电力拖动控制系统课件.ppt

电力拖动控制系统电力拖动控制系统电力拖动控制系统电力拖动控制系统李艳李艳9/6/20241电力拖动控制系统第六章第六章 多环控制的直流调速系统多环控制的直流调速系统•转速、电流双闭环调速系统及其静特性转速、电流双闭环调速系统及其静特性•双闭环调速系统的动态性能双闭环调速系统的动态性能•调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法 •双闭环系统中转速、电流调节器的设计双闭环系统中转速、电流调节器的设计•转速微分负反馈转速微分负反馈•三环调速系统三环调速系统•弱磁控制的直流调速系统弱磁控制的直流调速系统 9/6/20242电力拖动控制系统§6—1§6—1转速、电流双闭环调速系统及其静特性转速、电流双闭环调速系统及其静特性 Ø多环系统：指一环套一环的嵌套结构组成的具有两个多环系统：指一环套一环的嵌套结构组成的具有两个或两个以上的闭环的控制系统，又称串级调速相当于过程或两个以上的闭环的控制系统，又称串级调速相当于过程控制中的串级控制系统本章以转速、电流双闭环调速系统控制中的串级控制系统本章以转速、电流双闭环调速系统为主 一、问题的提出：一、问题的提出：采用采用PIPI调节器的单闭环调速系统，即保证动态稳定性，又能调节器的单闭环调速系统，即保证动态稳定性，又能做到无静差很好解决动、静态矛盾，系统只有靠电流截止环做到无静差很好解决动、静态矛盾，系统只有靠电流截止环节限制起动电流，不能充分利用电机过载的条件下获得最快节限制起动电流，不能充分利用电机过载的条件下获得最快的动态响应，进一步解决方法对电流进行反馈控制。

的动态响应，进一步解决方法对电流进行反馈控制• 理想起动过程理想起动过程 带电流截止负反馈带电流截止负反馈9/6/20243电力拖动控制系统•当电流从最大值降下来以后，电机转矩也随之减少，当电流从最大值降下来以后，电机转矩也随之减少，因而加速过程拖长目的，缩短起制动时间因而加速过程拖长目的，缩短起制动时间•方法：在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的方法：在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大加速度起动，最大值，使电力拖动系统尽可能用最大加速度起动，到稳态转速后，电流下降，使转矩与负载相平衡，从到稳态转速后，电流下降，使转矩与负载相平衡，从而转入稳态运行起动时，保持电流为最大值（电流而转入稳态运行起动时，保持电流为最大值（电流负反馈）近似恒流，稳态转速后为转速负反馈负反馈）近似恒流，稳态转速后为转速负反馈 9/6/20244电力拖动控制系统二、转速、电流双闭环调速系统的组成二、转速、电流双闭环调速系统的组成两个调节器的输出两个调节器的输出都是带限幅的，都是带限幅的，ASRASR输出的限幅值输出的限幅值Uim*Uim*决定决定ACRACR输入的最大值，输入的最大值，ACRACR的输出限幅电压的输出限幅电压UctmUctm限制晶限制晶闸管整流电压的最大值。

闸管整流电压的最大值ASRACRMTG9/6/20245电力拖动控制系统三、静、动态品质三、静、动态品质•静特性上看：饱和静特性上看：饱和——输出为恒值（不随输入变）；不输出为恒值（不随输入变）；不饱和饱和——输出末达到限幅值输出末达到限幅值•饱和时：除非有反向的输入信号使调节器退出饱和，饱和时：除非有反向的输入信号使调节器退出饱和，饱和调节器隔断了输入和输出间的联系，使调节器开饱和调节器隔断了输入和输出间的联系，使调节器开环调节器不饱和，环调节器不饱和，PIPI作用使输入偏差在稳态时为零作用使输入偏差在稳态时为零•稳态结构图如下：稳态结构图如下：KsβαR9/6/20246电力拖动控制系统 正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态电流正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态电流负反馈相当于一种扰动作用，只要转速调节器的放大倍负反馈相当于一种扰动作用，只要转速调节器的放大倍数足够大，则电流负反馈扰动作用受到抑制只有转速数足够大，则电流负反馈扰动作用受到抑制只有转速调节器饱和与不饱和两种情况调节器饱和与不饱和两种情况 转速调节器不饱和转速调节器不饱和两调节器均不饱和，稳态时输入偏差电压都是零。

