电力拖动与运动控制课件3-速度闭环控制的直流调速系统(ppt).ppt

1、第二章第二章 速度闭环控制的速度闭环控制的直流调速系统直流调速系统CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统2开环调速系统开环调速系统 开环调速系统的机械特性开环调速系统的机械特性 开环调速系统的性能和存在的问题开环调速系统的性能和存在的问题速度单闭环控制的调速系统速度单闭环控制的调速系统 速度闭环调速系统的组成及其静特性速度闭环调速系统的组成及其静特性 单闭环调速系统的限流保护单闭环调速系统的限流保护 速度闭环控制调速系统的动特性分析速度闭环控制调速系统的动特性分析 无静差调速系统无静差调速系统多环控制直流调速系统多环控制直流调速系统 转速电流双闭环调速系统的组成及静特性

2、转速电流双闭环调速系统的组成及静特性 双闭环调速系统的启动过程分析双闭环调速系统的启动过程分析 双闭环调速系统的动态性能双闭环调速系统的动态性能重点内容重点内容CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统3开环调速系统开环调速系统 开环调速系统的机械特性开环调速系统的机械特性 开环调速系统的性能和存在的问题开环调速系统的性能和存在的问题速度单闭环控制的调速系统速度单闭环控制的调速系统多环控制直流调速系统多环控制直流调速系统CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统4开环调速系统开环调速系统1. 开环调速系统的机械特性 加载在直流电动机上的电压是晶闸加载在直

3、流电动机上的电压是晶闸管整流装置的输出瞬时电压管整流装置的输出瞬时电压ud和平均电和平均电压压Ud，如果把整流装置内阻上的电压降，如果把整流装置内阻上的电压降移到整流装置外面，当做负载电路电压移到整流装置外面，当做负载电路电压降的一部分，整流电压便可用其理想空降的一部分，整流电压便可用其理想空载值载值ud0和和Ud0来代替。此时，瞬时电压来代替。此时，瞬时电压平衡方程式可以写为：平衡方程式可以写为：dd0addiu= E + i R+ LdtLR：电枢回路总电感，包括电动机电枢电感和平波电抗器电感；：电枢回路总电阻，包括整流装置内阻、电动机电枢电阻和平波电抗器电阻CSSSE2022-5-20第

4、二章 速度闭环控制的直流调速系统5开环调速系统开环调速系统1. 开环调速系统的机械特性n对应平均电压的电压平衡方程式： d0d0adedUU= E + I R = C+ I R00opopopopnnnnn开环机械特性表达式为 ：开环系统的理想空载转速；：开环系统的静态转速降落d0deeUI R=CCCSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统6nn电动势平衡方程式为 此处 为，是直流电动机的电枢电阻开环机械特性表达式为 此处 为，是电枢电阻整流装置内阻deead0deeasI RU=CCRRUI R=CCRR + R+开环调速系统开环调速系统1. 开环调速系统的机械特性aC

5、SSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统7开环调速系统开环调速系统1. 开环调速系统的机械特性 改变晶闸管控制角，就可以改变改变晶闸管控制角，就可以改变Ud0 。晶闸管整流装置可以。晶闸管整流装置可以 看成是一个线性的可控电压源看成是一个线性的可控电压源 通过改变触发或驱动电路的控制电压来改变功率变换电路通过改变触发或驱动电路的控制电压来改变功率变换电路 的输出平均电压，达到调节电动机转速的目的的输出平均电压，达到调节电动机转速的目的 控制电压与输出转速之间只有顺向作用而无反向联系，输控制电压与输出转速之间只有顺向作用而无反向联系，输 出转速并不影响控制电压，属于开环调速系

6、统出转速并不影响控制电压，属于开环调速系统 开环调速系统适用于生产机械对静差率要求不高的场合，开环调速系统适用于生产机械对静差率要求不高的场合， 结构简单，能实现一定范围内的无级调速结构简单，能实现一定范围内的无级调速CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统8l许多需要无级调速的生产机械常常对静差率提出较严格的要求，不许多需要无级调速的生产机械常常对静差率提出较严格的要求，不能允许很大的静差率，此时，开环调速系统不能满足较高的性能指能允许很大的静差率，此时，开环调速系统不能满足较高的性能指标要求标要求开环调速系统开环调速系统2. 开环调速系统的性能和存在的问题602203

