自动控制系统.ppt

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1、自动控制系统 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望绪论自动控制系统的几个概念自动控制系统的分类自动控制系统的组成自动控制系统的性能指标研究自动控制系统的方法本课程与其它课程的连接本课程的主要内容计算机控制系统的概念一.自动控制系统的几个概念1. 1.自动控制自动控制在无人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象的某一物理量自动地按预定的规律进行。2. 2.系统系统研究自动控制共同规律的技术科学。一.自动控制系统的几个概念3.自动控制系统自动控制系统能够

2、对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。4.自动控制理论自动控制理论研究自动控制共同规律的技术科学。一.自动控制系统的几个概念5.拖动拖动应用各种原动机使生产机械产生运动，以完成一定的生产。6.电力拖动电力拖动用各种电机作为原动机的拖动方式。二.自动控制系统的分类1.按输入量变化的规律按输入量变化的规律恒值控制系统恒值控制系统特点特点：系统的输入量是恒值，并要求系统的输出量相应保持恒值。例子例子：自动调速系统、恒温控制系统、恒压、恒流系统 二.自动控制系统的分类随动系统随动系统特点特点：系统的输入量是变化的，并要求系统的输出量跟随输入量的变化。例子例子：刀架跟随系统、火炮控制系统、雷达导引系统

3、、机器人控制系统。 二.自动控制系统的分类过程控制系统过程控制系统特点特点：对生产过程自动提供一定的外界条件，例如：温度、压力、流量、粘度、浓度等参量保持恒定或按一定的程序变化。对其中的每一局部，可以是随动系统，也可以是恒值系统。例子例子：化工厂控制系统。二.自动控制系统的分类2.按数学模型分类按数学模型分类数学模型数学模型描述系统内部各物理量之间关系的数学表达式。静态模型静态模型变量各阶导数为零的条件下。二.自动控制系统的分类线性系统线性系统定义定义：数学模型为线性微分方程式的控制系统。特点特点：a.系统的输入量与输出量之间关系是线性b.各环节和系统均可用线性微分。c.可用叠加原理和拉氏变换

4、。二.自动控制系统的分类非线性系统非线性系统定义定义：数学模型为非线性微分方程式的控制系统。特点特点： 系统中有非线性环节。二.自动控制系统的分类3. 3.按系统传输信号对时间的关系分类按系统传输信号对时间的关系分类连续控制系统连续控制系统特点特点：控制作用的信号是连续量或模拟量。例子例子：调速系统、随动系统。数学模型用微分方程微分方程描述二.自动控制系统的分类离散控制系统离散控制系统特点特点：控制作用的信号是断续量或数字量或采样数据量。例子例子：计算机控制系统。数学模型用差分方程差分方程描述二.自动控制系统的分类4. .按系统有无反馈环节分类按系统有无反馈环节分类开环控制系统开环控制系统闭环

5、控制系统闭环控制系统 三.自动控制系统的组成自动控制系统的基本功能自动控制系统的基本功能信号的传递、加工和比较信号的传递、加工和比较。给定元件参数串联校正装置放大元件执行机构被控对象反馈校正装置测量装置输出量四.自动控制系统的性能指标控制系统的性能指标性能指标包含：稳定性、稳态特性、动态特性稳定性、稳态特性、动态特性稳定性稳定性：系统的首要条件稳态特性稳态特性：稳态误差动态特性动态特性：动态跟随特性， 动态抗扰特性五.研究自动控制系统的方法定性分析建立数学模型定量分析对系统校正工程实践 定性分析建立数学模型定性分析对系统校正满意？工程实践YN六.本课程与其它课程的关系先修课程先修课程 电机学、

6、自控原理、电子技术后续课程后续课程 计算机控制系统六.本课程与其它课程的关系主要内容主要内容 直流电机自动控制系统 交流电机自动控制系统六.本课程与其它课程的关系要求要求 1.掌握基本的理论、分析方法、和典型的应用 2.学习本课程的思想，通过本课程的学习，不仅掌握知识，而且在学习能力、分析能力、综合能力上有提高。六.本课程与其它课程的关系如何学好本课程如何学好本课程1.复习+综合2.学习做读书报告七.计算机控制系统的概念从本质上讲，计算机控制系统计算机控制系统包括：1.实时数据采集2.实时决策3.实时控制七.计算机控制系统的概念计算机控制系统计算机控制系统分类：1.联机在线方式2.脱机离线方式

