直流调速系统-单闭环.pptVIP

该系统静特性分为两段： 当 Id?Idcr 时，IdRs-Ucom 为负值，电流负反馈被截止，静特性方程为： 当 IdIdcr 时，IdRs-Ucom 为正值，电流负反馈起作用，有： 具有电流截止环节的无静差直流调速系统 静特性（挖土机特性） 当电机堵转时，转速 n=0 ，有： Idbl 应小于电动机允许的电流最大值，一般取(1.5~2.5)Inom 。正常运行时，希望有足够的运行范围，截止电流 Idcr 应大于电动机额定电流，一般可取(1.1~1.2)Inom 。 具有电流截止负反馈的 V-M 系统 SimPower 模型 转速、电流响应曲线 比例积分环节的输入输出关系为： PI 调节器的输出由比例、积分两部分组成。 当初始阶跃信号输入时，C1 相当于短路，积分部分不起作用，这时调节器只相当于比例放大器，即输出电压 Uc=KPIUin 瞬时加到 C1 上。 随后 C1 开始充电，积分部分开始积分运算，输出电压线性增长，达到输出限幅时进入稳态，C1 开路（即无反馈电压），调节器开环放大倍数接近无穷大，使系统基本无静差。 对应 PI 调节器输入输出关系，在零初始条件下做拉氏变换，即可得到 PI 调节器的传递函数： 稳态扰动误差分析 对于单纯采用比例调节器的转速负反馈直流调速系统，若只有扰动没有给定，则转速降只是由扰动产生的。 这时有： 即得到： 对于突加负载，有 Idl(s)=Idl/s ，利用拉氏变换终值定理可以得出这时的稳态速降： 若将转速单闭环调速系统中的调节器改为积分调节器或比例积分调节器，则有传递函数： 1. 采用积分调节器时： 2. 采用比例积分调节器时： 对于突加负载时皆有： ，即采用积分调节或比例积分调节皆可实现系统无静差。 注意： 上述分析表明，只要在调节器中含有积分环节，就可以实现系统无静差。 或者说，只要在控制系统前向通道的扰动作用点之前含有积分环节，突加负载阶跃扰动便不会引起稳态误差。但出现在扰动作用点之后的积分环节，对消除稳态误差是无能为力的。 比例调节转速单闭环直流调速系统模型 比例积分调节转速单闭环直流调速系统模型 直流电动机参数：Pnom = 10kW ，Unom = 220V， Inom = 55A，nnom = 1000r/min，Ra = 0.5?。 主电路总电阻R 1 ? 测速反馈系数α 0.01178 v/rpm 电动势转速比Ce 0.1925 V.min/r 整流装置 放大系数Ks 44 电枢回路 电磁时间常数Tl 0.017 s 三相桥 平均失控时间Ts 0.00167 s 机电时间常数Tm 0.075 s 调节器参数T1 ,T2 0.049 s 0.088 s 比例调节器带参数仿真模型 比例调节 单闭环直流调速系统 单位阶跃给定响应 比例调节 单闭环直流调速系统 单位阶跃扰动响应 比例积分调节带参数仿真模型 比例积分调节 单闭环直流调速系统 单位阶跃给定响应 比例积分调节 单闭环直流调速系统 单位阶跃扰动响应 比例积分调节 单闭环直流调速系统 单位脉冲扰动响应 VM 系统 SimPower 模型 空载起动，0.5s 后加载 电枢电流、转矩仿真曲线 空载起动，0.5s 后加载 输出转速仿真曲线 空载起动，0.5s 后加载 输出转速仿真曲线 额定负载直接起动 转速、电枢电流仿真曲线 额定负载直接起动 转速、转矩仿真曲线 问题1 ：系统全压起动或突加给定起动产生冲击电流 采用转速负反馈的闭环调速系统突加给定电压时，由于惯性，转速不能立即建立起来，反馈电压仍为零，偏差电压等于给定值，即接近稳态工作值的 1+K 倍。由于放大器和变换器的惯性都很小，电枢电压瞬间达到最高值，对于电动机即相当于全压起动。 直流电动机全电压起动时，若无限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电机换向不利，对过载能力低的电力电子器件来说，更是不能允许的。 问题2 ：产生堵转电流 有些生产机械的电动机可能会遇到堵转的情况。例如由于故障，机械轴被卡住，或挖土机运行时碰到坚硬石块等。由于闭环系统的静特性很硬，若无节制地硬干下去，电流将远远超过允许值。如果只依靠过流继电器或熔断器保护，一过载就跳闸，也会给正常工作带来不便。 解决上述问题的方法： 1. 电枢串电阻起动； 2. 增加积分输入环节； 3. 引入电流截止负反馈环节。 根据反馈控制原理，要维持哪一个物理量基本不变，则引入相应物理量的负反馈。引入电流负反馈，应该能够保持电流基本不变，使之不超过允许值。 对干扰的抑制 在系统前向通道上（即包含在反馈环内各环节上）的扰动，可被测速发电机反映出来，通过反馈控制可得到抑制。例如直流电源输出降低时：