自动控制系统第一章1-3.ppt

1.3 单闭环直流调速系统;图 采用转速负反馈的闭环调速系统; 调节原理; 稳态分析条件;转速负反馈直流调速系统中各环节的稳态关系如下： ;以上各关系式中 — 比例调节器的放大系数； — 电力电子变换器的电压放大系数； — 转速反馈系数，（V·min/r）； ; 闭环系统的静态结构框图; 从上述五个关系式中消去中间变量，整理后，即得转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式 ; 式中 闭环系统的开环放大系数K为 它相当于在测速反馈电位器输出端把反馈回路断开后，从放大器输入起直到测速反馈输出为止总的电压放大系数，是各环节单独的放大系数的乘积。 ;注意： 闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）间的稳态关系，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大不同，故定名为“静特性”，以示区别。 ; 对于静态结构图中各方块内的符号代表该环节的放大系数。运用结构图运算法同样可以推出式所表示的静特性方程式，方法如下：将给定量和扰动量看成两个独立的输入量，先按它们分别作用下的系统求出各自的输出与输入关系式，;1）只考虑给定作用时的闭环系统;2）只考虑扰动作用时的闭环系统; 由于已认为系统是线性的，可以把二者叠加起来，即得系统的静特性方程式 ;开环系统机械特性和闭环系统静特性的关系;比较式（1-a）和式（1-b）不难得出以下的论断：; 系统特性比较（续）;（3）当要求的静差率一定时，闭环系统可以大大提高调速范围。 如果电动机的最高转速都是nmax；而对最低速静差率的要求相同，那么： 开环时， 闭环时， 得 ; 系统特性比较（续）; 把以上四点概括起来，可得下述结论： 结论： 闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，从而在保证一定静差率的要求下，能够提高调速范围，为此所需付出的代价是，须增设电压放大器以及检测与反馈装置。 ;例题2-1 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW、220V、305A、1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻0.18，电动机电动势系数0.2。如果要求调速范围 D = 20，静差率5%，采用开环调速能否满足？若要满足这个要求，系统的额定速降最多能有多少？ ;解 当电流连续时，V-M系统的额定速降为 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为 这已大大超过了5%的要求，更不必谈调 到最低速了。 ;如果要求D = 20，s ≤ 5% 由上例可以看出，开环调速系统的额定速降是275 r/min，而生产工艺的要求却只有2.63r/min，相差几乎百倍！ 由此可见，开环调速已不能满足要求，需采用反馈控制的闭环调速系统来解决这个问题。;例题2-2 在例题2-1中，龙门刨床要求 D = 20， s ≤ 5%， 已知 Ks = 30， ? = 0.015V·min/r， Ke = 0.2V·min/r， 如何采用闭环系统满足此要求？ ;解 在上例中已经求得 Δnop = 275 r/min， 但为了满足调速要求，须有 Δncl = 2.63 r/min， 由式 可得 ;代入已知参数，则得 即只要放大器的放大系数等于或大于46，闭环系统就能满足所需的稳态性能指标。 ; 系统调节过程;n; 由此看来，闭环系统能够减少稳态速降的实质在于它的自动调节作用，在于它能随着负载的变化而相应地改变电??电压，以补偿电枢回路电阻压降。 ; 反馈控制规律;1. 被调量有静差;2. 抵抗扰动, 服从给定; 调速系统的扰动源; 扰动作用与影响; 抗扰能力; 抗扰能力（续）; 给定作用; 结论：; 系统的精度依赖于给定和反馈检测精度