两调节器均不饱和，稳态时输入偏差电压都是零静特性的静特性的n n—A—A段段 由于由于ASRASR不饱和不饱和 , U , Ui i* *Un*Un>Un*时，输入时，输入△Un<0,△Un<0,才开始使才开始使ASRASR输出电压降低下输出电压降低下来，在整个升速过程中，来，在整个升速过程中，ASRASR开环，只有恒流环起作用，开环，只有恒流环起作用，在最大的电流下起动，直到超调后，转速环才能起作在最大的电流下起动，直到超调后，转速环才能起作用，使转速稳定。

用，使转速稳定9/6/20248电力拖动控制系统四、各变量的稳态工作点和稳态参数计算四、各变量的稳态工作点和稳态参数计算 当稳态工作中，两个调节器均不饱和当稳态工作中，两个调节器均不饱和 比例调节器输出与输入成正比，而比例调节器输出与输入成正比，而PIPI调节器的输出量调节器的输出量的稳态值与输入无关，这里的稳态值与输入无关，这里PIPI调节器的输出值由后面环调节器的输出值由后面环节需要决定的，后面的节需要决定的，后面的PIPI调节器需要多大值，它就能提调节器需要多大值，它就能提供多少，直到饱和为止供多少，直到饱和为止参数参数 转速反馈系数转速反馈系数 电流反馈系数电流反馈系数 9/6/20249电力拖动控制系统§6—2§6—2双闭环调速系统的动态性能双闭环调速系统的动态性能 一、动态数学模型一、动态数学模型WASRWACRβα9/6/202410电力拖动控制系统二、动态过程分析二、动态过程分析ⅠⅠ区：区：0—t10—t1区，电流上升突加给定电压区，电流上升突加给定电压Un*Un*，，Uct↑ UdUct↑ Ud ↑Id↑ ↑Id↑，当，当Id>IdlId>Idl后，电机开始转动。

因开始时后，电机开始转动因开始时△Un△Un很很大，其输出很快达到限幅值大，其输出很快达到限幅值Uim*Uim*，，Id↑Id↑到到Id=IdmId=Idm时，时，Ui=Uim*Ui=Uim*，，ASRASR由不饱和变成饱和而电流调节器不饱和，保由不饱和变成饱和而电流调节器不饱和，保证电流恒定证电流恒定 ⅡⅡ区：区：t1_t2 t1_t2 恒流升速此时恒流升速此时ASRASR一直饱和，转速环开环一直饱和，转速环开环状态，电流调节器作用使状态，电流调节器作用使IdId保持恒定，转速呈线性增长，保持恒定，转速呈线性增长，n↑n↑ E ↑Udo↑Uct↑ Uct E ↑Udo↑Uct↑ Uct线性线性增长要求增长要求△Un△Un必须维持必须维持一定的恒值，一定的恒值，I d I d 应略小于应略小于IdmIdm9/6/202411电力拖动控制系统ⅢⅢ区：区：t2 t2 以后，以后， 转速调节阶段转速调节阶段 n=n* n=n*时，时，△Un=0△Un=0，，此时输出仍为此时输出仍为Uim*Uim*，在最大电流上加速，使转速超调，，在最大电流上加速，使转速超调，△Un<0△Un<0，使，使ASRASR退出饱和，退出饱和，Ui*Ui*下降，电流也下降，当下降，电流也下降，当Id>IdlId>Idl时转速仍然是上升的，到时转速仍然是上升的，到Id=IdlId=Idl时则转速不在上时则转速不在上升极最高值，升极最高值，T3T3以后以后Id

差调速系统，电流内环表现为电流随动系统二）准时间最优控制（二）准时间最优控制恒流升速阶段，电流恒定为最大，使起动过程尽可能最恒流升速阶段，电流恒定为最大，使起动过程尽可能最快快————时间最优控制时间最优控制9/6/202412电力拖动控制系统（三）转速超调（三）转速超调 转速退出饱和，要求必须转速超调，转速退出饱和，要求必须转速超调，ASRASR退出饱和退出饱和三、动态性能和两个调节器的作用三、动态性能和两个调节器的作用动态跟随性能动态跟随性能 起动和升速过程，很好的跟随性能；减速过程，由起动和升速过程，很好的跟随性能；减速过程，由于电路的不可逆性，跟随性变差于电路的不可逆性，跟随性变差动态抗扰性能动态抗扰性能 单闭环调速系统中，就静特性而言，对两种扰动的单闭环调速系统中，就静特性而言，对两种扰动的抗扰效果是一样的但对双闭环系统而言就有很大不同抗扰效果是一样的但对双闭环系统而言就有很大不同了，抗负载扰动：在电流环之后只能靠了，抗负载扰动：在电流环之后只能靠ASRASR来抗扰（来抗扰（ASRASR有好的抗扰性能，有好的抗扰性能，ACRACR有好的跟随性能）；抗电网电压扰有好的跟随性能）；抗电网电压扰动：被包围在电流环内，有电流环及时调节。

