运动控制 PPT

• 解决办法：
• 将电流、转速调节器分开，分别用两个调节器； • 转速环为外环，转速环的输出作为电流环的给定。
转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法
转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性 能很好的直流调速系统。本章着重阐明其控制规律、 性能特点和设计方法，是各种交、直流电力拖动自动 控制系统的重要基础。
+ ACR——电流调节器 电流环——内环
转速环——外环 -
Un
n
在一个控制系统中，如果
n
有多个被反馈的物理量需
TG
•ASR的输出电压Ui*是ACR的电流给定信号，其限幅值Uim为最大电 流给定值，ASR的限幅值完全取决于电动机所允许的过载能力和系统
要构造闭环，而且这些被 反馈的物理量是同一个物 理量所产生，那么延迟时 间最短的那个物理量的反
运动控制
知识回顾
开环调 速系统
Id Idm
Idcr O
机械特性软 闭环调速 堵转电流过大 加电流截
系统（P）
止负反馈
系 统 有 静 差
转速无静 差系统（PI）
启动波形 不够理想
？
Id
n
Idm
n
IdL
t O
IdL t
自动化系
问题
当接到命令后，在机械强度、 炮兵身体的承受能力和电动 机过载能力等条件允许的情 况下，以最短的时间起动到 最高速
解：（1）电流反馈系数 β=0.25V/A，
转速反馈系数 α=0.01V.min/r。
（2）当电动机在最高转速发生堵转时，看稳态结构图。
转速为0，ASR饱和，
Ui*= Uim*=10V。 E为0，Ud0-IdR=0， 此时Id=Idm=40A，R=1Ω 所以 Ud=40V Ks=40，Uc=1V Ui= Idmβ=10V。
ASR的输出：
U
* i
I d
ACR的输出：Uc
Ud0 Ks
Cen Id R Ks
CeU
* n
/
IdL
R
Ks
例题
双闭环调速系统中已知数据为：电动机：UN=220v，IN=20A，nN=1000r/min，电枢回路总 电阻R=1Ω。设Unm*=Uim*=Ucm=10V，电枢回路最大电流Idm=40A，Ks=40，ASR与ACR均 采用PI调节器。试求： （1）电流反馈系数β和转速反馈系数α。 （2）当电动机在最高转速发生堵转时的Ud，Ui*，Ui和Uc值。
能够实现最短时 间起动的问题
电机轴上的动力学方程：
Te
TL
GD2 375
dn dt
Id
I dL
GD 2 375Cm
dn dt
充分利用电机过载能力：I d I dm
n, Id
Te Cm Id ：额定励磁下的电磁转矩，(Id为电枢电流);
nw
TL Cm IdL ：包括电机空载转矩在内的负载转矩(N·m)
有恒定的电压输出，输出没有达到饱和值） 反馈系数：
U n 0
U* n
Un
n
n0
—
转速由U
*决定
n
Ui 0
U* i
Ui
Id
I
dl
—U
i*由I
决定
dl
U
* nm
nm a x
U
* im
I dm
Ud0
Id R Cen
I dl
R
Ce
U* n
Uc
Ud0 Ks
Idl
R
Ce
U
* n
Ks
控制电压U
c的大小同时取决于n和I
(数IdL(N为·m负/载A)电)；流；Cm
30
Ce
为电机额定励磁下的转矩系
I d max IdL
GD2 ：电力拖动系统折算到电机轴上的飞轮惯量(N·m2) .
n Id
t
过渡
稳态
转速单闭环调速系统的局限性
▪ 仅考虑了静态性能，没考虑动态性能，不适合对系统快速 性要求较高的场合。
▪ 单闭环系统，转速、电流共用一个调节器，无法保证两种 调节过程同时具有良好的动态品质。
ACR：在任何时间内都不能产生饱和
系统原理图
+
RP1 U*n R0
-
R0
Un
Rn Cn
Ui
R0
ASR
-
+
LM
+
U*i
R0
TA
Ri Ci
L
ACR
-
+
+
LM Uc
V
UPE
Id Ud
M
+
-
n
+
RP2 TTGG -
双闭环直流调速系统电路原理图
双闭环调速系统的稳态结构框图
对于静特性来说， 有两种情况 (稳态 时)
ASR饱和 (AB段)
Id
U
* im
I dm
幅值，转速外环呈开环状态，电流不变。
当负载电流达到Idm时，对应于转速调节器的饱和输出Uim*，这时，电流调节器起主要调节作用，
系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。
双环系统稳态参数计算
稳态时 ：两个调节器均不饱和（输入偏差为零，偏差的积分使调节器
d
(或U
* n
,
IBiblioteka Baidu
dl
)
ASR饱和时 : U*i = U*im，
Id
U
* im
I dm
• 双环系统PI调节器的特点：
• P调节器的输出量总是正比于其输入量，而PI调节器未饱 和时，其输出量的稳态值是输入的积分，最终使PI调节器 输入为零，才停止积分。
• PI调节器的输出量在动态过程中决定于输入量的积分，到 达稳态时，输入为零，输出的稳态值与输入无关，而是由 它后面环节的需要决定的。稳态时：
当调节器ASR不饱和时，ASR、ACR均不饱 和，其输入偏差电压均为零。转速不
ASR不饱和 (CA段 )
变，I d I dm 。
双闭环调速系统的静特性在负载电流小 于Idm时表现为转速无静差，转速负反馈起
U
* n
Un
n
n0
U
* i
Ui
I d
n
U
* n
n0
主要调节作用。 当调节器ASR饱和时，ASR输出达到限
dn 越大越好 dt
dn
min
dn
, dn
, dn
dt 最大允许
dt 机械强度允许的最大值 dt 电枢电流允许的最大值 dt 人体生理允许的最大值
要想起动时间最短，必须在整个起动期间内保持
dn dn
=
constant
dt dt 最大允许
保证在整个起动 期间电枢电流Id 等于一个适当的
允许值不变，就
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性； 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析； 调节器的工程设计方法； 按工程设计方法设计双闭环系统的调节器 弱磁控制的直流调速系统。
转速、电流双闭环系统的组成 ~
TA
ASR——转速调节器
U
* n
U n
+
ASR
-
- Ui
I
U
* i
ACR
Ui
V
U c UPE
Ud Id M
对最大加速度的需要。
馈环建在最里面，延迟时
•ACR的输出电压限幅值Ucm，表示对最小角的限制，也表示对电力 电子变换器输出电压的限制。
间最长的那个物理量的反 馈环建在最外面。
ASR：在启动期间或输入给定信号幅值过大时产生饱和，在其他期间不应产生饱和。ASR的饱和隔 绝了外环对内环的干扰，使系统在起动期间表现为仅有一个电流环的特点，达到在起动期间恒流起 动的目的。