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1、机电传动控制 Transmission and Control of Mechatronics System 第11章 直流传动控制系统Chapter 11 DC Transmission and Control System,主讲：刘有源Lecturer:Liu Youyuan武汉理工大学物流工程学院College of Logistics EngineeringWuhan University of Technology,第11章 直流传动控制系统DC Transmission&Control System,主要内容 Contents：,11.1 机电传动控制系统的组成和分类Compone
2、nts and Classifying of Mechatronic Transmission and Control System11.2 机电传动控制系统调速方案的选择Selecting Speed Regulation Scheme for MTCS11.3 晶闸管-电动机直流传动控制系统Thyristor DC Motor Transmission&Control System,第11章 直流传动控制系统DC Transmission&Control System,11.4 晶闸管-电动机直流脉宽调速系统Transistor DC Motor Pulse Width Modulatio
3、n(PWM)Adjustment System11.5 微型计算机控制的直流传动系统Micro Computer controlled DC Transmission System,计划学时 Teaching hours：4h,第11章 直流传动控制系统DC Transmission&Control System,了解机电传动自动调速系统的组成；了解生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求；知道调速系统的调速性质与生产机械 的负载特性合理匹配的重要性；掌握自动调速系统中各个基本环节、各种反馈环节的作用与特点；掌握各种常用的自动调速系统的 调速原理、特点及适用场所；能根据生产机械的特点和要求来正
4、确选择机电传动控制 系统，能处理控制系统运行时所出现的一般问题。,第11章 直流传动控制系统DC Transmission&Control System,开环调速系统与闭环调速系统的区别，公式 D=nmax S2/nN(1S2)与 Df=(1K)D 中各物理量之间的辩证关系，扩大调速范围的有效方法；几种常用反馈(转速负反馈、电压负反馈与电流正反馈、电流截止负反馈)系统的工作原理，特点与作用；有静差调速系统与无静差调速系统的本质区别；单闭环调速系统与双闭环调速系统在性能上的区别(转速环、电流环的主要作用)；晶体管脉宽调速系统的组成基本工作原理与主要特点。,第11章 直流传动控制系统DC Tran
5、smission&Control System,恒转矩调速与恒功率调速问题，特别是电动机的 调速性质与生产机械的负载特性相配合问题；比例积分调节器(PI调节器)的调节作用；双闭环调速系统的动态分析；晶体管脉宽调速系统中主电路(功率开关放大器)工作时的电压、电流波形分析。,第11章 直流传动控制系统11.1 机电传动控制系统的组成和分类,11.1.1 分类,直流传动控制系统 DC T&C System：直流电动机为动力，具有良好的调速性能，可在很宽的范围平滑调速，应用广泛。,(1)从电能的性质分,交流传动控制系统 AC T&C System,第11章 直流传动控制系统11.1 机电传动控制系统的
6、组成和分类,（2）从组成原理上分类,开环控制系统：,特点：系统简单；控制精度不高。,闭环控制系统：,特点：系统较复杂；控制精度高。,（3）按反馈方式的不同，可分为 转速负反馈、电势负反馈、电压负反馈及电流 正反馈控制系统；（4）按系统的复杂程度，可分为 单环自动调节系统和多环自动调节系统；,11.1.1 分类,第11章 直流传动控制系统11.1 机电传动控制系统的组成和分类,（5）按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为 有静差调节系统和无静差调节系统。,（6）按给定量变化的规律，可分为 定值调节系统、程序控制系统和随动系统。（7）按调节动作与时间的关系，可分为 断续控制系统和连续控制系统；
