电力拖动自动控制系统

§1-3反馈控制闭环直流调速系统用的稳态分析
一、调速系统的稳态性能指标 1、调速范围D
D
nman nmin
2、静差率
n nom s n0
3、D与s的关系
nnom s D nnom (1 s)
例1：某调速系统额定转速
额定速降
nnom 1430 / min r
nnom 115 / min r
Ts：失控时间
U d 0 K sU ct 1(t T S )
取拉氏变换：
U d 0 ( s) K s e TS S U ct ( s )
U d 0 (s) Ks TS S Kse Ts s U ct ( s ) e Ks 1 2 2 1 3 3 1 Ts s T S s TS s 2! 3! Ks Ts s 1
（3）V—M系统主电路总电阻R=1.0 Ω；
（4）测速发电机：永磁式，ZYS231/110型；额定数据为23 .1W，110V，0.21A， 1900r/min； （5）生产机械要求调速 范围D=10，静差率s≤5％ 试求： （1）额定负载时调速系
统的稳态速降；
（2）开环放大系数； （3）测速反馈系数；
三、闭环调速系统的静特性和开环系统机械特性的比较
开环系统机械特性：
U d 0 I d R K p K s * R n U n I d n0op nop Ce Ce Ce
闭环调速系统的静特性：
R n U I d n0cl ncl Ce (1 K ) Ce (1 K )
二、电流正反馈电压负反馈调速系统
第二章 多环控制的直流调速系统
§2-1转速、电流双闭环直流调速系统
二、稳态框图
§2-5 带转速微分负反馈的转速、电流双闭环直流调速系统
§2-6 三环直流调速系统
一、带电流变化率内环的三环调速系统
二、带电压内环的三环调速系统
复习
一、调速系统的稳态性能指标 1、调速范围D
(Ti Ts )(T mTs ) (1 K )TiTs
Tm (Ti Ts ) TS2 K Ti Ts
三、动态校正----PI调节器设计
PI调节器设计：
U in i0 R0
U ex 1 i1 R1 C1
i dt
1
i0 i1
U ex
R1 1 1 U in U in dt K piU in U in dt R0 R0 C1
晶闸管触发和整流装置动态结构图：
3、比例放大器和测速发电机
U ct ( s) Kp U n ( s)
U n ( s) n( s)
4、反馈控制闭环直流调速系统用的动态数学模型和传递函数
开环传递函数：
K W ( s) (Ts s 1)(TmTi s 2 T ms 1)
K K p K s / Ce
K pi s 1 1 s 1 U ex (s) 1s 1 1 W pi (s) K pi K pi U in (s) s s s 1 s
§1-5无静差调速系统和积分、比例积分控制规律
§1-6 电压反馈电流补偿控制的调速系统 一、电压负反馈调速系统
E：感应电动势 Te：电磁转矩
TL：负载转矩
GD2：折合飞轮力矩
U d 0 E R( I d
dI L dI d ) R( I d Ti d ) R dt dt
I d I dL
L Ti R
GD2 dE Tm dE 375Ce Cm dt R dt
电磁时间常数
* n
K pK s
当
n0op n0cl
ncl nop 1 K
scl
sop 1 K
Dcl (1 K )Dop
例2：某龙门刨床工作台拖动采用直流电动机：Z2—93型、60kW、220V、 305A、1000r/min，要求D=20，s≤5％。设主回路总电阻R=0.18Ω,电动机
闭环系统的静特性：
1 * K p Ks Un K pK s * Ce n1 Un 1 Ce (1 K ) 1 K p Ks Ce
1 ( I d R) Ce R n2 Id 1 Ce (1 K ) 1 K p Ks Ce
1 * 1 K pKs Un ( I d R) Ce Ce n n1 n2 1 1 1 K pKs 1 K pKs Ce Ce K pK s R * Un Id C e (1 K ) C e (1 K )
D
nman nmin
2、静差率
n nom s n0
3、D与s的关系
nnom s D nnom (1 s)
二、闭环调速系统
* U n U n U n
U ct K p U n
U d K sU ct
U U d RId U n n
U n Ce
系统框图
GD2 R Tm 375Ce Cm
机电时间常数
取拉氏变换：
I d ( s) 1/ R U d 0 (s) E ( s) Ti s 1
E ( s) R I d ( s) I dL ( s) Tm s
1 n( s ) E ( s) Ce
直流电动机动态结构图：
2、晶闸管触发和整流装置
U U d RId U n n
U n Ce
系统框图
* Un
单独作用时的框图
1 * K p Ks Un K pK s Ce * n1 Un 1 C e (1 K ) 1 K p Ks Ce
Id
单独作用时的框图
1 ( I d R) Ce R n2 Id 1 C e (1 K ) 1 K p Ks Ce
nnomcl
K
n0 p ncl
1
275 1 103.6 2.63
Kp
K 103.6 46 K s / Ce 30 0.015/ 0.2
四、反馈控制规律
1、被调量有静差
ncl
nop 1 K