所以双闭动：被包围在电流环内，有电流环及时调节所以双闭环调速系统中，电网电压波动引起的速降比单闭环系统环调速系统中，电网电压波动引起的速降比单闭环系统中小得多中小得多9/6/202413电力拖动控制系统（三）两个调节器的作用（三）两个调节器的作用转速调节器：转速调节器：（（1 1）使转速）使转速n n跟随给定电压跟随给定电压 变化，稳态无静差变化，稳态无静差（（2 2）对负载的变化有抗扰作用）对负载的变化有抗扰作用（（3 3）其输出限幅值决定允许的最大电流）其输出限幅值决定允许的最大电流电流调节器：电流调节器：（（1 1）起动时保证获得允许的最大电流）起动时保证获得允许的最大电流（（2 2）对电网电压波动起及时抗扰作用）对电网电压波动起及时抗扰作用（（3 3）在转速调节过程中，使电流跟随给定电压变化）在转速调节过程中，使电流跟随给定电压变化（（4 4）电机过载或堵转时，限制电枢电流最大值，起快速）电机过载或堵转时，限制电枢电流最大值，起快速安全保护作用，故障消失时，系统自动恢复正常安全保护作用，故障消失时，系统自动恢复正常9/6/202414电力拖动控制系统四、调节器的设计问题四、调节器的设计问题 先设计内环，后设计外环。

电动机整流装置等按负先设计内环，后设计外环电动机整流装置等按负载工艺要求选择和设计；转速和电流反馈系数按稳态参载工艺要求选择和设计；转速和电流反馈系数按稳态参数计算；转速和电流调节器的结构与参数在满足稳态精数计算；转速和电流调节器的结构与参数在满足稳态精度的要求下，按工程设计方法设计度的要求下，按工程设计方法设计小结；双闭环调速系统中，转速调节器的作用是对转速小结；双闭环调速系统中，转速调节器的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态时无静差，其输出限幅值决定的抗扰调节并使之在稳态时无静差，其输出限幅值决定允许的最大电流电流调节器的作用是电流跟随、过流允许的最大电流电流调节器的作用是电流跟随、过流自动保护和及时抑制电压扰动自动保护和及时抑制电压扰动9/6/202415电力拖动控制系统§6—3§6—3调节器的工程设计方法调节器的工程设计方法思想：思想： 掌握把多种多样的控制系统简化和近似成少数典型的低阶掌握把多种多样的控制系统简化和近似成少数典型的低阶系统结构，首先对典型系统作研究，把它们的开环对数频率特系统结构，首先对典型系统作研究，把它们的开环对数频率特性当作预期特性，弄清楚它们的参数和性能指标的关系，写成性当作预期特性，弄清楚它们的参数和性能指标的关系，写成简单的公式和制成简明的图表，在设计系统时只要把它校正或简单的公式和制成简明的图表，在设计系统时只要把它校正或简化成典型系统的形式，利用现成的公式和图表进行参数计算。

简化成典型系统的形式，利用现成的公式和图表进行参数计算设计遵循原则：设计遵循原则：（（1 1）理论概念清晰，易懂；）理论概念清晰，易懂； （（2 2）计算公式简明，好记；）计算公式简明，好记；（（3 3）计算参数而且指出参数调整趋势；）计算参数而且指出参数调整趋势；（（4 4）除线性系统外，也要考虑饱和非线性系统，给出简单的）除线性系统外，也要考虑饱和非线性系统，给出简单的计算公式；计算公式；（（5 5）对一般调速系统、随动系统及类似反馈控制系统都能适）对一般调速系统、随动系统及类似反馈控制系统都能适用用 9/6/202416电力拖动控制系统一、工程设计基本思路一、工程设计基本思路 突出主要矛盾，简化问题选择调节器结构，保证稳定突出主要矛盾，简化问题选择调节器结构，保证稳定及满足稳态精度；选择调节器参数，满足动态指标及满足稳态精度；选择调节器参数，满足动态指标二、典型系统二、典型系统 系统开环传函系统开环传函 γ=0γ=0、、1 1、、2…2…等分别称为等分别称为0 0型、型、ⅠⅠ型、型、ⅡⅡ型型……系统 0 0型系统在稳态时有差，而型系统在稳态时有差，而ⅢⅢ型及以上的系统很难稳定，所型及以上的系统很难稳定，所以多用以多用ⅠⅠ型、型、ⅡⅡ型系统。

