第2章1、2节闭环直流调速系统

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1、运动运动控制系统控制系统第第2章章闭环控制的直流调速闭环控制的直流调速系统系统n转速单闭环直流调速系统转速单闭环直流调速系统 n转速、电流双闭环直流调速系统转速、电流双闭环直流调速系统 n调节器的设计方法调节器的设计方法 内内 容容 提提 要要开环调速系统及其存在的问题开环调速系统及其存在的问题 采用采用开环调速系统开环调速系统，调节控制电压就可以改变电动机的转速。，调节控制电压就可以改变电动机的转速。如果负载的生产工艺对运行时的如果负载的生产工艺对运行时的静差率要求不高静差率要求不高，这样的开环调，这样的开环调速系统都能实现一定范围内的无级调速，可以找到一些用途。速系统都能实现一定范围内的无

2、级调速，可以找到一些用途。 但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要但是，许多需要调速的生产机械常常对静差率有一定的要求。在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。求。在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。n开环调速系统的机械特性为开环调速系统的机械特性为 nnCRICUKCRIUnedecsedd00 根据根据自动控制原理自动控制原理，反馈控制的闭环系统是，反馈控制的闭环系统是按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出按被调量的偏差进行控制的系统，只要被调量出现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。现偏差，它就会自动产生纠正偏差的作用。而维而维持被调节量很少变化或不变，持被调

3、节量很少变化或不变， 调速系统的转速降落正是由负载引起的转速调速系统的转速降落正是由负载引起的转速偏差，显然，引入偏差，显然，引入转速闭环转速闭环将使调速系统应该能将使调速系统应该能够大大减少转速降落。够大大减少转速降落。 图2-1 带转速负反馈的闭环直流调速系统原理框图2.1 转速单闭环直流调速系统转速单闭环直流调速系统 2.1.12.1.1转速单闭环直流调速系统的控制规律转速单闭环直流调速系统的控制规律n在反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安装一在反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴安装一台测速发电机台测速发电机 TG ，从而引出与被调量转速成正比的负反，从而引出与被调量转速

4、成正比的负反馈电压馈电压Un ，nUn与给定电压与给定电压 U*n 相比较后，得到转速偏差电压相比较后，得到转速偏差电压 Un ，n Un经过放大器经过放大器 A，产生电力电子变换器，产生电力电子变换器UPE的控制电压的控制电压Uc ，用以控制电动机转速，用以控制电动机转速 n。n闭环控制系统和开环控制系统的主要差别就在于转速经过闭环控制系统和开环控制系统的主要差别就在于转速经过测量元件反馈到输入端参与控制。测量元件反馈到输入端参与控制。 闭环调速系统中各环节的稳态关系闭环调速系统中各环节的稳态关系 n*nnUUU电压比较环节电压比较环节npcUKU比例调节器比例调节器nUn测速反馈环节测速反

5、馈环节csdUKU0电力电子变换器电力电子变换器ed0dCRIUn直流电动机直流电动机以上各关系式中新出现的系数为：以上各关系式中新出现的系数为： 比例调节器的比例系数；比例调节器的比例系数； 转速反馈系数（转速反馈系数（Vmin/r） 电力电子变换器理想空载输出电压（电力电子变换器理想空载输出电压（V）（变换器内阻已并入）（变换器内阻已并入电枢回路总电阻电枢回路总电阻R中）。中）。pK0dU闭环调速系统静特性方程闭环调速系统静特性方程n*nnUUU电压比较环节电压比较环节npcUKU比例调节器比例调节器nUn测速反馈环节测速反馈环节csdUKU0电力电子变换器电力电子变换器ed0dCRIUn

