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运动控制系统06[共68页].ppt

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这些关系反映了PI调节器不同于P调节器的特点。比例环节的输出量总是正比于其输入量,而PI调节器则不然,其输出量的稳态值与输入无关,而是由它后面环节的需要决定的。后面需要PI调节器提供多么大的输出值,它就能提供多少,直到饱和为止。 * 反馈系数计算 鉴于这一特点,双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差系统完全不同,而是和无静差系统的稳态计算相似,即根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数: 转速反馈系数 电流反馈系数 (2-6) (2-7) * 两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设计者选定,设计原则如下: U*nm受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限制; U*im 为ASR的输出限幅值。 * 2.2 双闭环直流调速系统的数学模型 和动态性能分析 本节提要 双闭环直流调速系统的动态数学模型 起动过程分析 动态抗扰性能分析 转速和电流两个调节器的作用 * 2.2.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型 在单闭环直流调速系统动态数学模型的基础上,考虑双闭环控制的结构,即可绘出双闭环直流调速系统的动态结构图,如下图所示。 * 1). 系统动态结构 图2-6 双闭环直流调速系统的动态结构图 U*n ? Uc -IdL n Ud0 Un + - - ? + - Ui WASR(s) WACR(s) Ks Tss+1 1/R Tl s+1 R Tms U*i Id 1/Ce + E * 2). 数学模型 图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用PI调节器,则有 * 2.2.2 起动过程分析 前已指出,设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近理想起动过程,因此在分析双闭环调速系统的动态性能时,有必要首先探讨它的起动过程。 双闭环直流调速系统突加给定电压U*n由静止状态起动时,转速和电流的动态过程示于下图。 * 图2-7 双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形 n O O t t Idm IdL Id n* I II III t4 t3 t2 t1 * 1). 起动过程 由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况,整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。 * 第I阶段 电流上升的阶段(0 ~ t1) 突加给定电压 U*n 后,Id 上升,当 Id 小于负载电流 IdL 时,电机还不能转动。 当 Id ≥ IdL 后,电机开始起动,由于机电惯性作用,转速不会很快增长,因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大,其输出电压保持限幅值 U*im,强迫电流 Id 迅速上升。 * IdL Id n n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t 第I阶段(续) * 第 I 阶段(续) 直到,Id = Idm , Ui = U*im 电流调节器很快就压制 Id 了的增长,标志着这一阶段的结束。 在这一阶段中,ASR很快进入并保持饱和状态,而ACR一般不饱和。 * 第 II 阶段 恒流升速阶段(t1 ~ t2) 在这个阶段中,ASR始终是饱和的,转速环相当于开环,系统成为在恒值电流U*im 给定下的电流调节系统,基本上保持电流 Id 恒定,因而系统的加速度恒定,转速呈线性增长。 * n IdL Id n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t 第 II 阶段(续) * 第 II 阶段(续) 与此同时,电机的反电动势E 也按线性增长,对电流调节系统来说,E 是一个线性渐增的扰动量,为了克服它的扰动, Ud0和 Uc 也必须基本上按线性增长,才能保持 Id 恒定。 当ACR采用PI调节器时,要使其输出量按线性增长,其输入偏差电压必须维持一定的恒值,也就是说, Id 应略低于 Idm。 * 第 II 阶段(续) 恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段。 为了保证电流环的主要调节作用,在起动过程中 ACR是不应饱和的,电力电子装置 UPE 的最大输出电压也须留有余地,这些都是设计时必须注意的。 * 第 Ⅲ 阶段 转速调节阶段( t2 以后) 当转速上升到给定值时,转速调节器ASR的输入偏差减少到零,但其输出却由于积分作用还维持在限幅值U*im ,所以电机仍在加速,使转速超调。 转速超调后,ASR输入偏差电压变负,使它开始退出饱和状态, U*i 和 Id 很快下降。但是,只要 Id 仍大于负载电流 IdL ,转速就继续上升。 * IdL Id n n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t 第 Ⅲ 阶段(续) * 第 Ⅲ 阶段(续) 直到Id = IdL时,转矩Te= TL ,则dn/dt = 0,转速n才到达峰值 (t = t3时)。 IdL Id n n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t * 第六讲 2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性 2.2 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 * 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性; 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析; 调节器的工程设计方法; 按工程设计方法设计双闭环系统的调节器 弱磁控制的直流调速系统。 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法 内容提要 * 2.1 转速、电流双闭环直流调速系统 及其静特性 问题的提出 采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。 如果对系统的动态性能要求较高,例如:要求快速起制动,突加负载动态速降小等等,单闭环系统就难以满足需要。 * 1). 主要原因 因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。 在单闭环直流调速系统中,电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的,但它只能在超过临界电流值 Idcr 以后,靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击,并不能很理想地控制电流的动态波形。 * b) 理想的快速起动过程 IdL n t Id O Idm a) 带电流截止负反馈的单闭环调速系统 图2-1 直流调速系统起动过程的电流和转速波形 2). 理想的起动过程 IdL n t Id O Idm Idcr * 性能比较 带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程如图 所示,起动电流达到最大值 Idm 后,受电流负反馈的作用降低下来,电机的电磁转矩也随之减小,加速过程延长。 IdL n t Id O Idm Idcr 图2-1 a) 带电流截

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