7、（8）按系统中所包含的元件特性，可分为 线性控制系统和非线性控制系统。,11.1.1 分类,第11章 直流传动控制系统11.1 机电传动控制系统的组成和分类,11.1.2 组成 Components of MTCS,第11章 直流传动控制系统11.1 机电传动控制系统的组成和分类,放大器,为了减小转速降nN，提高机械特性的硬度，得到很平的机械特性，必须设法在负载转矩发生变化时，尽可能使电动机的转速不变。,11.1.2 组成 Components of MTCS,第11章 直流传动控制系统11.1 机电传动控制系统的组成和分类,开环控制系统的方框图,闭环控制系统的方框图,第11章 直流传动控制系
8、统11.1 机电传动控制系统的组成和分类,第11章 直流传动控制系统11.2 机电传动控制系统调速方案的选择,11.2.1 机械与电气调速方法,调速方法：机械、电气、液压、气动,电气调速优点：可简化机械变速机构，提高传动效率，操作简单，易于获得无级调速，便于实现远距离控制和自动控制。因此，在生产机械中广泛采用电气方法调速。当然仅用电气方法调速时，电气系统要复杂些，投资要大些。,第11章 直流传动控制系统11.2 机电传动控制系统调速方案的选择,11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,机电传动控制系统调速方案主要根据生产机械对调速系统提出的技术指标来选择。,转速控制的要求 需要控制转
9、速的设备，其生产工艺对调速性能有一定要求。归纳起来，对于调速系统的转速控制要求有以下三个方面：调速 在一定的最高转速和最低转速范围内，分挡地（有级）或 平滑地（无级）调节转速；稳速 以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种 干扰下不允许有过大的转速波动，以确保产品质量；加、减速 频繁起动制动的设备要求加减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧烈速度变化的机械则要求起动制动尽量平稳。,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,1)静态技术指标(1)静差度,当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载到额定值时所对应的转速降落 nN，与理想空载转速 n0 之比，称作静差
10、度S，即：,或：,静差度表示电动机运行时 转速的稳定程度。,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,不同的生产机械对静差度的要求：如：一般普通设备S50，普通车床S30，龙门刨床S5，冷轧机S2，热连轧机S为0.20.5，而精度高的造纸机则S0.1。,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,其中nmin 和nmax 一般都指电机额定负载时的转速。,对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速。,(2)调速范围 生产机械要求电动机提供的 最高转速nmax和最低转速nmin之比叫做调速范围。用字母 D 表示
11、，即：,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,不同的生产机械要求的调速范围各不相同。如：静差度为一定数值时，车床的调速范围D为20120，龙门刨床为2040，钻床为212，铣床为2030，轧钢机为315，造纸机为1020，机床的进给机构为530000等。,采用机械和电气联合调速时，如D是指生产机械的调速范围，若以Dm代表机械调速范围，De代表电气调速范围，则De=D/Dm,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,静差度和机械特性硬度 是有区别的。一般调压调速系统 在不同转速下的 机械特性是互相平行的。对于同样硬度的特
12、性，理想空载转速越低时，静差度越大，转速的相对稳定度也就越差。,静差度与机械特性硬度的区别,静差度表示电动机运行时 转速的稳定程度。,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,例如：在1000r/min时降落10r/min，只占1%；在100r/min时同样降落10r/min，就占10%；在只有10r/min时，再降落10r/min，就占100%，这时电动机已经停止转动，转速全部降落完了。,静差度表示电动机运行时 转速的稳定程度。,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,因此，调速范围和静差度 这两项指标 必须同时提才有
