无静差直流调速系统.pptVIP

9.3 比例积分控制规律和无静差调速系统 前节主要讨论，采用比例（P）放大器控制的直流调速系统，可使系统稳定，并有一定的稳定裕度，同时还能满足一定的稳态精度指标。但是，带比例放大器的反馈控制闭环调速系统是有静差的调速系统。 本节将讨论，采用积分（I）调节器或比例积分（PI）调节器代替比例放大器，构成无静差调速系统。 本节提要 问题的提出 积分调节器和积分控制规律 比例积分控制规律 无静差直流调速系统及其稳态参数计算 系统设计举例与参数计算（二） 1 问题的提出 如前，采用P放大器控制的有静差的调速系统，Kp 越大，系统精度越高；但 Kp 过大，将降低系统稳定性，使系统动态不稳定。 进一步分析静差产生的原因，由于采用比例调节器， 转速调节器的输出为 Uc = Kp ?Un Uc ? 0，电动机运行，即?Un ? 0 ； Uc = 0，电动机停止。 因此，在采用比例调节器控制的自动系统中，输入偏差是维系系统运行的基础，必然要产生静差，因此是有静差系统。 如果要消除系统误差，必须寻找其他控制方法，比如：采用积分（Integration）调节器或比例积分（PI）调节器来代替比例放大器。 2 积分调节器和积分控制规律 1. 积分调节器 如图，由运算放大器可构成一个积分电路。根据电路分析，其电路方程 3. 转速的积分控制规律 如果采用积分调节器，则控制电压Uc是转速偏差电压?Un的积分，按照式（1-64），应有 如果是?Un 阶跃函数，则 Uc 按线性规律增长，每一时刻 Uc 的大小和 ?Un 与横轴所包围的面积成正比，如下图 a 所示。 分析结果： 采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。 4. 比例与积分控制的比较 突加负载时的动态过程 无静差调速系统 结论 9.4 比例积分控制规律 上一小节从无静差的角度突出地表明了积分控制优于比例控制的地方，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。 如图所示，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。 两种调节器特性比较 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。 1. PI调节器 在模拟电子控制技术中，可用运算放大器来实现PI调节器，其线路如图所示。 2. PI调节器输出时间特性 此后，随着电容C1被充电，输出电压Uex 开始积分，其数值不断增长，直到稳态。稳态时， C1两端电压等于Uex，R1已不起作用，又和积分调节器一样了，这时又能发挥积分控制的优点，实现了稳态无静差。 因此，PI调节器输出是由比例和积分两部分相加而成的。 一般输入情况 分析结果 9.5 无静差直流调速系统及其稳态参数计算 系统组成 工作原理 稳态结构与静特性 参数计算 1. 系统组成 2. 工作原理 图1-45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。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 稳态结构与静特性（续） 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，数值最大，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，实际上仍有很小的静差，只是在一般精度要求下可以忽略不计而已。 * + + C Uex Rbal Uin R0 + A 图1-43 积分调节器 a) 原理图 a) 阶跃输入 b) 一般输入 输入和输出动态过程 由上图 b 可见，在动态过程中，当 ?Un 变化时，只要其极性不变，即只要仍是 Un* ? Un ，积分调节器的输出 Uc 便一直增长；只有达到 Un* = Un ， ?Un = 0时，Uc 才停止上升；不到 ?Un 变负，Uc 不会下降。在这里，值得特别强