7、七.计算机控制系统的概念实时实时的概念：信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成。计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内做出相应。交流调速系统简介第六章 交流调速引导第六章 交流调速引导异步电机的特点：高阶、非线性、多变量异步电机的调速：n n1(1-s)60f1 (1-s)/pn-转子转速 n1-旋转主磁通的转速s-转差频率 p-定子绕组的极对数s=f(U1 、r1、x1、r2、 x2 ) 6.1交流调速系统的基本类型一.常见分类降电压调整电磁转差离合器调速绕线转子异步电机转子串电阻调速绕线转子异步电动机串级调速变极对数调速1.变频调速6.1交流调速系统的基本类型二

8、.从定子传入转子的电磁功率 P2=(1-S) Pm-拖动负载的有效功率 Ps =S Pm -转差功率（转子铜耗） 1.转差功率消耗型 Ps转成热能形式 降电压调整 电磁转差离合交调速 绕线转子异步电机转子串电阻调速6.1交流调速系统的基本类型 2.转差功率回馈型 Ps一部分被消耗掉，大部分通过变流装置回 馈电网或转化为机械能予以利用。 绕线转子异步电动机串级调速6.1交流调速系统的基本类型 3.转差功率不变型 转子铜耗不可避免，无论转速高低， 转差功率的消耗基本不变。 效率最高。 变极对数只能有极调速，应用场合有限。 变频调速最有发展前途6.2 闭环控制的交流变压调速系统异步电机模型r1x1r

9、2x2 rmxmU1I1ImIm=-I2(1-s)r2s异步电机模型1r11x112r212x2 rmxmU1I1Im-I2 =I2 / 1r1x112(1-s)r2s 1=1+ x1 /x2异步电机机械特性2221112221111 2)()(xxsrrUI)()(22211221112211xxsrrfsrpUmTem当电机电路参数不变时,在一定转速下，转矩正比于电压的平方异步电机机械特性22112121)(xxrrsm)(42212111211maxxxrrfpUmT21121xxrsm)(411112111xxrfpUmTm一:异步电动机改变电压时的机械特性根据电机学原理，并假设： (

10、1)忽略空间和时间的谐波。 (2)忽略磁饱和。 (3)忽略铁损。 1=1+ x1 /x2 = 1一:异步电动机改变电压时的机械特性异步电机在不同的电压下的机械特性。高转子电阻电机在不同电压下的机械特性。 二 闭环控制的变压调速系统及其静特性变压调速 D 小。高转子电阻电机的机械特性软。 D=2以上时用带转速反馈的闭环控制系统UctASRUn*MTG第七章异步电机变压变频调速系统(VVVF)-转差功率不变型调速系统7-1变频调速的基本控制方式电机调速时希望磁通量m为额定值不变 三相异步机每相电势 Eg=4.44f1N1KN1m f1-定子频率 KN1-基波绕组系数 N1-定子每相绕组串联匝数 m

11、 -每极气隙磁通量(Wb)一.基频以下调速 f1从额定f1n向下调。 要求： Eg /f1 =常数。 因为E不易控制，当E较大时，忽略定子绕组的漏感压降 U1 = Eg U1 /f1 =常数 低频时，x1大，不能忽略 所以U1 需提高。二.基频以上调速频率从f1n上升， U1只能升到U1n (额定电压)。迫使m下降。相当与直流电机弱磁升速变频调速控制特性（P198） 7-2 静止式变频装置间接变频 AC-DC-AC直接变频 ACAC一:间接变频装置(AC-DC-AC)可控整流器变压 调压调频在两个环节上进行 U1/F1 较低时,电网端功率因数低 输出谐波大2. 不控整流、斩波调压。逆变器变压

12、电网输入功率高 输出仍有谐波3. 不控整流、PWM变压变频 1. 电网功率因数高 谐波减少二:直接变频装置(AC-AC)交交变频周波变换 三:电压源和电流源变频器1.电压源 输出电压阶梯波、矩形波。2 电流源 输出电流矩形波、阶梯波。 根本区别:用什么储能元件缓冲无功能量三:电压源和电流源变频器 电压源变频器电压源变频器: ACDC AC变频器中中间直流环节主要采用大电容滤波时，直流电压波形平直。理想情况下是一内阻抗为零的恒压源，输出交流电压是矩形波或阶梯波电流源变频器电流源变频器 ACDCAC变频器中中间直流环节采用大电感滤波时，直流回路中的电流波形比较平直。对负载来说是一个恒流源。 因为电

