直流n单闭环综述课件.ppt

1、第第 1 篇篇 直流拖动控制系统直流拖动控制系统 直流拖动控制系统 动静态性能良好 理论和实践成熟 -交流拖动控制系统的基础 调速方法 Ua Ra*Ia n=-Ce（1）基速以下：满磁调压调速为主。恒转矩特性 响应快 反转方便 设备容量大（2）基速以上：满压调（弱）磁升速。恒功率特性 控制设备容量小 响应慢 反转不便 n 直流调速系统的可控直流电源直流调速系统的可控直流电源 可控整流器、直流斩波器 V-M、PWM-M调速系统 应用广 易调控 响应快 成本低 体积小 无机械磨损 寿命长 但谐波与无功大 有电流脉动与噪声 变流机组：某些军用场合 静态:Ks=输出Ud/操作Uc 非线性 线性化Ks=

2、Ud/Uc 例 Uc=0-5V Ud=0-220V 可 Ks=220/5=44 动态:近似一个随机滞后环节 平均滞后时间Ts=波头宽/2 整流器：5,3.33,1.67ms 斩波器：Ts“0”直流源传函直流源传函 sTKsTsTKKKsTsTss22sssss1!2/1eess?*直流源外特性直流源外特性 整流器电流断续时:输出电压升高 按Ud=Ud0-Rx*Id 1:Udo(n)-Ks=Ud0/Uc(几倍)2:内阻Rx(十几十倍)性能恶化 单象限斩波器相似 但频率高电流脉动小不易断流 而二、四象限斩波器:电流可双向总连续 Ks Rx 不变,性能稳定 调速系统的要求和指标 要求 1）调速有效在

3、一定范围可平滑地调速 2）静态精准精度高波动小 3）动态快稳起制动变速抗扰过程快而稳 无大冲击或振荡。调速稳态指标调速稳态指标 1调速范围 D=最高转速nmax/最低nmin nN/nmin 2静差率 S=额定转速降nN/最低空载转速n0 nN=S n0=S（nmin+nN）nmin=（1-S）nN/S 3 D-S 关系：S nN D=-（设nmax=nN）（1-S）nN 例2.2 电机 60KW 220V 305A 1000rpm 开环?nN=RIN/Ce=0.18*305/0.2=275rpm 当调速系统要求s5%时，D20 时?nN=(nN/D)s/(1-s)=(1000/20)*(5%

4、/95%)=21.6rpm 可见开环?nN不能满足 闭环调速系统结构及其静特性闭环调速系统结构及其静特性 注：信号极性“+”，“-”-实际、“物理”极性?闭环调速系统静态流图 流图信号极性流图信号极性“+”，“-”-“逻辑逻辑”极性，方便极性，方便分析分析 KAASR静态放大倍数 转速反馈系数 系统的静特性系统的静特性 dnIKCeRUKKn?1/*1?)/(?CeKsKKA?开环放大 opc*011nKnU：nnc?闭环K1-闭环转速降更小，机械特性更硬 例例 开环?nNop=275rpm 要求闭环?nNc 2.63rpm K?nNop/?nNc-1=104 已知 Ks=44，Ce=0.2

5、V/rpm?=Un*/n 取 15V/1000rpm=0.015V/rpm KA=KCe/(Ks*?)104*0.2/(44*0.015)=46 如P调节 KP=KA=46 如I、PI调节：理论上静态(低频)KA=?nNOP=0?2抗扰能力抗扰能力 n=Un*/可抑制 环内(前向通道)扰动 其扰动偏差仍是 n=扰动f*前向Kf/(1+K)=n开环/(1+k)系统的精度 取决于给定检测与执行速度 转速检测主要问题 测速机联轴偏心引起的低频脉动需自适应滤波 （高频脉动可低通滤波）执行环节 响应越快（电流转速脉动越小）精度越高 -速度换精度 闭环直流调速系统的闭环直流调速系统的 动态分析和设计动态分

6、析和设计 2.直流机方程与流图?mLmelLdmLdmCTICCRGDTmRLTIIpTCeRntnGDIICTTL222Lem,375,)(/dd375)(负载电流机电时常电磁时常仿真常用 常用于系统分析（s=0?静态流图）?动态流图 比较标准2阶 1+2Ts+T2s2 T2=TmTl，2T=Tm =sqrt(Tm/4Tl)例:Tm,Tl=75,17ms T=35.7ms,=1.05-大阻尼 当TmTl时 Tm Tm+Tl 电机传函:1/(Ce)1/(Ce)-(TmS+1)(TlS+1)TmS+1-惯性环节 常用于伺服系统分析 闭环动态流图闭环动态流图)1()1(),()1)(1(/)(m2

