ug3,VT4,Ug4,,,,,,,,,,,,,,,,H橋主電路結(jié)構(gòu),,,,,（1）正向運(yùn)行：第1階段，在 0 ≤ t ≤ ton 期間， Ug1 、 Ug4為正， VT

32、1 、 VT4導(dǎo)通， Ug2 、 Ug3為負(fù)，VT2 、 VT3截止，電流 id 沿回路1流通，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB = +Us ；第2階段，在ton ≤ t ≤ T期間， Ug1 、 Ug4為負(fù)， VT1 、 VT4截止， VD2 、 VD3續(xù)流， 并鉗位使VT2 、 VT3保持截止，電流 id 沿回路2流通，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB = –Us ；,（2）反向運(yùn)行：第1階段，在 0 ≤ t ≤ ton 期間， Ug2 、 Ug3

33、為負(fù)，VT2 、 VT3截止， VD1 、 VD4 續(xù)流，并鉗位使 VT1 、 VT4截止，電流 –id 沿回路4流通，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB = +Us ；第2階段，在ton ≤ t ≤ T 期間， Ug2 、 Ug3 為正， VT2 、 VT3導(dǎo)通， Ug1 、 Ug4為負(fù)，使VT1 、 VT4保持截止，電流 – id 沿回路3流通，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB = – Us ；,輸出波形,,（3）正向輕載運(yùn)行：,,,輸出平均電壓,

34、雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為 如果占空比和電壓系數(shù)的定義與不可逆變換器中相同，則在雙極式控制的可逆變換器中 ? = 2? – 1 注意：這里 ? 的計(jì)算公式與不可逆變換器中的公式就不一樣了。,,調(diào)速范圍,調(diào)速時(shí)， ? 的可調(diào)范圍為0~1， –10.5時(shí)， ? 為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)? <

35、0.5時(shí)， ? 為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)? = 0.5時(shí)， ? = 0 ，電機(jī)停止。,注 意：,當(dāng)電機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零，而是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。這個(gè)交變電流的平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電機(jī)的損耗，這是雙極式控制的缺點(diǎn)。但它也有好處，在電機(jī)停止時(shí)仍有高頻微振電流，從而消除了正、反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用。,性能評(píng)價(jià),雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有下列特點(diǎn)：（1）電流一

36、定連續(xù)；（2）可使電機(jī)在四象限運(yùn)行；（3）電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；（4）低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調(diào)速范圍可達(dá)1:20000左右；（5）低速時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。（6）在工作過(guò)程中，4個(gè)開(kāi)關(guān)器件可能都處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗大，而且在切換時(shí)可能發(fā)生上、下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時(shí)。,2 直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性,由于采用脈寬調(diào)制，嚴(yán)

37、格地說(shuō)，即使在穩(wěn)態(tài)情況下，脈寬調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速也都是脈動(dòng)的，所謂穩(wěn)態(tài)，是指電機(jī)的平均電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)，機(jī)械特性是平均轉(zhuǎn)速與平均轉(zhuǎn)矩（電流）的關(guān)系。 采用不同形式的PWM變換器，系統(tǒng)的機(jī)械特性也不一樣。對(duì)于帶制動(dòng)電流通路的不可逆電路和雙極式控制的可逆電路，電流的方向是可逆的，無(wú)論是重載還是輕載，電流波形都是連續(xù)的，因而機(jī)械特性關(guān)系式比較簡(jiǎn)單，現(xiàn)在就分析這種情況。,對(duì)于帶制動(dòng)電流通路的不可逆電路，電壓平

38、衡方程式分兩個(gè)階段,,,,式中 R、L —電樞電路的電阻和電感。,帶制動(dòng)的不可逆電路電壓方程,（0 ≤ t < ton）,（ton ≤ t < T）,電壓方程,對(duì)于雙極式控制的可逆電路，只在第二個(gè)方程中電源電壓由 0 改為 –Us ，其他均不變。于是，電壓方程為,,,( 0 ≤ t < ton ),雙極式可逆電路電壓方程,(ton ≤ t < T ),機(jī)械特性方程,按電壓方程求一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即可導(dǎo)出機(jī)械

