电机的数学模型与仿真分析幻灯片.ppt

a) 变换后的形式 b) IaL = 0 时简化形式 5、直流电动机的动态结构图 等效变换后得 此图由于没有内部反馈环节，在分析单闭环系统时将带来许多方便。 此图把电枢电流Ia显露出来了，在电流闭环的系统中得到应用。 带比例放大器的速度单闭环V-M调速系统是一个三阶线性系统。 系统的开环传递函数为： 设IaL = 0，从给定输入作用上看，该系统的闭环传递函数为： 把各单元组合起来，得到单闭环V-M调速系统的动态结构图： 6、单闭环V-M调速系统的动态结构图 五、直流调速系统开环调速系统和有静差系统单闭环系统仿真分析 1．系统原理图 在有静差系统的基础上，在前向通道串入一个积分环节 比例放大环节与积分环节可合并使用同一个运算放大器 与有静差系统比较仅仅增加了一个电容C1 速度调节器ASR由原来的P调节器改成了PI调节器 六、 无静差单闭环V-M调速系统 2．稳态结构图 发生阶跃变化后，Uct的响应是“先比例，后积分，再饱和”的动态变化的过程 只要△Un 不等于零，则稳态时，ASR输出的Uct必定是运放正(或负)饱和限幅值 在ASR积分过程中的某一时刻 =0 而进入稳态，则运放将停止积分 ASR的输入与输出信号之间是无法用一个确切数学关系来描述，也无法画出 它输入输出特性曲线，一般用其阶跃响应曲线来表示，比例积分环节的输入 与输出之间的关系是一个动态调节的过程 有静差系统 无静差系统 PI调节器的阶跃响应 3．动态结构图 各个环节的传递函数按前面推导得到 有静差系统 无静差系统 4. 稳态抗扰分析 根据系统动态结构图，当 =0时，系统的输入就 只有扰动量IaL，这时的输 出量即为负载扰动引起的 转速偏差，可将动态结构 图改画成右图C 根据结构图等效变换原理，得 整理得 稳态转速偏差为 结论：1）比例积分控制的系统是无静差调速系统 2）静特性是一组平行的水平直线 5．调节过程 以突加负载为例来分析 t1前，原稳态。 t1时，突加负载，TL1→ TL2。 t1～t3，调节过程。 t1后，转速下降，△n增加， PI调节器的输出增加，如曲线3， 电机电流增大、转矩增大。 曲线3（调节器输出）＝ 曲线1（比例部分） ＋曲线2（积分部分） t2时，T＝ TL2， △n为最大。 t3时，T＝ TL2， △n＝0，到达新稳态。 t2后，因△n≠0，Uct继续增加， T TL2，转速回升 。 稳态时，反馈电容相当于断路，其放大系数即为运放开环放大系数， 数值很大（在105以上），使系统的稳态误差大大减小。 动态时，反馈电容则相当于短路，其放大系数 KP＝R1/R0 ，数值不大，保证了系统的稳定性。 调节过程后期，积分部分起主导作用，并依靠它最终消除稳态误差。 PI调节器在系统中起的作用 调节过程初、中期，比例部分起主导作用， 保证了系统的快速响应。 突加负载时的调节过程 无静差系统单闭环系统仿真分析 1．系统构成 转速电流双闭环V-M调速系统的系统原理图 a)用硬件电路表示 b)用框图表示 六、双闭环直流电动机V-M调速系统 β是电流反馈系数 稳态中若出现了电流调节器稳定在饱和，则说明控制角已经移到尽头，输出电压Udo已经到达最大值而无法再调，整个系统处于“失控”的不可调状态。 3．静特性 两个调节器都不饱和 转速调节器饱和。这时，转速调节器ASR的输出是限幅值，系统后面部分是一个定电流控制系统。 n0～A斜线 n0～A线段下方、AB线段左方的区域内是系统的可调节工作区域。在该区域内系统的静特性是一组水平直线。 A～B垂直线是转速调节器饱和而产生的限制工作点向左的界线 ACR饱和 ACR不饱和 ASR饱和 ASR不饱和 2．稳态结构图 WASR(s)、WACR(s)分别表示ASR、ACR的传递函数 两个调节器都采用常用的PI调节器时，有 为了引出电流反馈，电动机的动态结构图中必须把电枢电流Ia显露出来 4．动态结构图 2．起动过程分析 双闭环调速系统起动时的转速和电流波形 第一阶段：电流上升阶段 第二阶段：恒电流升速阶段 第三阶段：转速调节阶段 ASR 由不饱和很快达到饱和 ACR 一般应该不饱和 ASR 一直饱和,输出 Uim* ACR 不饱和, Ia≈Iam 转速呈线性增