RI d Ce (1 K )
2、抵抗扰动与服从给定
劳斯判据:
a0 s 3 a1s 2 a2 s a3 0
劳斯表:
要求:
s3 s2 s1 s0
| |
a0
a2 a3 0
a1 a a a 0 a3 | 1 2 a1 | a3
a0 0 a1 0 a1 a 2 a 0 a3 0 a1 a3 0
所以
Tm (Ti Ts ) T mTs T mTi Ts 0 1 K 1 K 1 K
Ce=0.2Vmin/r，Ks=30，反馈系数 0.015V min/ r 环控制的V—M系统，试求放大器的放大倍数。 解：
。采用闭
nnomop
I dnom R 305 0.18 275r / min Ce 0.2
n nom s 1000 0.05 2.63r / min D(1 s) 20(1 0.05)
电力拖动自动控制系统
调速系统是最基本的拖动控制系统 电动机的机械方程:

U IR n Ke
n：转速,r/min U：电枢电压，V I：电枢电流，A R：电枢回路总电阻，Ω Ф：励磁磁通，Wb Ke：电动势常数，由电动机结构决定
第一章 闭环控制的直流调速系统
§1-1直流调速系统用的可控直流电源
当要求静差率
s 30 0 0
和
s 20 0 0
解：
1430 0.3 D 5.3 115 (1 0.3)
1430 0.2 D 4.1 115 (1 0.2)
二、闭环调速系统的静特性
* U n U n U n
U ct K p U n
U d K sU ct
三、转速、电流双闭环直流调速系统
稳态框图
习题
转速负反馈组成的闭环系统的示意图
转速负反馈组成的闭环系统的稳态结构图
转速、电流双闭环调速系统的示意图
转速、电流双闭环调速系统的稳态结构图
3、系统精度依赖于给定和反馈检测精度
五、反馈控制调速系统的主要部件
1、运算放大器
例3：直流调速系统如图所示，数据如下：
（1）电动机：额定数据为10kW、220V、55A、1000r/min、电枢电阻Ra=0.5Ω。 （2）晶闸管装置：三相桥式可控整流电路，整流变压器Y/Y连接，二次线电压220V， 触发整流环节的放大系数Ks=44；
（4）运算放大器的放大
系数。
解：
§1-4反馈控制闭环直流调速系统用的动态分析
一、反馈控制闭环直流调速系统用的动态数学模型
1、额定励磁下的直流电动机
Ud0
GD 2 dn Te TL 375 dt
E Ce n
dI d RI d L E dt
Te Cm I d
TL C m I dL
一、旋转变流机组（G—M系统）
二、晶闸管整流控制（V—M系统）
三、直流斩波器和脉源自文库调制变换器
t on Ud U s U s T
§1-2V—M系统实验 一、半波整流调速电路
二、全波整流调速电路
三、三相电整流调速电路
§1-2V—M系统实验 一、半波整流调速电路
四、自动控制整流调速电路
闭环传递函数： I dL 0
K p K s / Ce n(s) 1 K Wcl ( s) * U n ( s) T mTi Ts 3 Tm (Ti Ts ) 2 T mTs s s s 1 1 K 1 K 1 K
二、稳定条件
特征方程:
T mTi Ts 3 Tm (Ti Ts ) 2 T mTs s s s 1 0 1 K 1 K 1 K