型系统9/6/202417电力拖动控制系统•典型典型Ⅰ型系统型系统 K K大，大，ωcωc大，系统响应快；但大，系统响应快；但γγ变小稳定性变差变小稳定性变差K K取不同值可平移取不同值可平移 9/6/202418电力拖动控制系统•典型典型Ⅱ型系统型系统 ττ比比T T大得越多，系统越稳定大得越多，系统越稳定 引入一个中引入一个中频宽 据振据振荡指指标法会得出法会得出9/6/202419电力拖动控制系统三、控制系统的动态性能指标三、控制系统的动态性能指标稳态指标：稳态指标：D D、、S S、、e essss动态指标：跟随性能指标和抗扰性能指标动态指标：跟随性能指标和抗扰性能指标跟随性能指标：跟随性能指标：给定信号给定信号R R（（t t）作用下）作用下C(t)C(t)的变化情况，通常以输出量的变化情况，通常以输出量的初始值为零，给定阶跃信号作用下的过渡过程作为典的初始值为零，给定阶跃信号作用下的过渡过程作为典型的跟随过程又称此动态响应为阶跃响应型的跟随过程又称此动态响应为阶跃响应 C(t) C(t)与与C C∞∞的偏差越小越好，达到稳态值的时间越快越好的偏差越小越好，达到稳态值的时间越快越好。

1 1上升时间上升时间trtr：快速性，输出量从零起第一次上升到稳：快速性，输出量从零起第一次上升到稳态值所经过的时间称为上升时间态值所经过的时间称为上升时间 2 2超调量超调量δ%δ%：阶跃响应中，输出量超出稳态值的最大：阶跃响应中，输出量超出稳态值的最大偏差量与稳态值之比，反映系统相对稳定性的，超调量偏差量与稳态值之比，反映系统相对稳定性的，超调量小，则相对稳定性好，动态响应平稳小，则相对稳定性好，动态响应平稳9/6/202420电力拖动控制系统 3 3调节时间调节时间tsts：从给定阶跃变化起到输出量完全稳定下：从给定阶跃变化起到输出量完全稳定下来为止的时间通常取在稳态值的来为止的时间通常取在稳态值的±5%±5%（或（或 ±2% ±2%）的范）的范围作为允许误差带围作为允许误差带抗扰性能指标：以系统稳定运行中突加一个使输出量降抗扰性能指标：以系统稳定运行中突加一个使输出量降低的扰动低的扰动N N以后的过渡过程作为典型的抗扰过程以后的过渡过程作为典型的抗扰过程 1 1动态降落动态降落△Cmax%△Cmax%：系统稳定运行，突加一个约定：系统稳定运行，突加一个约定的标准负扰动量，在过渡过程中所引起的输出量最大降的标准负扰动量，在过渡过程中所引起的输出量最大降落值落值△Cmax△Cmax。

调速系统的动态降落就是动态速调速系统的动态降落就是动态速△nmax%△nmax% 2 2稳态降落稳态降落 9/6/202421电力拖动控制系统 3 3恢复时间恢复时间tvtv：从阶跃扰动作用开始，到输出量基本：从阶跃扰动作用开始，到输出量基本恢复稳态，距新稳态值之差进入某基准量恢复稳态，距新稳态值之差进入某基准量CbCb的的±5%±5%（或（或 ±2% ±2%）范围所需的时间范围所需的时间四、典型四、典型ⅠⅠ型系统参数和性能指标的关系型系统参数和性能指标的关系（一）典型（一）典型ⅠⅠ型系统跟随性能指标与参数关系型系统跟随性能指标与参数关系1 1、稳态跟随性能指标、稳态跟随性能指标阶跃输入下稳态误差为零；斜坡输入下有恒值误差；加阶跃输入下稳态误差为零；斜坡输入下有恒值误差；加速度输入下稳态误差为无穷所以速度输入下稳态误差为无穷所以ⅠⅠ型系统不能用于加型系统不能用于加速度输入的随动系统速度输入的随动系统2 2、动态跟随性能指标、动态跟随性能指标9/6/202422电力拖动控制系统•在典型在典型Ⅰ型系统中，取型系统中，取 ξ〈0.9 动态响应快时阻尼比小动态响应快时阻尼比小KTKT值大；如果要求超调小时阻尼比要值大；如果要求超调小时阻尼比要大。