39、特性方程式。無(wú)論是上述哪一種情況，電樞兩端在一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓都是 Ud = ? Us，只是 ? 與占空比 ? 的關(guān)系不同。,平均電流和轉(zhuǎn)矩分別用 Id 和 Te 表示，平均轉(zhuǎn)速 n = E/Ce，而電樞電感壓降的平均值 Ldid / dt 在穩(wěn)態(tài)時(shí)應(yīng)為零。 于是，無(wú)論是上述哪一組電壓方程，其平均值方程都可寫成,式中 Cm = Km?N —電機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)； n0 = ? Us / Ce

40、 —理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比。,PWM調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性,說(shuō) 明,圖中所示的機(jī)械曲線是電流連續(xù)時(shí)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。圖中僅繪出了第一、二象限的機(jī)械特性，它適用于帶制動(dòng)作用的不可逆電路，雙極式控制可逆電路的機(jī)械特性與此相仿，只是更擴(kuò)展到第三、四象限了。對(duì)于電機(jī)在同一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)電流不能反向的電路，輕載時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象，把平均電壓抬高，在理想空載時(shí)，Id = 0 ，理想空載轉(zhuǎn)速會(huì)翹到 n0s＝Us / Ce 。目前，在

41、中、小容量的脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，由于IGBT已經(jīng)得到普遍的應(yīng)用，其開(kāi)關(guān)頻率一般在10kHz左右，這時(shí)，最大電流脈動(dòng)量在額定電流的5%以下，轉(zhuǎn)速脈動(dòng)量不到額定空載轉(zhuǎn)速的萬(wàn)分之一，可以忽略不計(jì)。,3、 PWM控制與變換器的數(shù)學(xué)模型,PWM控制器和變換器可看作一個(gè)環(huán)節(jié)，其驅(qū)動(dòng)電壓都由 PWM 控制器發(fā)出，PWM控制與變換器的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型和晶閘管觸發(fā)與整流裝置基本一致。 按照上述對(duì)PWM變換器工作原理和波形的分析，不難看出，當(dāng)控

42、制電壓改變時(shí)，PWM變換器輸出平均電壓按線性規(guī)律變化，但其響應(yīng)會(huì)有延遲，最大的時(shí)延是一個(gè)開(kāi)關(guān)周期 T 。,因此PWM控制與變換器（簡(jiǎn)稱PWM裝置）也可以看成是一個(gè)滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以寫成,其中 Ks — PWM裝置的放大系數(shù)； Ts — PWM裝置的延遲時(shí)間， Ts ≤ T0 。,當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率為10kHz時(shí)，T = 0.1ms ，在一般的電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，時(shí)間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似看成是一個(gè)

43、一階慣性環(huán)節(jié)，因此,,與晶閘管裝置傳遞函數(shù)完全一致。,4、 電能回饋與泵升電壓的限制,PWM變換器的直流電源通常由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容C濾波，以獲得恒定的直流電壓，電容C同時(shí)對(duì)感性負(fù)載的無(wú)功功率起儲(chǔ)能緩沖作用。,泵升電壓產(chǎn)生的原因,對(duì)于PWM變換器中的濾波電容，其作用除濾波外，還有當(dāng)電機(jī)制動(dòng)時(shí)吸收運(yùn)行系統(tǒng)動(dòng)能的作用。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電機(jī)制動(dòng)時(shí)只好對(duì)濾波電容充電，這將使電容兩

44、端電壓升高，稱作“泵升電壓”。 “泵升電壓”是直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)特有的電能回饋問(wèn)題。 如果不采取措施，電力電子開(kāi)關(guān)器件有可能被泵升電壓擊穿。,電力電子器件的耐壓限制著最高泵升電壓，因此電容量就不可能很小，一般幾千瓦的調(diào)速系統(tǒng)所需的電容量達(dá)到數(shù)千微法。 在大容量或負(fù)載有較大慣量的系統(tǒng)中，不可能只靠電容器來(lái)限制泵升電壓，這時(shí)，可以采用下圖中的鎮(zhèn)流電阻 Rb 來(lái)消耗

