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§3-4 反馈控制闭环调速系统的稳态分析 衡量一个系统性能的优劣，除了定性分析外，还必须有定量的指标；此外，应用领域对系统的要求也必须进行量化，以作为设计、生产、调试的依据。那么，究竟有哪些具体的指标来衡量直流调速系统呢？ 一、转速控制的要求 在工业、工程应用领域，许多工艺要求都依赖于对速度的控制。 1、调速 在一定的最高转速和最低转速的范围内，分档地（有级）或者平滑地（无级）调节转速。 可逆系统：调速系统的旋转方向允许正、反向的，称之为可逆系统 不可逆系统：只能单方向运行的则称之为不可逆系统。 2、稳速 以一定的精度在要求的转速上稳定运行。对各种可能的干扰，都不允许有过大的转速变化，从而保证产品质量。 3、加、减速（启动、制动性能） 频繁启、制动的设备为提高效率，需要尽快地加、减速以提高生产率；不适合快速改变转速的设备，则要求启、制动尽可能地平稳。 为了进行定量的分析，针对前两项要求定义两个调速指标：调速——调速范围和稳速——静差率，合称为调速系统的稳态性能指标。 二、直流调速系统的稳态（静态）性能指标 稳态性能指标也称静态指标，是指系统稳定运行时的性能指标，具体指调速系统稳定运行时的调速范围、静差率，位置随动系统的定位精度和速度跟踪精度，张力控制系统的稳态张力误差等等。 1、调速范围 生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母 D 表示，即 其中：nmin 和nmax 一般都指电动机额定负载时的转速要求：最高和最低转速；对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的转速。 2、静差率 负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落 ，与理想空载转速 之比，称作静差率 s ，静差率用来衡量调速系统在负载变化下转速的稳定度。 表达公式 式中 : (nN = n0 – nN S与机械特性硬度的关系 联系：机械特性越硬，S越小，转速的稳定度越高 区别：对于同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。 3、总结 （1）D和S两项指标不是孤立的，必须同时考虑才有意义 （2）一个系统的D，是指在最低时速时，还能满足S要求的D 4、直流变压调速系统中调速范围、静差率和额定速降之间的关系 （1）调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。 （2）调速系统静差率，应以最低速时所能达到的数值为准。 （3）调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围 （4）关系公式3-13 由公式可知，对于同一个调速系统，其特性硬度或耳朵转速速降是一定的，所以，如果对S的要求较严，即要求S较小时，系统能够允许的D也越小。 5、例题分析 二、开环直流调速系统存在的问题 举例: 某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机，其额定数据如下：60kW，220V，305A，1000r/min，采用V-M系统，主电路总电阻R=0.18( ，电动机电动势系数Ce=0.2V·min/r。如果要求调速范围 D = 20，静差率s≤ 5%，采用开环调速能否满足？若要满足这个要求，系统的额定速降最多能有多少？ 解: 当电流连续时，V-M系统的额定速降为 开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率为 如果要求D = 20，s ≤ 5%，则有 都是开环调速系统，开环直流调速系统存在地问题：实际上很多生产机械对静差度有较高的要求，在这些情况下，开环调速系统是不能满足对S的要求的。 三、闭环调速系统的组成及其静特性 1、系统结构及主要职能 2、系统方框图及工作原理 3、反馈闭环控制系统的定义 4、反馈闭环控制系统的特性 （1）自纠 （2）能减少转速降落 5、反馈闭环控制系统的静特性（稳态特性） （1）假设条件 （2）稳态关系 （3）静特性方程 其中 （4）总结 四、开环调速系统机械特性和闭环系统静特性比较 开环： 闭环： 1、由上式可得两者的比较 （1）硬度大大提高，（1＋K) （2）理想空载转速n0相同时，闭环系统的静差率要S小得多，小（1＋K)倍 （3）当静差率一定时，闭环系统的调速范围D大大提高，提高（1＋K)倍 （4）给定电压相同时，闭环系统的空载转速大大降低，低（1＋K)倍 （5）闭环系统必须设置放大器，而开环系统无需 2、例题 3、总结 （1）闭环系统可以获得比开环系统硬得多的问太疼，从而保证在一定S的要求下，提高D （2）需增设检测和反馈装置、电压放大器 （3）闭环系统能够减少稳态速降的实质是闭环系统的自动调节作用，它能随着负载的变化相应地改变整流器的输出电压。 机械特性及过程分析P32 4、结论 由图中可以看出，闭环系统能够减少稳态速降的实质是闭环系统的自动调节作用，它能随着负载的变化相应地改变整流器的输出电压。 闭环系统的静特性比开环系统的机械特性的硬度大