7、051000 /min0.2min/0.18205%eVMkWVArCVrRD 例：某龙门刨床工作台拖动采用直流调速系统，其中直流电动机的各铭牌参数分别为、，；主回路总电阻，要求，。开环调速系统能否要求？CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统9开环调速系统开环调速系统2. 开环调速系统的性能和存在的问题305 0.18275 /min0.227521.6%10002755%205%1000 0.052.63 /mi1201 0.05NNeNNNNNNI RnrCnnnDnnnrD解：系统在额定负载下的转速降落为： 则开环系统机械特性在额定转速时的静差率为 已远远超过了的

8、要求。若满足，的要求，额定负载下的转速降落可如下计算： nCSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统10开环调速系统开环调速系统速度单闭环控制的调速系统速度单闭环控制的调速系统 速度闭环调速系统的组成及其静特性速度闭环调速系统的组成及其静特性 单闭环调速系统的限流保护单闭环调速系统的限流保护 速度闭环控制调速系统的动特性分析速度闭环控制调速系统的动特性分析 无静差调速系统无静差调速系统多环控制直流调速系统多环控制直流调速系统CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统11CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统12 2.2.1.1 单

9、闭环调速系统的组成单闭环调速系统的组成 2.2.1.1 转速负反馈单闭环调速系统的静特性转速负反馈单闭环调速系统的静特性 2.2.1.3 开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较开环系统机械特性与闭环系统静特性的比较 2.2.1.4 单闭环调速系统的基本特征单闭环调速系统的基本特征 2.2.2.1 问题的提出问题的提出 2.2.2.2 电流截止负反馈环节电流截止负反馈环节 2.2.2.3 带电流截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统带电流截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统 2.2.3.1 动态数学模型动态数学模型 2.2.3.2 稳定性分析稳定性分析CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控

10、制的直流调速系统13速度单闭环调速系统的组成速度单闭环调速系统的组成Back to 反馈控制规律反馈控制规律 Back to 系统各单元静特性系统各单元静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性1. 速度单闭环调速系统的组成比较环节比较环节控制器控制器晶闸管触发装置晶闸管触发装置驱动电路驱动电路主电路主电路反馈环节反馈环节CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统14静特性：闭环系统中静特性：闭环系统中与与的稳态关系的稳态关系分析速度单闭环调速系统的静特性时，需做出如下假设：分析速度单闭环调速系统的静特性时，需做出如下假设：1.

11、假定各环节的输入输出关系是线性的；假定各环节的输入输出关系是线性的；2. 假定系统开环机械特性是连续的；假定系统开环机械特性是连续的；3. 忽略直流电源和电位器的内阻忽略直流电源和电位器的内阻（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性2. 转速负反馈单闭环调速系统的静特性CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统1500gdfkpdskfddeUUUUKUUK UUnUI RnC测速发系统开环机械触发器与晶闸管整流电机：电压比较环装置：放：性：节特大器：Back to 动态数学模型动态数学模型速度单闭环调速系统组成示意图速度单闭环调速系

12、统组成示意图（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性2. 转速负反馈单闭环调速系统的静特性CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统160psdKKUR参数说明：放大器电压放大倍数：触发器和晶闸管整流装置的电压放大倍数：测速反馈系数：（理想空载）整流电压的平均值：主电路总的等效电阻 （整流装置内阻、电机电枢电阻、平波电抗器内阻）转速负反馈调速系统稳态结构图转速负反馈调速系统稳态结构图（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性2. 转速负反馈单闭环调速系统的静特性CSSSE2022-5-20第二章

13、速度闭环控制的直流调速系统17011psgddeebbK K UI RnCKCKnn速度单闭环调速系统的静特性方程如下：速度单闭环调速系统的静特性方程如下：闭环系统理想空载转速闭环系统理想空载转速闭环系统静态转速降闭环系统静态转速降闭环系统的闭环系统的开环放大倍数开环放大倍数pseK KKC（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性2. 转速负反馈单闭环调速系统的静特性CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统18（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性3. 开环系统机械特性与闭环系统静特性比较3

