直流调速系统基本概念

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,直流调速系统基本概念,直流调速系统主要性能指标,机电传动控制系统选择调速方案的依据：,生产机械对调速系统提出的调速技术指标,调速系统的调速技术指标,静态指标,动态指标,一、静态技术指标,1.,静差度,S,：,静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。,速度稳定性指标,当负载变化时，生产机械转速的变化要能维持在一定范围之内，即要求静差度,S,小于一定数值。,电动机的机械特性愈硬，则静差度愈小，转速的相对稳定性就愈高,;,在一个调速系统中，如果在最低转速运行时能满足静差度的要求，则在其他转速时必能满足要求。,2.,调速范围,D,在,额定负载,下，允许的,最高转速,和在保证生产机械对转速变化率要求的前提下所能达到的,最低转速,之比称为调速范围。,3.,调速的平滑性,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。,调速,无级调速,有级调速,以改变直流电动机电枢外加电压调速为例，说明调速范围,D,与静差度,S,之间的关系：,最高速度由系统中所使用电动机的额定转速决定；,静差度,S,和调速范围,D,由生产机械的要求决定；,当上述三个参数确定后，则要求静态速降是一个定值。,二、动态技术指标,从一种稳定速度变化到另一种稳定速度运转,（启动、制动过程仅是特例而已），由于有电磁惯性和机械惯性，过程不能瞬时完成，而需要一段时间，即要经过一段过渡过程，或称,动态过程,。,1.,最大超调量,超调量,超调量太大，达不到生产工艺上的要求；,超调量太小，会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高等,范围：,超调量,2.,过渡过程时间,T,从输入控制（或扰动）作用于系统开始直到被调量,n,进入（,0.05,0.02,）,n,2,稳定值区间时为止（并且以后不再越出这个范围）的一段时间，叫作过渡过程时间。,过渡过程时间,3.,振荡次数,N,在过渡过程时间内,被调量,n,在其稳定值上下摆动的次数，,如图所示是三种不同调速系统被调量从,x,1,改变为,x,2,时的变化情况。,系,统,超调,量,过渡过程,时间,T,振荡次数,性能,1,0,长,无,不好,2,大,长,多,不好,3,小,短,中,好,晶闸管电动机直流传动控制系统,按结构的不同：,单闭环直流调速系统,双闭环直流调速系统,可逆系统,1,单闭环直流调速系统,一、有静差调速系统,单纯由被调量负反馈组成的按比例控制的单闭环系统属有静差的自动调节系统，简称有静差调速系统；,（一）转速负反馈调速系统,1.,基本组成,按静态误差的不同：,无静差直流调速系统,有静差直流调速系统,任务：,调节速度；,扩大调速范围，减小静态误差。,分类：,测速发电机,：与直流电动机,M,同轴相连，即两者的速度相同，测速发电机用来测量电动机的速度，称检测元件；,转换元件,：将测速发电机的转速转换成电压信号以便与给定电压进行比较。,给定电位器：,调节,R,g,的位置可改变给定电压,U,g,的大小。,放大器：,将外加电压和反馈信号经转换后的电压之差进行放大。,触发电路：,将放大器放大后的电压信号变为脉冲型号去控制整流电路的输出大小。,整流电路,：变交流电压为直流电压，输出电压大小由触发电路输出脉冲信号所决定，整流电路的输出为直流电动机电枢的外加电压；,直流电动机：,系统的控制对象。,由系统的结构分析可知：,系统的调速方法是改变外加电压调速；,系统的反馈信号是被控制对象,n,本身,;,反馈电压和给定电压的极性相反，即,:,该系统又称,转速负反馈,调速系统。,2.,工作原理,当,Ug,、,U,f,不变时，电动机的转速不变，这种状态称为,稳态,。