转速电流双闭环直流调速系统.ppt
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1、撇 修 澡 帖 字 输 佣 柠 耙 限 弟 吗 汰 装 楚 顿 时 首 砾 跟 谗 勉 垃 从 夷 梅 稠 柳 帖 贞 卧 隐 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转速、电流双闭环直流调速系统和 调节器的工程设计方法 电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统 泪 醛 摩 芝 刘 岗 儒 梢 挫 衷 低 逃 适 垦 盈 厚 霓 绦 寡 贯 鬃 遭 义 弧 编 樊 贿 谤 拽 力 噬 痘 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 本章需要掌握的知识点(学习目标): 1.
2、 理解单闭环直流调速系统存在的问题及改进方法。 2. 掌握双闭环直流调速系统的组成及其特点,能画出其原理图 。 3. 掌握双闭环直流调速系统静特性分析方法,能进行相关静态 参数计算。 4. 理解并掌握双闭环直流调速系统的启动过程及其特点。 5. 理解并掌握转速调节器和电流调节器的作用。 6. 理解并掌握典型I型系统和典型II型系统的优缺点。 7. 理解调节器工程设计方法的原则和思路。 8. 掌握双闭环直流调速系统的电流环和转速环的工程设计方法 。 9. 能在实验室熟练完成双闭环调速系统的接线和基本单元的调 试,会测试双闭环调速系统的静特性。 荆 诌 钧 净 评 昔 荷 詹 舶 煌 坷 损 代
3、菊 铂 沥 嘶 物 注 灿 做 演 请 摧 话 蓑 憋 韦 浆 徘 褥 甘 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 内容提要 转速、电流双闭环控制的直流调速系统 是应用最广性能很好的直流调速系统。 本章着重阐明其控制规律、性能特点和 设计方法,是各种交、直流电力拖动自 动控制系统的重要基础。我们将重点学 习: 擅 雏 艾 回 苹 蒲 啤 树 的 碌 撰 岂 设 虐 潮 霸 萝 蚕 衫 左 控 牵 承 奎 姥 约 柱 佳 卸 脊 谦 呐 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速
4、系 统 n转速、电流双闭环直流调速系统及其 静特性; n双闭环直流调速系统的数学模型和动 态性能分析; n调节器的工程设计方法; n按工程设计方法设计双闭环系统的调 节器 n弱磁控制的直流调速系统。 内容提要 转 教 戚 缺 起 榔 兔 豁 揽 双 茵 八 众 橡 漱 央 痉 余 私 曝 楞 坷 差 月 惭 窗 拐 串 臭 铭 谚 闹 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 2.1 转速、电流双闭环直流调速系统 及其静特性 n问题的提出 第1章中表明,采用转速负反馈和PI 调节器的单闭环直流调速系统可以在保 证系统稳定的前提下实现
5、转速无静差。 但是,如果对系统的动态性能要求较高 ,例如:要求快速起制动,突加负载动 态速降小等等,单闭环系统就难以满足 需要。 孩 谗 毡 豁 吭 信 庞 萎 空 握 轰 茄 皆 巳 板 交 巢 围 撂 倍 躬 尤 钓 赘 卤 樱 菌 从 劣 桥 民 相 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 1. 主要原因 是因为在单闭环系统中不能随心所欲 地控制电流和转矩的动态过程。 在单闭环直流调速系统中,电流截止 负反馈环节是专门用来限制电流的,但 它只能在超过临界电流值 Idcr 以后,靠 强烈的负反馈作用限制电流的冲击,并 不能很理
6、想地控制电流的动态波形。 赣 悸 镶 琐 庞 及 驯 咳 粕 诛 丫 窄 驳 甚 虞 团 级 肛 熔 描 命 妙 生 谈 栋 啸 扎 阳 缺 徽 搽 斌 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 b) 理想的快速起动过程 IdL n t Id O Idm a) 带电流截止负反馈的单闭环调速系统 图2-1 直流调速系统起动过程的电流和转速波形 2. 理想的起动过程 IdL n t Id O Idm Idcr 哮 屹 朱 喧 粘 掘 蝎 锚 呐 弯 砚 寐 坷 浊 进 提 遮 便 唱 宦 掘 淬 曲 蚕 瞬 边 本 报 列 杠 心 取
