直流调速控制系统

直流调速控制系统第1页，共28页，2023年，2月20日，星期六机电传动控制系统的组成与分类直流调速系统的主要性能指标有静差调速系统无静差调速系统第2页，共28页，2023年，2月20日，星期六自动控制系统按组成原理，分为开环控制系统和闭环控制系统。1按采用不同的反馈方式，可分为转速负反馈、电压负反馈及电流正反馈等控制系统。第3页，共28页，2023年，2月20日，星期六2按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为有静差调节系统和无静差调节系统。按自动调节系统的复杂程度，可分为单环自动调节系统和多环自动调节系统；按给定量变化的规律，可分为定值调节系统、程序控制系统和随动系统；按调节动作与时间的关系，可分为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，可分为线性控制系统和非线性控制系统。第4页，共28页，2023年，2月20日，星期六310.1直流调速系统的性能指标静态技术指标动态技术指标调速范围静差率平滑性最大超调量过渡过程时间振荡次数抗干扰性能第5页，共28页，2023年，2月20日，星期六41、调速范围D在额定负载下，允许的最高转速和在保证生产机械对转速变化率要求的前提下所能达到的最低转速之比称为调速范围。车床龙门刨床钻床铣床轧钢机造纸机进给机械20～12020～402～1220～303～1510～205～30000第6页，共28页，2023年，2月20日，星期六52、静差率S静差率表示出生产机械运行时转速稳定的程度。当负载变化时，生产机械转速的变化要能维持在一定范围之内，即要求静差率S小于一定数值（速度稳定性指标）。普通设备普通车床龙门刨床冷轧机热轧机造纸机S≤50%S≤30%S≤5%S≤2%0.2%~0.5%S≤0.1%第7页，共28页，2023年，2月20日，星期六73、调速的平滑性调速的平滑性，通常是用两个相邻调速级的转速差来衡量的。无级调速有级调速调速第8页，共28页，2023年，2月20日，星期六6注意静差率S与特性硬度β的区别与联系以调压调速为例，调速范围D与静差率S之间的关系：第9页，共28页，2023年，2月20日，星期六8从一种稳定速度变化到另一种稳定速度运转，由于有电磁惯性和机械惯性，过程不能瞬时完成，需要经过一段过渡过程，称动态过程。在调速的动态过程中，有一些性能指标需要关注和控制。对一个闭环控制系统，常输入单位阶跃信号，观察它的响应过程，来评价其动态性能的好坏。4、跟随性能第10页，共28页，2023年，2月20日，星期六91）最大超调量超调量太大，达不到生产工艺上的要求；超调量太小，会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高等。第11页，共28页，2023年，2月20日，星期六102）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（2%～5%）n2稳定值区间时为止的一段时间，叫作过渡过程时间（调节时间）。第12页，共28页，2023年，2月20日，星期六11在过渡过程时间内,被调量n在其稳定值上下摆动的次数。3）振荡次数N系统超调量过渡过程时间T振荡次数性能10长无不好2大长多不好3小短中好三种不同调速系统被调量从x1改变为x2时的变化情况第13页，共28页，2023年，2月20日，星期六1210.2有静差调速系统由被调量负反馈组成的按比例控制的单闭环系统，称有静差调速系统。一、基本组成及其静特性调速系统的基本任务：调节速度；扩大调速范围，减小静态误差。1、基本组成第14页，共28页，2023年，2月20日，星期六13放大器：将外加电压和反馈信号经转换后的电压之差进行放大。晶闸管触发电路和整流电路：将放大器放大后的电压信号变为脉冲型号去控制整流电路的输出大小；输出电压大小由触发电路输出脉冲信号所决定，整流电路的输出为直流电动机电枢的外加电压。

直流电动机：系统的控制对象。给定电位器：调节Rg的位置可改变给定电压Ug的大小。转换元件：将测速发电机的转速转换成电压信号以便与给定电压进行比较。测速发电机：与直流电动机M同轴相连，即两者的速度相同，测速发电机用来测量电动机的速度，称检测元件。第15页，共28页，2023年，2月20日，星期六142、工作原理:A、稳态（Ug、Uf不变）当Ug、Uf不变时，电动机的转速不变，这种状态称为稳态。B、调速（Uf不变，改变Ug的大小）改变Ug的大小，可改变电动机的转速，这种状态称为调速。第16页，共28页，2023年，2月20日，星期六15C、稳速（Ug不变、负载变化使Uf变化)当负载发生变化使速度发生变化后，系统通过反馈能维持速度基本不变，这种状态称为稳速。第17页，共28页，2023年，2月20日，星期六16系统的调速方法是改变外加电压调速；系统的反馈信号是被控制对象n本身;反馈电压和给定电压的极性相反，即:该系统又称转速负反馈调速系统。第18页，共28页，2023年，2月20日，星期六173、静特性分析A、各环节输入与输出的关系电动机电路：晶闸管整流和触发电路：放大器电路：反馈电路：速度反馈信号电压与转速n成正比，设放大系数为Kf，则：第19页，共28页，2023年，2月20日，星期六18B、静特性演算第20页，共28页，2023年，2月20日，星期六19——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（开环放大系数）。式中:第21页，共28页，2023年，2月20日，星期六20如果系统没有转速负反馈（即开环系统）时，则整流器的输出电压:由此可得开环系统的机械特性方程（静特性）:二、闭环系统与开环系统对比而闭环系统的静特性:第22页，共28页，2023年，2月20日，星期六21系统闭环与开环时的理想空载转速可以通过调节取得一致，即。在同样的负载扰动下，闭环系统和开环系统的转速降落的关系：此时，静差率的关系：第23页，共28页，2023年，2月20日，星期六22在最高转速和低速时最大允许静差度不变的情况下，调速范围的关系：结论：在K值较大的情况下，闭环系统的特性硬得多。在保证一定静差率的要求下，闭环系统可以提高调速范围。第24页，共28页，2023年，2月20日，星期六23采用转速负反馈调速系统能克服扰动作用（如负载的变化、电动机励磁的变化等）对电动机转速的影响。提高系统的开环放大倍数是减小静态转速降落、扩大调速范围的有效措施。但放大倍数也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定现象。由于放大倍数K不可能为无穷大，即静态速降不可能