14、00.015min/spKVrK 例：前例中的龙门刨床工作台拖动，采用转速负反馈构成单闭环调速系统，已知晶闸管整流器与触发装置的电压放大系数，转速反馈系数，为满足给定的要求，计算放大器的电压放大系数。CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统19（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性0000275 /min2.63 /min127511103.62.63103.6 0.24630 0.015dopedbeopbpseepsI RnrCI RnrCKnKnK KKCKCKK 解：由前例可知，系统的开环速降满足指标要求的速降为则可以求得

15、闭环系统的开环放大倍数 由可以求得放大器的放大系数 3. 开环系统机械特性与闭环系统静特性比较CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统20（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性3. 开环系统机械特性与闭环系统静特性比较CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统21l应用比例调节器的闭环系统是有静差的控制系统应用比例调节器的闭环系统是有静差的控制系统l闭环系统绝对服从于给定输入闭环系统绝对服从于给定输入l闭环系统对于被包围在负反馈环内的一切主通道上的绕动作用都能闭环系统对于被包围在负反馈环内的一切主通道上的绕动作

16、用都能有效地加以抑制有效地加以抑制l对给定电源和反馈检测元件中的误差无能为力对给定电源和反馈检测元件中的误差无能为力速度单闭环调速系统组成示意图速度单闭环调速系统组成示意图（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性（一）速度单闭环调速系统的组成及其静特性4. 单闭环调速系统的基本特征反馈控制规律CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统22n 电流负反馈的引入不能影响电动机正常工作时的静特性电流负反馈的引入不能影响电动机正常工作时的静特性 电流截止负反馈：正常运行时不起作用；一旦电流超过规电流截止负反馈：正常运行时不起作用；一旦电流超过规定值，电流负反馈即投入运行定值，电流负

17、反馈即投入运行 限流保护的具体方法即为：引入电流截止负反馈环节限流保护的具体方法即为：引入电流截止负反馈环节 限流保护是为了解决反馈闭环调速系统的限流保护是为了解决反馈闭环调速系统的启动和堵转时电流启动和堵转时电流过大的问题过大的问题而采取的一种限流措施而采取的一种限流措施l过大的电流会损坏电动机和晶闸管过大的电流会损坏电动机和晶闸管l反馈控制原理：要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入反馈控制原理：要维持哪一个物理量基本不变，就应该引入那个物理量的负反馈那个物理量的负反馈（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护1. 问题的提出电流负反馈电流负反馈CSSSE2022-5-2

18、0第二章 速度闭环控制的直流调速系统23电流截止负反馈装置原理接线电流截止负反馈装置原理接线 （1 1）用直流电源做比较电压）用直流电源做比较电压cdjbjRIU：小阻值，取出电流反馈信号：临界截止电流：比较电压dcbjfidcbjfiI RUUI RUU，二极管导通，加上，二极管截止，消失 bjdjcUIR截止电流（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护2. 电流截止负反馈环节CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统24电流截止负反馈装置原理接线电流截止负反馈装置原理接线（2 2）用稳压管的击穿电压做比较电压）用稳压管的击穿电压做比较电压（二）单闭环

19、调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护2. 电流截止负反馈环节CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统25电流截止负反馈环节的输入输出特性电流截止负反馈环节的输入输出特性00dcbjdcbjI RUI RU，输出等于输入；，输出为零电流截止负反馈环节的输入输出特性是一个非线性环节（两段线性环节）：（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护2. 电流截止负反馈环节CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统26带电流截止负反馈环节的速度闭环调速系统稳态结构图带电流截止负反馈环节的速度闭环调速系统稳态结构图转速负反馈调速系统稳态结

20、构图转速负反馈调速系统稳态结构图（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护3. 带电流截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统27011ddjpsgddbbeeIIK K UI RnnnCKCK当时，电流负反馈被截止，静特性方程式为011111bddjpsgdpsddcbjeeepsgdbjpscdeeIIK K UK KI RnI RUCKCKCKK KUURK K RICKCKnn当时，电流负反馈起作用，静特性方程式为（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护3. 带电流截止负反馈的单闭环转速负反