45、掉部分動(dòng)能。分流電路靠開(kāi)關(guān)器件 VTb 在泵升電壓達(dá)到允許數(shù)值時(shí)接通。,泵升電壓限制,泵升電壓限制電路,泵升電壓限制,對(duì)于更大容量的系統(tǒng)，為了提高效率，可以在二極管整流器輸出端并接逆變器，把多余的能量逆變后回饋電網(wǎng)。當(dāng)然，這樣一來(lái)，系統(tǒng)就更復(fù)雜了。,5、PWM系統(tǒng)的優(yōu)越性,主電路線路簡(jiǎn)單，需用的功率器件少；開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗及發(fā)熱都較??；低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬；系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，動(dòng)態(tài)抗擾能

46、力強(qiáng)；功率開(kāi)關(guān)器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率適當(dāng)時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高；直流電源采用不控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。,小 結(jié),三種可控直流電源系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組已經(jīng)退出歷史舞臺(tái)，V-M系統(tǒng)在上世紀(jì)60~70年代得到廣泛應(yīng)用，目前主要用于大容量系統(tǒng)。 直流PWM調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛，特別在中、小容量的系統(tǒng)中，已取代V-M系統(tǒng)成為主要的直流調(diào)速方式。,2.2

47、 轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng),內(nèi)容提要：轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性開(kāi)環(huán)系統(tǒng)特性和閉環(huán)系統(tǒng)特性的關(guān)系反饋控制規(guī)律限流保護(hù)——電流截止負(fù)反饋反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定條件動(dòng)態(tài)校正——PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算,2.2.1 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo),任何一臺(tái)需要控制轉(zhuǎn)速的設(shè)備，其生產(chǎn)工藝對(duì)調(diào)速性能都有一定的要求

48、。 歸納起來(lái)，對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制要求有以下三個(gè)方面：,（1）調(diào)速——在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分擋地（有級(jí)）或 平滑地（無(wú)級(jí)）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2）穩(wěn)速——以一定的精度在所需轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾下不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量；（3）加、減速——頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求加、減速盡量快，以提高生產(chǎn)率；不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機(jī)械則要求起，制動(dòng)盡量平穩(wěn)。,調(diào)速指標(biāo),調(diào)速范圍： 生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)

49、機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母 D 表示，即,,靜差率：當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，負(fù)載由理想空載增加到額定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落 ?nN ，與理想空載轉(zhuǎn)速 n0 之比，稱作靜差率 s ，即,圖1-23 不同轉(zhuǎn)速下的靜差率,靜差率與機(jī)械特性硬度的區(qū)別,然而靜差率和機(jī)械特性硬度又是有區(qū)別的。一般調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)速下的機(jī)械特性是互相平行的 。對(duì)于同樣硬度的特性，理想空載轉(zhuǎn)速越低時(shí)，靜差率越大，轉(zhuǎn)速的相對(duì)穩(wěn)定度也就越差。,

50、例如：在1000r/min時(shí)降落10r/min，只占1%；在100r/min時(shí)同樣降落10r/min，就占10%； 如果在只有10r/min時(shí)，再降落10r/min，就占100%，這時(shí)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速全部降落完了。 因此，調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提才有意義。調(diào)速系統(tǒng)的靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn)。,調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系,,,,

51、,對(duì)于同一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)， ?nN 值一定，由式可見(jiàn)，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求 s 值越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。 一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍，是指在最低速時(shí)還能滿足所需靜差率的轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍。,例題某直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為nN=1430r/min，額定速降ΔnN=115r/min， 當(dāng)要求靜差率s≤30%時(shí)，允許多大的調(diào)速范圍？ 如果要求靜差率s≤ 20%，則調(diào)速范圍是多

52、少？ 如果希望調(diào)速范圍達(dá)到10，所能滿足的靜差率是多少？,,解 在要求s≤ 30%時(shí)，允許的調(diào)速范圍為 若要求s≤ 20%，則允許的調(diào)速范圍只有 若調(diào)速范圍達(dá)到10，則靜差率只能是,,,,2.2.2 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其存在的問(wèn)題,若直流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)節(jié)控制電壓就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果負(fù)載的生產(chǎn)工藝對(duì)運(yùn)行時(shí)的靜差率要求不高，這樣的開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無(wú)

