第1章 开环控制系统.ppt

3. 机械特性 0 TeN Te n0a n0b a b ? nN n O 固有机械特性 人为机械特性 解 要求s≤ 30%时，调速范围为 若要求s≤ 20%，则调速范围只有 若调速范围达到10，则静差率只能是 例题1-1 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。 例题1-2 最低速时： 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！ （1）对静差率要求越严，即要求 s 值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。 （2）开环系统存在的问题：静差率大 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！ 结论 4.解决办法 解决办法： 根据反馈控制规律： 要想维持哪一个物理量不 变，就要引入那一个物理量的负反馈，因此可以引入转速负反馈。 由于参数均不能变化，因此开环系统对于降低△nN 无能为力。 0 TeN Te n0a n0b a b ? nN n O 1.2.1 直流PWM变换器 根据PWM变换器主电路的形式可分为可逆和不可逆两大类。 1.简单不可逆PWM变换器 Us Id E 0 t I20 i (t) I10 VT导通 Id E VT截止 0 t I20 i（t) I10 0 t I20 i (t) I10 一个周期内的电流波形 电压和电流波形 及平均电压 平均输出电压 ? = ton / T :占空比 电机的运行象限： 第一象限 电流不能反向 改变 ? （ 0 ≤ ? ≤ 1 ）即可调节电机的转速. 2.桥式可逆PWM变换器 U, i +Us ton T 0 -Us O 正向电动运行波形 平均输出电压 电机的运行象限： 第一象限 正脉冲电压的宽度大于负脉冲的宽度? 0.5 (1) 正向电动运行 (2) 反向电动运行 输出波形及平均电压 U, i Ud E id +Us t ton T 0 -Us O 反向电动运行波形 正脉冲电压的宽度小于负脉冲的宽度? 0.5 平均输出电压 电机的运行象限： 第三象限 （3）停转状态 正脉冲电压的宽度等于负脉冲的宽度 平均输出电压 电动机停转。 U, i +Us ton T 0 -Us O 停转波形 电枢两端的瞬时电压和瞬时电流不为零 （4）双极式可逆 PWM变换器的优点 ①电流一定连续； ②电动机能在四象限运行； ③电动机停止时有微振电流，消除了静磨擦死区； （5）双极式控制方式的不足之处 4个开关器件在工作中都处于开关状态，在切换时容易容易发生上、下桥臂直通的事故， 在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。 1.2.2 直流PWM变换器-电动机系统的能量回馈问题 图1-13 桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的原理图 泵升电压及其限制 对滤波电容充电的结果造成电容两端电压升高，称作“泵升电压”。 1.2.3 直流PWM调速系统的数学模型及机械特性 1、PWM控制与变换器的数学模型 （1）动态数学模型 式中， Ks——PWM控制与变换器的放大系数， Ts——PWM控制与变换器的延迟时间。 （2）PWM装置数学模型的近似 当开关频率为10kHz时，滞后时间 明显小于相控整流电源。 2、PWM调速系统的机械特性 脉宽调制变换器的输出电压是高度和频率一定、宽度可变的脉冲序列， 改变平均输出的电压的大小，可以调节电机的转速。 （1）不可逆电路的电压方程 式中的R、L分别为电枢电路的电阻和电感 （2）双极式的可逆电路的电压方程 （3）电压平均值方程 平均电压 平均电流 电枢电感压降的均值 转速 （4）机械特性方程 （5）直流PWM调速系统的机械特性 1.3 调速系统稳态性能指标 1.3.1 调速范围和静差率 1）调速，要求系统能够在指定的范围内的转速上运行。 2）稳速，要求系统调速的重复性和精确度要好，不允许有过大的转速波动。 1. 调速范围(D) 生产机械要求电动机在额定负载情况下提供的最高转速和最低转速之比称为调速范围 nmin n02 ?nN2 Tem n01 nmax TN ?nN1 0 n ● ● 2. 静差率（s） 当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落