直流调速系统基本概念课件.ppt

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1、直流调速系统基本概念直流调速系统基本概念直流调速系统主要性能指标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：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调速系统的调速技术指标静态指标静态指标动态指标动态指标一、静态技术指标一、静态技术指标 1.静差度静差度S：静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。速度稳定性指标速度稳定性指标 当当负负载载变变化化时时，生生产产机机械械转转速速的的变变化化要要能能维维持持在在一一定定范范围围之之内内，即即要要求求静

2、静差差度度S小于一定数值。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;在在一一个个调调速速系系统统中中，如如果果在在最最低低转转速速运运行行时时能能满满足足静静差差度度的的要要求求，则则在在其其他他转速时必能满足要求。转速时必能满足要求。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下所能达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。3.调速的平滑性调速的平滑性 调速的平滑性，

3、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 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之间的之间的关系关系：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定；决定；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个定值。一个定值。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

4、从一种稳定速度变化到另一种稳定速度运转稳定速度运转（启动、制动过程仅（启动、制动过程仅是特例而已），由于有电磁惯性和是特例而已），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，即要经过一段过渡需要一段时间，即要经过一段过渡过程，或称过程，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利于生产率的提高等 范围：范围：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

5、）作用于系统从输入控制（或扰动）作用于系统开始直到被调量开始直到被调量 n 进入（进入（0.05 0.02）n2稳定值区间时为止（并且以后不再越出稳定值区间时为止（并且以后不再越出这个范围）的一段时间，叫作过渡过程这个范围）的一段时间，叫作过渡过程时间。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在其稳定值在其稳定值上下摆动的次数，上下摆动的次数，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1

6、0长长无无不好不好2大大长长多多不好不好3小小短短中中好好晶闸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，简称有静差调速系统；统，简称有静差调速系统；（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

7、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：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的速度，称检测元件；机的速度，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便与与给给定定电压进行比较。电压进行比较。给定电位器：给定电位器：调节调节Rg的位置可的位置可改变给定电压改变给定电压Ug的大小的大小。放大器：放大器：将

8、外加电将外加电压和反馈信号经转换后压和反馈信号经转换后的电压之差进行放大。的电压之差进行放大。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整流电路的输出大小。制整流电路的输出大小。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电枢枢的的外外加加电电压；压；直直流流电电动动机机：系系统的控制对象。统的控制对象。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

9、统的调速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

10、载变化使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，这这种状态称为稳速。种状态称为稳速。3.静特性分析静特性分析 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。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。静特性表示出静特性表示出电动机的转速与负载电流之间的大小关系。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各环节输入输出的关系 电动机电路电动机电路 式中式中:电枢回路的总电阻；电枢回路的总电阻；可控整流电源的等效内阻；可控整流电源的等效内阻；电动机的电枢

11、电阻。电动机的电枢电阻。可控硅和触发电路可控硅和触发电路 设可控硅和触发电路的放大倍数为设可控硅和触发电路的放大倍数为K2，则：，则：放大器电路放大器电路 设放大器的放大倍数为设放大器的放大倍数为KP，则：，则：反馈电路反馈电路 速度反馈信号电压与转速速度反馈信号电压与转速n成正比，设放大系数为成正比，设放大系数为Kf，则：，则：(2)静特性静特性 从从放放大大器器输输入入端端到到可可控控整整流流电电路路输输出出端端的的电电压压放大倍数；放大倍数；闭闭环环系系统统的的开开环环放放大大倍数。倍数。如如果果系系统统没没有有转转速速负负反反馈馈（即即开开环环系系统统）时时，则则整整流流器器的的输输出

12、出电压电压:由由此此可可得得开开环环系系统统的的机机械械特特性性方程方程:(3)分析与结论分析与结论 理想空载转速理想空载转速 在给定电压一定时，有在给定电压一定时，有:转速降转速降 如果将系统闭环与开环的理想空载转速调得一样，即，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，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：开环：闭环闭环：结论：结论：由由于于放放大大倍倍数数不不可可能能为为无无穷穷大大，即即静静态态速速降降不不可可能能为为0，因因此此，上上述述系系统统只只能能维维持持速速度度基基本本

13、不不变变。这这种种维维持持被被调调量量（转转速速）近近于于恒恒值值不不变变，但但又又具具有有偏偏差差的的反反馈馈控制系统通常称为有差调节系统（即有差调速系统）。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、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。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。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

14、确度就越高，静差度就越小，调速范围就越大。但是放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。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一、比例控制与比例调节器1.比例(P)调节器式中 KpP调节器的比例系数。Uo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。Ui输入信号二、二、积分控制与积分调节器积分控制与积分调节器1.积分(I)调节器式中 KII 调节器的积分常

15、数；I调节器的积分时间，=1/KI。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三、比例积分控制与比例积分调节器1.比例积分(PI )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，TI=KP/KI。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PI 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。