通常取最佳阻尼比为大通常取最佳阻尼比为0.7070.707，，KT=0.5KT=0.5 （二）典型（二）典型Ⅰ型系统抗扰性能指标与参数关系型系统抗扰性能指标与参数关系W1W2WR=0 R=0 9/6/202423电力拖动控制系统五、典型五、典型ⅡⅡ型系统参数及性能指标型系统参数及性能指标（一）典型（一）典型ⅡⅡ型系统跟随性能指标与参数关系型系统跟随性能指标与参数关系1 1、稳态跟随性能指标、稳态跟随性能指标 在阶跃和斜坡输入下，在阶跃和斜坡输入下，ⅡⅡ型系统的稳态误差是零，加型系统的稳态误差是零，加速度输入下误差为恒值为速度输入下误差为恒值为a a/K/K2 2动态跟随性能指标动态跟随性能指标C(s)=WcC(s)=Wcl l(s)R(s)(s)R(s)可得出参数表如书所示可得出参数表如书所示h=5h=5调节时间最短调节时间最短h h大超调量小但恢复时间长大超调量小但恢复时间长 （二）典型（二）典型Ⅱ型系统抗扰性能指标与参数的关系型系统抗扰性能指标与参数的关系 可以求出△C（s）表达式然后查表就可以了h 越小抗扰性能越好，但超调量大快速性和稳定性矛盾通常取h=59/6/202424电力拖动控制系统六、调节器结构的选择和传递函数的近似处理六、调节器结构的选择和传递函数的近似处理————非典非典型系统的典型化型系统的典型化大部分控制对象配以适当的调节器，就可以校成典型系大部分控制对象配以适当的调节器，就可以校成典型系统，实际中有时需要将实际系统作近似处理，在用前述统，实际中有时需要将实际系统作近似处理，在用前述方法设计。

方法设计一）选择调节器的结构配成典型系统的形式（一）选择调节器的结构配成典型系统的形式Ⅰ型系统：超调小，但抗扰性能稍差型系统：超调小，但抗扰性能稍差Ⅱ型系统：超调量大，但抗扰性能好型系统：超调量大，但抗扰性能好确定采用哪一种典型系统之后，选择调节器的方法利用确定采用哪一种典型系统之后，选择调节器的方法利用传函的近似处理，将控制对象与调节器的传函配成典型传函的近似处理，将控制对象与调节器的传函配成典型系统的形式系统的形式调节器Wobj9/6/202425电力拖动控制系统•控制对象为双惯性型的控制对象为双惯性型的 T1>T2T1>T2设计成典型设计成典型ⅠⅠ型系统型系统; ; 选用选用PIPI调节器调节器 •控制对象为积分控制对象为积分-双惯性型的双惯性型的 T1>T2T1>T2设计成典型设计成典型ⅡⅡ型系统型系统; ; 选用选用PIDPID调节器调节器 KpiK2/τ1=K9/6/202426电力拖动控制系统（二）小惯性环节的近似处理（二）小惯性环节的近似处理把多阶小惯性环节降为一阶小惯性环节，指小时间常数把多阶小惯性环节降为一阶小惯性环节，指小时间常数的惯性环节（如的惯性环节（如TsTs）等，指高频段）等，指高频段当三个小惯性环节时当三个小惯性环节时 同理同理（三）高阶系统的近似处理（三）高阶系统的近似处理当高次项系数小到一定程度时就可以略去不计当高次项系数小到一定程度时就可以略去不计a、b、c均为常数，且系统稳定。

bc>a9/6/202427电力拖动控制系统（四）大惯性环节的近似处理（四）大惯性环节的近似处理 低频段低频段 所以有些近似只适用于动态性能的分析和设计，若考所以有些近似只适用于动态性能的分析和设计，若考虑稳态精度时仍采用原来的传递函数虑稳态精度时仍采用原来的传递函数七、调节器的最佳整定设计法七、调节器的最佳整定设计法最佳：调节器的最佳参数整定二阶最佳（模最佳）；最佳：调节器的最佳参数整定二阶最佳（模最佳）； 三阶最佳（对称最佳）三阶最佳（对称最佳）一）模最佳整定（二阶最佳）实验上只能是闭环系统（一）模最佳整定（二阶最佳）实验上只能是闭环系统幅频特性的模趋近于幅频特性的模趋近于1 1在一定频带范围内模趋近于在一定频带范围内模趋近于1 1的条件就是的条件就是（二）对称最佳整定（三阶最佳）（二）对称最佳整定（三阶最佳） 9/6/202428电力拖动控制系统§6-4 §6-4 双闭环调速系统电流调节器和转速调节器设计双闭环调速系统电流调节器和转速调节器设计•从内环开始，一环一环遂步向外扩展从内环开始，一环一环遂步向外扩展•转速、电流滤波环节：抑制反馈信号中的交流成份但转速、电流滤波环节：抑制反馈信号中的交流成份但同时给反馈信号带来延滞。

