运动控制-第二章课件.ppt

第 2 章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法
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
转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性
问题的提出
转速、电流双闭环直流调速系统的组成
稳态结构图和静特性
各变量的稳态工作点和稳态参数计算

如何获得良好的动态性能?
单闭环系统不能获得良好动态性能的原因——不能随心所欲地控制转矩(电流)。
转速的变化实质是转矩的变化,对转速的控制实质是对转矩(电流)的控制。事实上:

理想的起动过程曲线
IdL
n
Idm
t
Id
O
n
实质——充分利用电机的过载能力,有一段使电流保持为最大值Idm的恒流升速阶段。
单闭环系统的限流措施电流截止负反馈的缺陷:
两个反馈信号送到同一个调节器的输入端,同时起作用。
IdL
n
Idm
Idcr
t
Id
O
n

现在的问题是,我们希望能实现控制:
起动过程中保持电流为最大,即只有电流负反馈,没有转速负反馈。
进入稳态后,转速负反馈起作用,电流负反馈退居从属、次要的地位。
怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈,又使它们只能分别在不同的阶段里起主要作用呢?
ΔUn
ΔUi
转速、电流双闭环直流调速系统 的组成
两个调节器的联接方式——嵌套(或串接)
电流环与转速环——双闭环——双闭环调速系统(n-i调速系统)
ASR与ACR的实现——PI调节器——极性的配合
n
i
限幅值的意义——
Uim*决定了电流的最大值Idm=Uim*/β
Ucm限制了UPE的最大输出Ud0m
Uim*
Ucm
稳态结构图和静特性
1. 稳态结构框图
注意ASR、ACR的表示方法
Uc
n
Ud0
U*i
ACR
-
Ks

1/Ce
U*n
Id
E
Un
+
+
-
ASR
+
-IdR
R

Ui
UPE
2. 静特性分析
运放的两种工作状态
线性放大——输出根据需要确定,输入ΔU=0
饱和——输出达限幅值,输入对输出无影响,
相当于调节环开环。
实际系统一般不使ACR饱和,而ASR可进入饱和。
2. 静特性分析
ASR不饱和
由前式
从而得到图中CA段——水平的特性。
ASR饱和
此时
结论:双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差,这时,转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到 Idm 后,转速调节器饱和,电流调节器起主要调节作用,系统表现为电流无静差,得到过电流的自动保护。
n0
Id
Idm
IdN
O
n
A
B
C
从而得到图中AB段——垂直的特性。
Uc
n
Ud0
U*i
ACR
-
Ks

1/Ce
U*n
Id
E
Un
+
+
-
ASR
+
-IdR
R

Ui
UPE
各变量的稳态工作点和稳态参数计算
稳态工作点
上述关系表明,在稳态工作点上,
转速 n 是由给定电压U*n决定的;
 ASR的输出量U*i是由负载电流 IdL 决定的;
控制电压 Uc 的大小则同时取决于 n 和 Id,或者说,同时取决于U*n 和 IdL。
进一步地,PI调节器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。
各变量的稳态工作点和稳态参数计算
稳态参数计算——反馈系数计算
双闭环调速系统的稳态参数计算为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
两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设计者选定,受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限制。