13、机是感性负载，功率因数不会等于1.0， 所以中间直流环节与电动机之间总存在无功功率的交换。 7-3 SPWM逆变器 电压频率协调控制 若整流器可控，则 （1）两个可控功率环节-复杂。 （2）中间环节大电感、大电容、系统动态响应缓慢。 （3）整流器可控，功率因数（供电）随频率下降而变差，并产生高次谐波电流。 （4） 输出为六阶梯波 1964年 德 A.schonung 提出PWM。 7-3 SPWM逆变器PWM方法 控制逆变器功率开关器件导通或断开，其输出端即获一系列宽度不等的矩形脉冲波形，从而决定开关动作的顺序和时间分配规律的控制方法。改变矩形脉冲宽度-逆变器输出交流基波电压幅值。改变调制周期

14、-逆变器输出交流基波电压频率。 7-3 SPWM逆变器特点： （1）只有一个可控功率环节。（2）用不可控整流器，使电网功率因数与逆变器输出电压大小无关而接近1。（3）调频同时调压，与中间直流环节的元件参数无关，加快了系统的动态响应。（4）输出电压波形好，能抑制或消除低次谐波。 7-3 SPWM逆变器一.SPWM逆变器的工作原理 思想 期望其输出电压是纯粹的正弦波形 把正弦波形半波分成N等分。把每一个等分的正弦曲线与横轴所包围的面积，都用一个与 面积相等的等高矩形脉冲来代替 矩形脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合 因为各脉冲幅值相等 所以逆变器可由恒定的直流电源供电 整流电压=逆变器脉冲幅值实

15、现方法 软件计算 调制（一）工作原理 参考信号振荡器 其频率决定逆变器输出的基波频率 载波信号：公用 分别与每相参考电压比较后，给出“正”或“负”的饱和输出调节参考信号频率和幅值 可平滑调节逆变器输出的基波频率和幅值 控制方式 单极式 :正弦波半个周期内每相只有一个开关器件开通或关断 双极式: 控制逆变器同一桥臂上下两个开关器件交替通断,处于互补的工作方式(二) 逆变器输出电压与脉宽的关系 单极式SPWM 脉冲幅值1/2Us.在半个周波内有N个脉冲,个脉冲不等宽 但中心间距一样, 等三角波的周期令 第 个矩形脉冲宽度为 其中心点相位角 因为从原点始只有半个三角波 因为输出电压波形 负半波左右对

16、称,是一个奇次周期函数把N个矩形脉冲代表的 代入上式,须先求的每个脉冲的起始和终止相位角设 所需逆变器输出的正弦波电压幅值 Um 因为矩形脉冲面积=该区段正弦曲线的面积相等 第I个矩形的宽度 第i个脉冲起始角度 终止角 代入上式的:K=1的输出电压的基波幅值 当半个周期内N较多时 较小结论: 输出基波电压幅值U1m 与各次脉宽时,实现了对逆变器输出电压基波幅值的平衡调节所以 Uim=Um输出电压的基波正式调制时所要求的正弦波(三)对脉宽调制的约束条件 逆变器主电路的开关器件在其输出电压半周内开关N次 器件本身的开关能力与主电路的结构及其换流能力有关 所以PWM用于交流调速系统受到约束 (1)

17、开关频率 开关频率限制其(2) 调制度 调制的脉冲波有最小脉宽与最小间隙的限制目的:保证脉冲宽度大于开关器件的导通时间Ton与关断时间Toff要求:参考信号幅值 不能超过 载波峰值的某一系列数 所以定义调制度 M=Um/Utm M,1二:SPWM逆变器的同步调制和异步调制 定义 载波比N= 载波频率/调制波频率 1.同步调制 N=C 变频是 fr与ft同步变化所以 逆变器输出电压半波内的矩形脉冲数固定不变 缺点:输出频率低时 谐波显著上升,使负载电机产生较大的脉冲转矩和较强的噪音2.异步调制 N C 一般使参考信号频率fr改变 ft载波频率不变 所以提高了低频时的载波比 缺点:难保证相位对称3

