第六章电力拖动自动控制系统精选文档.ppt

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1、第六章电力拖动自动控制系统本讲稿第一页，共十二页 2.调速范围调速范围D 在在额定负载额定负载下，允许的下，允许的最高转速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到的最低转速最低转速之比称为调速范围之比称为调速范围。车床车床龙门刨床龙门刨床钻床钻床铣床铣床轧钢机轧钢机造纸机造纸机进给机械进给机械20120204021220303151020530000 3.调速的平滑性调速的平滑性 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。调速调速无级调速无级调速有级调速有级调速

2、以改变直流电动机电枢外加电压调速为例，说明调速范围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与静差度与静差度S之间的关系之间的关系：本讲稿第二页，共十二页最最高高速速度度由由系系统统中中所所使使用用电电动动机机的的额额定定转转速速决决定；定；静差度静差度S和调速范围和调速范围D由生产机械的要求决定；由生产机械的要求决定；当当上上述述三三个个参参数数确确定定后后，则则要要求求静静态态速速降降是是一一个个定值。定值。二、动态技术指标二、动态技术指标 从一种稳定速度变化到另一种稳从一种稳定速度变化到另一种稳定速度运转定速度运转（启动、制动过程仅是特（启动、制动过程仅是特例而已），由于有电磁

3、惯性和机械惯例而已），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，或称时间，即要经过一段过渡过程，或称动态过程动态过程。1.最大超调量最大超调量 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产率的提高等 范围：范围：本讲稿第三页，共十二页超调量超调量 2.过渡过程时间过渡过程时间T 从输入控制（或扰动）作用于系统开始直从输入控制（或扰动）作用于系统开始直到被调量到被调量 n 进入（进入（0.

4、05 0.02）n2稳定值区间稳定值区间时为止（并且以后不再越出这个范围）的一段时为止（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。时间，叫作过渡过程时间。过渡过程时间过渡过程时间 3.振荡次数振荡次数 N 在过渡过程时间内在过渡过程时间内,被调量被调量n在其稳定值上下摆动在其稳定值上下摆动的次数。的次数。如图所示是三种不同调速系统被调量从如图所示是三种不同调速系统被调量从x1改变为改变为x2时的变化情况。时的变化情况。系系统统超调超调量量过渡过程过渡过程时间时间T振荡次振荡次数数性能性能10长长无无不好不好2大大长长多多不好不好3小小短短中中好好本讲稿第四页，共十二页6.2 晶闸

5、管电动机直流传动控制系统晶闸管电动机直流传动控制系统按结构的不同：按结构的不同：单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统可逆系统可逆系统6.2.1 单闭环直流调速系统单闭环直流调速系统 一、有静差调速系统一、有静差调速系统 单单纯纯由由被被调调量量负负反反馈馈组组成成的的按按比比例例控控制制的的单单闭闭环环系系统统属属有有静静差差的的自自动动调调节节系系统统，简简称称有有静差调速系统；静差调速系统；（一）转速负反馈调速系统（一）转速负反馈调速系统 1.基本组成基本组成 按静态误差的不同：按静态误差的不同：无静差直流调速系统无静差直流调速系统有静差直流调速系统有静

6、差直流调速系统任务：任务：调节速度；调节速度；扩大调速范围，减小静态误差。扩大调速范围，减小静态误差。分类：分类：本讲稿第五页，共十二页 测测速速发发电电机机：与与直直流流电电动动机机M同同轴轴相相连连，即即两两者者的的速速度度相相同同，测测速速发发电电机机用用来来测测量量电电动动机机的的速速度，称检测元件；度，称检测元件；转转换换元元件件：将将测测速速发发电电机机的的转转速速转转换换成成电电压压信信号号以以便与给定电压进行比较。便与给定电压进行比较。给定电位器：给定电位器：调调节节Rg的位置可改变的位置可改变给定电压给定电压Ug的大小的大小。放大器：放大器：将外加电压和将外加电压和反馈信号经

7、转换后的电压之差反馈信号经转换后的电压之差进行放大。进行放大。触触发发电电路路：将将放放大大器器放放大大后后的的电电压压信信号号变变为为脉脉冲冲型型号号去去控控制制整整流流电路的输出大小。电路的输出大小。整整流流电电路路：变变交交流流电电压压为为直直流流电电压压，输输出出电电压压大大小小由由触触发发电电路路输输出出脉脉冲冲信信号号所所决决定定，整整流流电电路路的的输输出出为为直直流流电电动动机机电枢的外加电压；电枢的外加电压；直直流流电电动动机机：系系统统的控制对象。的控制对象。本讲稿第六页，共十二页 由系统的结构分析可知：由系统的结构分析可知：v 系统的调速方法是改变外加电压调速；系统的调速