21、馈调速系统CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统2811psgdbjpscdeeK KUURK K RnICKCK由 可得 psgdbjgdbjdupsccK KUUUUIRK K RR堵转电流（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护3. 带电流截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统29 带电流截止负反馈带电流截止负反馈速度闭环调速系统的静特性速度闭环调速系统的静特性 01 2 nAAB电流负反馈截止时静特性电流负反馈起作用时静特性特性急剧下降理想空载段：段：转速提高下垂特性下垂特性挖土机特

22、性挖土机特性max1. 1.5 22. duddjNIIII设计须知：（二）单闭环调速系统的限流保护（二）单闭环调速系统的限流保护3. 带电流截止负反馈的单闭环转速负反馈调速系统CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统30建立线性系统数学模型的基本步骤：建立线性系统数学模型的基本步骤：l写出描述各环节动态过程的微分方程式；写出描述各环节动态过程的微分方程式；l求出各环节的传递函数；求出各环节的传递函数；l组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数速度单闭环调速系统组成速度单闭环调速系统组成（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速

23、度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统31放大器放大器 00 1sT sdsdsksssksUsKUK UtTWsK eUsT s晶闸管触发电路及整流装置晶闸管触发电路及整流装置转速反馈环节转速反馈环节 kppUsWsKU s ffUsWsn s晶闸管装置的失控时间晶闸管装置的失控时间（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统320 dddaddldIdIUEI RLR ITdtdt主电路微分方程式直流电动机直

24、流电动机电枢回路总电感电枢回路总电感 011ddalIsRUsEsTs电枢回路电磁时间常数电枢回路电磁时间常数lLTR（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统33直流电动机直流电动机 2 375 emloaddfzmGDdnTTdtE sRIsIsT s由电动机运动方程式可得到负载电流负载电流机电时间常数机电时间常数2375meTGD RTC C（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型CSSSE2022-5-20第二章 速度闭

25、环控制的直流调速系统34直流电动机直流电动机 211eDfzmlmn sCWsEsT TsT s直流电动机的传递函数为 （三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统35速度闭环调速系统的数学模型和传递函数速度闭环调速系统的数学模型和传递函数（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析速度闭环调速系统的动态结构图速度闭环调速系统的动态结构图Back to 双环调速系统动特性分析双环调速系统动特性分析Back to 无静差调速系统无静差调速系统1. 动态数

26、学模型CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统36速度闭环调速系统的数学模型和传递函数速度闭环调速系统的数学模型和传递函数 211psesmlmKW sKK KCT sT TsT s开环传递函数，（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统37速度闭环调速系统的数学模型和传递函数速度闭环调速系统的数学模型和传递函数 32011111fzpseBmlsgdmlsmsIK KCn sKWsTTTUsT TTTTsssKKK闭环传递函数（三）速度闭环控制调速系统的动特

27、性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析1. 动态数学模型CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统383210111mlsmlsmsTTTT TTTTsssKKK 速度闭环调速系征统特方程的0111mlsmsmlsTTTTTT TTKKK系统稳定的充要条件 劳斯稳定判据2mlsslsTTTTKTT（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析（三）速度闭环控制调速系统的动特性分析2. 稳定性分析CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统391110011001111scffsrsrpsrsrppPIRUi Ri dtUU dtK UU dtCRR CKKR

28、 RR C调节器输入输出关系为：比例放大系数，：积分时间常数，1srscpsrsrUUK UU t为常数时，输出为PI调节器原理接线图调节器原理接线图（四）采用（四）采用PI调节器的单闭环无静差调速系统调节器的单闭环无静差调速系统1. 比例积分调节器和比例积分控制规律CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统40PI调节器输出响应调节器输出响应 1pscPIsrKsUsWsUss比例积分调节器为传递函数1. 比例积分调节器和比例积分控制规律（四）采用（四）采用PI调节器的单闭环无静差调速系统调节器的单闭环无静差调速系统CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调