所以要在前向通路中加给同时给反馈信号带来延滞所以要在前向通路中加给定滤波环节，平衡电流检测信号中的延滞环节定滤波环节，平衡电流检测信号中的延滞环节 9/6/202429电力拖动控制系统Ø电流调节器设计电流调节器设计（一）结构图简化（一）结构图简化1 1、忽略反电动势的条件：理想空载时、忽略反电动势的条件：理想空载时IdIdl l=0=0时时条件：条件：2 2、（通常情况下、（通常情况下TmTm远大于远大于TlTl，电流调节过程比转速过程，电流调节过程比转速过程（（E E）过程快得多所以反电动势对电流环来说只是一）过程快得多所以反电动势对电流环来说只是一个变化缓慢的扰动作用）个变化缓慢的扰动作用） 条件条件：： （（ToiToi、、TsTs远远地小于远远地小于TlTl）） 9/6/202430电力拖动控制系统（二）电流调节器的选择（二）电流调节器的选择ⅠⅠ型系统超调小、型系统超调小、ⅡⅡ型系统对电网电压扰动及时调节性型系统对电网电压扰动及时调节性能好也就是抗扰性能好一般情况下，能好也就是抗扰性能好。

一般情况下，TL/T∑i≤10TL/T∑i≤10，按，按典型典型ⅠⅠ型系统设计，型系统设计， 其中：其中： 条件：条件： 9/6/202431电力拖动控制系统（三）电流调节器参数的选择（三）电流调节器参数的选择一般情况下，超调量小于等于一般情况下，超调量小于等于5%5%时可取阻尼比为时可取阻尼比为0.7070.707，，Ki T∑i=0.5Ki T∑i=0.5，因此，因此于是可求出于是可求出KiKi（四）电流调节器的实现（四）电流调节器的实现9/6/202432电力拖动控制系统小结小结:ACR:ACR的设计步骤与计算公式的设计步骤与计算公式 1.1.确定时间常数确定时间常数 （（1~21~2））Toi=3.33; Toi=2msToi=3.33; Toi=2ms；； T∑i=Ts+Toi T∑i=Ts+Toi2.2.选选ACRACR的结构的结构δ≤5%δ≤5%，，TL/T∑i≤10TL/T∑i≤10，按典型，按典型ⅠⅠ型系统设计，型系统设计，3.ACR3.ACR的参数的参数4.4.校验条件校验条件 条件条件: :调节器的电阻和电容调节器的电阻和电容 R R0 0=40KΩ=40KΩ9/6/202433电力拖动控制系统Ø转速调节器的设计转速调节器的设计（一）电流环等效闭环传函（一）电流环等效闭环传函阻尼比为0.707，KT=0.5 （二）转速调节器结构的选择（二）转速调节器结构的选择 9/6/202434电力拖动控制系统转速环校正成典型转速环校正成典型Ⅱ型系统，可实现转速无静差，同时型系统，可实现转速无静差，同时又具有较好的抗扰性能又具有较好的抗扰性能。

采用采用PIPI调节器调节器 9/6/202435电力拖动控制系统（三）转速调节器参数的选择（三）转速调节器参数的选择 无特殊要求时无特殊要求时h=5h=5 （四）转速调节器的实现（四）转速调节器的实现 9/6/202436电力拖动控制系统三、转速调节器退饱和时转速超调量的计算三、转速调节器退饱和时转速超调量的计算分分ASRASR饱和时和退饱和时进行讨论在退饱和时与典型饱和时和退饱和时进行讨论在退饱和时与典型ⅡⅡ型系统跟随性能指标中的超调量不等，但同典型型系统跟随性能指标中的超调量不等，但同典型ⅡⅡ型系统型系统抗扰性能过程完全一样，抗扰性能过程完全一样，IdId由由IdmIdm降到降到IdlIdl一个动态长高与一个动态长高与恢复过程是突卸负载的过程恢复过程是突卸负载的过程电机过载系数电机过载系数λ=Idmax/Idnomλ=Idmax/Idnom；负载系数；负载系数z=Idl/Idnomz=Idl/IdnomASRASR的设计步骤与计算公式的设计步骤与计算公式1 1、确定时间常数、确定时间常数电流环时间常数电流环时间常数2T∑i2T∑i；转速环滤波时间常数；转速环滤波时间常数Ton=0.01sTon=0.01s；； T∑n=2 T∑i +TonT∑n=2 T∑i +Ton9/6/202437电力拖动控制系统2 2、选择调节器的结构、选择调节器的结构转速环校正成典型转速环校正成典型ⅡⅡ型系统，可实现转速无静差，同时又型系统，可实现转速无静差，同时又具有较好的抗扰性能。