18、.分段同步调制 在一定频率范围内,采用同步调制,保持输出波形对称的优点当频率减小使载波比分段有级地增加 从输出接近正弦 N 好 从逆变器本身 N 不能太大 所以 N100R0） U1饱和。只管极性不管大小。第二级：第二级：反向器第三级：第三级：积分器R0R1RbU1U*R0R0RbU1RRbRppU2UgiCR01.给定积分器tU*tU1tU2tUgiU1m-U1m-U2mU2mNoImageTsURCsUUCsURUmmgigim22212.绝对值变换器引入原因电机旋转方向取决于变频电压的相序不需在电压和频率的控制上反映极性，所以 用绝对值变换器电路将Ugi变换成其绝对值信号Uabs。分析时

19、注意：分析时注意：Ugi与给定极性相反。2.绝对值变换器R1R0RbU1UgiUabstUgitUgi3.电压控制环节采用电压、电流双闭环U*AVRACRUiUvU*vUabs内环：ACR限制动态电流，兼起保护作用。外环：AVR控制电压输出。电压频率控制信号加到AVR前，要通过GF（函数发生器），把给定电压提高一些以补偿定子阻抗压降。3.电压控制环节R1R0RbUabsR0UbU*vR21.Uabs =0， 输入Ub， Kgf =(R1+ R2 )/ R02.Uabs 0， 输入Ub, Uabs Kgf =(R1+ R2 )/ R0 当Uabs 增大，输出变正。3.当Uabs 增大，使二极管导

20、通， Kgf = R2/ R0 。 2*007 . 0RURURUvbabsUabsU*v4.频率控制环节压频振荡器、环形分配器、脉冲放大器组成。GVF压频振荡器：电压转换成脉冲。DRC环形分配器：六分频作用的计数器。AP脉冲放大器：保证脉冲功率和宽度。GVFDRCUabsAPUgi二转速开环的交-直-交电流源变频调速系统1.结构 可控整流-用电压控制环节控制其输出电流电压 电流源逆变器用频率控制环节控制其输出电压。差别在于滤波环节。二转速开环的交-直-交电流源变频调速系统电压控制环节频率控制环节M3U*tuUgiUabsUi-正、反Ui电流源：滤波环节。电压控制：控制目的。易于实现四象限运行

21、。二转速开环的交-直-交电流源变频调速系电流源：滤波环节。电压控制：控制目的。易于实现四象限运行。M3U*tuUgiUabs正、反U*AVRACRUiUvU*vU*i-GFCAP DRC GVF 二转速开环的交-直-交电流源变频调速系回馈制动和四象限运行电流源变频调速系统的显著特点。+M3LdIdTe n整流逆变电动P+M3LdIdTe n整流逆变发电P7-6 转速闭环，转差频率控制的变频调速系统引言可采用转速开环、恒压频比控制适于生产机械对调速系统静动态性能要求不高。如何提高控制系统的动态特性？如何提高控制系统的动态特性？控制转矩。dtdnJTTpLe如何控制电压电流和频率来控制转矩？如何控

22、制电压电流和频率来控制转矩？一转差频率控制的基本概念直流电机直流电机 转矩和电流成正比，控制电流可控制转矩。异步电机异步电机电流源变频调速系统的显著特点。22cosICTmmeLl1Ll2R1LmU1I1I0I2R2 sErEgEs一转差频率控制的基本概念221222221222221222222122221222)()()()(cos)()()(lgmmelllglgLsRRsECTLsRRLsRsRLsRsELsREI一转差频率控制的基本概念2222122222212221211111111)()(212144. 4RKLsRRKTLsRRsCKNTKNKNfEsmmlsmmelmmNem

23、NmNgS很小时，控制气隙磁通不变，转矩和转差频率成正比。二转差频率控制规律恒Eg/ 1控制sn0smn010TemaxTe 当s较小时，转矩和转差频率成正比。max2222max22max2ssllslmmeLRLRLKT二转差频率控制规律如何使磁通恒定当s =0时， I1 = I0当s时趋于无穷时，222222222201)(lslmsLRLLRIII1I0-ss222201)(llmLLLII二转差频率控制规律转差频率控制规律： s = sm ,转矩和转差频率成正比。按图示函数关系控制定子电流，保持气隙磁通恒定。 第一章直流调速系统分析和设计方法引言引言一.直流电动机的转速和其他参量的关