13、意义。调速系统的静差度指标 应以最低速时 所能达到的数值为准。,静差度表示电动机运行时 转速的稳定程度。,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,调速范围、静差度和额定速降之间的关系 设电机额定转速nN为最高转速，转速降落为nN，,将上面的式代入 nmin，得：,而调速范围为：,于是，最低转速为：,该系统的静差度应该是 最低速时的静差度，即：,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,右式表示：调压调速系统的 调速范围D、静差度S2和额定速降nN 之间所应满足的关系。,对于同一个调速系统，nN 值一定，由上式可见，如果对
14、静差度要求越严，即要求S值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。,结论 一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,在自动调速系统中，扩大调速范围D的基本方法 机电传动控制系统 是由电机、电器、电子部件等基础环节组合而成，能控制生产机械实现调速的控制系统，亦称自动调速系统。在调速系统中，电动机的nmin是在保证生产机械对转速变化 率S（即静差度S2）的要求这一前提下所能达到的最低转速。也就是说，调速系统的S2要小于或等于生产 机械要求的S生（S2S生），才能谈及调速范围。根据 D=nma
15、x S2/nN(1S2)可知，在nmax与S2一定时，设法减少转速降nN就可扩大调速范围D，闭环控制系统(亦称反馈控制系统)能起到这个作用。,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,3)调速的平滑性,通常是用两个相邻调速级的转速差来衡量的。在一定的调速范围内，可以得到的稳定运行转速级数越多，调速的平滑性就越高，若级数趋近于无穷大，即表示转速连续可调，称为无级调速。不同的生产机械对调速的平滑性要求也不同，有的采用有级调速即可，有的则要求无级调速。,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,(1)最大超调量 Mp=(nmax
16、-n2)/n2100%一般在10%30%,(3)过渡过程 T,(2)振荡次数,2)动态技术指标,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,系统1时间过长系统2振荡次数多系统3较好,第11章 直流传动控制系统11.2.2 生产机械对自动调速系统技术指标的要求,第11章 直流传动控制系统11.2.3 机电传动控制系统方案的确定原则,首先应根据生产机械是否要求电气调速、生产机械对调速要求的技术指标如何、生产机械要求恒功率调速还是恒转矩调速、生产机械工作过程复杂的程度等来初选几种可能的方案，再进行经济指标的比较，然后根据企业当时的财经状况、技术水平、人员素质等具体情
17、况，从而确定一个可行、经济、实用、可靠、使用与维修方便的机电传动控制系统方案。,第11章 直流传动控制系统11.2.3 机电传动控制系统方案的确定原则,1)不要求电气调速的生产机械,当不需电气调速、空载或轻载启动、启制动次数不太频繁时：应采用一般鼠笼式异步电动机拖动。在重载启动时：可选用特殊鼠笼电动机或线绕式异步电动机拖动。当负载很平稳、容量大且启制动次数很少时：可采用同步电动机拖动，它的优点是效率高、功率因数高，还可运行在过励情况下，从而提高电网的功率因数。控制方案：简单的可采用继电器-接触器控制系统，复杂的可采用可编程序控制器等。,第11章 直流传动控制系统11.2.3 机电传动控制系统方
18、案的确定原则,2)要求电气调速的生产机械,应根据生产机械提出的一系列调速技术指标(如静差度、调速范围、调速平滑性或调速级数等)要求来选择拖动方案。要求调速范围D23、调速级数24时，一般采用可变极数的双速或多速鼠笼式异步电动机拖动；要求调速范围D3、调速级数26、重载启动、短时工作或重复短时工作的负载情况，常采用线绕式异步电动机拖动。如桥式起重机等的拖动电动机；要求调速范围D310、无级调速、且功率不大时，若不经常正反转、不经常运行在低速的情况，常采用带滑差离合器的异步电动机拖动(或称电磁转差离合器调速)系统；若需经常正反转、经常运行在低速的情况，则可采用晶闸管直流拖动系统；,第11章 直流传
19、动控制系统11.2.3 机电传动控制系统方案的确定原则,要求调速范围D10100时，常采用晶闸管直流拖动系统；要求调速范围D100时，目前，多采用宽调速晶闸管直流拖动系统，随着晶闸管交流变频调速系统的逐步推广应用，它也可被采用。对于中、小功率的生产机械也可采用晶体管直流脉宽调速系统。,实际生产中的情况是复杂多样的，可根据具体情况选择各种机电传动控制方案。,2)要求电气调速的生产机械,第11章 直流传动控制系统11.2.3 机电传动控制系统方案的确定原则,3)根据生产机械的负载性质来选择电动机的调速方式,(1)生产机械的负载特性恒转矩型和恒功率型,TL=C pL=TLn,PL=C TL=PL/n