8、方法是改变外加电压调速；v 系统的反馈信号是被控制对象系统的反馈信号是被控制对象n本身本身;v 反馈电压和给定电压的极性相反，即反馈电压和给定电压的极性相反，即:该系统又称该系统又称转速负反馈转速负反馈调速系统。调速系统。2.工作原理工作原理 当当Ug、Uf不变时，电动机的转速不变，这种状态称为不变时，电动机的转速不变，这种状态称为稳态稳态。(2)调速（调速（Uf不变，改变不变，改变Ug的大小）的大小）改变改变Ug的大小可改变电动机的转速，这种状态称为的大小可改变电动机的转速，这种状态称为调速调速.(1)稳态（稳态（Ug、Uf 不变）不变）(3)稳速（稳速（Ug不变、负载变化使不变、负载变化使

9、Uf变化变化)当当负负载载发发生生变变化化使使速速度度发发生生变变化化后后，系系统统通通过过反反馈馈能能维维持持速速度度基基本本不不变变，这这种种状状态态称称为为稳速。稳速。本讲稿第七页，共十二页PIDPID控制的特点控制的特点PID PID 控制是比例积分微分控制控制是比例积分微分控制（Proportional-Integral-DifferentialProportional-Integral-Differential）历史最久、应用最广，适应性最强的控制方式历史最久、应用最广，适应性最强的控制方式在工业生产过程中，在工业生产过程中，PIDPID控制算法占控制算法占85%85%90%90%

10、本讲稿第八页，共十二页比例调节的特点比例调节的特点u uK Kc ce e 如果采用比例调节，则在负荷扰动下的如果采用比例调节，则在负荷扰动下的调节过程结束后，被调量不可能与设定值调节过程结束后，被调量不可能与设定值准确相等，它们之间一定有准确相等，它们之间一定有残差残差。因为根据比例调节的特点，只有调节器的因为根据比例调节的特点，只有调节器的输入有变化输入有变化,即被调量和设定值之间有偏差即被调量和设定值之间有偏差,调调节器的输出才会发生变化。节器的输出才会发生变化。本讲稿第九页，共十二页2 2 积分调节的特点，无差调节积分调节的特点，无差调节积分调节的特点是积分调节的特点是无差调节无差调节

11、只只要要偏偏差差不不为为零零，控控制制输输出出就就不不为为零零，它它就就要要动动作作到把被调量的静差完全消除为止到把被调量的静差完全消除为止而而一一旦旦被被调调量量偏偏差差e e为为零零，积积分分调调节节器器的的输输出出就就会会保持不变。保持不变。调节器的输出可以停在任何数值上调节器的输出可以停在任何数值上,即即:被被控控对对象象在在负负荷荷扰扰动动下下的的调调节节过过程程结结束束后后，被被调调量量没没有有余余差差，而调节阀则可以停在新的负荷所要求的开度上。而调节阀则可以停在新的负荷所要求的开度上。积分控制的调节规律积分控制的调节规律本讲稿第十页，共十二页调节器的输出调节器的输出u u与被调量

12、或其偏差与被调量或其偏差e e对于时间对于时间的导数成正比，即的导数成正比，即微分控制的调节规律微分控制的调节规律微分调节的特点微分调节的特点P P和和I I是根据已经形成的被调参数与给定值之偏差而是根据已经形成的被调参数与给定值之偏差而动作动作(即即偏差的方向和大小偏差的方向和大小进行调节进行调节)。微分调节是根据偏差信号的微分微分调节是根据偏差信号的微分,即即偏差变化的速度偏差变化的速度而动作的。而动作的。微分调节主要用于克服调节对象有较大的微分调节主要用于克服调节对象有较大的传递滞后和传递滞后和容量滞后容量滞后。微分调节容易出现输出的振荡微分调节容易出现输出的振荡本讲稿第十一页，共十二页常规常规PIDPID控制系统的原理控制系统的原理输入：控制偏差输入：控制偏差e e(t t)=)=r r(t t)-)-y y(t t)输出：偏差的比例输出：偏差的比例(P)(P)、积分、积分(I)(I)和微分和微分(D)(D)的线性组合的线性组合 式中式中 Kc 比例系数比例系数 TI 积分时间常数积分时间常数 TD 微分时间常数微分时间常数本讲稿第十二页，共十二页