53、級(jí)調(diào)速，可以找到一些用途。 但是，許多需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械常常對(duì)靜差率有一定的要求。在這些情況下，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求。,例題1-2 某龍門刨床工作臺(tái)拖動(dòng)采用直流電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下：60kW、220V、305A、1000r/min，采用V-M系統(tǒng)，主電路總電阻0.18Ω，電動(dòng)機(jī)電動(dòng)勢(shì)系數(shù)0.2Vmin/r。如果要求調(diào)速范圍 D = 20，靜差率5%，采用開(kāi)環(huán)調(diào)速能否滿足？若要滿足這個(gè)要求，系統(tǒng)的額定速降最多能有

54、多少？,解 當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，V-M系統(tǒng)的額定速降為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率為 這已大大超過(guò)了5%的要求，更不必談?wù){(diào)到最低速了。,,,如果要求D = 20，s ≤ 5%，則由式（1-29）可知 由上例可以看出，開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的額定速降是275 r/min，而生產(chǎn)工藝的要求卻只有2.63r/min，相差幾乎百倍！ 由此可見(jiàn)，開(kāi)環(huán)調(diào)速已不能滿足

55、要求，需采用反饋控制的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。,2.2.3 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性,根據(jù)自動(dòng)控制原理，反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)是按被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的系統(tǒng)，只要被調(diào)量出現(xiàn)偏差，它就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生糾正偏差的作用。 調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落正是由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速偏差，顯然，引入轉(zhuǎn)速閉環(huán)將使調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該能夠大大減少轉(zhuǎn)速降落。,,系統(tǒng)組成,,調(diào)節(jié)原理,在反饋控制的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，與電動(dòng)機(jī)同軸安裝一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī) TG ，從而引出

56、與被調(diào)量轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)反饋電壓Un ，與給定電壓 U*n 相比較后，得到轉(zhuǎn)速偏差電壓 ?Un ，經(jīng)過(guò)放大器 A，產(chǎn)生電力電子變換器UPE的控制電壓Uc ，用以控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n。,UPE的組成,圖中，UPE是由電力電子器件組成的變換器，其輸入接三組（或單相）交流電源，輸出為可控的直流電壓，控制電壓為Uc 。,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋直流調(diào)速系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)關(guān)系如下：,,電壓比較環(huán)節(jié),,放大器,,電力電子變換器,,調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)環(huán)機(jī)械特性,,測(cè)速反饋環(huán)節(jié)

57、,穩(wěn)態(tài)關(guān)系,穩(wěn)態(tài)關(guān)系（續(xù)）,以上各關(guān)系式中 — 放大器的電壓放大系數(shù)； — 電力電子變換器的電壓放大系數(shù)； — 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)，（V·min/r）； — UPE的理想空載輸出電壓； — 電樞回路總電阻。,Kp,Ks,R,?,Ud0,從上述五個(gè)關(guān)系式中消去中間變量，整理后，即得轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式,,靜特性方程,

58、靜特性方程（續(xù)）,式中 閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K為 它相當(dāng)于在測(cè)速反饋電位器輸出端把反饋回路斷開(kāi)后，從放大器輸入起直到測(cè)速反饋輸出為止總的電壓放大系數(shù)，是各環(huán)節(jié)單獨(dú)的放大系數(shù)的乘積。 電動(dòng)機(jī)環(huán)節(jié)放大系數(shù)為,,注意： 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載電流（或轉(zhuǎn)矩）間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系，它在形式上與開(kāi)環(huán)機(jī)械特性相似，但本質(zhì)上卻有很大不同，故定名為“靜特性”，以示區(qū)別。,閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖,

59、b）只考慮給定作用時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng),c）只考慮擾動(dòng)作用時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng),,由于已認(rèn)為系統(tǒng)是線性的，可以把二者疊加起來(lái)，即得系統(tǒng)的靜特性方程式,,2.2.4 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性 的關(guān)系,比較一下開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性，就能清楚地看出反饋閉環(huán)控制的優(yōu)越性。如果斷開(kāi)反饋回路，則上述系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)機(jī)械特性為,,,而閉環(huán)時(shí)的靜特性可寫成,,比較式（1-36）和式（1-37）不難得出以下的論斷：,,,,

60、（1）閉環(huán)系統(tǒng)靜性可以比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬得多。 在同樣的負(fù)載擾動(dòng)下，兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為 和它們的關(guān)系是,,,系統(tǒng)特性比較,（2）如果比較同一的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。 閉環(huán)系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為