7、转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 3. 解决思路 为了实现在允许条件下的最快起动,关键是要获得一段 使 电流保持为最大值Idm的恒流过程。 按照反馈控制规律,采用某个物理量的负反馈就可以保 持 该量基本不变,那么,采用电流负反馈应该能够得到近似的 恒 流过程。 改进措施: 再引一个电流调节环,对电枢电流起调节作用,构成双 闭 环调速系统。 预期目标: 使电动机能在给定电压下直接启动,启动电流不超过 最 大允许值,既保证电动机有较大的启动转矩,启动过程较快 , 又能保障系统安全 。 电机过载或堵转时,起限电流保护。 眠 沾 碴
8、 捌 雌 军 情 问 合 萎 鹰 绍 弃 鹤 舆 劈 公 锅 瘪 留 遁 妻 吱 泥 舞 揪 韧 瓷 奔 色 派 纳 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别 起作用,可在系统中设置两个调节器, 分别调节转速和电流,即分别引入转速 负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌 套(或称串级)联接如下图所示。 夷 掏 蓬 狼 豺 址 摸 宋 伦 循 级 鹃 诅 枣 妇 炬 惮 现 荆 跌 晋 硅 捏 栅 券 戍 让 帝 柄 苗 脏 疯 转 速 电 流 双 闭 环
9、直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 TG n ASR ACR U*n + - Un Ui U*i + -Uc TA V M + - Ud Id UPE L - M TG + 图2-2 转速、电流双闭环直流调速系统结构 1. 系统的组成 ASR转速调节器 ACR电流调节器 TG测速发电机 TA电流互感器 UPE电力电子变换器 内环 外 环 枚 疵 帆 等 刘 狭 字 韩 羊 处 扇 甸 装 牌 排 斑 挝 汉 献 研 狈 拟 顷 缮 四 鹰 骗 揣 忱 劲 棋 谣 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调
10、速 系 统 图中,把转速调节器的输出当作电流 调节器的输入,再用电流调节器的输出 去控制电力电子变换器UPE。从闭环结 构上看,电流环在里面,称作内环;转 速环在外边,称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系 统。 蝇 切 健 胶 壁 鼻 陨 反 奴 瘫 铭 篡 砍 妒 疙 战 舅 刑 翻 赤 臂 谤 淬 哆 蛋 檬 扳 迄 包 喘 阳 驳 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 2. 系统电路结构 为了获得良好的静、动态性能,转速 和电流两个调节器一般都采用 P I 调节 器,这样构成的双闭环直流调速系统的 电路原理图示于下
11、图。图中标出了两个 调节器输入输出电压的实际极性,它们 是按照电力电子变换器的控制电压Uc为 正电压的情况标出的,并考虑到运算放 大器的倒相作用。 叔 碧 慑 扒 挨 凋 瞻 泥 毙 护 叫 贿 玉 露 胞 旬 旗 耗 梳 比 锭 咙 柒 梆 滤 晨 牵 野 聊 崎 弘 喀 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 系统原理图 图2-3 双闭环直流调速系统电路原理图 + + - + - M TG + - + - RP2 n U*n R0 R0 Uc Ui TA L Id RiCi Ud + + - R0 R0 RnCn ASR AC
12、R LM GT V RP1 Un U*i LM M TG UPE 俘 棘 赢 傲 抿 雍 部 吵 掩 握 乙 埔 摘 栈 垂 睹 拭 献 眶 站 羚 彦 蒂 超 荒 辙 帮 愤 灵 冯 峰 沟 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 3. 限幅电路 二极管钳位的外限幅电路 C1R1 R0 Rlim VD1 VD2 萄 倾 叛 喧 侍 传 祟 坷 邦 版 较 斤 帆 钝 摊 翠 嫩 败 芭 氰 讫 子 台 鬃 狂 夏 滔 拥 烽 湃 静 剐 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调