20、,第11章 直流传动控制系统11.2.3 机电传动控制系统方案的确定原则,3)根据生产机械的负载性质来选择电动机的调速方式,(2)电动机调速过程中的负载能力,(3)电动机的调速性质与生产机械的负载特性的配合,为了使电动机的负载能力得到最充分的利用，在选择调速方案时，必须注意电动机的调速性质与生产机械的负载特性要配合恰当。,负载为恒转矩型的生产机械应尽可能选用恒转矩性质的调速方式，且电动机的额定转矩TN应等于或略大于负载转矩TL；负载为恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功率性质的调速方式，且电动机的额定功率PN应等于或略大于生产机械的静负载功率PL。这样，电动机在调速范围内的任何转速下运行时，均可
21、保持电流I等于或略小于额定电流IN，因而使电动机得到最充分的利用。,第11章 直流传动控制系统11.2.3 机电传动控制系统方案的确定原则,两个配合不当的例子：,(1)如果恒转矩型的生产机械选用了恒功率型的他励直流电动机调磁调速方式。,恒转矩型负载采用恒功率型的调磁调速方式后，电枢电流最小值与调速范围D成反比，如在高速下保证IaIN，则在低速下电动机必然得不到充分利用，且调速范围D越大，利用率就越低；同样可以证明，若保证nnmin时IaIN，则nnmax时电枢电流的最大值ImaxDIN，当D较大时，高速下电动机将严重过载。,第11章 直流传动控制系统11.2.3 机电传动控制系统方案的确定原则
22、,(2)恒功率型的生产机械选用了恒转矩型的他励直流电动机调压调速方式。,调速范围越大，电动机的利用率越低；若在高速下取TLminTN时，就有ImaxDIN，当D较大时，低速下电动机也将严重过载。,第11章 直流传动控制系统11.2.3 机电传动控制系统方案的确定原则,4)从系统的经济指标方面考虑,经济指标包括设备的初期投资和运行费用两个方面，后者又包括电能消耗和设备维护费两部分。,第11章 直流传动控制系统11.3晶闸管-电动机直流传动控制系统,11.3.1单闭环直流调速系统,两种类型：,有静差：被测量负反馈组成的按比例控制无静差：按积分或比例积分控制,常用的调节器是釆用运算放大器（p比例调节
23、器）,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,1.有静差调速系统(按比例控制),比例放大器,控制角,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,Ud=KsUk=KsKp(Ug-n)(11-10)当Ug=Uf即U=0不触发(不改变角),物理关系：,偏差信号：U=Ug-Uf(11-7),反馈电压：Uf=n(11-8),-转速反馈系数,放大器输出：Uk=Kp U=Kp(Ug-n)(11-9),可控硅整理器输出电压：,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,电动机电枢回路,联立求解，得到有静差调速系统的机械特性方程(转速控制方程),闭环系统的开环放大倍
24、数,电压放大倍数,(11-11),(11-12),第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,(11.12),第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,比较式(11.12)与(11.13)，可得,(1)给定电压一定时,(11.14),即：闭环系统的理想空载转速降低到开环时1/(1+K),为了使闭环系统获得与开环系统相同的理想空载转速，闭环系统所需要的给定电压Ugf要比开环系统高(1+K)倍。,注意：单闭环系统仅有速度负反馈，突然失去负反馈会产生严重事故。,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,闭环的转速降减小、硬度提高、静差度减小,(2)调整使
25、 n0f=n0,(11.15),S=nN/n0。,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,闭环的调速范围D为开环系统的(1+K)倍。提高开环放大倍数K，减小静态转速降、扩大调速范围的有效措施。K也不能过分增大，系统易产生不稳定现象。,(3)在nmax和低速时最大允许静差度不变下，调速范围,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,自动调节过程分析,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,特征：(1)有静差系统；U0(2)给定电压Ug变化转速n变化；(3)环内各种干扰都能抑制(除负载外)。,速度负反馈是抑制转速变化的最直接、而最有效的方法，是自
