电力拖动运动控制系统第2版 丁学文第2章.ppt

目录2.0 概述2.1 调速系统的性能指标2.2 直流调速系统的组成及其数学模型2.3 开环直流调速系统2.4 转速单反馈闭环直流调速系统2.5 闭环控制系统的工程设计方法2.6 转速单反馈闭环直流调速系统的动态设计2.7 转速、电流双闭环直流调速系统的原理和  静态设计2.8 双闭环直流调速系统的动态设计2.9 转速电流双闭环直流调速系统的抗扰特性2.10 可逆直流调速系统 2.0 概述 2/2 由稳态转速方程式 有三种转速控制方式： 控制电枢电压Ud调速----本章只讲述这种方式 Ud是直流电动机的一个控制参数，可连续实时调节。 Ud和n呈线性关系，通过控制Ud进行调速的系统是一个线性系统。 控制(减弱)励磁磁通Φ调速 Φ与励磁电流If成正比，也是直流电动机的一个控制参数，可连续实时调节。 Φ和n不是线性关系，通过控制Φ进行调速的系统不是一个线性系统。 通过控制励磁调速也称为弱磁调速或弱磁升速。 改变电枢回路电阻R调速 R是直流电动机的一个结构参数，一般无法实时连续调节。 2.1 调速系统的性能指标 1/8 衡量调速系统的性能优劣,有稳态指标、动态指标和抗扰性指标. 2.1.1 稳态指标 ? 静差率s 额定转速降DnN与理想空载转速的比值称为转差率。在静态时即为静态转差率,简称静差率,亦用s表示。 习惯上我们把机械特性下倾的斜率大小称为机械特性的硬度。斜率越大，硬度越小，反之称为越硬。 静差率除与机械特性的硬度有关外，还与理想空载转速有关。 定义静差率的意义在于，在需要大范围调节转速时，在转速的低端用来衡量由于负载的稳态变化引起的转速波动量占额定理想空载转速的比值有多大。 2.1 调速系统的性能指标 2/8 2.1.1 稳态指标 2/4 调速范围D （调速深度） 指在能满足一定的调速性能指标的条件下，调速系统所能稳定运行的最高转速nmax和最低转速nmin的比值。 当只对调速系统的静态指标提出要求时，可将D定义为：保证静差率不大于smax时，调速系统所能够稳定运行的最高转速nmax和最低转速nmin的比值。 对调速系统的性能指标有不同要求时（包括静态指标、动态指标、抗扰指标等），同一系统的调速范围也会有所不同。 2.1 调速系统的性能指标 3/8 2.1.1 稳态指标 3/4 稳态时D、s和DnN之间的关系 指在能满足一定的调速性能指标的条件下，调速系统所能稳定运行的最高转速nmax和最低转速nmin的比值。 若限定系统的最大静差率为smax，当DnN 一定时，smax总是发生在最低速时 由上式中解出nmin，并代入式（2-3）即得 上式表明调速范围D与容许的最大静差率smax近似成正比，与额定负载时的转速降DnN成反比。显然增大调速范围的最直接有效的办法是减小DnN，即增大机械特性的硬度。 2.1 调速系统的性能指标 4/8 2.1.1 稳态指标 4/4 例2-1 某调速系统的额定转速nN=1000r/min，在额定负载时的额定转速降为DnN =84r/min。从额定转速向下采用降低电枢电压调速。要求 ① 当生产工艺要求的静差率为s≤smax=0.3r/min 时，试计算此系统的调速范围D。 ② smax不变，但额定速降DnN减小为40r/min时，D为多少？ ③ 保持DnN =84r/min ，但生产工艺对静差率的要求提高为smax=0.1r/min时，重新计算D。 2.1 调速系统的性能指标 5/8 2.1.2 动态指标 1/3 调速系统在动态控制的过渡过程中所表现出来的性能指标。 动态性能可分为跟踪性能和抗扰性能。 跟踪性能 输出转速在跟随输入指令大范围变化时所表现出来的性能。 一般是针对阶跃指令来定义的。 上升时间tr——第一次到达n∞的时间，它表征了调速系统快速调节以跟踪指令的能力。 超调量s ——超越n∞的最大偏差值，一般用相对量表示 2.1 调速系统的性能指标 6/8 2.1.2 动态指标 2/3 抗扰性能 1/2 除了给定指令之外，其它能引起输出量发生偏移的因素都称为扰动。 对于调速系统而言，负载转矩的变化是最重要的扰动量。 一个控制系统在受到某种扰动量作用时，其输出量会偏离理想状态，然后会在系统的自动控制下重新返回或接近理想状态。抗扰性能用来衡量控制系统这种抵抗扰动作用的能力。 严格地说抗扰性能也分为稳态抗扰性能和动态抗扰性能。 2.1 调速系统的性能指标 7/8 2.1.2 动态指标 3/3 抗扰性能 2/2 动态最大速降Dnmax 最大速降时间tm 显然Dnmax越小，说明系统的抗扰性能越好。 扰动恢复时间tv 从