,(2),调速（,U,f,不变，改变,U,g,的大小）,改变,U,g,的大小可改变电动机的转速，这种状态称为,调速,.,(1),稳态（,Ug,、,U,f,不变）,(3),稳速（,U,g,不变、负载变化使,U,f,变化,),当负载发生变化使速度发生变化后，系统通过反馈能维持速度基本不变，这种状态称为稳速。,3.,静特性分析,目的：找到减小静态速降、扩大调速范围，提高系统性能的途径。,静特性表示出,电动机的转速与负载电流之间的大小关系。,(1),各环节输入输出的关系,电动机电路,式中,:,电枢回路的总电阻；,可控整流电源的等效内阻；,电动机的电枢电阻。,可控硅和触发电路,设可控硅和触发电路的放大倍数为,K,2,，,则：,放大器电路,设放大器的放大倍数为,K,P,，,则：,反馈电路,速度反馈信号电压与转速,n,成正比，设放大系数为,K,f,，,则：,(2),静特性,从放大器输入端到可控整流电路输出端的电压放大倍数；,闭环系统的开环放大倍数。,如果系统没有转速负反馈（即开环系统）时，则整流器的输出电压,:,由此可得开环系统的机械特性方程,:,(3),分析与结论,理想空载转速,在给定电压一定时，有,:,转速降,如果将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即，,调速范围与静差度,在最大运行转速和低速时最大允许静差度不变的情况下，,开环：,闭环：,结论：,由于放大倍数不可能为无穷大，即静态速降不可能为,0,，因此，上述系统只能维持速度基本不变。这种维持被调量（转速）近于恒值不变，但又具有偏差的反馈控制系统通常称为有差调节系统（即有差调速系统）。,采用转速负反馈调速系统能克服扰动作用（如负载的变化、电动机励磁的变化、晶闸管交流电源电压的变化等）对电动机转速的影响。,提高系统的开环放大倍数,K,是减小静态转速降落、扩大调速范围的有效措施。系统的放大倍数越大，准确度就越高，静差度就越小，调速范围就越大。但是放大倍数也不能过分增大，否则系统容易产生不稳定现象。,一、比例控制与比例调节器,1.,比例,(P),调节器,式中,K,p,P,调节器的比例系数。,U,o,输出信号,2.,比例控制的特点,作用及时、快速、控制作用强，而且,Kp,值越大，系统的静特性越好、静差越小。,比例控制,是指系统的输出量与输入量,(,即偏差量,),成比例的控制，简称,P,控制。,U,i,输入信号,二、积分控制与积分调节器,1.,积分,(,I,),调节器,式中,K,I,I,调节器的积分常数；,I,调节器的积分时间，,=1/,K,I,。,2.,积分控制的特点,可以消除输出量的稳态误差，能实现无静差控制，这是积分控制的最大优点。,积分控制,是指系统的输出量与输入量对时间的积分成正比例的控制，简称,I,控制。,三、比例积分控制与比例积分调节器,1.,比例积分,(,P,I,),调节器,式中,比例控制的输出；,积分控制的输出；,比例积分调节器的积分时间，,T,I,=K,P,/K,I,。,比例积分,控制,是把比例控制和积分控制作用结合起来。比例积分控制简称为,P,I,控制。,2.,比例积分控制的特点,1),系统动态响应速度快；系统基本上无静差。,2),减小超调量，降低系统的动态响应速度。,四、比例积分微分控制与比例积分微分调节器,1.,比例积分微分,(PID),调节器,比例积分,微分控制,是把比例、积分、微分三种控制规律结合起来。比例积分微分控制，通常简称为,PID,控制。,2.,比例积分微分控制的特点,1),不但可以实现控制系统无静差，而且具有比,PI,控制更快的动态响应速度。,2)PID,调节器是一种较为完善的调节器，其参数主要有比例系数,Kp,、积分时间,TI,和微分时间,TD,，三者必须根据被控对象的特性正确配合，才能充分发挥各自优点，满足控制系统的要求。,