61、 和 當(dāng) n0op =n0cl 時(shí)，,（3）當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍。 如果電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速都是nmax；而對(duì)最低速靜差率的要求相同，那么： 開(kāi)環(huán)時(shí)， 閉環(huán)時(shí)，得,,（4）要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器。 上述三項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)

62、若要有效，都取決于一點(diǎn)，即 K 要足夠大，因此必須設(shè)置放大器。,把以上四點(diǎn)概括起來(lái)，可得下述結(jié)論： 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價(jià)是，須增設(shè)電壓放大器以及檢測(cè)與反饋裝置。,例題 在例題2-2中，龍門刨床要求 D = 20， s < 5%， 已知 Ks = 3

63、0， ? = 0.015V·min/r， Ce = 0.2V·min/r， 如何采用閉環(huán)系統(tǒng)滿足此要求？,解 在上例中已經(jīng)求得 Δnop = 275 r/min，但為了滿足調(diào)速要求，須有 Δncl = 2.63 r/min，可得,代入已知參數(shù)，則得 即只要放大器的放大系數(shù)等于或大于46，閉環(huán)系統(tǒng)就能滿足所需的穩(wěn)態(tài)

64、性能指標(biāo)。,,系統(tǒng)調(diào)節(jié)過(guò)程,開(kāi)環(huán)系統(tǒng) Id ? ? n? 例如：在圖2-24中工作點(diǎn)從A ? A’ 閉環(huán)系統(tǒng) Id ? ? n? ? Un? ? ?Un? ? n? ? Ud0? ? Uc?

65、例如：在圖2-24中工作點(diǎn)從A ? B,Id,,閉環(huán)靜特性,開(kāi)環(huán)機(jī)械特性,圖1-26 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開(kāi)環(huán)機(jī)械特性的關(guān)系,2.2.5 反饋控制規(guī)律,轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是一種基本的反饋控制系統(tǒng)，它具有以下三個(gè)基本特征，也就是反饋控制的基本規(guī)律，各種不另加其他調(diào)節(jié)器的基本反饋控制系統(tǒng)都服從于這些規(guī)律。,1. 被調(diào)量有靜差,從靜特性分析中可以看出，由于采用了比例放大器，閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)放大系數(shù)K值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。然而，Kp =

66、常數(shù)，穩(wěn)態(tài)速差就只能減小，卻不可能消除。因?yàn)殚]環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降為 只有 K = ?，才能使 ?ncl = 0，而這是不可能的。因此，這樣的調(diào)速系統(tǒng)叫做有靜差調(diào)速系統(tǒng)。實(shí)際上，這種系統(tǒng)正是依靠被調(diào)量的偏差進(jìn)行控制的。,,2. 抵抗擾動(dòng), 服從給定,反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它能有效地抑制一切被負(fù)反饋環(huán)所包圍的前向通道上的擾動(dòng)作用，但對(duì)給定作用的變化則唯命是從。擾動(dòng)——除給定信號(hào)外，作用在控制系統(tǒng)各環(huán)

67、節(jié)上的一切會(huì)引起輸出量變化的因素都叫做“擾動(dòng)作用”。,調(diào)速系統(tǒng)的擾動(dòng)源,負(fù)載變化的擾動(dòng)（使Id變化）；交流電源電壓波動(dòng)的擾動(dòng)（使Ks變化）；電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁的變化的擾動(dòng)（造成Ce 變化 ）；放大器輸出電壓漂移的擾動(dòng)（使Kp變化）；溫升引起主電路電阻增大的擾動(dòng)（使R變化）；檢測(cè)誤差的擾動(dòng)（使?變化） 。 在圖2-25中，各種擾動(dòng)作用都在穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖上表示出來(lái)了，所有這些因素最終都要影響到轉(zhuǎn)速。,,擾動(dòng)作用與

68、影響,抗擾能力,反饋控制系統(tǒng)對(duì)被反饋環(huán)包圍的前向通道上的擾動(dòng)都有抑制功能。例如：Us? ? Ud0? ? n? ? Un? ? ?Un ? ? n? ? Ud0 ? ? Uc?,但是，如果在反饋通道上的測(cè)速反饋系數(shù)受