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第3章 典型自动控制系统的组成和工作原理 （时间：2次课，4学时） 第3章 典型自动控制系统的工作原理 对自动控制系统进行分析，通常是先定性分析，后定量分析。在进行定性分析时，首先分析系统的组成以及各个部件、环节在系统中所起的作用和它们相互之间的联系。然后分析系统的调节过程和工作原理。分析系统的组成及其工作原理是建立系统模型并进而对系统进行定量分析的基础。本章将通过对几个典型自动控制系统的分析，来阐述分析的过程和方法。 第3章 典型自动控制系统的工作原理 3.1 水位控制系统 3.2 具有转速负反馈的晶闸管直流调速系统 3.3 具有电压负反馈和电流正反馈的晶闸管直流调速系统 3.4 转速与电流双闭环直流调速系统 3.5 晶闸管交流调压位置随动系统 3.6 全控型电力电子器件组成的SPWM变压变频调速系统 3.1 水位控制系统 3.1.1 系统的组成 3.1.2 系统的工作原理 3.1 水位控制系统 水位自动控制系统是最常见的自动控制系统之一，让我们通过这个较简单的系统，来说明怎样确定各个环节和各种物理量在系统中的地位和作用，又是如何建立系统职能方块图的。 3.1.1 系统的组成 图3.1为一个水位控制系统的示意图。分析系统的组成，首先应明确系统的任务。水位控制系统的任务就是设法保持水箱中的水位高度H恒定。因此系统的被控量(或输出量)是水位高度H，系统控制对象就是水箱。当水位维持到期望值后，若用水量Q2突然增大，必然引起水位下降。也就是说，用水量Q2是使水位高度H偏离期望值的主要因素，因此Q2是系统的扰动量。Q2增大后，欲使水位重新调整回到期望高度，主要依靠增大给水量Q1来实现，因此Q1为系统主要的控制作用量。理清H与Q1、Q2的关系，是分析本系统组成的关键。 3.1.1 系统的组成 3.1.1 系统的组成 3.1.1 系统的组成 3.1.2 系统的工作原理 3.2 具有转速负反馈的晶闸管直流调速系统 3.2.1 系统的组成 3.2.2 系统的工作原理 3.2 具有转速负反馈的晶闸管直流调速系统 变电压调速是直流调速系统采用的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源。由晶闸管可控整流电路供电的调速系统是当前应用最普遍的调速系统，具有转速负反馈的晶闸管直流调速系统是其中典型的系统。下面将通过它来说明调速系统的组成和工作原理。 3.2.1 系统的组成 3.2.1 系统的组成 3.2.1 系统的组成 3.2.2 系统的工作原理 3.2.2 系统的工作原理 3.2.2 系统的工作原理 3.3 具有电压负反馈和电流正反馈的晶闸管直流调速系统 3.3.1 电压负反馈调速系统 3.3.2 电压负反馈和电流正反馈的直流调速系统 3.3 具有电压负反馈和电流正反馈的晶闸管直流调速系统 转速负反馈调速系统，是调速系统中最常采用的基本形式，它的调速性能良好。但缺点是：它必须采用测速发电机，由此而带来了安装、维护麻烦和设备投资增加。在调速指标要求不高的系统中，往往以电压负反馈和电流正反馈来代替转速反馈。 3.3.1 电压负反馈调速系统 3.3.1 电压负反馈调速系统 3.3.1 电压负反馈调速系统 3.3.2 电压负反馈和电流正反馈的直流调速系统 3.3.2 电压负反馈和电流正反馈的直流调速系统 3.3.2 电压负反馈和电流正反馈的直流调速系统 3.3.2 电压负反馈和电流正反馈的直流调速系统 3.4 转速与电流双闭环直流调速系统 3.4.1 系统的组成 3.4.2 系统的工作原理 3.4 转速与电流双闭环直流调速系统 由于转速负反馈和电压负反馈调速系统中只有一个反馈闭合回(环)路，所以通常称为单闭环调速系统。当采用PI调节器控制时也可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差，即具有良好的静态性能。当对系统的动态性能要求较高(例如要求快速起制动等)，单闭环系统就难以满足需要。这时，应用更普遍、更典型的是转速、电流双闭环调速系统。下面将介绍系统的组成和工作原理。 3.4.1 系统的组成 图3.9为转速、电流双闭环直流调速系统的原理图。 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节调速和电流，二者之间实行串级连结。这就是说，将转速调节器SR的输出当作电流调节器CR的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，由电流检测反馈环节和电流调节器构成的电流环在里面，称为内环；由转速检测反馈环节和转速调节器所构成的转速环在外边，称为外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。 3.4.1 系统的组成 3.4.1 系统的组成 3.4.1 系统