电力拖动自动控制系统 教学课件 作者 李华德 第一章 直流电动机的数学模型及其闭环控制系统.pptVIP

由上图可以看出，在弱磁状态下，电磁转矩形成环节（ ）和反电动势形成环节（ ）出现两个变量相乘（ 、 ）的情况，这样，在直流电动机的数学模型中就包含了非线性环节。还应该看到，机电时间常数 （1-23） 因其中 的减小而变成了时变参数。由此可见，在弱磁过程中，直流调速系统的被控对象数学模型具有非线性特性。这里需要指出的是，图1-15所示的动态结构图中，包含线性与非线性环节，其中只有线性环节可用传递函数表示，而非线性环节的输入与输出量只能用时域量表示，非线性环节与线性环节的连接只是表示结构上的一种联系，这是在应用中必须注意的问题。 1.1.2 他励直流电动机励磁回路的数学模型及其动态结构图 电动机励磁电流 和励磁电压 间的关系为惯性环节，其时间常数较大（最大时间常数可达几秒），一般视为大惯性环节， 其传递函数为： 将上式绘制成动态结构图 （1）励磁绕组回路的数学模型 1.忽略磁场回路涡流影响时的数学模型 图1-16 励磁绕组回路模型的动态结构图 （2）触发器与整流器的数学模型 （1-25） 将式（1-25）绘制成动态结构图，如图1-17所示。 （3）励磁系统数学模型的动态结构图 如图1-18所示，励磁系统数学模型的动态结构图。 图1-18 忽略磁场回路涡流影响时的动态模型结构图 2.考虑磁场回路涡流及磁化曲线非线性影响时数学模型 当电动机磁场回路损耗很小时，可以忽略涡流影响。近似认为励磁电流 的变化能够反映磁通 的变换，但是当电动机磁场回路存在较大涡流时，则励磁电流只有一部分产生磁通 ，而另一部分就是涡流。 图1-19 磁场回路等效电路图 图中， 为励磁绕组电阻； 为励磁绕组电感； 为励磁绕组漏感； 为涡流阻尼等效电流； 为产生磁通的励磁电流； 为涡流阻尼等效电阻。 此时磁场回路的等效电路如图1-19所示。 考虑磁场回路涡流及磁化曲线非线性影响时数学模型（续） 根据磁场回路的等效电路，则有 式中， 为涡流阻尼时间常数。一般励磁电感 远远大于励磁绕组漏感 ，所以可以忽略 ，于是有 考虑磁场回路涡流及磁化曲线非线性影响时数学模型（续） 由励磁回路的等值电路可知 故 磁通 和产生它的电流 之间的关系是由电动机的磁化曲线来描述的，如图1-20所示。磁化曲线为非线性，经分段线性化之后，则 与 的关系可以表示成 故 （1-29） 图1-20 电动机磁化曲线 考虑磁场回路涡流及磁化曲线非线性影响时数学模型（续） 图1-21考虑涡流及磁化曲线非线性影响时励磁系统数学模型的动态结构图 由于电动机的磁化曲线的非线性，因而 值大小与电动机磁路饱和程度有关。根据电动机磁场回路 、 、 、 各量之间的相互关系，可以得到励磁系统的动态结构图，如图1-21所示。 1.2直流调速系统的闭环控制结构及其相应的闭环直流调速系统 根据他励直流电动机的广义数学模型及其动态结构图，运用反馈控制理论，可以绘制直流电动机闭环控制的动态结构图，以及相应闭环直流调速系统的组成框图。 1.2.1 转速单闭环的控制结构 转速负反馈通道被控对象转速调节器调速的任务就是控制和调节电动机的转速，在额定励磁状态下，直流调速系统的被控量应是直流电动机的转速n。将n作为被控量，并对n进行闭环控制（设置转速n的调节器及n的负反馈通道），即可得到转速单闭环调速系统动态结构图，如图1-22所示。其中 为转速调节器ASR的传递函数。根据图1-22，可以得到转速单闭环直流调速系统，其组成框图如图1-23所示。 转速负反馈通道 被控对象 转速调节器（ASR） 图1-22 采用速度反馈控制的单闭环直流调速系统的动态结构框图 由图1-23a可知，系统通过转速传感器BRT，检测到一个与转速成正比的信号 ，作为转速负反馈信号送到ASR，在ASR中与给定值 相比较后，得到转速偏差信号 ，该偏差信号通过转速控制器进行运算处理，产生电力电子变换器UPE的控制信号 ，用以控制和调节电动机转速。 V-M单闭环直流调速系统组成框图 图1-23（a） V-M单闭环直流调速系统组成框图 图1-23b所示系统中，UPW为脉冲调制器(根据ASR输出值大小产生脉宽调制信号)；GM为三角波发生器；DLD为逻辑延时环节(防