电力拖动自动控制系统(陈伯时)ppt1-5闭环控制的直流调速系统PPT推荐.ppt

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2.2.闭闭环环调调速速系系统统传传递递函函数数的的建建立立及及在在系系统统稳定性判别中应用。

稳定性判别中应用。

重点、难点：

调调速速系系统统各各环环节节动动态态数数学学模模型型的的推推导导及及其其简化的工程约束条件简化的工程约束条件3电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统4为为了了分分析析调调速速系系统统的的稳稳定定性性和和动动态态品品质质，必必须须首首先先建建立立描描述述系系统统动动态态物物理理规规律律的的数数学学模模型型，对对于于连连续续的的线线性性定定常常系系统统，其其数数学学模模型型是是常常微微分分方方程程，经经过过拉拉氏氏变变换换，可可用用传传递递函函数数和和动动态态结结构构图图表表示示,基本步骤如下基本步骤如下：

（11）根据系统中各环节的物理规律，列出描述该环）根据系统中各环节的物理规律，列出描述该环节动态过程的微分方程；

节动态过程的微分方程；

（22）求出各环节的传递函数；

）求出各环节的传递函数；

（33）组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。

）组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。

1.5.1反馈控制闭环直流调速系统的动态反馈控制闭环直流调速系统的动态数学模型数学模型4电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统5反馈控制有静差直流调速系统原理图反馈控制有静差直流调速系统原理图-+5电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统61.电力电子器件的传递函数电力电子器件的传递函数构成系统的主要环节是电力电子变换构成系统的主要环节是电力电子变换器和直流电动机。

不同电力电子变换器器和直流电动机。

不同电力电子变换器的传递函数，它们的表达式是相同的，的传递函数，它们的表达式是相同的，都是都是（1-45）只是在不同场合下，参数只是在不同场合下，参数KKss和和TTss的数值的数值不同而已。

不同而已。

6电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统7+2.直流电动机的传递函数直流电动机的传递函数（1-46）假假定定主主电电路路电电流流连连续续，则则动动态态电压方程为电压方程为电路方程电路方程7电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统8如如果果，忽忽略略粘粘性性磨磨擦擦及及弹弹性性转转矩矩，电电机轴上的动力学方程为机轴上的动力学方程为（1-47）额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为别为（1-48）（1-49）电机空载转矩在电机空载转矩在内的负载转矩，内的负载转矩，N-m电力拖动系统折电力拖动系统折算到电机轴上的算到电机轴上的飞轮惯量，飞轮惯量，N-m28电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统9电枢回路电磁时间常数，电枢回路电磁时间常数，ss；

电力拖动系统机电时间常数，电力拖动系统机电时间常数，ss。

定义下列时间常数定义下列时间常数9电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统10代代入入式式（1-46）和和（1-47）,并并考考虑虑式式（1-48）和（和（1-49），整理后得），整理后得（1-50）（1-51）式中式中为负载电流。

为负载电流。

n微分方程微分方程10电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统11在零初始条件下，取等式两侧的拉氏在零初始条件下，取等式两侧的拉氏变换，得电压与电流间的传递函数变换，得电压与电流间的传递函数电流与电动势间的传递函数电流与电动势间的传递函数（1-52）（1-53）n传递函数传递函数11电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统12n动态结构图Id（s）IdL（s）+-E（s）RTmsb.式（153）的结构图E（s）Ud0+-1/RTls+1Id（s）a.式（152）的结构图图1-34额定励磁下直流电动机动态结构图12电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统13n（s）c.整个直流电动机的动态的结构图1/CeUd0IdL（s）EId（s）+-1/RTls+1RTms13电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统14由上图由上图cc可以看出，直流电动机有两可以看出，直流电动机有两个输入量，一个是施加在电枢上的理想个输入量，一个是施加在电枢上的理想空空载电压载电压，另一个是，另一个是负载电流负载电流。

理想理想空载电压空载电压-控制输入量控制输入量负载电流负载电流-扰动输入量扰动输入量如果不需要在结构图中显现出电流，如果不需要在结构图中显现出电流，可将扰动量的综合点移前，再进行等效变可将扰动量的综合点移前，再进行等效变换，得下图换，得下图aa。

