直流传动讲义.ppt

1. 扰动问题的分析 扰动： 除给定外作用在控制系统上，并引起调节量发生变化的因素。 闭环负反馈系统对闭环内的扰动因素具有抗干扰能力，利用系统的反馈功能反馈检测功能通过调节器输入（给定与反馈的差值）的变化来改变调节器的输出从而达到对扰动量的负向调节，快速消除扰动带来的不良影响。 扰动的分类 闭环反馈系统能够对闭环内的扰动产生进行调节，但对反馈环的扰动因素不能进行调节。 例如： 负载变化的扰动，励磁变化的扰动，电源的波动等可以进行调节。 速度反馈的扰动（编码器），电流反馈的扰动（电流检测元件）等不能进行调节 2. 开环前馈补偿（预控） 模拟和数字控制系统 在模拟控制系统中，所有检测和控制环节都连续并行工作。来自给定和反馈的信号能够很快的通过控制环节影响被调量，相应快。 速度控制系统的工作模式是离散的，串行的，必然会有一定的滞后，响应速度比模拟系统慢。 数字控制系统中，第k个周期初采样的给定量及反馈量由各环节一步步的串行处理，算出电力变流器的控制量，到k+1周期初，才送到变流器的触发电路，另外当反馈中有大纹波，需采用平均采样时，在第k个周期初采样到得反馈量是第k-1个周期的平均值，又滞后了半个采样周期。 为了克服这个缺点，在设计数字控制系统时，广泛使用开环前馈补偿（预控）技术来加快响应。数字控制装置计算功能强，精度高，也为预控的应用提供了条件 。 为什么采用开环前馈补偿 开环前馈补偿（预控）的定义 开环前馈补偿（预控）是根据给定量及系统参数估算出控制对象所需的控制量，绕过闭环调节器直接作用于控制现象。 在这种开环复合系统中被调量对给定的跟随主要是靠开环，闭环系统主要是解决稳定和精度问题。 带预控的直流调速框图 RG NPC dn* M ÷ dt CPC A n φ i T* Tp* ΔT ASR ACR - - + + ΔUc up* Tp* uc i* RG -斜坡给定环节 ASR -速度调节器 ASR -速度调节器 A -功率放大器 CPC -电流预控环节 NPC -速度预控环节 电流预控（CPC）环节： 根据电流给定i*、电动机参数R和L及电动势e，来计算A所需的控制电压Uc，电流预控环节输出 Up*=(i*R+Ldi*/dt+e)/KA UC≈Up*+Δuc (Δuc为电流调节器输出)。 速度预控（NPC）环节： 根据转速给定及机械惯性时间常数Tm，来计算转矩控制环输入T*,转速预控环节输出 Tp*=Tm dn/dt, T*=Tp*+ΔT (ΔT为速度调节器输出)。 预控后的效果 采用预控以后，数字控制系统可以获得和模拟控制系统同样的响应，两种系统的6脉波晶闸管变流器的响应时间都可以做到10ms 3.扰动观测器 1 直流装置在励磁上的应用 2 * 2. 恒功率调速方式 而在弱磁调速范围内，转速越高，磁通越弱，容许的转矩不得不减少，转矩与转速的乘积则不变，即容许功率不变，是为“恒功率调速方式”。 由此可见，所谓“恒转矩”和“恒功率”调速方式，是指在不同运行条件下，当电枢电流达到其额定值 IN 时，所容许的转矩或功率不变，是电机能长期承受的限度。实际的转矩和功率究竟有多少，还要由其具体的负载来决定。 恒转矩类型的负载适合于采用恒转矩调速方式，而恒功率类型的负载更适合于恒功率的调速方式。但是，直流电机允许的弱磁调速范围有限，一般电机不超过 1:2 ，专用的“调速电机”也不过是 1:3 或 1:4 。 当负载要求的调速范围更大时，就不得不采用调压和弱磁配合控制的办法，即在基速以下保持磁通为额定值不变，只调节电枢电压，而在基速以上则把电压保持为额定值，减弱磁通升速，这样的配合控制特性示于下图。 电压与弱磁的配合控制 Te ?N ? nN nmax 变电压调速 弱磁调速 UN U P ? P Te U n O 图2-35 变压与弱磁配合控制特性 电枢电压与励磁配合控制特性 从图中可知：调压与弱磁配合控制只能在基速以上满足恒功率调速的要求，在基速以下，输出功率不得不有所降低。 系统组成 TVD AE 图2-36 非独立控制励磁的调速系统 TG n ASR ACR U*n RP1 - Un Ui U*i - Uc TA V M - Ud Id UPE - AFR + GTFC Uif + VFC U*if + RP2 AER Ui - U*e Ue TAFC Uv TG M 系统部件说明 图中 TVD —— 电压隔离器； AE —— 电动势运算器； AER —— 电动势调节器； 工作原理 控制的基本思想 根据 E = Ke? n 原理，若能保持电动势E不变，则减少电动机的励磁磁通，可以达到提高转速的目的。