第1篇直流调速系统

第1篇直流调速系统内容摘要：

Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 这样的两段式静特性常称作 下垂特性或挖土机特性。 当挖土机遇到坚硬的石块而过载时，电动机停下，电流也不过是堵转电流，在上式中，令 n = 0，得 一般 Kp Ks Rc R，因此 ()p s gd bjdup s cK K U UIR K K Rg d b jducUUIRMotion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 d. 电流截止负反馈环节参数设计 Idu应小于电机允许的最大电流，一般取 Idu =（ ~ 2） IN 从调速系统的稳态性能上看，希望稳态运行范围足够大，截止电流应大于电机的额定电流，一般取 Idu ≥ （ ~ ） IN Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 补充 1：拉氏变换 ＋L Ru r ( t ) uc ( t )i ( t )图 2 1 R L C 无 源 网 络C解： 设回路电流为 i(t)，由基尔霍夫电律可写出回路方程为： 1 , 1 , 1 , ( 0 ) 0 . 1 , ( 0 ) 0 . 1 , ( ) 1()crcL H C F R u V i A u t Vut      求22( ) ( ) ( ) ( )cccrd u t d u tL C R C u t u td t d t  Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 2239。 239。 0022()[ ] ( ) ( 0)()[ ] ( ) ( 0) ( 0)() 11( 0) | ( ) | ( 0)() ()11ccccc c ccc t trcdu tL sU s udtdu tL s U s su udtdu tu i t idt C CUs sUss s s s       Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 11220. 5 0. 5[ 1 ( ) ] 1 /1 0. 1 0. 2( ) [ ( ) ] [ ]( 1 ) 11 1. 15 si n( 0. 88 6 12 0 ) 0. 2 si n( 0. 88 6 30 )ccttL t ssu t L U s Ls s s s se t e t          2202200( ) 1 ( ) ( )1 ( 0) l i m ( ) l i m ( ) l i m [ ] ( 1 ) 1()1 ( ) l i m ( ) l i m ( ) l i m [ ] 1( 1 ) 1rcc c ct s scc c ct s su t t u tsu u t sU s s Vs s s s sutsu u t sU s s Vs s s s s                      当 时 ， 的 初 始 值 ：的 终 值 ：Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 定义：在零初始条件下 ， 线性定常系统输出量的拉氏变换 与输入量的拉氏变换 之比 ， 称为系统的传递函数 ， 即 X( )r sX( )c sX ( )()X ( )crsGssG( )s补充 2：传递函数 Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 传递函数的性质 1) 传递函数是复变量 S的有理真分式函数，分子多项式的次数 m 低于或等于分母多项的次数 n，所有系数均为实数； 2) 传递函数只取决于系统和元件的结构 ， 与输入信号无关； 3) 传递函数与微分方程有相通性，可经简单置换而转换； 4) 传递函数的拉氏反变换是系统的脉冲响应。 5) 传递函数是在零初始条件下定义的，它只反应系统的零状 态特性；零初始条件含义要明确。 Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 R L C i(t) ur(t) uc(t) )()()()(22tutudt tduRCdt tudLC rccc 1) 零初始条件下取拉氏变换： )()()()(2 sUsUsR C s UsUL C s rccc 2）传递函数： 11)()()(2  RCsL CssUsUsGrcMotion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 速度闭环控制直流调速系统的动态分析 1） 速度闭环直流调速系统的动态数学模型 a) 晶闸管出发电路及整流装置 1)(sss  sTKsW构成系统的主要环节是电力电子变换器和直流电动机。 不同电力电子变换器的传递函数，它们的表达式是相同的，都是 只是在不同场合下，参数 Ks和 Ts的数值不同而已。 Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 例： 晶闸管整流装置 在进行调速系统的分析和设计时，可以把晶闸管触发和整流装置当作系统中的一个环节来看待。 （ 1）晶闸管触发和整流装置的放大系数的计算 晶闸管触发和整流装置的放大系数可由工作范围内的特性率决定，计算方法是 cds UUK晶闸管触发与整流装置的输入 输出特性和的测定 Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 （ 2)晶闸管触发和整流装置的传递函数 在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节，其 滞后效应 是由 晶闸管的失控时间 引起的。 众所周知，晶闸管一旦导通后，控制电压的变化在该器件关断以前就不再起作用，直到下一相触发脉冲来到时才能使输出整流电压发生变化，这就造成整流电压滞后于控制电压的状况。 Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统  最大失控时间计算 失控制时间是随机的，它的大小随发生变化的时刻而改变，最大可能的失控时间就是两个相邻自然换相点之间的时间，与交流电源频率和整流电路形式有关，由下式确定 mfT 1m a xs 式中 f 交流电流频率（ Hz）； m 一周内整流电压的脉冲波数。 Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统  Ts 值的选取 相对于整个系统的响应时间来说， Ts 是不大的，在一般情况下，可取其统计平均值 Ts = Tsmax /2，并认为是常数。 也有人主张按最严重的情况考虑，取 Ts = Tsmax。 表 11列出了不同整流电路的失控时间。 各种整流电路的失控时间（ f =50Hz）见教材 P11 Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统  传递函数的求取 用单位阶跃函数表示滞后，则晶闸管触发与整流装置的输入 输出关系为： 0 1 ( )d s c sU K U t T  按拉氏变换的位移定理，晶闸管装置的传递函数为 sTKsUsUsWse)()()(sc0dsMotion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 为了简化，先将该指数函数按泰勒级数展开，则上式变成：  33s22ssssss!31!211ee)( sssTsTsTKKKsWsTsT考虑到 Ts 很小，可忽略高次项，则传递函数便近似成 一阶惯性环节 ： sTKsWsss 1)( Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 （ 4）晶闸管触发与整流装置动态结构 sTs sK eUc(s) Ud0(s) 1sTKssUc(s) Ud0(s) a) 准确的 b） 近似的 晶闸管触发与整流装置动态结构框图 Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 b) 直流电动机的传递函数 M+_0dUdI R L+_EnLTeTnCE edme ICT dd0 ddidu Ri L Et  tnGDTTdd3752Le Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 )dd( dd0d tITIREUltERTIIddmdLd mLdL CTI 式中 为负载电流。 Tl — 电枢回路电磁时间常数 (s)， Tm— 电力拖动系统机电时间常数 (s) ， RLTl me2m 3 75 CCRGDT Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 dd0() 1/( ) ( ) 1lIs RU s E s T s在零初始条件下，取等式两侧的拉氏变换，得电压与电流间的传递函数 : 电流与电动势间的传递函数 : sTRsIsIsEmdLd )()()( Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 动态结构框图 Id (s) IdL(s) + E (s) R Tms b)电流电动势间的结构框图 E(s) Ud0(s) + 1/R Tl s+1 Id (s) a)电压电流间的结构框图 + 图 137 额定励磁下直流电动机动态结构框图 Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 n(s) 1/Ce Ud0(s) IdL (s) E Id (s) E + + 1/R Tl s+1 R Tms 图 138 整个直流电动机的动态结构框图 Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 由图 138可以看出，直流电动机有两个输入量，一个是施加在电枢上的 理想空载电压 ，另一个是 负载电流。 前者是 控制输入量 ，后者是 扰动输入量。 如果不需要在结构图中显现出电流，可将扰动量的综合点移前，再进行等效变换，得下图 a。 如果是理想空载，则 IdL = 0，结构框图即简化成下图 b。 Motion Control System 第 1章 速度闭环控制的调速系统 n(s) Ud0 (s) + 1/Ce TmTl s2+Tms+1。