29、速系统412. 采用PI调节器的单闭环无静差调速系统速度单闭环调速系统动态结构图速度单闭环调速系统动态结构图 222111111111esmlmefzlsmlmsmlmCT sn sT TsT sCKIs R TsT sT TsT sKT sT TsT s当采用比例调节器时： 20011limlim111fzslfzessesmlmIRT sTsI RsCnsn ssCKT sT TsT sK 如果突加负载，利用终值定理可得：（四）采用（四）采用PI调节器的单闭环无静差调速系统调节器的单闭环无静差调速系统CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统42 211111fzlse

30、pssmlmeRIss TsT sCn sK Ks T sT TsT ssC当采用比例积分调节器时： 00211limlim0111fzlsesspssmlmeRIs TsT sCnsn ssK Ks T sT TsT ssC 如果突加负载，利用终值定理可得：2. 采用PI调节器的单闭环无静差调速系统（四）采用（四）采用PI调节器的单闭环无静差调速系统调节器的单闭环无静差调速系统CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统43*maxmax*maxmax0nnnnnUUUnUnnU无静差调速系统稳态时没有速度偏差，则，则有 则转速反馈系数 为电动机调压调速时的最高转速；为相应

31、的给定电压最大值2. 采用PI调节器的单闭环无静差调速系统（四）采用（四）采用PI调节器的单闭环无静差调速系统调节器的单闭环无静差调速系统CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统44开环调速系统开环调速系统速度单闭环控制的调速系统速度单闭环控制的调速系统多环控制直流调速系统多环控制直流调速系统 转速电流双闭环调速系统的组成及静特性转速电流双闭环调速系统的组成及静特性 双闭环调速系统的启动过程分析双闭环调速系统的启动过程分析 双闭环调速系统的动态性能双闭环调速系统的动态性能CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统45 2.3.1.1 问题的提出问题的提

32、出 2.3.1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成转速、电流双闭环调速系统的组成 2.3.1.3 转速、电流双闭环调速系统的静特性转速、电流双闭环调速系统的静特性 2.3.2.1 启动过程的三个阶段启动过程的三个阶段 2.3.2.2 启动过程特点启动过程特点CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统46l多环控制系统：多环控制系统：是指按一环套一环的嵌套结构组成的具有两个或两个以是指按一环套一环的嵌套结构组成的具有两个或两个以上闭环的控制系统上闭环的控制系统l相当于过程控制中的串级控制系统相当于过程控制中的串级控制系统多环控制直流调速系统多环控制直流调速系统CSSSE202

33、2-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统47带电流截止负反馈的单闭环调速带电流截止负反馈的单闭环调速系统启动时的电流和转速波形系统启动时的电流和转速波形直流电动机直流电动机理想启动过程波形理想启动过程波形（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性1. 问题的提出CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统48理想启动特性：理想启动特性：l当电动机最大电流受到限制时，在过渡过程中电流始终保持最大值，当电动机最大电流受到限制时，在过渡过程中电流始终保持最大值，电动机以最大转矩加速，调速系统具有最大启动加速度电动机以最大转矩加速，调速

34、系统具有最大启动加速度l到达给定转速时，电流立刻降低，使转速与负载达到平衡，转入稳到达给定转速时，电流立刻降低，使转速与负载达到平衡，转入稳定运行状态定运行状态（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性1. 问题的提出CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统49为实现在允许条件下的最快启动，关键是获得一段电流维为实现在允许条件下的最快启动，关键是获得一段电流维持在最大值的恒流过程持在最大值的恒流过程欲维持电流在最大值处和负载电流值处为恒值，引入电流欲维持电流在最大值处和负载电流值处为恒值，引入电流负反馈负反馈转速电流双闭环直流调速

35、系统的研究目的：转速电流双闭环直流调速系统的研究目的：快速安全启动快速安全启动（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性1. 问题的提出CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统50转速电流双闭环直流调速系统转速电流双闭环直流调速系统转速调节器转速调节器电流调节器电流调节器外环外环内环内环（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性2. 转速、电流双闭环调速系统的组成CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统51对转速和电流分别进行控制，设置两个调节器对转速和电流分别进行控