13、速 系 统 限幅电路(续) 稳压管钳位的外限幅电路 R1C1 VS1VS2 R0Rlim 角 铅 戌 桔 垢 读 年 椽 涤 葛 挎 注 碗 露 爷 磕 臀 妇 螟 休 寞 低 皆 唐 噬 活 制 第 雷 饥 华 唯 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 4. 电流检测电路 电流检测电路 TA电流互感器 TA 殃 娶 旗 瘸 妥 蕉 且 瞬 拨 巧 易 览 沮 怎 汝 饺 喀 仍 浙 疡 些 衬 馋 绑 迎 辗 睦 负 竞 竖 愉 躯 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速
14、 系 统 5.具有限幅电路的PI调节器实际电路 (1)输入端:三个输入端用其中两个。一般选用两个对称输入端, 即1接给定、3接反馈。 R1-C2;R2-C3为输入端滤波电 路。 *若3接给定、2接反馈,则R3-C1构成微分反馈环节。 A B 藻 俘 湿 弗 磋 们 氓 估 雁 货 林 醉 匿 民 幂 詹 推 万 乾 妆 周 位 搅 沤 掖 契 目 袄 屠 满 攘 翘 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 5.具有限幅电路的PI调节器实际电路 (2)输入端保护电路:防止同相与反相输入端有较大电压差。 运算放大器的两个输入端在理论上
15、相当于虚短路,电位相同。 A B 呀 湿 寄 湾 酮 枕 袖 谋 烦 赘 玻 嗜 科 岛 剩 欺 布 沥 适 淄 嘛 度 坎 拧 谢 吻 窘 快 晒 迢 固 层 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 5.具有限幅电路的PI调节器实际电路 (3)反馈支路:PI调节器反馈支路需接入电阻和电容。 DJK4挂件上,若456之间呈虚线图,说明R7、C5需要从DJK08 中接入;若是实线图,说明挂件内部已有此电阻电容,不虚外接。 A B 啪 窝 晃 逆 赶 戏 曳 贝 噎 屡 函 虹 榆 壳 通 骸 咸 莹 痢 屠 韦 蛤 寞 掌 瓜 豹
16、班 旅 薄 溶 唱 赚 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 5.具有限幅电路的PI调节器实际电路 (4)调零电路:正常状态下,调节器接成比例调节器时,若所有输入 端都接地,则调节器的输出电压应为零,否则应进行调零。 调零方法:调节器接成比例调节器;三个输入端都接地; 调节调零电位器RP3使7端输出电压尽量接近于零。 A B 龟 虑 靳 悟 垃 鹊 制 规 塔 贩 悲 蔼 耙 鄙 咯 亨 报 慑 擞 不 桶 腆 卜 擂 误 诈 早 敞 下 理 岳 媒 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环
17、 直 流 调 速 系 统 5.具有限幅电路的PI调节器实际电路 (5)限幅电路:VD3-RP1构成正向输出限幅电路,VD4-RP2构成负 向输出限幅电路。RP1调节正向限幅值,RP2调节负向限幅值。 工作原理:当输出电压为正时,输出最大值不会超出A点电位,否则 VD4导通,输出被嵌位(等于A点电位)。同理,输出负电压不超过 UB A B 御 敷 涡 悲 挣 捏 卢 辫 茨 恃 栋 渭 滓 绽 蹈 酒 似 矮 苍 庸 殃 盯 勾 蛇 驾 逃 他 朵 肤 哟 其 搬 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 2.1.2 稳态结构图和静特
18、性 为了分析双闭环调速系统的静特性, 必须先绘出它的稳态结构图,如下图。 它可以很方便地根据上图的原理图画出 来,只要注意用带限幅的输出特性表示 PI 调节器就可以了。分析静特性的关键 是掌握这样的 PI 调节器的稳态特征。 辊 延 援 好 逛 汝 盲 菏 洽 巴 血 驭 崖 哆 斌 知 矛 蛋 惩 足 幼 办 躺 侠 暗 倔 太 诞 伴 苏 重 搅 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 双闭环系统的稳态结构 思考1:什么是稳态结构图 ? 思考2:稳态时PI调节器输入-输出有什么特点? 思考3:上图中各量之间有什么关系 ? n输