24、系：eaCRIUn其中： R： 电枢回路总电阻 C e：电势常数 I a：电枢电流引言调节转速的方法调节转速的方法减弱励磁磁通改变电枢回路电阻R 调节电枢供电电压U改变磁通-额定转速之上改变电阻-有级调速改变电压-平滑调速引言二二. .直流调速系统的可控直流电源直流调速系统的可控直流电源.旋转变流机组静止可控整流器直流斩波与PWM引言三三. .机械特性机械特性他励直流电机 改变电压时的机械特性nTa-Ta-n正向电动正向制动引言他励直流电机他励直流电机 改变电枢电阻机械特性改变电枢电阻机械特性nTaRaRa+ R1Ra+ R2R1R2引言闭环调速系统设计方法闭环调速系统设计方法总体设计基本部件

25、的选择和稳态参数设计建立原始系统的动态数学模型检查稳定性和动态性能校正系统1-1 单闭环系统的稳态设计单闭环系统的稳态设计 命题解释： 稳态：系统各变量导数为零分析与设计的对象直流电机的稳态直流电机在某一转速下稳定运行 1-1 单闭环系统的稳态设计 问题？ 如何控制直流电机使其输出转速保持恒定？一.定性分析 1.如何实现控制目标？ 2.从何处入手分析？1-1 单闭环系统的稳态设计 控制目标与方法nIn1I1电机机械特性控制方法1-1 单闭环系统的稳态设计 定性分析的结果从改变电机电枢电压入手控制输出，得到硬的机械特性?/!采用闭环控制使输出恒定?/!1-1 单闭环系统的稳态设计 二二. .定量

26、分析定量分析1.转速控制的要求和调速指标 设计控制系统的依据 生产设备量化的技术指标闭环系统的稳态和动态性能指标折算1-1 单闭环系统的稳态设计 转速控制要求 调速：在一定范围内。 稳速：在一定精度内。 加减速：在一定时间内。稳态分析和设计时仅涉及调速和稳速。1-1 单闭环系统的稳态分析调速系统稳态性能指标a.调速范围（D）电动机最高转速和最低转速之比。b. 静差率（S）系统在某一转速下，负载有理想空载增加到额定值所对应的转速降落与理想空载转速之比。1-1 单闭环系统的稳态分析2)调速系统稳态性能指标间关系CSnnDminmaxneS点nn0maxnanmaxn0minnminnbTnomTa

27、1-1 单闭环系统的稳态分析小结：调速范围和静差率同时提才有意义！以电动机的额定转速为最高转速。以系统要求的D和S确定最低转速1-1 单闭环系统的稳态分析S=nmin nmaxnmin=n0min -nnom =nnomSnnom=(1- s) nnomSD=(1- s) nnomnnomSn0minnnom=1-1 单闭环系统的稳态分析某调速系统额定转速1430/min，额定速降115/minS30%时 D=1430*0.3/115(1-0.3)=5.3S20%时 D=1430*0.2/115(1-0.2)=3.11-1 单闭环系统的稳态分析2. 2.开环调速系统的性能开环调速系统的性能例子

28、：某龙门刨床工作台拖动采用直流电机：Z2-93型、60kW、220V、305A、1000r/min。要求：D=20,S5%。 采用V_M系统，已知主回路R=1.8欧，电动机Ce=0.2Vmin/r给定速度放大元件直流电机n1-1 单闭环系统的稳态分析当电流连续时=n nnom=IdnomCe3050.180.2r/min275r/minSnom=nnom + nnomnnom2751000 + 275= 0.216nnom=nnomSD(1-S)10000.0520(1-0.05)=2.63r/min1-1 单闭环系统的稳态分析3.闭环调速系统a.组成AGTMTG+-Utg+-+-+-Un*U