7、m3mmm2mscKsTsTTsTTTKTTTKsTsTTsTKs：Wlsllsll?略闭环设P调节WA(s)=Kp 执行比对象越快越好控调节稳定条件smlmlTTKTTTKT：TP/)1(s2m?P调节静差:nop/K,增K易不稳定 例:Ts=1.67msTl=17ms，Tm=75ms?KTm/Ts=49 例2-3 K104 不稳定 由自控原理,无静差系统应:给定阶数 (=1 随动跟踪 匀速:1 =2 一阶加速:2 =3 调速系统中执行与对象均无积分 -无静差恒速调节应用 I,PI调节器 无静差?稳态 n=n*,Un=Un*,Un=0 P,I,PI调节 I无静差调速原理 I I调节器输出Uc

8、=Undt/dUc/dt=dUc/dt=?U Un/?Un n0即nn*?Ucn?U Un0nnn*?Ucn n 直到?Un=0-无静差 n n调节器ASR ASR 调速特点 响应 P 快而不准 有静养 I I 准而不快 无静养 PI=P+I PI=P+I 又快又准工程常用 PIPI调节:Uc=Kp +1/(Tip)Un Un P P粗调 I I细调 前期(大偏差)P)P 为主,快速减小偏差 后期(小偏差)I 为主,逐渐消除偏差 P,I,PI 积分调节器 A虚断虚短 I=-Uc/Zf=(U-U*)/Zo Uc Zf 1/Cs 1-=-=-=-U Zo Ro s=RoC 注意输出与给定反相 1.

9、PI调节器 011111010c/1)/(1RRKCRssKRCsRZZUUppf?Kp,1分调PI 电路中 分压比=Uc/Uc Uc/U=(1/)Uc/U 1 R1 1+1s=-(-)-R0 1s 即PI参数:1=R1C,Kp=(1/)R1/R0 R1调1,Rw()调 Kp （Rw先居中）?突加负载时的动态过程 有静差 无静差 无静差直流调速系统 系统结构?实际静差 实际运放开环放大有限 实际实际Un0Un0 Un=Un=运放失调电压 mV mV级Idm则关整流器、PWM或降Un*、Uc为0 强迫Udo下降从而Id下降 例 电流检测 电流给定(电压)电流控制器（过流导通开关）可关整流器、Un

10、*特点:简单 小型转速单闭环系统常用 整流器PWM专用触发芯片也常设限流控制 直流调速系统限流直流调速系统限流 交流侧检测Id 过流则封锁运放 使Uc=0 带限流调速系统静特性带限流调速系统静特性 直接限流 简单有效 但限流段电流有抖动 电流截止负反馈限流电流截止负反馈限流 Ui-Uw=(Id-Ic)Ic=Uw/转折电流 1)IdIc 反馈为Un+(Ui-Uw)静特性 Un*=(Id-Ic)+n 系统限流如图 堵转电流Ib|n=0=Ic+Un*/例：=4.5V/0.6A=7.5V/A Ic=5V/=0.67A,Un*=3V时,Ib=0.67+3/7.5=1.07A 特点：系统限流时电流无抖动;

11、但转速给定对堵转电流有影响 n-i最大值反馈限流最大值反馈限流 实际反馈量Uf为Un与Ui的最大者 1)起动前期UiUn时Uf=Ui 系统为电流调节:Id=Un*/2)起动至UnUi后Uf=Un 系统为转速调节 特点：系统限流时电流无抖动 但限流值正比转速给定 -低速起动电流不足?电流检测 直流侧(电枢回路)检测 串电阻检测 -简单,耗能大,不安全 串分流器检测 -简单，信号小，需放大，不安全 直流互感器例霍尔传感器 -安全,成本高,可靠性稍低 交流电源侧检测 交流互感器 -较简单安全可靠,保护范围大。单向 直接限流单闭环 仿真 动态性能 Kp?超调,扰动偏差 即 跟随?抗扰 Kp=0.20 0.175 0.15 电压负反馈电流正反馈(补偿)调速?系统结构（限流部分略）稳态：U=Uu*-Ud+Id=0 Ud=（Uu*+Id)/代入 n=(Ud-RId)/(Ce)n=(Uu*/)/(Ce)-(R-/)Id/(Ce)=no-nb 电流补偿:/=R 全补不可能 过补不稳定 UDW+Ube3时V3导通关触发,降压降流.小容量直流调速系统小容量直流调速系统 调试 先开环:整流器调压,电枢限流,电机运转调速 后闭环 小容量直流调速系统小容量直流调速系统 故障查找:一般”由输出查输入”例:调U*但电机不转?Id 过小 Idm?Ud?励磁 Ud过低?Uc:正常 过低?触发,SCR?V1,U*