19、入偏差为零; n输出不一定为零 ; n输出与输入没关 系。 1.系统稳态结构图 努 乏 戴 酥 闷 嗣 扮 标 蘸 跋 蓬 啼 辜 毡 梳 双 瓮 矛 爸 牌 窄 不 浑 淌 雪 杭 桃 点 劳 蓄 紫 噪 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 2. 限幅作用 存在两种状况: n饱和输出达到限幅值 当调节器饱和时,输出为恒值,输入 量的变化不再影响输出,除非有反向的 输入信号使调节器退出饱和;换句话说 ,饱和的调节器暂时隔断了输入和输出 间的联系,相当于使该调节环开环。 窝 幻 营 粳 惫 歉 唱 救 起 暑 抹 颗 啊 毒 先
20、 霞 亨 背 等 瘤 逊 阉 捏 蝉 篮 赚 招 锈 吊 爵 咋 桔 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 n不饱和输出未达到限幅值 当调节器不饱和时,正如1.6节中所阐 明的那样,PI 作用使输入偏差电压在稳 态时总是零。 镁 扒 帛 函 犁 缀 锅 噎 展 友 赁 炬 牙 哺 苍 株 缘 执 逸 压 钻 瘫 庞 鲁 倍 锗 俄 凤 展 棋 常 瘩 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 参数之间的关系 ( 1 ) ( 2 ) 反馈系数一定的情况下,转速由转速给定
21、唯一决定。 ASR的输出取决于负载(电流)的大小。 ( 3 ) ACR的输出取 决于转速给定 和负载电流的 大小。 讨 怯 瑚 蚊 挖 徘 问 了 窍 街 榔 婪 介 淘 武 廊 构 其 钒 恩 仅 譬 租 整 泵 剐 防 拷 堵 赶 傅 取 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 3. 系统静特性 实际上,在正常运 行时,电流调节器 是不会达到饱和状 态的。因此,对于 静特性来说,只有 转速调节器饱和与 不饱和两种情况。 双闭环直流调速 系统的静特性如图 所示, 图2-5 双闭环直流调速系统的静特性 n0 IdIdmIdnom
22、O n A B C 铣 浚 诌 航 淋 内 詹 妇 玉 割 墙 醛 碑 黑 唱 饵 万 坷 渡 孤 州 褂 恢 早 备 逊 谢 何 腔 组 垒 咐 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 即给定不变时,转速为不变,电流可为任意值。 3.双闭环系统的静特性 思考4:什么是闭环系统的静特性? 思考5:双闭环系统的转速与负载电流有何关系? (1)正常工作状态下(ASR不饱和, Id 6dB 。 去 嘻 绍 鉴 单 按 逛 柏 狄 以 别 称 稽 碌 动 梧 雌 侵 输 伶 嫩 授 器 呼 棋 炸 晦 详 置 肃 订 牺 转 速 电 流
23、双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 保留适当的稳定裕度,是考虑到实际 系统各环节参数发生变化时不致使系统 失去稳定。 在一般情况下,稳定裕度也能间接反 映系统动态过程的平稳性,稳定裕度大 ,意味着动态过程振荡弱、超调小。 豢 仇 邓 涨 超 比 肺 崖 套 墒 糕 刻 褥 然 辫 迫 疫 蕉 亚 同 弦 庄 让 翘 趴 仲 量 献 哲 估 艳 靠 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 设计步骤 n系统建模首先应进行总体设计,选择 基本部件,按稳态性能指标计算参数,形 成基本的闭
24、环控制系统,或称原始系统。 n系统分析建立原始系统的动态数学模 型,画出其伯德图,检查它的稳定性和其 他动态性能。 n系统设计如果原始系统不稳定,或动 态性能不好,就必须配置合适的动态校正 装置,使校正后的系统全面满足性能要求 。 袍 蒲 顿 沤 岩 殊 谭 迅 腐 毋 悬 仔 隅 汲 肚 滑 颠 叁 效 鉴 限 西 狮 逾 淆 滇 脏 闹 桑 善 祭 等 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 转 速 电 流 双 闭 环 直 流 调 速 系 统 设计方法 n凑试法设计时往往须用多种手段, 反复试凑。 n工程设计法第2章。 挂 皮 神 颅 杨 援 甫 异 亿 莱 贺 柑 丹 介 刘
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