26、动调速系统最基本的反馈形式，但需要测速发电机，安装、维修都不太方便。因此，调速系统中还采用其他反馈形式，常用：,电压负反馈 电流负反馈 电流截至负反馈,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,负载nIaUf(U)UUKUdUn,(1)电压负反馈系统(电压反馈系数=Uf/U),第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,电压负反馈的特点：线路简单 稳定速度的效果并不大；,因为：由可控整流电源内阻引起速度降可得以补偿，Ra上压降增大n还是下降。所以：电压负反馈不是用来稳速，而用来防止过压、加快过渡过程、改善动态特性。,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流
27、调速系统,(2)电压与电流综合反馈系统(高电阻电桥法),图11.11 电压负反馈与电流正反馈系统,Ud,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,电流正反馈：把反映电动机电枢电流大小的量IaR取出，与电压负反馈一起加到放大器输入端。由于是正反馈，当负载电流增加时，放大器输入信号也增加，使晶闸管整流输出电压Ud增加，以此来补偿电动机电枢电阻所产生的压降。由于这种反馈方式的转速降落比仅有电压负反馈时小了许多，因而扩大了调速范围。,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,图11.12 高电阻电桥,a、o负反馈电压信号，b、o电流正反馈信号，a、b为综合反馈信号，电动
28、机反电势的反馈。Uab=R3E/(R3+Ra),简化电路：,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,(3)电流截止负反馈系统,电流正反馈可以改善电动机运行特性，而电流负反馈会使U随着负载电流的增加而减少，使电动机的速度迅速降低，可是这种反馈却可以人为地造成“堵转”，防止电枢电流过大而烧坏电动机。加有电流负反馈的系统，当负载电流超过一定数值电流负反馈足够强时，它足以将给定信号的绝大部分抵消掉，使电动机速度降到零，电动机停运转，从而起到保护作用。既然电流负反馈有使特性恶化的作用，故在正常情况下，不希望它起作用，应该将它的作用“截止”,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直
29、流调速系统,在过流时则希望它起作用以保护电动机。满足这两种要求的线路称为电流截止负反馈线路。,图11.3 电流截止负反馈作为调速系统限流保护,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,Ia0=(22.5)IaNI0=1.25IaNI0=KIaN比较电压Ub应满足下式Ub+UboKIaNR(11.20)Ubo-二极管开放电压K-折点处电流倍数K=I折点/IaNR-所串电流反馈电阻,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,反馈量等于给定量即偏差等于零。PI无差元件(比例积分调节器),2.无静差调速系统(比例积分调节),第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直
30、流调速系统,1)比例积分(PI)调节器,第11章 直流传动控制系统11.3.1单闭环直流调速系统,2)无静差调速系统(比例积分调节器PI),第11章 直流传动控制系统11.3.2 双闭环直流调速系统,启动时电动机电压启动结束时电压,1.转速、电流双闭环调速系统的组成,第11章 直流传动控制系统11.3.2 双闭环直流调速系统统,ASR-速度调节器 ACR-电流调节器 双闭环控制系统,2.转速、电流双闭环调速系统的分析,1)静态分析,第11章 直流传动控制系统11.3.2 双闭环直流调速系统,2)动态分析,第11章 直流传动控制系统11.3.3 可逆直流调速系统,1.利用接触器的可逆线路,2.可
31、控硅切换线路,第11章 直流传动控制系统11.3.3 可逆直流调速系统,3.两套晶闸管变流器的可逆线路,第11章 直流传动控制系统11.4 晶体管-电动机直流脉宽调速系统,11.4.1 基本工作原理,第11章 直流传动控制系统11.4 晶体管-电动机直流脉宽调速系统,11.4.2 主要特点 1，主电路所需的功率元件少 2，控制线路简单 3，晶体管直流脉宽调速系统的动态响应速度和稳速精度等性能指标都比晶闸管直流调速系统好 4，晶体管脉宽调制放大器的电压放大系数不随输出电压的改变而变化，而晶闸管整流器的电压放大系数在输出电压低时变小。故前者的低速性能要比后者好得多,第11章 直流传动控制系统11.
