第六章 控制调速系统.pptVIP

机电控制技术 机电控制技术 * 第6章 控制调速系统 目录? 上一页?下一页 * 第六章 控制调速系统 目 录 6.1 直流调速系统 6.2 交流调速系统 6.3 调速系统的MATLAB/Simulink仿真 目前，虽然直流电动机的调速已不如交流电动机的调速应用普遍，但由于它具有优良的调速性能和较大的启动转矩，在过去相当长的时间内，一直在高性能调速领域占有绝对的统治地位。直流调速系统在理论上和实践上都比较成熟，从控制技术角度看，它是交流调速的基础，所以对直流调速系统的研究是调速技术研究的主流。 6.1 直流调速系统 6.1.1 直流调速的基本知识 1.直流调速的方法 他励直流电动机转速方程的表达式为 式中，n为他励直流电动机的转速(r/min)；E为电枢电动势(V)；Ke为由电枢电动势结构决定的电枢电动势的系数；Φ为励磁磁通；U为电枢供电电压(V)；I为电枢电流(A)；Ra为电枢回路中的总电阻（Ω）。 2.直流调速的供电方式 调节电枢供电电压的调速方法和减弱励磁磁通的调速方法，都需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种： （1）旋转变流机组。用交流电动机和直流发电机组成旋转变流机组，以获得可调的直流电压。 （2）静止可控整流器。用静止可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流装置，产生可调的直流电压。 （3）直流斩波器或脉宽调制变换器。用恒定直流电源或可控整流电源供电，利用直流斩波器可产生可调的直流平均电压。 6.1.2 晶闸管—电动机直流调速系统 在直流调速系统中，目前使用最多的是晶闸管—电动机直流调速系统，常用的有单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统和可逆直流调速系统三种。 1.单闭环直流调速系统 在开环调速系统中，假设存在系统增量参数Δn，根据调速系统有无增量参数，可将其分成有静差系统和无静差系统。一般将无法消除Δn的系统，称为有静差系统；将通过适当调节可以使Δn=0的系统，称为无静差系统。研究Δn的大小对机械生产具有十分重要的意义，因此，在调速系统设计中，首先要设法减小Δn，甚至使之为零。 根据反馈控制原理，要维持某一物理量基本不变，就应该引入该物理量的负反馈，因此，可以引入被控量转速的负反馈，构成转速闭环控制系统。 由于该系统只有一个转速反馈环，故称为单闭环直流调速系统，如图6-2所示为单闭环直流调速系统的原理图。 2.双闭环直流调速系统 在直流电动机的最大电流（转矩）受限制的约束条件下，希望充分发挥其过载能力，使其在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，在直流电动机启动到稳态转速后，又让其电流（转矩）立即降下来，使转矩与负载转矩相平衡，从而转入稳态运行。这样理想启动过程的波形如图6-5所示。为了尽量达到理想的启动过程，一种把转速负反馈和电流负反馈分别加到两个调节器上的系统出现了，即转速、电流双闭环直流调速系统。 1）转速、电流双闭环直流调速系统的组成 为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，因此，在系统中设置了两个调节器，用来分别调节转速和电流，如图6-6所示。也就是说，把转速调节器ASR的输出作为电流调节器ACR输入，再把电流调节器ACR的输出送到晶闸管的触发器中，以控制晶闸管整流装置的输出。从闭环结构上看，电流环在里面，称为电流内环，转速环在外面，称为转速外环。这样由两个环构成的直流调速系统称为转速、电流双闭环直流调速系统。 为了获得良好的动态特性和静态特性，转速、电流双闭环直流调速系统的两个调节器一般都采用PI调节器。其电路原理图如图6-7所示。图中标出了两个调节器输入、输出电压的实际极性，它们是根据触发装置GT的控制电压Uct为正电压的情况，并考虑到运算放大器的倒相作用而标出的。 由图6-7可知，两个调节器的输出都是限幅的。转速调节器ASR的输出限幅电压为Uim，它决定了电流调节器ACR给定电压的最大值。电流调节器ACR的输出限幅电压为Uctm，它限制了晶闸管整流器输出电压的最大值。 2）转速、电流双闭环直流调速系统的静态特性 根据图6-7可以画出转速、电流双闭环直流调速系统的静态结构图，如图6-8所示。由于两个调节器的静态放大倍数是用PI调节器的特性来表示的，是带有输出限幅环节的，因而分析转速、电流双闭环直流调速系统静特性的关键是掌握PI调节器的静态特性。PI调节器有饱和（输出达到限幅值）与不饱和（输出未达到限幅值）两种可能。当PI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PI调节器退出饱和