第十一章直流传动控制系统-1-改

机电传动控制系统的组成和分类机电传动控制系统调速方案的选择晶闸管-电动机直流传动控制系统晶体管-电动机直流脉宽调速系统微型计算机控制的直流传动系统第十一章直流传动控制系统§11.1机电传动控制系统的组成机电传动控制系是由电机，电器，电子部件组成，通过一定的控制去实现对生产机械的驱动任务。机电传动系统的组成控制器(发电机)控制对象(电动机)输入量(励磁)输出量(转速)开环控制系统：只有输入量对输出量的单向控制作用，而不存在被控制量对控制量的影响和联系。§11.1机电传动控制系统的组成开环控制系统往往不能满足高要求的生产机械的需要几个概念：在G-M系统中，电动机加额定负载后产生的转速降由下式决定：与转速的高低无关，即与n0的大小无关。§11.1机电传动控制系统的组成调速范围：电动机在额定负载下所允许的最高转速和在保证生产机械对转速变化率的要求前提下所能达到的最低转速之比：§11.1机电传动控制系统的组成转速变化率（静差度或稳定度）：电动机由理想空载到额定负载时的转速降与理想空载转速的比值。例：改变电枢电压调速，如图11.2所示：§11.1机电传动控制系统的组成其中S2应等于或小于生产机械要求的静差度S；nmax由电动机铭牌确定；D由生产机械的要求所决定。§11.1机电传动控制系统的组成在说明调速系统所能达到的调速范围时，必须同时说明其所能允许的最小静差度。§11.1机电传动控制系统的组成在保证一定静差度的前提下，扩大系统调速范围的方法是：提高电动机机械特性的硬度以减小△nN，则在负载转矩发生变化时，电动机的转速应尽可能不变。如下图，能满足要求。§11.1机电传动控制系统的组成闭环控制系统或负反馈控制系统或反馈控制系统：按偏差控制原理建立的控制系统，其特点是输入量与输出量之间既有正向的控制作用，又有反向的反馈控制作用，形成一个闭环。§11.1机电传动控制系统的组成通常自动控制系统的方框图如下图：§11.1机电传动控制系统的组成

