2022年2022年单闭环无静差直流调速系统

1、精选学习资料 - - - 欢迎下载8.3.4单闭环无静差直流调速系统上面介绍的采纳比例调剂器的单闭环调速系统,其掌握作用需要用偏差来维护,属于有静差调速系统,只能设法削减静差,无法从 根本上排除静差； 对于有静差调速系统, 假如依据稳态性能指标要求运算出系统的开环放大倍数, 动态性能可能较差, 或根本达不到稳态,也就谈不上为否满意稳态要求； 采纳比例积分调剂器代替比例放大器后,可以使系统稳固且有足够的稳固裕量；但为采纳pi 调剂器之后的系统稳态性能为否满意当时并未提及；通过下面的争论我们将看到,将比例调剂器换成比例积分调剂器之后,不仅改善了动态性能,而且仍能从根本上排除静差,实现无静差调速；积

2、分调剂器和积分掌握规律图 8.34所示为用线性集成电路运算放大器构成的积分调剂器（简称 i 调剂器）的原理图；依据运算放大器的工作原理,我们可以很简单地得到（8.75 ）式中,积分调剂器的积分时间常数；式（ 8.75 ）说明积分调剂器的输出电压为输入电压对时间的积分；当积分调剂器在输入和输出都为零时,突加一个阶跃输入, 其输出将随时间线性增大（如图8.35 所示）,即精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载（ 8.101 ）其上升的速度取决于积分时间常数；在积分调剂器中,只要在调剂器输入端有uin作用,电流i 不为零,电容c 就不断积分,输出uex 也就不断线性变化,直到运算放大器饱和为

3、止；图 8.34积分调剂器图 8.35阶跃输入时积分调剂器的输出特性从以上分析可知,积分调剂器具有下述特点“（ 1）积存作用；只要输入端有信号,哪怕为微小信号,积分就会进行,直至输出达到饱和值（或限幅值）；只有当输入信号为零,这种积存才会停止；（ 2）记忆作用；在积分过程中,假如突然使输入信号为零,其输出将始终保持在输入信号为零瞬时前的输出值；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载（ 3）延缓作用；即使输入信号突变,例如为阶跃信号,其输出却不能跃变, 而为逐步积分线性渐增的； 这种滞后特性就为积分调剂器的延缓作用；积分调剂器的积存作用和记忆作用为使采纳积分调剂器和单闭环调速系统完全排除

4、静差的根本缘由,这就为积分掌握规律； 在采纳比例调剂器的调速系统中, 调剂器的输出为功率变换器的掌握电压uct, 且；只要电动机在运行,就必需有uct ,也就必需有调剂 器的输入偏差电压,这为采纳比例调剂器的调速系统有静差的根 本缘由；假如采纳积分调剂器, 输出电压 uct 为输入偏差电压的积分, 即（ 8.76 ）只要 ,积分就不会停止, uct 将连续变化,系统就不会进入稳态运行；只有当 时,积分停止, uct 才停止变化,保持在一个恒定值上,使系统在偏差为零时保持恒速运行；上述分析说明, 比例调剂器的输出只取决于输入偏差量的现状,而积分调剂器的输出就不仅取决于输入偏差量的现状,而且包含了

5、输入偏差量的全部历史；只要历史上有过,即使现在,其积分仍有肯定数值,仍能产生足够的掌握电压uct,保证系统能在稳态下运行；这就为积分掌握规律与比例掌握规律的根本区分；采纳积分调剂器虽然能使调速系统在稳态时没有静差,但为由于积分调剂器的延缓作用, 使其输出相对于输入有明显的滞后,输出电压精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载的变化缓慢, 使调速系统的动态响应很慢；采纳比例调剂器时虽然有静差,但动态响应却较快；因此,假如既要稳态准,又要响应快,可将两种掌握规律结合起来,这就为比例积分掌握；比例积分调剂器和比例积分掌握规律前面在进行单闭环调速系统的动态分析时我们已经给出了比例积分调剂器（简称

