积分调节器.ppt

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1、积分调节器积分调节器_ +MTGUn*R0R0R1RP2UcUPEUd+-RbalUn+Id-图 转速负反馈闭环控制有静差有静差直流调速系统原理图Un nclnTeTLUc=Kp Un 因此，采用因此，采用比例调节器比例调节器控制的自动控制系统中，控制的自动控制系统中，输输入偏差入偏差是维系系统运行的基是维系系统运行的基础，必然要产生静差，因此础，必然要产生静差，因此是是有静差系统有静差系统。nUc=0，电动机停止电动机停止；nUc 0，电动机运行，即电动机运行，即 Un 0。消除系统误差消除系统误差(稳态偏差稳态偏差)：采用积分采用积分(Integration)(Integration)调节

2、器或比例积分调节器或比例积分(PI)(PI)调节器来代替比例放大器调节器来代替比例放大器。_ +MTGUn*R0R0RP2UcUPEUd+-RbalUn+Id-C1R1 采用积分调节器采用积分调节器I或比例积分调节或比例积分调节器器PI来代替比例放大器来代替比例放大器。R1C1 采用比例积分（采用比例积分（PI）调节器来代替比例）调节器来代替比例放大器，放大器，PI调节器不仅使调节器不仅使系统稳定系统稳定，还有进，还有进一步一步提高稳态性能提高稳态性能，达到，达到消除稳态速差消除稳态速差。消除稳态速差消除稳态速差无静差调速系统：无静差调速系统：有静差调速系统：有静差调速系统：带比例放大器比例放

3、大器的反馈控制闭环调速系统。带比例积分放大器比例积分放大器的反馈控制闭环调速系统。1、积分调节器和积分控制规律、积分调节器和积分控制规律+CUexRbalUinR0+A 积分调节器a)原理图ii1）原理图）原理图 ,式中 积分时间常数。2）传递函数）传递函数:运算放大器设置运算放大器设置输出电输出电压限幅压限幅：保证线性放大：保证线性放大作用并保护系统各环节作用并保护系统各环节I3）输入输出关系）输入输出关系积分调节器的控制作用：积分调节器的控制作用：控制电压Uc是转速偏差电压Un的积分，即：M_ +TGUn*R0R0RP2UcUPEUd+-RbalUn+Id-C1R1Un4)积分调节器积分调

4、节器输入和输出输入和输出动态过程动态过程每一时刻的每一时刻的Uc大大小和小和Un与横轴所与横轴所包围的面积成正比包围的面积成正比_ +Un*R0R0UcRbalC1UnUnUnUc负载变化负载变化Ucf图图2-26 积分调节器的输入和输出动态过程积分调节器的输入和输出动态过程a)阶跃输入阶跃输入 b)负载变化负载变化5)积分调节器特性积分调节器特性_ +Un*R0R0UcRbalC1Un注：当注：当 Un =0时，时，Uc并不是零，而是一个终值并不是零，而是一个终值 Ucf；如果；如果 Un 不再变化，此终值便保持恒定不变，这不再变化，此终值便保持恒定不变，这是积分控制的特点。是积分控制的特点

5、。1）在动态过程中，当在动态过程中，当 Un 变化时，变化时，只要其极性不变，即只要仍是只要其极性不变，即只要仍是 Un*Un，Un 0 0，积分调节器的输出积分调节器的输出 Uc 便一直增长；便一直增长；2）只有达到只有达到 Un*=Un，Un=0时，时，Uc 才停止上升；才停止上升；3）Un 变负，变负，Un 00 当当 U Un n =0=0时，时，U Uc c并不是零，而是一并不是零，而是一个终值个终值 U Ucfcf ；如果；如果 U Un n 不再变化，此终值不再变化，此终值便保持恒定不变，这是积分控制的特点。便保持恒定不变，这是积分控制的特点。Un Idcr），电流负反馈起作用，