6、直流电动机直流电动机 从上述五个关系式中消去中间变量，整理后，即得转速负反馈闭环直流调速从上述五个关系式中消去中间变量，整理后，即得转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式系统的静特性方程式)K1(CRI)K1(CUKK)C/KK1(CRIUKKnede*Nspesped*nsp闭环调速系统静特性方程闭环调速系统静特性方程n*nnUUU电压比较环节电压比较环节npcUKU比例调节器比例调节器nUn测速反馈环节测速反馈环节csdUKU0电力电子变换器电力电子变换器ed0dCRIUn直流电动机直流电动机ed0dCRIUn cs0dUKU edcsCRIUKn npcUKU n*nnUUU ednp

7、sCRIUKKn 从上述五个关系式中消去中间变量，整理后，即得转速负反馈闭环直流调速从上述五个关系式中消去中间变量，整理后，即得转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式系统的静特性方程式)1(ed)1(e*nsp)e/sp1(ed*nspKCRIKCUKKCKKCRIUKKn n闭环调速系统闭环调速系统静特性方程静特性方程ed)n*n(psCRIUUKKn nU ned)*n(psCRInUKKn n*nnUUU电压比较环节电压比较环节npcUKU比例调节器比例调节器nUn测速反馈环节测速反馈环节csdUKU0电力电子变换器电力电子变换器ed0dCRIUn直流电动机直流电动机静特性方程式静特性

8、方程式式中式中: 闭环系统的开环闭环系统的开环 放大系数放大系数 )K1(CRI)K1(CUKK)C/KK1(CRIUKKnede*Nspesped*nsp（2-1） espCKKKKpKs a1CenUn* Un n只考虑给定作用时的闭环系统只考虑给定作用时的闭环系统 图图2-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图)1 (0)1 ()1 (e*nspede*nspKCUKKnIKCRIKCUKKnd令espCKKKn只考虑扰动作用时的闭环系统只考虑扰动作用时的闭环系统 图图2-22-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图转速负反馈闭环直流调速系统

9、稳态结构框图)1 (0U)1 ()1 (ed*nede*nspKCRInKCRIKCUKKn令espCKKK稳态结构图稳态结构图 图图2-2 转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图转速负反馈闭环直流调速系统稳态结构框图+=)1 (*KCUKKneNsp)1 (KCRIned系统静特性分析系统静特性分析 n闭环系统的静特性方程式为闭环系统的静特性方程式为n它的开环机械特性为它的开环机械特性为 clcledenspnnKCRIKCUKKn0*)1 ()1 (（2-2） （2-3） opopedenspeddnnCRICUKKCIUn0*0cln0opn0clnopnn式中，式中， 和和 分别表示闭

10、环和开环系统的理想空载转速；分别表示闭环和开环系统的理想空载转速； 和和 分别表示闭环和开环系统的稳态速降。分别表示闭环和开环系统的稳态速降。 稳态速降的比较稳态速降的比较（1）在相同的负载扰动下，闭环系统的负载降落）在相同的负载扰动下，闭环系统的负载降落仅为开环系统转速降落的仅为开环系统转速降落的 。K11)K1(CRInedcledopCRIn它们的关系是它们的关系是 K1nnopcl（2-4） clcledenspnnKCRIKCUKKn0*)1 ()1 (opopedenspeddnnCRICUKKCIUn0*0图图2-3 闭环系统静特性与开环系统机械特性闭环系统静特性与开环系统机械特

11、性转速静差率的比较转速静差率的比较（2）在相同的理想空载转速条件下，闭环系统的转速）在相同的理想空载转速条件下，闭环系统的转速静差率也仅为开环系统的静差率也仅为开环系统的 。 K11cl0clclnnsopopopnns0因为条件是因为条件是 ，所以，所以op0cl0nnK1ssopcl（2-5） clcledenspnnKCRIKCUKKn0*)1 ()1 (opopedenspeddnnCRICUKKCIUn0*0调速范围的比较调速范围的比较（3）在相同的静差率约束下，闭环系统的调速范围）在相同的静差率约束下，闭环系统的调速范围为开环系统的（为开环系统的（1+K）倍。）倍。 当系统的最高转