29、nUctUdIdUn。Rp2Rp11-1 单闭环系统的稳态分析b. b.闭环调速系统各环节稳态关系闭环调速系统各环节稳态关系 Un= Un*-Un Uct = KpUn Kp放大器电压放大系数 Ud0 = KsUct Ks电压放大系数 n =(Ud0 IdR)/Ce Utg = an1-1 单闭环系统的稳态分析n=KsKpUn*-IdRCe(1+KsKpa/ Ce)=KsKpUn*Ce(1+K)-IdRCe(1+K)K= KsKpa/ Ce 闭环系统开环放大系数1-1 单闭环系统的稳态分析c.闭环调速系统静特性 表示闭环系统电动机转速和负载电流的稳态关系。KpUn*UnUctKsUd0IdR1

30、/CeEna1-1 单闭环系统的稳态分析d.闭环调速系统静特性与开环系统机械特性的比较n=Ud0-IdRCe=KpKsUn*CeIdRCe-n=Ud0-IdRCe(1+K)=KpKsUn*Ce(1+K) eIdRCe(1+K)-闭环系统：开环系统：1-1 单闭环系统的稳态分析d.闭环调速系统静特性与开环系统机械特性的比较闭环静特性比开环机械特性硬的多 nop=IdRCencl=IdRCe(1+K)ncl=nopCe(1+K)1-1 单闭环系统的稳态分析比较同一n0 ,闭环系统静差率要小 Scl=ncln0clScl=Sop1+KSop=nopn0op1-1 单闭环系统的稳态分析比较同一S ,闭

31、环系统可以大大提高调速范围 Dcl=Dop (1+K)Dcl=nnomS ncl (1-S)Dop=nnomS nop (1-S)1-1 单闭环系统的稳态分析要取得以上三个优点 ,闭环系统需设置放大器 V-M系统参数：Ce=0.2, Ks=30,a=0.015 K=nopncl- 1 = 103.6Kp=K/KsaCe = 461-1 单闭环系统的稳态设计 问题？ 调速系统的稳态速降是由电枢电阻决定，闭环系统能减少稳态速降，是闭环系统减少电阻吗？nIn1I11-1 单闭环系统的稳态设计 三.带比例放大器反馈控制规律被调量有静差抵抗扰动和服从给定系统精度依赖于给定和反馈检测精度1-1 单闭环系统

32、的稳态设计 四.稳态参数计算直流调速系统，电动机： 10kW、220V、55A、1000r/min、Ra=0.5。整流触发环节：Ks=44 V-M系统内阻R=1.0采用V_M系统，已知主回路R=1.8欧，测速发电机23.1W,110V,0.21A,1900r/min生产机械要求D=10, S5%。1-1 单闭环系统的稳态设计 ncl=nnomSD(1-S)10000.0510(1-0.05)=5.26r/minK=RInomCencl- 1 551.00.019255.26- 1 = 53.3Ce=Unom-InomRnnom 220-550.5 1000= 0.19251-1 单闭环系统的稳

33、态设计 Cetg= 1101900= 0.0579测速发电机电动势转速比a=b Cetg测速发电机与主电动机相连，在电机最高转速时，反馈电压为 Un = 10000.0579 0.2=11.58分压电阻的分压系数b=0.2= 0.0579 0.2=0.11581-1 单闭环系统的稳态设计Rp2=分压电阻的功率= 1379电位器选择：考虑测速发电机输出为最高电压时，其电流为额定值的20%，测速机电枢压降对检测信号影响较小。Cetg nnom20%InomPp2= 2.43WCetg nnom 20%Inom1-1 单闭环系统的稳态设计Kp=20.14Ce KaKs运算放大器的放大系数和参数作业

34、教材P20 例题 例题习题集 P4例1-3、1-5、1-6 推导单闭环系统动态数学模型做 P15 1-13、1-15、1-17、1-20、1-21、1-29、1-38第一章第二节单闭环系统的动态分析与设计引言闭环调速系统设计方法总体设计基本部件的选择和稳态参数设计建立原始系统的动态数学模型检查稳定性和动态性能校正系统1-2 单闭环系统的动态分析 问题？ 为什么要进行动态分析？ 如何进行动态分析？从系统的动态数学模型入手1-2 单闭环系统的动态分析 单闭环系统的动态数学模型额定励磁下的直流电动机 R, L均包括整流器内阻和平波电抗器内阻及电感M+_RL+_ETLn,Te1-2 单闭环系统的动态分

