机电控制工程基础-第-9-章-机电控制系统应用举例.pptx

第 9 章 机电控制系统应用举例;9. 1 晶闸管交流调压位置随动系统;9. 1. 1 晶闸管交流调压位置随动系统的工作原理　　要实现高精度的位置控制,必须采用反馈控制,所以随动系统和调速系统一样,也是一种反馈控制系统。它和调速系统的主要区别在于调速系统的输入量是恒量,输出量为转速,而随动系统的输入量是变动的,输出量是位置。因此,它在构造上和控制特点上都与调速系统有很多不同。图 9－1 为一小功率晶闸管交流调压的位置随动系统的原理图。;　　1. 系统组成　　1 )交流??服电机　　图中的被控对象是交流伺服电动机 SM , A 为励磁绕组,为使励磁电流与控制电流互差 90° 电角,励磁回路中串接了电容 C1 ,它通过变压器 T 1 产生的交流电源供电。 B 为控制绕组,它通过变压器 T 2 经交流调压电路接于同一交流电源。供电的电源为 115V 、 400Hz交流电源。系统的被控量为角位移 θ 0 。;　　2 )主电路　　系统的主电路为单相双向晶闸管交流调压电路,由于随动系统的位置偏差可能为正,也可能为负,要消除位置偏差,便要求电动机能做正、反两个方向的可逆运行,因此调压电路便由 VT 正 和 VT 反 构成正、反两组供电电路。两组电路的连接如图 9－1 所示。;;　　3 )触发电路　　与主电路 VT 正 与 VT 反 相对应,触发电路也有正、反两组(具体触发线路略去未画出),它们由同步变压器 T 3 提供同步信号电压。图中 ①③ 为正组触发输出,送往 VT 正 门极; ②③ 为反组触发输出,送往 VT 反 门极; ③ 为公共端。　　4 )控制电路　　(1 )给定信号:设位置给定量为 θ i ,它通过伺服电位器 RP s 转换成电压信号 U θ i , U θ i =Kθ i 。　　(2 )位置负反馈环节:此位置随动系统的输出量为角位移 θ o ,因此其主反馈应为角位移负反馈。;　　(3 )调节器与电压放大器:图中, A 1 为比例积分微分( PID )调节器,它是为改善随动系统的动、静态性能而设置的串联校正环节。　　(4 )转速负反馈和转速微分负反馈环节:有时为了改善系统的动态性能,减小位置超调量,还设置转速负反馈环节。　　(5 )控制信号的综合:现有一个输入量和三个反馈量,若在同一个输入端处进行综合,几个参数互相影响,调整也比较困难。因此可将它们分成两个闭环,使位置反馈构成外环,信号在 PID 调节器输入端进行综合,而把转速负反馈和速度微分负反馈构成内环,信号在电压放大器输入端进行综合。;　　2. 系统方块图　　综上所述,可得如图 9－2 所示的位置随动系统的方框图。;　　　3. 工作原理　　在稳态时, θo = θ i , Δ U =0 , U k 1 = U k 2 =0 , VT 正 与 VT 反 均关断, U s =0 ,电机停转。当位置给定信号 θi 改变,设 θ i 增大,则 U θ i = kθ i ,偏差电压 Δ U ( = U θ i - Ufθ) 0 ,此信号电压经 PID 调节器 A 1 和放大器 A 2 后产生的 U k 1 0 ,使正组触发电路发出触发脉冲,双向晶闸管 VT 正 导通,使电动机正转, θ o 增大。这个调节过程一直继续到 θ o = θi ,到达新的稳态,此时 Ufθ= U θ i , Δ U =0 , U k 1 =0 , VT 正 关断,电机停转。如图 9－3 ( a )所示。;　　同理可知,当 θi 减小时,则 U k 2 0 , VT 反 导通,电机反转,使 θ o 减小,直到 θ o = θ i 为止。如图 9－3 ( b )所示。　　综上所述,当输入量在不断变化时,位置跟随系统输出的角位移 θ o 将跟随给定的角位移 θi 的变化而变化。　　位置随动系统的自动调节过程如图 9－3 所示。;;　　4. 位置随动系统的特点　　由以上的分析,可归纳出位置随动系统有下列一些特点:　　(1 )输出量为位移,而不是转速。　　(2 )随动系统的主要矛盾是输入量在不断地变化,而调速系统的主要矛盾是负载的扰动作用。　　(3 )供电线路应是可逆电路,以便伺服电动机可以正、反两个方向转动,来消除正或负的位移偏差,而恒值控制系统则不一定要求电路可逆。;　　(4 )随动系统的主反馈(外环)为位置负反馈(位置环),它的主要作用是消除位置偏差。在要求较高的系统中还增设转速负反馈或转速微分负反馈(转速环)作为局部反馈(内环),以稳定转速和限制加速度,改善系统的稳定性。;9. 1. 2 晶闸管交流调压位置随动系统的数学模型　　根据图 9－1 和 9－2 所示的线路图和方框图,便可建立如图 9－4 所示的位置随动系统的数学模型(框图)