运动控制系统(3)ppt课件

. 1、第三、1.4反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计，2、本节中， 转速控制要求和调速指标开环调速系统及其问题闭环调速系统的结构和静特性开环系统特性和闭环系统特性之间的关系反馈控制规则限制电流保护电流切断负反馈，3，1.4.1转速控制要求和调速指标、转速总而言之，调速系统的转速控制要求有以下三个方面。，4，1 .控制要求(1)调速器3354在一定的最高转速和最低转速范围内，阶段性地(有级)或平滑地(无级)调节转速(2)稳定速度3354以一定的精度以必要的转速稳定运行，在各种干扰下不允许过度的转速变动，确保产品的质量加减速频繁发生，制动设备要求尽可能快地加减速，提高生产率的急剧的速度变化，不能忍受的机器要求制动尽可能平稳。 5、5、2 .调速指标、调速范围：生产机械对电动机要求的最高转速和最低转速的比称为调速范围，用文字d表示(1-31 )、其中nmin和nmax一般是指电动机额定负载时的转速，在少数负载轻的机械，例如精密磨床上也可以利用实际负载时的转速。6、静差率：系统以某一转速运行时，负载从理想无负载增加到额定时对应的转速下降nn与理想无负载转速n0之比，称为静差率s。 即、(1-32 )、(1-33 )、式中nN=n0-nN、7、与图1-23相比，在转速下的静差率、3 .静差率和机械特性硬度上有差异，但静差率和机械特性硬度上有差异。 一般调压调速系统在不同转速下机械特性相互平行。 在相同硬度的特性下，理想的空载转速越低，静差率越大，转速的相对稳定度也越差。 8，例如以1000r/min的速度着陆，仅1%； 以100r/min同样以10r/min着陆的话，为10%； 在仅10r/min时，如果再下降10r/min，则占100%，此时电机停止旋转，转速全部下降。 因此，调速范围和差率这两个指标并不是相互孤立的，同时也要有意义。 调速系统静差率指标以最低速度能达到的数值为基准。 静差率和机械特性的硬度的差异(续)、9、4 .调速范围、静差率和额定速度降的关系、将电动机额定转速nN降到最高转速、转速nN时，上述分析的结果，该系统的静差率应该是最低低低速时的静差率将上述公式代入nmin，(1-34 )、11、式(1-34 )表示调压调速系统的调速范围，在表示静差率和额定的相同调速系统中，nn的值是一定的，根据式(1-34 )，对静差率的要求越严格，即s的值越小、12、结论1 :一个调速系统的调速范围是指即使在最低速度下也能满足所需的静差率的转速调整范围。 如果额定速度为nN=115r/min，要求静差率为30%，则有例题1-1的直流调速系统电机的额定转速允许多大的调速范围？ 如果要求静差率20%，调速范围是多少？如果想将调速范围设为10，能满足的静差率是多少？14，解要求为30%，如果调速范围为20%，调速范围达到10%，静差率为、15，1.4.2开路如果可逆直流脉冲宽度调速系统是开环调速系统，可以通过调节控制电压来改变电机的转速。 如果负载的生产技术不高于运行时的静差率，这种开环调速系统就能实现一定范围内的无级调速，能找到几种用途。 但是，需要很多调速的生产机械经常对静差率有一定的要求。 在这些情况下，开环调速系统往往不能满足要求。、16、例题1-2某门式刚架的拖动采用直流电机，其额定数据采用60kW、220V、305A、1000r/min、V-M系统，主电路总电阻、电机电动势系数。 如果调速范围D=20、静差率5%、开环调速能满足吗？ 系统额定速度有多低，才能满足这个要求？17、电流连续时，V-M系统的额定速度为开环系统的机械特性连续级在额定转速下的静差率，这是大幅度超过5%的要求，当然要设定为最低速度。 