35、析 微分方程：Assume: 电流连续 Ud0=RId+LdI/dt+E E = Cen 额定励磁下的感应电动势 Te-TL=GD2/375dn/dt Te = Cm Id 额定励磁下的电磁转矩1-2 单闭环系统的动态分析 定义下列时间常数： 电枢回路电磁时间常数 拖动系统机电时间常数Tm=GD2R375 Cm CeTl =LR1-2 单闭环系统的动态分析Ud0-E=R(Id+TLdI/dt)Id+IdL=Tm/R dE/dt IdL=TL/Cm 负载电流零初始条件下、取等式两边的拉氏变换1-2 单闭环系统的动态分析 =I d(s) Ud0(s)-E(s)1/RTLs+1=E(s) Id(s)

36、- IdL(s)RTms1-2 单闭环系统的动态分析1/RTls+1RTLs1CeUd0(s)+-I d(s)-IdL(s)E(s)n(s)Ud0(s)+IdL(s)R(Tl+1)1/CeTmTls2+Tms+1n(s)1-2 单闭环系统的动态分析 晶闸管触发和整流系统KsTsS+1Uct(S)Ud0(S)1-2 单闭环系统的动态分析 闭环调速系统的数学模型Idl(s)KsTsS+1UctUd0Kp1/CeTmTlS2+TmS+1R(TlS+1)aUn*(s)+-+-Unn1-2 单闭环系统的动态分析 二.稳定条件反馈控制系统的特征方程TmTlTs1+KS3 +Tm(Tl+Ts )1+KS2

37、+1+KS +1=0Tm+TsTm(Tl+Ts )+ Ts2TlTsK IdL时，电机开始起动。 因为电机的惯性，转速变化不大。所以Un数值较大，ASR很快达到限幅值，强迫电流以最大给定值跟随。 ASR饱和、ACR不饱和。二.起动过程分析（重点）第二阶段t1-t2恒流升速阶段 转速调节器饱和，转速环相当于开环 开始：电流升到最大值 结束：转速达到额定值 由于反电势的影响， Uct 、Ud0 必须按比例增长。 Uim* - Ui 必须维持恒值 ASR饱和、ACR不饱和。二.起动过程分析（重点）第三阶段t2以后-转速调节阶段 转速调节器退饱和，转速环闭环 开始：转速达到额定值 结束：转速达到额定值

38、 要经过若干阶段的调节。ASR不饱和、ACR不饱和。二.起动过程分析（重点）起动过程的特点：饱和非线性控制 分段线性化，注意初始状态。准时间最优 电流受限条件下的最短时间控制转速超调三.两个调节器的作用转速调节器的作用使转速跟随给定电压的变化，稳态无静差。对负载变化起抗扰作用输出限幅值决定允许的最大电流。电流调节器的作用使转速调节过程中，跟随其给定电压。对电网电压波动起抗扰作用起动时获得允许的最大电流。电极堵转时，限制电流的上升。四.讨论双闭环调速系统调试时，遇到下列问题会出现何情况？电流反馈极性接反转速反馈极性接反起动时ASR未饱和起动时ACR饱和五.调节器的设计问题双闭环调速系统设计中，A

39、SR、ACR的设计问题是关键。原则：先内后外先稳后快复习以前的内容单闭环系统稳态、动态分析和设计双闭环系统稳态、动态分析和设计小结：由一组晶匝管供电的系统。电机只在一个方向运行。问题？电机需要四象限运行？快速制动？第三章 可逆调速系统第三章简介内容不易理解，需多下工夫。3 .1V-M系统的可逆线路3 .2V-M系统的回馈制动（重点理解）3 .3可逆V-M系统的环流（注重概念）3 .4有环流可逆调速系统（重点内容）3 .5无环流可逆调速系统3 .1 V-M系统的可逆线路引言-如何设计可逆线路电机方向的改变是由于电磁转矩方向的改变。dmeICTv改变电动机电枢电流-改变电枢电压方向v改变励磁磁通方