36、制，设置两个调节器ASR：转速调节器：转速调节器ACR：电流调节器：电流调节器转速：主控信号，有外加给定值，转速：主控信号，有外加给定值，电流：稳定运行时受负载决定，电流：稳定运行时受负载决定，ASR的输出作为的输出作为ACR的输入，的输入，ACR的输出控制触发装置的输出控制触发装置（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性2. 转速、电流双闭环调速系统的组成CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统52转速、电流双闭环直流调速系统稳态结构图转速、电流双闭环直流调速系统稳态结构图PI调节器，输出限幅调节器，输出限幅PI调节器，输出限

37、幅调节器，输出限幅（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性3. 转速、电流双闭环调速系统的静特性CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统53*imctmPIAASRUACRUCR调节器采用调节器，而且两个调节器的输出都限幅决定的给定的输电压最大值决定触发出限幅电压的输出限晶闸管输出电压幅电压的最大值PI带有输出限幅的调节器存在两种状态：输出达到限幅值，在调节器退饱和之前输出为恒值输出未达到限幅值，调节器进行无饱和：不饱和：稳态误差调节 正常运行时，电流不会达到最大值，因此正常运行时，电流不会达到最大值，因此ACR始终不会饱始终不

38、会饱和，只有和，只有ASR涉及是否饱和问题涉及是否饱和问题（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性3. 转速、电流双闭环调速系统的静特性CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统54*0*0nnniidiimddmdmASRACRUUnUnUUIUASRUIII与均无稳态误差 这一段静特性从电流为 一直持续到不电流达到饱和：*00dimdmnnIUInnASARSR转速环相当于开环，仅剩电流无静差饱和：单环系统：退饱和ddmddmIIII双环系统在时转速无静差，在时电流无静差（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流

39、双闭环调速系统的组成及静特性3. 转速、电流双闭环调速系统的静特性CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统55ddmddmIIII双环系统在时转速无静差，在时电流无静差双闭环调速系统的静特性双闭环调速系统的静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性3. 转速、电流双闭环调速系统的静特性CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统56 *0*123nndiidLnedLdedctsssnUUnIUUIUCI RUC nI RUKKK双环系统稳定工作时，两个调节器均不饱和，此时 ，转速由给定电压决定 ，电流环的

40、给定输入由负载电流决定 ，控制电压同时取决于 给定电压和负载电流*max*nmimdmnmimUnUIUU反馈系数计算： 和受运算放大器的工作电压和允许输入电压的限制（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性（一）转速电流双闭环调速系统的组成及静特性3. 转速、电流双闭环调速系统的静特性CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统57启动过程的启动过程的3个阶段：个阶段：I.电流上升阶段电流上升阶段II. 恒流升速阶段恒流升速阶段III.转速调节阶段转速调节阶段启动过程分析启动过程分析设置双闭环的重要目的设置双闭环的重要目的是获得接近理想启动特性的是获得接近理想启动特性的启动

41、过程，启动过程，整个启动过程按整个启动过程按照照ASR处于处于不饱和、饱和、退饱和不饱和、饱和、退饱和的不同状态分为三个阶段的不同状态分为三个阶段（二）双闭环调速系统的启动过程分析（二）双闭环调速系统的启动过程分析1. 启动过程的三个阶段CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统58启动过程特点：启动过程特点：（）饱和非线性控制（）饱和非线性控制ASR饱和：恒值电流调节饱和：恒值电流调节ASR不饱和：电流随动，无静差调速不饱和：电流随动，无静差调速（）准时间最优控制（）准时间最优控制（）退饱和转速超调（）退饱和转速超调（二）双闭环调速系统的启动过程分析（二）双闭环调速系统的

42、启动过程分析2. 启动过程特点CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统59系统动态性能：系统动态性能：（）动态跟随性能（）动态跟随性能（）动态抗扰性能：抗负载扰动、抗电网电压扰动（）动态抗扰性能：抗负载扰动、抗电网电压扰动调速系统动态抗干扰能力分析调速系统动态抗干扰能力分析速度单闭环调速系统动态结构图速度单闭环调速系统动态结构图ASR和和ACR的作用：的作用：ASR：转速稳态无静差；抵抗负载扰动；限制最大电流：转速稳态无静差；抵抗负载扰动；限制最大电流ACR：抵抗内环扰动；最大启动电流；限制电流最大值；：抵抗内环扰动；最大启动电流；限制电流最大值；电流跟随作用电流跟随作用