具有较好的抗扰性能采用采用PIPI调节器，调节器， 3 3、选择、选择ASRASR参数参数无特殊要求时无特殊要求时h=5h=5；；4 4、、校验近似条件校验近似条件 KN=ω1ωcn =ωcn/τnKN=ω1ωcn =ωcn/τn 9/6/202438电力拖动控制系统5 5、计算调节器的电阻和电容、计算调节器的电阻和电容6 6、校核转速超调量、校核转速超调量 R0=40KΩ R0=40KΩ 能满足设计要求能满足设计要求 注意事项：注意事项：1 1、电流环可以忽略反电动势，而转速环不能忽略反电动势电流环可以忽略反电动势，而转速环不能忽略反电动势比较电流环和转速环的开环频率特性，比较电流环和转速环的开环频率特性，ωci>ωcn ωci>ωcn 外环一定外环一定比内环慢比内环慢 9/6/202439电力拖动控制系统§6—5 §6—5 转速微分负反馈转速微分负反馈 作用作用: :可以抑制超调直至消灭超调可以抑制超调直至消灭超调, ,同时大大降低动态速同时大大降低动态速降一、一、 工作原理工作原理1 1、电路、电路2 2、动态结构图、动态结构图9/6/202440电力拖动控制系统 转速微分滤波时间常数转速微分滤波时间常数 转速微分时间常数转速微分时间常数 9/6/202441电力拖动控制系统3 3、对起动过程的影响、对起动过程的影响带微分负反馈的双闭环调速系统，因有可能在进入线性带微分负反馈的双闭环调速系统，因有可能在进入线性闭环系统之后没有超调就趋于稳定，提前退饱和。

闭环系统之后没有超调就趋于稳定，提前退饱和微分电容微分电容C Cdndn作用：对转速信号进行微分作用：对转速信号进行微分滤波电阻滤波电阻R Rdndn的作用：滤去微分后带来的高频噪声的作用：滤去微分后带来的高频噪声二、退饱和时间和退饱和转速二、退饱和时间和退饱和转速引入微分负反馈后，退饱和时间提前，抵制超调引入微分负反馈后，退饱和时间提前，抵制超调其初始条件是退饱和点的转速和电流其初始条件是退饱和点的转速和电流当当t

至消除超调，同时也增强调速系统的抗扰性能2 2）在负载扰动下动态降落也大大降低在负载扰动下动态降落也大大降低3 3）必须带滤波电阻，否则将引入新的干扰必须带滤波电阻，否则将引入新的干扰9/6/202443电力拖动控制系统§6—7 §6—7 弱磁控制的直流调速系统弱磁控制的直流调速系统Ø电枢控制与励磁配合控制电枢控制与励磁配合控制他励电动机的调速方法他励电动机的调速方法1.1.调压调速：是从基速往下调，在不同的调压调速：是从基速往下调，在不同的 转速下容许的输出转矩恒定转速下容许的输出转矩恒定, ,恒转矩调速恒转矩调速2.2.弱磁升速弱磁升速: :是从基速往上调是从基速往上调, ,不同转速下不同转速下 容许的输出功率相同容许的输出功率相同. .转速越高时容许转速越高时容许 转矩越小转矩越小, ,恒功率调速方法恒功率调速方法对于恒转矩性质的负载，拖动系统采用恒转矩调速方案对于恒转矩性质的负载，拖动系统采用恒转矩调速方案对于恒功率性质的负载，拖动系统采用恒功率调速方案对于恒功率性质的负载，拖动系统采用恒功率调速方案如机床的主传动，当负载要求调速范围超过这个数值（弱如机床的主传动，当负载要求调速范围超过这个数值（弱磁调速的允许调速范围有限）就采用调压和弱磁联合调磁调速的允许调速范围有限）就采用调压和弱磁联合调速，基速以下调节电枢电压，而在基速以上弱磁升速，起速，基速以下调节电枢电压，而在基速以上弱磁升速，起动时采用额定磁通以下的升压起动，以达到大的起动转动时采用额定磁通以下的升压起动，以达到大的起动转矩，当电压到额定值后，减弱磁通升速。