6、pi调剂器）的原理图和传递函数见图 8.43和式（ 8.96 ） ；依据运算放大器的基本原理可以得出它的输入与输出间的关系为（8.77 ） 由此可见, pi 调剂器的输出电压uex 由比例和积分两个部分组成,在零初始状态和阶跃输入信号作用下,其输出电压的时间特性示于图8.36 ；由图可以看出比例积分作用的物理意义；当突加输入 电压时,由于开头瞬时电容c相当于短路,反馈回路只有电阻r1,使输出电压突跳到；此后,随着电容c 被充电,开头表达积分作用,不断线性增长,直到达到输出限幅值或运算放 大器饱和；这样, 当单闭环调速系统采纳比例积分调剂器后,在突加输入偏差信号的动态过程中,在输出端 uct 立

7、刻出现,实现快速掌握,发挥了比例掌握的特长；在稳态时,又和积分调剂器精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载一样,又能发挥积分掌握的作用,uct 保持在一个恒定值上,实现稳态无静差； 因此, 比例积分掌握综合了比例掌握和积分掌握两种规律的优点,又克服了各自的缺点,扬长避短,相互补充；比例部 分能够快速响应掌握作用, 积分掌握就最终排除稳态偏差；作为掌握器,比例积分调剂器兼顾了快速响应和排除静差两方面的要求；作为校正装置,它又能提高系统的稳固性；所以,pi调剂器在调速系统和其他自动掌握系统中得到了广泛应用；图 8.36阶跃输入时 pi 调剂器的输出特性采纳 pi 调剂器的单闭环无静差调速系

8、统图 8.37 绘出了采纳 pi 调剂器的单闭环无静差调速系统,其中除调剂器外,其余与图8.33 基本相同；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载图 8.37采纳 pi 调剂器的单闭环无静差调速系统下面分析这个系统的工作情形；（1）稳态抗扰误差分析前面从原理上定性地分析了比例掌握.积分掌握和比例积分掌握规律,现在再用误差分析的方法定量地争论有静差和无静差问题；单闭环调速系统的动态结构图如图8.38（ a）所示；图中 a 表示调剂器,视调剂器不同有不同的传递函数；当时,只有扰动输入量 idl,这时的输出量就为负载扰动引起的转速偏差（即速降）,可将动态结构图改画成图8.38 （ b）的形式

9、；图 8.38带有调剂器的单闭环调速系统的动态结构图精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载（ a）一般情形（ b）时利用结构图的运算法就, 可以得到采纳不同调剂器时,输出量与扰动量 idl 之间的关系如下；当采纳比例调剂器时,比例放大系数为kp ,这时系统的开环放大系数,有（ 8.78 ） 突加负载时,；利用拉氏变换的终值定理可以求出负载扰动引起的稳态速度偏差（即稳态速降）为（ 8.79 ）当采纳积分调剂器或比例积分调剂器时,调剂器的传递函数分别为和,依据上面的方法可以得到这两种情形下转速偏差的拉氏变换表达式：当采纳积分调剂器时,有（ 8.80 ）当采纳比例积分调剂器时,有精品学习资料

10、精选学习资料 - - - 欢迎下载（8.81 ） 突加负载时,利用拉氏变换的终值定理可以求出负载扰动引起的稳态误差都为因此,积分掌握和比例积分掌握的调速系统,都为无静差的；上述分析说明,只要调剂器上有积分成分,系统就为无静差的,或者说,只要在掌握系统的前向通道上的扰动作用点以前含有积分环 节,当这个扰动为突加阶跃扰动时,它便不会引起稳态误差；假如积分环节显现在扰动作用点以后,它对排除静差为无能为力的；由于无静差调速系统稳态情形下没有速度偏差,在调剂器输入端的偏差电压为零,即因此,可以得到下面的关系：（ 8.82 ） 在设计系统时,可以利用式（2.74 ）来运算转速反馈系数（8.83 ）式中,