43、（三）双闭环调速系统的动态性能（三）双闭环调速系统的动态性能CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统60本章小结本章小结l速度闭环调速系统是直流电动机调速系统的一种基本方式，具有反馈控速度闭环调速系统是直流电动机调速系统的一种基本方式，具有反馈控制的基本规律制的基本规律l限流保护是为了解决反馈闭环调速系统的启动和堵转时电流过大问题而限流保护是为了解决反馈闭环调速系统的启动和堵转时电流过大问题而采取的一种限流措施，限流保护的基本方法之一是电流截止负反馈采取的一种限流措施，限流保护的基本方法之一是电流截止负反馈l调速系统采用比例调节时系统有静差，为消除静差可在调速系统中引入调

44、速系统采用比例调节时系统有静差，为消除静差可在调速系统中引入积分环节，使之成为比例积分调速系统，可同时满足稳定精度高和动态积分环节，使之成为比例积分调速系统，可同时满足稳定精度高和动态响应快的要求响应快的要求CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统61本章小结本章小结l如果对直流调速系统的动态性能要求较高，例如要求快速启动和制动、如果对直流调速系统的动态性能要求较高，例如要求快速启动和制动、突加负载动态速降小等等，则简单的速度闭环调速系统难以满足需要，突加负载动态速降小等等，则简单的速度闭环调速系统难以满足需要，可采用多环控制的直流调速系统，最常用的是双环控制系统可采用多

45、环控制的直流调速系统，最常用的是双环控制系统l转速电流双闭环调速系统中有两个调节器分别对转速和电流进行控制，转速电流双闭环调速系统中有两个调节器分别对转速和电流进行控制，可以使系统获得令人满意的动态跟随性能和动态抗扰性能。在正常运行可以使系统获得令人满意的动态跟随性能和动态抗扰性能。在正常运行时，能够实现转速的无静差调节以及电流的随动控制；在系统启动时，时，能够实现转速的无静差调节以及电流的随动控制；在系统启动时，保证获得允许的最大电流，使电动机以最快速度到达转速给定值保证获得允许的最大电流，使电动机以最快速度到达转速给定值l双闭环调速系统的启动过程具有如下特点：饱和非线性、准时间最优控双闭环

46、调速系统的启动过程具有如下特点：饱和非线性、准时间最优控制、退饱和转速超调制、退饱和转速超调CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统62本章重点内容本章重点内容l 转速单闭环调速系统结构、静特性以及相关计算转速单闭环调速系统结构、静特性以及相关计算l 限流保护的原因和方法限流保护的原因和方法l 引入双闭环调速的目的引入双闭环调速的目的l 直流电动机的理想启动特性直流电动机的理想启动特性l 双环调速系统结构、静态参数计算双环调速系统结构、静态参数计算l 双环调速系统的启动过程及其特点双环调速系统的启动过程及其特点CSSSE2022-5-20第二章 速度闭环控制的直流调速系统

47、63本章作业本章作业 Nen=1500r/minC = 0.127V min/r*nmimNdmNs*ndLniictd0ASRACRPIU=15VU=10VI= 20AI= 2IR = 2 K = 20U = 5VI=10AnUUUUU、2. 2. 在在转转速速、电电流流双双闭闭环环调调速速系系统统中中，和和均均采采用用调调节节器器。若若， ，。 当当，时时，求求稳稳定定运运行行时时的的和和。END转速负反馈调速系统的稳态结构图转速负反馈调速系统的稳态结构图Back to 转速负反馈调速系统静特性方程转速负反馈调速系统静特性方程Back to 带电流截止负反馈环节的速度闭环调速系统稳态结构图带电流截止负反馈环节的速度闭环调速系统稳态结构图Back to 动态性能动态性能BackTo启启动动过过程程分分析析