6、限制电流不能过大；（2）当电枢电流不大于不大于截止电流值（Id Idcr）时，电流负反馈作用被截止，对系统的稳定运行无任何影响，使之具有较硬的静特性。临界截止电流临界截止电流电流截止负反馈环节工作原理电流截止负反馈环节工作原理 图2-38 电流截止负反馈环节a）利用独立直流电源作比较电压M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器M 电流反馈信号从串联电流反馈信号从串联于电枢回路的小电阻于电枢回路的小电阻Rs上取出上取出,大小为大小为IdRs。电流截止环节由提供电流截止环节由提供电流截止比较电压电流截止比较电压Ucom的调节电位器及其电源的调节电位器及其电源和二极管和二极管VD组成。组成。保

7、证电流反馈控制电路中保证电流反馈控制电路中只能有单方向电流，相当于只能有单方向电流，相当于电流截止的控制开关。电流截止的控制开关。电流负反电流负反馈电压馈电压图2-38 电流截止负反馈环节a）利用独立直流电源作比较电压M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器MIdcr：临界截止电流；：临界截止电流；调节调节Ucom的大小，即可改的大小，即可改变临界截止电流变临界截止电流Idcr的大小，的大小，从而实现了系统对电流截止从而实现了系统对电流截止负反馈的控制要求。负反馈的控制要求。Ucom：电流截止比较电压。：电流截止比较电压。Ucom Idcr Rs图2-38 电流截止负反馈环节a）利用独立

8、直流电源作比较电压M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器M 系统系统正常工作正常工作时，时，Id Rs Ucom，即即Id Idcr，二，二极管截止，电流反馈信号极管截止，电流反馈信号Ui被被切断切断。此时系统就是一般的转此时系统就是一般的转速负反馈闭环调速系统，其速负反馈闭环调速系统，其静特性很硬。静特性很硬。Ucom Idcr RsUi=IdRS-Ucom=IdRS-IdcrRS图2-38 电流截止负反馈环节a）利用独立直流电源作比较电压M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器M 当系统当系统起动或堵转产生起动或堵转产生过流过流时，时，Id Rs Ucom，即即Id Idcr

9、，二极管导通，电流反，二极管导通，电流反馈信号馈信号Ui=Id Rs-Ucom加至放加至放大器的输入端，此时偏差电大器的输入端，此时偏差电压压 U=Un*-Un-Ui，随，随Id的增的增大而增大。大而增大。IdRKpKs1/CeUnUcUd0nUn-Un*-EUi-Ui=IdRS-Ucom=IdRS-IdcrRS电流截止负反馈环节的输入输出特性曲线电流截止负反馈环节的输入输出特性曲线 图2-38 电流截止负反馈环节a）利用独立直流电源作比较电压M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器M1)IdRSUcom,Ui=0 2)IdRSUcom,Ui=IdRS-UcomIdRS-UcomUi图2

10、-39 电流截止负反馈环节的I/O特性 利用稳压管VS的击穿电压Ubr作为比较电压，线路简单，但不能平滑调节截止电流值Idcr。图1-29 电流截止负反馈环节a）利用独立直流电源作比较电压M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器Mb)利用稳压管产生比较电压 UbrM+-UdId RsVSUi接放大器M3.带电流截止负反馈环节的闭环调速系统的带电流截止负反馈环节的闭环调速系统的稳态结构图和静特性稳态结构图和静特性（1）稳态结构图稳态结构图图2-40 带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态结构框图Ui RSUcomId Rs-Ucom-+KpKs 1/CeU*nUcIdEUd0Un+-R-+图2

11、-38 电流截止负反馈环节M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器Mn3.带电流截止负反馈环节的闭环调速系统的带电流截止负反馈环节的闭环调速系统的稳态结构图和静特性稳态结构图和静特性（2）静特性方程静特性方程图2-40 带电流截止负反馈的闭环直流调速稳态结构框图Ui RSUcomId Rs-Ucom-+nKpKs 1/CeU*nUcIdEUd0Un+-R-+写出该系统两段静特性的方程式:1)当 Id Idcr 时,2)当 Id Idcr时，引入了电流负反馈，静特性变成,图1-32 带电流截止负反馈闭环调速系统的静特性(3)静特性曲线静特性曲线1)当 Id Idcr 时,2)当 Id Id