11、nmax 电动机调压调速时的高最转速；相应的给定电压的最大值；（2）动态速降（升）精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载采纳比例积分掌握的单闭环无静差调速系统,只为在稳态时无差,动态仍为有差的；下面我们来看一下无静差调速系统的抗扰调剂过程；在知道负载扰动大小的情形下,通过求解式（ 8.81 ）,我们可以求得转速降落的时间解 ,这为定量运算的方法, 现在我们只为进行定性的分析；设系统的给定电压为,当负载转矩为tl1 时,系统稳固运行于 转速 n1,对应的晶闸管整流输出电压为udol ,速度反馈电压为unl,pi 调剂器输入偏差电压,系统处于稳固运行状态； 当电动机负载在t1 时刻,突然由

12、 tl1 增加到 t12 ,如图 8.39 （a）所示,电动机轴上转矩失去平稳,电动机转速开头下降,偏离n1 而产生转速偏差；通过测速发电机反馈到输入端产生电压偏差,这个偏差电压加在 pi 调剂器的输入端,于为开头了排除偏差的调剂过程； 这一调剂过程可以分作比例调剂过程和积分调剂过程；比例调剂过程： 在的作用下, pi 调剂器立刻输出比例调剂部分,它使晶闸管整流输出电压增加,如图 8.39 （c）曲线所示； 这个电压使电电动机转速快速回升,其大小与偏差电压成正比,越大,也越大,调剂作用也就越强,电动机转 速回升也就越快； 当转速回升到原先的转速n1 以后,也减到零；这说明与偏差成比例的调剂作用

13、与偏差共存亡,偏差不存在, 比例调剂作用便因之终止；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载积分调剂过程： pi调剂器积分部分的调剂作用主要为在调剂过程的 后 一 段 ； 积 分 部 分 的 输 出 电 压 正 比 于 偏 差 电 压 的 积 分 , 即,它使晶闸管整流输出电压,因而正比于的积分；或者说,积分作用使晶闸管整流输出电压增量增长的速度与偏差电压成正比；开头阶段,较小,也较小, 增长得非常缓慢；当最大时,增长得最快；在调剂过程的末段,电动机转速开头回升,减小,的增长也变慢,当完全等于零时,便停止增长,之后就始终保持这个数值不变,如图8.39 （ c）曲线所示；积分调剂作用虽不再

14、增长,但它却记住了以往积存的调剂结果； 正由于如此, 整流输出电压在最终被保持在比原先数值高出的新的数值上；为比例调剂和积分调剂的综合成效,示于图8.39 （ c）中的曲线,的变化如图8.39（ d）所示,图 8.39 （b）为转速 n 的变化过程；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载图 8.39负载变化时 pi 调剂器的调剂过程可以看出, 不管负载怎样变化, 积分调剂作用肯定要把负载变化的影响完全补偿掉, 使转速回升到原先的转速, 这就为无静差调剂过程；从以上分析可以看出,电压的增长速度与偏差电压一一对应,只要有偏差,整流输出电压就要增长,而且的增长为积存的；因此可以说,偏差存在的

15、时间越久,电压增长量就越大；调剂过程终止后的新电压稳态值不但取决于偏差的大小,仍取决于偏差精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载存在的时间； 增长的那一部分电压,正好补偿由于负载增加引起的那部分主回路电阻r 上的压降；在整个调剂过程中,比例部分在开头和中间阶段主要作用,由于 的显现,阻挡转速n的连续下降,帮忙转速的顺当回升,随着转速接近稳态值, 比例部分作用变小； 积分部分在调剂过程的后期主要作用, 而且依靠它最终排除转速偏差；在动态过程中最大的转速降落叫做动态速降（假如突减负载,就为动态速升）,这为一个重要的动态性能指标,它说明白系统抗扰的动态性能；总之,采纳 pi 调剂器的单闭调速系统,在稳固运行时,只要不变,转