机电传动与运动控制 教学课件 作者 范国伟 第10章 直流调速控制系统.ppt

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1、第10章直流调速控制系统范国伟安徽工业大学10.1直流调速系统性能指标机电控制系统调速方案的选择，主要是根据生产机械对调速系统提出的调速技术指标来决定。技术指标有稳态指标和动态指标。1、稳态指标运动控制系统稳定运行时的性能指标称为稳态指标，又称静态指标。例如，调速系统稳态运行时调速范围和静差率，位置随动系统的定位精度和速度跟踪精度，张力控制系统的稳态张力误差等等。下面我们具体分析调速系统的稳态指标。（1）调速范围D生产机械要求电动机能达到的最高转速nmax和最低转速nmin之比称为调速范围，用字母D表示，即（10

2、.1）其中nmax和nmin一般指额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可以用实际负载的转速。在设计调速系统时，通常视nmax为电动机的额定转速nN。（2）静差率δ当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载变到额定负载时所对应的转速降落与理想空载转速no之比，称为静差率δ，即（10.2）显然，静差率表示调速系统在负载变化下转速的稳定程度，它和机械特性的硬度有关，特性越硬，静差率越小，转速的稳定程度就越高。2、动态指标运动控制系统在过渡过程中的性能指标称为动态指标，动态指标包括跟随性能指标和抗扰性

3、能指标两类。（1）跟随性能指标在给定信号（或称参考输入信号）R（t）的作用下，系统输出量C（t）的变化情况用跟随性能指标来描述。对于不同变化方式的给定信号，其输出响应不一样。通常，跟随性能指标是在初始条件为零的情况下，以系统对单位阶跃输入信号的输出响应（称为单位阶跃响应）为依据提出的，（2）抗扰性能指标抗扰性能主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。从动态结构图中可以看出，负载扰动作用在电流环之后，因此只能靠转速调节器ASR来产生抗负载扰动的作用。在设计ASR时，应要求有较好的抗扰性能指标。10.2有静差调速系统

4、有静差的自动调速系统中的放大器只是一个具有比例放大作用的P调节器，而不是同时具备比例运算和积分运算的PI调节器，它必须依靠实际转速与给定转速两者之间的偏差，才能实现转速控制作用。因此，这种系统只能缩小转速稳态误差，而不能消除转速的稳态误差。10.2.1闭环调速系统组成及其静特性开环调速系统不能满足较高的性能指标要求。根据自动控制原理，为了克服开环系统的缺点，提高系统的控制质量，必须采用带有负反馈的闭环系统。闭环系统的方框图如图10.3所示。在闭环系统中，把系统的输出量通过检测装置（传感器）引向系统的输入端，与系统

5、的输入量进行比较，从而得到反馈量与输入量之间的偏差信号。利用此偏差信号通过控制器（调节器）产生控制作用，自动纠正偏差。因此，带输出量负反馈的闭环控制系统具有提高系统抗扰性，改善控制精度的性能，广泛用于各类自动调节系统中。10.2.2闭环系统的优势闭环控制又常称为反馈控制或偏差控制，具有自动自动修正被控制量出现偏离的能力，因此可以修正元件参数变化以及外界扰动引起的误差，其控制精度较高。10.2.3闭环控制系统的特征转速反馈闭环调速系统是一种基本的反馈控制系统。它具有下列四个基本特征：（1）只用比例放大器的反馈系统，

6、其被调量仍是有静差的（2）抵抗扰动，服从给定。（3）高精度的调速系统必须有更高精度的给定稳压电源。（4）反馈检测装置的误差也是反馈控制系统无法克服的。采用高精度光电编码盘的数字测速，可以大大提高调速系统的精度。10.3无静差调速系统无静差调速系统概念，调速系统受到扰动作用后，又进入稳态运行时，系统的给定量与被调量的反馈量保持相等，即，也就是扰动前后的稳态转速不变。实现无静差调速必须使用有积分作用的调节器。积分调节器的作用：只要有偏差，调节就一直持续，直至偏差为零。10.4转速、电流双闭环调速系统对一般要求不高的调

7、速系统，常常在系统中加入电流截止负反馈环节以限制启动和运行中的过电流。但是这种电路，由于转速反馈信号和电流反馈都加在一个调节器的输入端，这两个反馈信号互相牵制，使系统动、静态特性不够理想。对于高性能的调速系统，如要求快速启动、制动，动态速降要小等，通常就采用了转速、电流双闭环系统。10.5直流脉宽调制调速装置脉宽调速系统的主要电路采用脉宽调制式变换器，简称PWM变换器。PWM变换器有不可逆和可逆两类，可逆变换器又有双极式、单极式和受限单极式等多种电路。10.6数字控制直流调速系统微机数字控制系统的稳定性好，可靠性

8、高，可以提高控制性能，此外，还拥有信息存储、数据通信和故障诊断等模拟控制系统无法实现的功能。由于计算机只能处理数字信号，因此，与模拟控制系统相比，微机数字控制系统的主要特点是离散化和数字化。