如果是理想空载，则如果是理想空载，则IIdLdL=00，结构图即简化成下图结构图即简化成下图bb。

14电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统15n（s）Ud0（s）+-1/CeTmTls2+Tms+1IdL（s）R（Tls+1）n动态结构图的变换和简化动态结构图的变换和简化a.IdL015电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统16n（s）1/CeTmTls2+Tms+1Ud0（s）n动态结构图的变换和简化（续）动态结构图的变换和简化（续）b.IdL=016电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统17直流闭环调速系统中的其他环节还有比例放直流闭环调速系统中的其他环节还有比例放大器和测速反馈环节，它们的响应都可以认为是大器和测速反馈环节，它们的响应都可以认为是瞬时的，因此它们的传递函数就是它们的放大系瞬时的，因此它们的传递函数就是它们的放大系数，即数，即放大器测速反馈（1-55）（1-54）3.3.控制与检测环节的传递函数控制与检测环节的传递函数17电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统184.4.闭环调速系统的动态结构图闭环调速系统的动态结构图图图1-36反馈控制闭环调速系统的动态结构图反馈控制闭环调速系统的动态结构图n（s）U*n（s）IdL（s）Uct（s）Un（s）+-KsTss+1KP1/CeTmTls2+Tms+1+-R（Tls+1）Ud0（s）知道了各环节的传递函数后，把它们知道了各环节的传递函数后，把它们按在系统中的相互关系组合起来，就按在系统中的相互关系组合起来，就可以画出闭环直流调速系统的动态结可以画出闭环直流调速系统的动态结构图，如下图所示。

构图，如下图所示。

将电力电子变换器按一阶惯性环节处理将电力电子变换器按一阶惯性环节处理后，带比例放大器的闭环直流调速系统后，带比例放大器的闭环直流调速系统可以看作是一个三阶线性系统可以看作是一个三阶线性系统18电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统195.5.调速系统的开环传递函数调速系统的开环传递函数由由图图可可见见，反反馈馈控控制制闭闭环环直直流流调调速速系系统统的开环传递函数是的开环传递函数是式中K=KpKs/Ce（1-56）19电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统206.6.调速系统的闭环传递函数调速系统的闭环传递函数设设IIdldl=00，从给定输入作用上看，闭环直从给定输入作用上看，闭环直流调速系统的闭环传递函数是流调速系统的闭环传递函数是（1-57）20电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统211.5.2反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件由式（由式（1-571-57）可知，反馈控制闭环直流调）可知，反馈控制闭环直流调速系统的特征方程为速系统的特征方程为（1-58）它的一般表达式为它的一般表达式为21电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统22根据三阶系统的劳斯根据三阶系统的劳斯-古尔维茨判据，系古尔维茨判据，系统稳定的充分必要条件是统稳定的充分必要条件是式（式（1-581-58）的各项系数显然都是大于零的，）的各项系数显然都是大于零的，因此稳定条件就只有因此稳定条件就只有或22电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统23整理后得整理后得（1-59）式（式（1-591-59）右边称作系统的临界放大系）右边称作系统的临界放大系数数KKcrcr,当当KKKKcrcr时，系统将不稳定。

时，系统将不稳定。

对于一个自动控制系统来说，稳定性是对于一个自动控制系统来说，稳定性是它能否正常工作的首要条件，是必须保证的它能否正常工作的首要条件，是必须保证的。

Kcr23电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统241.5.3动态校正动态校正PI调节器的设计调节器的设计1.概概述述在设计闭环调速系统时，常常会遇在设计闭环调速系统时，常常会遇到动态稳定性与稳态性能指标发生矛盾到动态稳定性与稳态性能指标发生矛盾的情况（如例题的情况（如例题1-51-5、例题、例题1-71-7中要求更中要求更高调速范围时），这时，高调速范围时），这时，必须设计合适必须设计合适的动态校正装置的动态校正装置，用来改造系统，使它，用来改造系统，使它同时满足动态稳定性和稳态性能指标两同时满足动态稳定性和稳态性能指标两方面的要求。

方面的要求。

24电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统252.动态校正的方法动态校正的方法l串联校正串联校正l并联校正并联校正l反馈校正反馈校正而且对于一个系统来说，能够符合要而且对于一个系统来说，能够符合要求的校正方案也不是唯一的。

求的校正方案也不是唯一的。

在电力拖动自动控制系统中，最常用在电力拖动自动控制系统中，最常用的是串联校正和反馈校正。

的是串联校正和反馈校正。

串联校正串联校正比比较简单，也容易实现。

较简单，也容易实现。

25电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统26l串联校正方法：

串联校正方法：

l无源网络校正无源网络校正RCRC网络网络；

l有源网络校正有源网络校正PIDPID调节器调节器。

对于带电力电子变换器的直流闭环调速对于带电力电子变换器的直流闭环调速系统，由于其传递函数的阶次较低，一般系统，由于其传递函数的阶次较低，一般采用采用PIDPID调节器调节器的串联校正方案就能完成的串联校正方案就能完成动态校正的任务。

动态校正的任务。

26电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统27lPID调节器的类型：

调节器的类型：

l比例微分（比例微分（PDPD）l比例积分（比例积分（PIPI）l比例积分微分（比例积分微分（PIDPID）27电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动