32、4.3 晶体管脉宽调速系统组成,1.主电路（功率开关放大器）,第11章 直流传动控制系统11.4.3 晶体管脉宽调速系统组成,1.主电路（功率开关放大器）,第11章 直流传动系统11.4.3 晶体管脉宽调速系统组成,2.控制电路1)速度调节器ASR和电流调节器ACR2)三角波发生器,第11章 直流传动控制系统11.4.3 晶体管脉宽调速系统组成,3)电压脉冲变换器,第11章 直流传动控制系统11.4.3 晶体管脉宽调速系统组成,第11章 直流传动控制系统11.4.3 晶体管脉宽调速系统组成,4)脉冲分配及功率放大,1.静态Ugn=0,ASR,ACR输岀为零，n=02.启动Ugn0,UN0 AS
33、R处于开环,ACR积分IaIam加速启动,当UN0,ASR退出饱和进行速度控制。3.稳态运转UN=UgN-UfN=04.稳态运转时突加负载时的调节过程 UN=UgN-UfN0 ACR输岀增加BU(脉冲占空比)Udn直到UN=UgN-UfN=0，在新的电流下稳定运行。5.制动UgN=0,UN=UgN-UfN0 ASR处于正限幅值,ACR输岀负的限幅值，电机制动nn=0同静态6.降速,第11章 直流传动控制系统11.4.4 晶体管脉宽调速系统分析,通过改变电机电枢两端的脉冲宽度，以改变电枢电压平均值，达到调速目的。晶体管脉宽调速的优点主电路所需功率元件少、线路简单低速性好、调速范围宽(D大)动态响
34、应快,第11章 直流传动控制系统11.4.4 晶体管脉宽调速系统分析,1.用微机取代ASR、ACR两个电子调节器的系统,第11章 直流传动控制系统11.5 微型计算机控制的直流传动系统,2.保留ASR、ACR两个电子调节器的系统,第11章 直流传动控制系统11.5 微型计算机控制的直流传动系统,第11章 直流传动控制系统11.5 微型计算机控制的直流传动系统,小结以单片机为主控制系统将逐步取代运算放大器等集成电路为主的控制系统。主要优点为硬件电路软件化，很容易实现各种控制功能，且能提高稳定性和可靠性。,第11章 直流传动控制系统11.5 微型计算机控制的直流传动系统,基本内容1.扩大调速范围
35、D的基本方法 在调速系统中，电动机所能达到的调速范围D=nmax/nmin，其nmax是电动机在额定负载下所允许的最高转速，而nmin是在保证生产机械对转速变化率S(即静差度S2)的要求这一前提下所能达到的nmin最低转速，也就是说，调速系统的S2要小于或等于生产机械要求的S生(S2S生)，才能谈及调速范围。根据D=(nmaxS2)/(nN(1-S2)式,可知，在 nmax与S一定时，设法减少转速降nN就可扩大调速范围D，闭环控制系统(亦称反馈控制系统)能起到这个作用。,第11章 直流传动控制系统 小 结,2.机电传动控制系统调速方案的选择 生产机械对调速系统所提出的技术指标包括静态的和动态的
36、。静态技术指标主要有静差度S,调速范围D和调速的平滑性等：动态技术指标主要有最大超调量Mp,过渡过程时间 T和振荡次数等。值得特别注意的是，生产机械在调速过程中一般有恒转矩型和恒功率型两类负载特性，而电动机的调速也有恒转矩性质和恒功率性质两类，一般负载为恒转矩的生产机械应尽可能选用恒转矩性质的调速(调压调速)方式，负载为恒功率型的生产机械应尽可能选用恒功率性质的调速(调磁调速)方式，否则，电动机将得不到最充分的利用或将严重过载。,第11章 直流传动控制系统 小 结,3单闭环有静差调速系统性质：在相同的负载电流下，闭环系统的静态转速降仅为开环系统转速降的 l(1+K)倍。从而大大提高了机械特性的
37、硬度，使系统的静差度大为减小。在给定电压一定时，闭环系统理想空载转速仅为开环时的 l(l+K)。为了使闭环系统获得与开环系统相同的理想空载转速，闭环时的绘定电压须比开环时的提高(1+K)倍，在相同的最高转速和相同的低速最大允许静差度的条件下，闭环系统的调速范围为开环系统的(1+K)倍。所以提高开环放大倍数是减小闭环系统静差度、扩大调速范围的有效措施。,第11章 直流传动控制系统 小 结,3单闭环有静差调速系统 a电压负反馈。它只能补偿可控整流电源的等效内阻所引起的速度降落，故它主要不是用来稳速，而是用它来防止过电压、改善动态特性、加快过渡过程。b电压负反馈与电流正反馈组成的转速负反馈。电流正反