40、向-改变励磁电流方向一.电枢反接可逆线路M特点：1.可用继电器代替晶匝管2.结构简单、适于偶尔反转的场合一.电枢反接可逆线路特点：结构适中、适于频繁反转的场合M+nIa一.励磁反接可逆线路特点：功率小、须考虑励磁绕组的电感较大+3 .2V-M系统的回馈制动一.晶匝管的整流和逆变状态前提：前提：单个晶匝管 供电的V-M系统PM+n+整流状态P+Mn逆变状态一.晶匝管的整流和逆变状态由单个晶匝管供电的带位势能负载的系统的逆变条件内部条件： 控制角90度外部条件： 有一个直流电源，极性与整流时相反。nIa-n提升下降二.电动机的发电回馈制动引入目的 当生产机械运行中需要减速或停车时。注意正反组的整流

41、和逆变状态二.电动机的发电回馈制动M+n-IdId二.电动机的发电回馈制动发电回馈制动特点：转速方向不变，电机反电势方向不变。回馈制动是一个过渡过程。1. 回馈制动须使电流反向。二.电动机的发电回馈制动M+n-IdId三.电机四象限运行3 .3可逆V-M系统的环流一环流及其种类环流： 不流过电动机及其它负载，而直接在两组晶匝管之间流通的短路电流。M+一环流及其种类环流会增加SCR和变压器的负担，消耗无用的功率。很好地利用环流可以减少电流地断流。一环流及其种类环流的分类： 1.静态环流：可逆线路稳定工作时所出现的环流。直流平均环流瞬时动态环流2.动态环流：稳态运行时不存在，只在过渡过程中出现的环

42、流。二.直流平均环流与配合控制M-1Uct直流平均环流直流平均环流：正组和反组都处于整流状态时，主电流的短路环流。二.直流平均环流与配合控制解决方法：正组整流时，反组处于逆变状态。180coscoscoscosmaxmaxmaxmaxmaxrfrfdodordofrdodorfdodofdordofUUUUUUUUU二.直流平均环流与配合控制根据逆变角定义实际工作rfrf配合工作的实现rf控制电压为零时，使整流角和逆变角都等于90度。二.直流平均环流与配合控9001801800Uct- Uct 0UctmUct三.瞬时脉动环流与抑制定义：当整流电压瞬时值大于逆变电压瞬时值时，产生瞬时电压差，从

43、而产生瞬时环流。抑制方法：加入环流电抗器（均衡电抗器）。3 .4有环流可逆调速系统一.=配合控制的有环流可逆 调速系统有环流可逆系统：=配合控制的有环流可逆 调速系统可以消除平均直流环流，但不能消除瞬时脉动环流。又叫自然环流系统。有环流可逆系统触发特性：2190219000rf二.制动过程分析 (重点)+M-1UctASRACR-TGUn*-Un二.制动过程分析 (重点）两个阶段：第一阶段：本组逆变状态。 电流由+IdL下降到零。第二阶段：它组制动状态。 电流方向改变，由0到IdL。二.制动过程分析 (重点）系统正向运行时正组整流、反组待逆变。M-1UctACRASRTG-Un（）UnUi*U

44、n*(-)()Ui(-)()(-)(-)（）二.制动过程分析 (重点）本组逆变阶段 系统停车时正组逆变、反组待整流。从+IdL到0。M-1UctACRASRTG-Un0（）UnUi*Un*()()Ui()()()()（）dordofdUUEdtdIL二.制动过程分析 (重点）它组制动阶段 它组建流子阶段正组待逆变、反组整流。从0到IdL 。M-1UctACRASRTG-Un0（）UnUi*Un*()()Ui()()()()（）dordofdUUEdtdIL二.制动过程分析 (重点）它组制动阶段 它组逆变子阶段正组待整流、反组逆变。电流维持在IdL 。M-1UctACRASRTG-Un0（）UnUi*Un*()()Ui()()()()（）*idLUIdorUE 二.制动过程分析 (重点）它组制动阶段 反向减流子阶段正组待整流、反组逆变。0dorUM-1UctACRASRTG-Un0（）UnUi*Un*()()Ui()()()()（）二.制动过程分析 (重点）正向制动过程波形tttUct-Uctm-IdmIdIdLn E213三.可控环流的可逆调速系统图见书114页。3 .5无环流可逆调速系统简介主要内容从生产可靠性出发。分类：逻辑控制无环流系统 当一组SCR工作时，用逻辑电路封锁另一组SCR。错位控制无环流系统 两组SCR触发脉冲的零位错开得较远。