如果、18、要求D=20，s5%，从式(1-29 )可以看出，开环调速系统的额定速度下降为275r/min，生产技术的要求仅为2.63r/min，几乎有100倍的差异、19、1.4.3闭环调速系统的结构及其静态特性，是基于自动控制原理，反馈控制的闭环系统是通过被调量的偏差来控制的系统，如果被调量出现偏差，则产生自动校正偏差的作用。 调速系统的转速下降是负载引起的转速偏差，引入转速闭环应该能大幅度减少转速下降。 在、20、系统构成：21、调整原理、反馈控制的闭环直流调速系统中，与电动机同轴地安装测速发电机TG，引出与被调整转速成比例的负反馈电压Un，与规定电压U*n进行比较，得到转速偏差电压Un，并经由放大器a 、22、UPE的构成，图中，UPE是由电力电子部件构成的变换器，其输入为三组(或单相)交流电源，输出为可控直流电压，控制电压为Uc。23、UPE配置(续)，目前，构成UPE的电力电子设备有几种选择：其中，在小容量系统中经常采用由IGBT和P-MOSFET构成的PWM转换器的大容量系统中，使用GTO、IGCT等其他电力电子开关、24、稳态分析条件，以下分析闭环调速系统的稳态特性，确定如何减小转速下降。 为了强调主要矛盾，首先做以下假设： (1)忽略各种非线性因素，假设系统各环节的输入输出关系都是线性的，或只取该线性的工作段；(2)忽略控制电源和音量的内阻。25、转速负反馈直流调速系统中各链路的稳态关系如下：电压比较链路、放大器、电力电子转换器、调速系统的开环机械特性、速度反馈链路、26、稳态关系(续)， 以上各关系式中的-放大器的电压放大系数-电力电子转换器的电压放大系数-转速反馈系数(Vmin/r) UPE的理想无负载输出电压-电枢电路总电阻。 在从Kp、Ks、r、Ud0、27、上述五个关系式中去除并整理中间变量后，转速负反馈闭环直流调速系统的静特性方程式(1-35 )、静特性方程式、28、静特性方程式(续)、式中闭环系统的开环放大系数k， 这相当于在速度反馈音量输出端断开反馈电路后，从放大器输入到速度反馈输出的总电压放大系数，是各链路个别的放大系数的积。 电动机链路的放大系数为29，注意：闭环调速系统的静态特性表示闭环系统的电动机转速和负载电流(或转矩)的稳态关系，虽然形式上与开环机械特性相似，但本质上差异很大，因此命名为“静态特性”来表示区别。 30、闭环系统的稳态结构框图，图1-25转速负反馈闭环直流调速系统的稳态结构图，31、图中各块内的符号表示了该环节的放大系数。使用结构图算法同样导出式(1-35 )表示的静态特性方程式的方法，将定量和扰动量看作两个独立的输入量，先通过各自的作用求出各自的输出和输入关系式，32，b )仅考虑给定的作用时的闭环系统，c )仅考虑扰动作用时的闭环系统由于系统被认为是线性的，可以叠加两者，即，系统的静态特性方程(1-35 )、34，1.4.4闭环系统的机械特性与闭环系统的静态特性之间的关系比较，反馈闭环控制的优势显得很明显。 如果断开反馈电路，则上述系统的开环机械特性为，(1-36 )，但闭环时的静特性远比，(1)闭环机械特性硬。 在相同的负载紊乱下，两者的转速下降分别为(1-38 )、系统特性比较，36，系统特性比较(续)，(2)相同的开环和闭环系统比较，闭环系统的静差率相当小。 闭环系统和开环系统的静差率分别在n0op=n0cl的情况下，(1-39 )、37、(3)要求的静差率一定时，闭环系统可以大幅度地提高调速范围。 如果电动机的最高转速为nmax，则对最低静差率的要求相同，开环的情况下，闭环的情况下，再研究式(1-38 )，为了得到(1-40 )、38、系统特性比较(续)、(4)上述三个优点为了使上述三个优点有效，因为k依赖于足够大的点，所以必须设置放大器。 总结、39、以上四点，结论2 :闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，在保证一定的静差率的要求下可以提高调速范围，因此需要的代价是增设电压放大器、检测和反馈装置在例题1-3例题1-2中，门形门槛台要求D=20，sR，因此，(1-44 )