矩，当电压到额定值后，减弱磁通升速9/6/202444电力拖动控制系统Ø独立控制的励磁调速系统的独立控制的励磁调速系统的单独设置一个励磁电流调节器单独设置一个励磁电流调节器原理：必须保证在满磁下调压，而当电枢电压提高到额原理：必须保证在满磁下调压，而当电枢电压提高到额 定值时和才允许弱磁升速定值时和才允许弱磁升速 在调节调压电位器时，调磁电位器应放在满磁位置，并在调节调压电位器时，调磁电位器应放在满磁位置，并保持不变，只有当电枢电压和转速达到额定值时，才允保持不变，只有当电枢电压和转速达到额定值时，才允许减小调磁电位器给定电压，这时随着转速升高，测速许减小调磁电位器给定电压，这时随着转速升高，测速反馈电压也升高必须同时相应地提高调压电位器的输出反馈电压也升高必须同时相应地提高调压电位器的输出电压，才能保证电枢电压不变，否则转速升不上去，上电压，才能保证电枢电压不变，否则转速升不上去，上述要求也可以由逻辑电路自动实现，但终究麻烦述要求也可以由逻辑电路自动实现，但终究麻烦Ø非独立控制系统励磁调速系统非独立控制系统励磁调速系统调压和弱磁升速用同一个电位器或其它给定装置操作调压和弱磁升速用同一个电位器或其它给定装置操作1问题的提出问题的提出9/6/202445电力拖动控制系统无论升压还是弱磁，调压电位器的给定电压都是需要不断无论升压还是弱磁，调压电位器的给定电压都是需要不断地提高的，调磁电位器在升高时有一个不变的，只在弱磁地提高的，调磁电位器在升高时有一个不变的，只在弱磁升速时才需调节，所以升压时有一定不变的满磁给定电压升速时才需调节，所以升压时有一定不变的满磁给定电压即可，而在弱磁能找到一个信号使电压降低。

即可，而在弱磁能找到一个信号使电压降低2 2、电路图：如书所示电路图：如书所示 3 3、工作情况：、工作情况：（（1 1）基速以下，保持励磁为额定值不变，改变电枢电压）基速以下，保持励磁为额定值不变，改变电枢电压改变调速电位器给定电压即改变电动机转速，改变调速电位器给定电压即改变电动机转速，n<95%nn<95%nmaxmax时时,E<95%E,E<95%Enomnom，经过，经过AEAE得到电动势信号得到电动势信号UeUe*Ue>Ue*，，AERAER退饱和，输出降退饱和，输出降低，低，AFRAFR弱磁升速，弱磁升速，Un>Un*Un>Un*，，n

基速以上持恒定基速以上ASRASR起调节作用，起调节作用，ACRACR的输出限幅值限的输出限幅值限制了最大电枢电压，由于制了最大电枢电压，由于E E恒定，电流受恒定，电流受ACRACR调节，转速调节，转速升高，但电枢电压却不再升高，升高，但电枢电压却不再升高，AERAER和和AFRAFR则在维持反电则在维持反电动势不变的条件下控制励磁电流动势不变的条件下控制励磁电流AEAE运算器：如图中所示运算器：如图中所示9/6/202447电力拖动控制系统1 1、某一、某一V-MV-M系统系统, ,已经电动机参数如已经电动机参数如下下:2.8Kw,220V,15.6A,1500r/min :2.8Kw,220V,15.6A,1500r/min 、、Ra=1.5ΩRa=1.5Ω、、Rrec=1ΩRrec=1Ω、、Ks=37Ks=37 试求：（试求：（1 1）系统开环工作时，）系统开环工作时，D=30D=30时的时的S S值；值；（（2 2））D=30D=30、、S=10%S=10%时系统的稳态速降；时系统的稳态速降；（（3 3）如转速负反馈有静差调速系统，要求）如转速负反馈有静差调速系统，要求D=30,S=10%D=30,S=10%在在U*=10VU*=10V时使电动机在额定点工作时使电动机在额定点工作, ,试计算放大器放大系数试计算放大器放大系数KpKp和和转速反馈系数转速反馈系数2 2、一、一V-MV-M系统系统, ,已经电动机参数如下已经电动机参数如下:2.5Kw,220V,15A:2.5Kw,220V,15A、、1500r/min 1500r/min 、、Ra=2ΩRa=2Ω；整流装置内阻；整流装置内阻Rrec=1ΩRrec=1Ω、触发整流环、触发整流环节节Ks=30Ks=30。

要求调速范围要求调速范围D=20D=20、、S=10%S=10%（（1 1）计算开环系统的稳态速降和调速要求所允许的的稳）计算开环系统的稳态速降和调速要求所允许的的稳态速降；态速降；（（2 2）绘制转速负反馈的稳态结构图；）绘制转速负反馈的稳态结构图；（（3 3）调整系统，使）调整系统，使U*n=20VU*n=20V，转速，转速n=1000r/minn=1000r/min，此时，此时转速反馈系数应为多少？（转速反馈系数应为多少？（U*n=UU*n=U）） （（4 4）计算所需放大器放大倍数计算所需放大器放大倍数9/6/202448电力拖动控制系统。