38、馈可以补偿电动机电枢电阻压降 IaRa，因而扩大了调速范围，提高了转速的稳定性。只要二者比例配合适当，可以起到速度负反馈的作用。c电流截止负反馈。它可以获得“堵转”特性(常称“挖土机”特性)，防止电流过大而烧坏电机，它可以改善电流波形，提高电流波形的填充系数，使过渡过程进行得又快又平稳。,第11章 直流传动控制系统 小 结,4.单闭环无静差调速系统 单闭环无静差调速系统中采用比例积分(PI)调节器，比例部分迅速反映调节作用，动态响应快，积分部分最终消除静态偏差，因此，较好地解决了系统静态与动态的矛盾得了广泛的应用。对于反馈检测元件和给定电源误差的消除，闭环系统是无能为力的，故高精度的自动调速系
39、统必须有高精度的检测元件和给定电源作保证。单闭环调速系统本身解决不了系统工作时冲击电流大的问题，所以，还要加电流截止负反馈环节来限制过大的电流。,第11章 直流传动控制系统 小 结,5.双闭环调速系统 就静态特性而言，电流负反馈内环对于转速环来说只相当于一个扰动作用，当转速调节器不饱和时，电流负反馈的扰动作用完全被转速调节器的积分作用所抵消，所以，双闭环系统仍是一个无静差调速系统，且在转速调节器饱和、转速环失去作用、仅剩下电流环起作用时，系统相当于恒流调节系统，静特性呈现出很陡的下垂段保护特性。就动态特性而言，在给定信号大范围增加的启动过程中，转速调节器饱和，系统相当于恒值电流调节系统，可基本
40、实现理想启动过程。如果扰动作用在电流环以内，如电网电压的波动，则电流内环能及时加以调节；如果扰动作用在电流环之外，如负载波动，则靠转速环进行调节，此时电流环相当于电流的随动系统，电流反馈加快了跟随作用。,第11章 直流传动控制系统 小 结,6可逆直流调速系统 可逆直流调速系统。采用逻辑控制无环流可逆电路，两组变流器反并联连接实现电动机正反转时，两组变流器交替工作。电动机正转时，I组整流；由正转到反转的制动过程中，II组逆变。电动机反转时，II组整流，由反转到正转的制动过程中，I组逆变。,第11章 直流传动控制系统 小 结,7晶体管直流脉宽调速系统 直流脉宽调速系统，通过改变施加在电动机电枢两端
41、的脉冲电压的宽度，以改变电枢电压平均值的大小，从而实现对电动机调速。晶体管直流脉宽调速系统与晶闸管直流调速系统相比，前者具有许多优点。如主电路所需功率元件少、控制线路简单、低速性能好、调速范围宽、动态响应快等。所以，近年来在中、小容量的调速系统中，它正在逐步取代晶闸管直流调速系统。,第11章 直流传动控制系统 小 结,基本要求 1.了解机电传动自动调速系统的组成；2.了解生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求；3.深知调速系统的调速性质与生产机械的负载特性匹配的重要性；4.掌握自动调速系统中各个基本环节、各种反馈环节的作用与特点；5.掌握各种常用的自动调速系统的调速原理、特点及适用场所：6.
42、能根据生产机械的特点和要求来正确选择机电传动控制系统，能在生产实际中处理控制系统运行时所出现的一般问题。,第11章 直流传动控制系统 小 结,重点 开环调速系统与闭环调速系统的区别。公式D=(nmaxS2)/(nN(1-S2)式与Df=(1+k)D中各个物理量之间的辩证关系，扩大调速范围的正确有效方法 几种常用反馈(转速负反馈、电压负反馈与电流正反馈、电流截止负反馈)系统的工作原理，特点与作用：有静差调速系统与无静差调速系统的本质区别；单闭环调速系统与双闭环调速系统在性能上的区别(转速环、电流环的主要作用)；晶体管脉宽调速系统的组成基本工作原理与主要特点。,第11章 直流传动控制系统 小 结,11.1 11.5 11.21,第11章 直流传动控制系统 习 题,
