电力拖动自动控制系统第六讲.ppt
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1、第六讲,要求:1. 了解积分调节器的控制规律; 2. 掌系统握无静差直流调速构成和稳 态参数计算; 3. 掌握电压负反馈直流调速系统的控 制规律; 4.掌握电流正反馈和补偿控制规律 5.理解不同控制规律的特点,1.6 比例积分控制规律和无静差 调速系统 1.6.1 积分调节器和积分控制规律,1 积分调节器 原理图 图示由运算放大器构成了一个积分电路。,图143 积分调节器(a)原理图, 时域方程 由图可得: 式中, 积分时间常数。,积分调节器的输出特性 当初始值为零时,在阶跃输入作用下,对上式积分运算,得积分调节器的输出,图143 积分调节器(b)阶跃输特性入时的输出时间, 积分调节器的传递函
2、数 积分调节器的传递函数为,伯德图 如下,图143 积分调节器(c)伯德图,2 转速的积分控制规律 比例调节器的特点 在比例调节器调速系统中,调节器输出是电力电子变换器控制电压 只要电动机在运行,就必须有 ,因而也必须有转速偏差电压 ,这是采用积分调节器的调速系统有静差的根本原因; 当负载转矩由 突增到 时,有静差调速系统的转速n、偏差电压 和控制电压 的变化过程示于图144。,图144 有静差调速系统突加负载时的动态过程,积分调节器的特点 如果采用积分调节器,按照积分调节器原理,应有 如果 是阶跃函数,则按线性规律增长,每一时刻的大小和与横轴所包围的面积成正比,如图145(a)所示。,145
3、 积分调节器的输入和输出动态过程 a) 阶跃输入b) 一般输入,负载变化时的电压波形 图b绘出的 是负载变化时的偏差电压波形,按照 与横轴所包围面积的正比关系,可得相应的 曲线, 图中 的最大值对应于的拐点。 注:以上均是初值为零的情况。 若初值不是零,还应加上初始电压 ,则积分式变成,积分控制的特点 在图1-45(b)中,动态时,当 变化时,只要其极性不变,即只要仍是 ,积分调节器的输出 便一直增长; 当达到 , 0, 才停止上升; 不到 变负, 不会下降。 需要强调的是,当 =0时, 并不是零,而是一个终值 ; 如果 不再变化,此终值便保持恒定不变,这是积分控制的特点。,无静差调速 采用积
4、分调节器后,当转速在稳态时达到与给定转速一致时,系统仍有控制信号,保持系统稳定运行,实现无静差调速。,负载突增时积分控制调速系统的变化 A.当负载突增时,积分控制的无静差调速系统动态过程曲线示于下图。在稳态运行时,转速偏差电压 必为零。 如果 不为零,则 继续变化,就不是稳态了。,B.在突加负载时,引起动态速降,系统从一个稳态进入另一个稳态, 又恢复为零,但 已从 上升到 ,电枢电压由 上升到 ,以克服负载电流增加的压降。 在这里,Uc的改变并非仅仅依靠 本身,而是依靠Un在一段时间内的积累。,3 比例与积分控制的比较 归纳以上分析,可知 比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状; 而积分调节
5、器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。虽然现在 =0,只要历史上有过 ,其积分就有一定数值,足以产生稳态运行所需要的控制电压Uc。,积分控制规律和比例控制规律的根本区别就在于此。,1.6.2 比例积分控制规律 1、比例调节器和积分调节器的比较 从无静差的角度来看,积分控制优于比例控制,但是另一方面,在控制的快速性上,积分控制却又不如比例控制。 具体来说,如前所述,在同样的阶跃输入作用之下,比例调节器的输出可以立即响应,而积分调节器的输出却只能逐渐地变。,2、比例积分控制 那么,如果既要稳态精度高,又要动态响应快,该怎么办呢? 只要把比例和积分两种控制结合起来就行了,这便是比例积分控制。,A.比
6、例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点,又克服了各自的缺点,扬长避短,互相补充。比例部分能迅速响应控制作用,积分部分则最终消除稳态偏差。 B.PI调节器输出是由比例和积分两部分相加而成的。,C. 图147绘出了比例积分调节器的输入和输出动态过程。 假设输入偏差电压 的波形如图所示,则输出波形中比例部分和 成正比,积分部分是 的积分曲线,而PI调节器的输出电压 是这两部分之和+。,图147 PI调节器的输入和输出动态过程,可见,比例积分调节器既具有快速响应性能,又足以消除调速系统的静差。 除此以外,比例积分调节器还是提高系统稳定性的校正装置,因此,它在调速系统和其他控制系统中获得了广泛
7、的应用。,1.6.3 无静差直流调速系统及其稳 态参数计算 图1-48是一个无静差直流调速系统的实例,采用比例积分调节器以实现无静差,采用电流截止负反馈来限制动态过程的冲击电流。,1、系统原理图,图148 无静差直流调速系统,2、工作原理 TA为检测电流的交流互感器,经整流后得到电流反馈信号 。当电流超过截止电流 时, 高于稳压管VST的击穿电压,使晶体三极管VBT导通,则PI调节器的输出电压接近于零,电力电子变换器UPE的输出电压 急剧下降,达到限制电流的目的。,3、稳态结构与静特性 稳态结构图 当电动机电流低于其截止值时,上述系统的稳态结构图示于下图(其中代表PI调节器的方框中无法用放大系
8、数表示,一般画出它的输出特性,以表明是比例积分作用)。,图149 无静差直流调速系统稳态结构图( ),静特性 无静差系统的理想静特性如图150所示。 当 时,系统无静差,静特性是不同转速时的一族水平线。 当 时,电流截止负反馈起作用,静特性急剧下垂,基本上是一条垂直线。整个静特性近似呈矩形。,图150 带电流截止的无静差直流调速系统的静特性,必须指出:严格地说,“无静差”只是理论上的,实际系统在稳态时, PI调节器积分电容两端电压不变,相当于运算放大器的反馈回路开路,其放大系数等于运算放大器本身的开环放大系数,数值很大,但并不是无穷大。 因此其输入端仍存在很小的 ,而不是零。 这就是说,实际上
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- 电力 拖动 自动控制系统 第六
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