12、cr时，IdblIdcrn0IdOABCn0n 电流负反馈被截止电流负反馈被截止时的静特性：这段特时的静特性：这段特性比较硬，是系统稳性比较硬，是系统稳定运行段特性。定运行段特性。A点：为两段点：为两段特性的自动转折特性的自动转折点，对应于截止点，对应于截止电流电流Idcr。电流负反馈作用时电流负反馈作用时的特性：这一段的斜的特性：这一段的斜率较大，其理想空载率较大，其理想空载转速和静态速降都较转速和静态速降都较前一段大得多。前一段大得多。静特性两个特点静特性两个特点（1）电流负反馈的作用相当于在）电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻主电路中串入一个大电阻 Kp Ks Rs，因而稳态

13、速降极大，特，因而稳态速降极大，特性急剧下垂。性急剧下垂。（2）比较电压）比较电压 Ucom 与给定电压与给定电压 Un*的作用一致，好象把理想空的作用一致，好象把理想空载转速提高到载转速提高到n0IdblIdcrn0IdOABCn0这样的两段式静特性常称这样的两段式静特性常称作作下垂特性或挖土机特性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，令 n=0，得IdblIdcrn0IdOABCn0一般 Kp Ks Rs R，因此：堵转电流堵转电流1）无静差直流调速系统的组成）无静差直流调速系统的组成+-+-M TG+-RP2nRP1U*nR0R0Rbal

14、UcTA:交流互感器交流互感器IdUnUd图2-42带电流截止负反馈的无静差直流调速系统-+MTG+VBT VSUiR1C1+-UPE采用比例积分调节器采用比例积分调节器以实现无静差以实现无静差4.带电流截止的无静差直流调速系统带电流截止的无静差直流调速系统采用电流截止负反采用电流截止负反馈来限制动态过程馈来限制动态过程的冲击电流。的冲击电流。电流检测电路电流检测电路2）工作原理）工作原理+-+-M TG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVBT VSUiTAIdR1C1UnUd -+MTG+-UPE 当电流超过截止电流时，高于稳压管当电流超过截止电流时，高于稳压管VS的的击穿电压，使

15、晶体三极管击穿电压，使晶体三极管VBT导通，则导通，则PI调节调节器的输出电压接近于零，电力电子变换器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。的输出电压急剧下降，达到限制电流的目的。Idcr图2-42带电流截止负反馈的无静差直流调速系统+-+-M TG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVBT VSUiTAIdR1C1UnUd -+MTG+-UPE 当电动机电流低于其截止当电动机电流低于其截止值时，电流截止负反馈回路不值时，电流截止负反馈回路不起作用，系统是转速负反馈的起作用，系统是转速负反馈的无静差直流调速系统。无静差直流调速系统。Idcr2

16、）工作原理）工作原理图2-42带电流截止负反馈的无静差直流调速系统 3）稳态结构与静特性（）稳态结构与静特性（IdIdcr）图2-43 无静差直流调速系统稳态结构框图（Id Idcr）+U*nUn Un-1/CeIdREnUd0+KsUc 其中代表其中代表PI调节器的方框中调节器的方框中无法用放大系数表示，一般画无法用放大系数表示，一般画出它的出它的输出特性输出特性，以表明是比，以表明是比例积分作用。例积分作用。Kp静特性曲线静特性曲线(1)无静差系统的理想静特性无静差系统的理想静特性OIdn1n2nmaxn图1-50 带电流截止的无静差直流调速系统的静特性(2)无静差系统的实际静特性无静差系统的实际静特性IdIdcr:IdIdcr:系统无静差，静特性是不同转速时的一簇水平线；电流截止负反馈起作用，静特性急剧下垂，基本上是一条垂线。IdcrIdRKpKs1/CeUn*UcUd0nUn-Un*-E4）稳态参数计算）稳态参数计算（1）计算转速反馈系数 电动机调压时的最高转速(r/min)；相应的最高给定电压(V)。nmaxU*nmax在理想情况下，稳态时在理想情况下，稳态时 Un=0，因而，因而 Un=Un*结束结束