自动控制系统的分类：按采用不同的反馈方式分：转速负反馈、电势负反馈、电压负反馈及电流正反馈；按自动调节系统的复杂程度分：单环自动调节系统和多环自动调节系统；按系统稳态时被调量与给定量有无差别分：有静差调节系统和无静差调节系统；§11.1机电传动控制系统的组成按调节动作与时间的关系分：断续控制系统和连续控制系统；按系统中所包含的元件特性分：线性控制系统和非线性控制系统。§11.1机电传动控制系统的组成按给定量变化的规律分：定值调节、程序控制和随动系统；§11.2机电传动控制系统调速方案的选择生产机械对自动调速系统技术指标的要求一、静态技术指标静差度：表示生产机械运行时转速稳定的程度，即要求静差度S应小于一定数值。电动机的机械特性愈硬，则静差度愈小，转速的相对稳定性就愈高。在一个调速系统中，若在最低转速运行时能满足静差度的要求，则在其他转速时必能满足要求。调速范围：不同的生产机械要求的调速范围各不相同。调速的平滑性：用两个相邻调速级的转速差来衡量，在一定的调带范围内，可以得到的稳定运行转速级数越多，调速的平滑性就越高，若级数趋近于无穷大，即表示转速连续可调，称为无级调速。§11.2机电传动控制系统调速方案的选择二、动态技术指标最大超调量超调量太大，达不到生产工艺上的要求，太小，则会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高等，一般为10%-35%。§11.2机电传动控制系统调速方案的选择§11.2机电传动控制系统调速方案的选择振荡次数：在过渡过程时间内，被调量n在其稳定值上下摆动的次数。过渡过程时间T：从输入控制（或扰动）作用于系统开始直到被调量n进入（0.05-0.02)n2稳定值区间时为止(且以后不再越出此范围)的一段时间。§11.2机电传动控制系统调速方案的选择系统1时间过长系统2振荡次数多系统3较好§11.2机电传动控制系统调速方案的选择§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统单闭环直流调速系统常见的单闭环直流调速系统如图11.8。～电流截止负反馈电动机调节器（放大器）变流器速度负反馈给定速度无静差调速系统：按积分（或比例积分）控制的系统。有静差调速系统：单纯由被调量负反馈组成的按比例控制的单闭环系统。§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统1、有静差调速系统的基本组成和工作原理，如图11.9所示。有静差调速系统§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统其中Ug为给定电压，Uf为速度反馈信号。§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统由上图可得：而速度反馈信号Uf与转速n成正比，即放大器的输出：其中Kp——放大器的电压放大倍数把触发器和可控整流器看成一个整体，设其等效放大倍数为Ks，则空载时，可控整流器的输出电压为：对于电动机电枢回路，若忽略晶闸管的管压降，则有式中=RX+Ra—电枢回路的总电阻§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统式中，K0=KpKs—从放大器输入端到可控整流电路输出端的电压放大倍数；—闭环系统的开环放大倍数。联立以上两式可得带转速负反馈的晶闸管—电动机有静差调速系统的机械特性方程为：§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统当系统是开环系统时，整流器的输出电压为：§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统由此可得开环系统的机械特性方程为：§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统比较开环和闭环系统的特性方程可得：在给定电压一定时，有即闭环系统的理想空载转速降低到开环时的1/（1+K）倍，若要使闭环系统获得与开环系统相同的理想空载转速，闭环系统所需要的给定电压要比开环系统高（1+K）倍。§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统若将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即n0f=n0，则即在同样负载电流下，闭环系统的转速降仅为开环系统转速降的1/（1+K）倍，从而大大提高了机械特性的硬度，使系统的静差度减少。在最大运行转速和低速时最大允许静差度S2不变的情况下，开环系统和闭系统的调速范围分别为：开环：§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统闭环：即闭环系统的调速范围为开环系统的(1+K)倍。由上可知，提高系统的开环放大倍数K是减小静态转速降、扩大调速范围的有效措施。§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统这种系统转速自动调节的过程：在某一规定的转速下，给定电压Ug=C，假设电动机空运行（Ia≈0）时，空载转速为n0，测速发电机相应的电压UBR经分压后得反馈电压Uf，△U=Ug-Uf为比例调节器（放大器）的输入端，Uk加入触发器的输入电路，Ud供电给电动机产生空载转速n0。§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统当负载增加时，§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统转速负反馈调速系统能克服扰动作用（如负载变化、SCR交流电流电压的变化等）对电动机转速的影响。只要扰动引起电动机转速的变化能为测量元件—测速发电机等所测出，调速系统就能产生作用来克服它。但测量元件本身的误差是不能补偿的。§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统2、其他反馈在自动调速系统中的应用1>电压负反馈系统：具有电压负反馈环节的调速系统，如下图。§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统系统中电动机的转速：n随电枢电压U的大小而变：U↑→

n↑电压负反馈系统是把M电枢电压作为反馈量，以调整n。电位计RP是检测M端电压大小的检测元件。电压反馈系数：§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统调整过程如下：特点：线路简单，但稳定速度的效果并不大，主要是用来防止过压、改善动态特性、加快过渡过程。§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统2>电流正反馈与电压负反馈的综合反馈系统：补偿电动机电枢电阻所产生的压降，扩大了调速范围。若比例选择恰当，综合反馈将具有转速反馈的性质。如图11.11。§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统无静差调速系统特点：静态时系统的反馈量总等于给定量，即偏差等于0。如图11.25为具有比例积分调节器的无静差调速系统。§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统1、比例积分（PI）调节器把比例运算电路和积分运算电路组合起来就构成了比例积分调节器，简称PI调节器。§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统由上图可知：§11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统由此可见，PI调节器的输出由两部分组成，第一部分是比例部分，第二部分是积分部分，在零初始状态和阶跃输入下，输出电压的时间特性如图11.26(b)。特点：既能获得较高的静态精度，又能具有较快的动态响应。§