电力拖动自动控制系统：运动控制系统：第二章

1、直流拖动控制系统,电力拖动自动控制系统,第 1 篇,电力拖动自动控制系统,直流电动机的稳态转速:,调节直流电机转速的方法:,调节电枢供电电压 U 改变电枢回路电阻 R 减弱励磁磁通 ,转速： (r/min),电枢电压（V）,电枢电流（A）,回路总电阻（）,励磁磁通（Wb）,电动势常数 （由电机结构决定）,第 2 章,转速反馈控制的直流调速系统,内容提要,直流调速系统用的可控直流电源 稳态调速性能指标和直流调速系统的机械特性 转速反馈控制的直流调速系统 直流调速系统的数字控制 转速反馈控制直流调速系统的限流保护 转速反馈控制直流调速系统的仿真,直流调速系统可控直流电源:,2.1 直流调速系统用的

2、可控直流电源,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,1.G-M系统的工作原理,G-M系统原理图,2.V-M系统,晶闸管-电动机调速系统（V-M系统）原理图,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,式中 E 电动机反电动势（V）； id 整流电流瞬时值（A）； L 主电路总电感（H）； R 主电路等效电阻（），,等效电路图,（2-2),2.V-M系统-等效电路图,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,(2-3),式中: 从自然换相点算起的触发脉冲控制角； Um = 0 时的整流电压波形峰值（V）； m 交流电源一周内的整流电压脉波数。,表1-1 不同整流电路的整流电压波形峰值、脉波数及平均整流电,

3、2.V-M系统-整流电压平均值计算,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,2.V-M系统-电流的脉动及波形的连续与断续,在整流变压器二次侧额定相电压u2的瞬时值大于反电动势E时，晶闸管才可能被触发导通； 导通后如果u2降低到E以下，靠电感作用可以维持电流id继续导通，当 时工作于逆变状态； 由于电压波形的脉动，造成了电流波形的脉动。,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,2.V-M系统-电流的脉动及波形的连续与断续,带负载单相全控桥式整流电路的输出电压和电流波形,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,2.V-M系统-电流的脉动及波形的连续与断续,在Id上升阶段，电感储能；在Id下降阶段，电感能

4、量释放来维持电流,当负载电流较小时，电感中的储能较少，等到Id下降到零时，造成电流波形断续,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,抑制电流脉动的措施，主要是： 设置平波电抗器； 采用多重化技术，增加整流电路相数。,平波电抗器的设置与计算,单相桥式全控整流电路 三相半波整流电路 三相桥式整流电路,2.V-M系统-电流的脉动及波形的连续与断续,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,2.V-M系统-电流的脉动及波形的连续与断续,并联多重联结的12脉波整流电路,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,2.V-M系统-机械特性,当电流连续时，V-M系统的机械特性方程式为 式中 Ce电机在额定磁通下的电动势

5、系数 Ce = KeN 。,(2-7),电流连续时V-M系统的机械特性,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,以三相半波整流电路构成的V-M系统为例，电流断续时机械特性须用下列方程组表示 式中 ； 一个电流脉波的导通角。,2.V-M系统-机械特性,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,V-M系统的机械特性,在电流连续区，显示出较硬的机械特性。,在电流断续区，机械特性很软，理想空载转速翘得很高。,2.V-M系统-机械特性,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,2.V-M系统-放大系数与传函,晶闸管触发电路和整流电路的特性是非线性的； 在设计调速系统时，只能在一定的工作范围内近似地看成线性环节；

6、得到了它的放大系数和传递函数后，用线性控制理论分析整个调速系统。,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,2.V-M系统-放大系数与传函-放电系数,晶闸管触发与整流装置的输入-输出特性和Ks的测定,晶闸管的触发和整流装置的输入量是Uc，输出量是Ud，放大系数Ks可由工作范围内的特性斜率决定； 如果没有实测特性，也可根据装置的参数估算。,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,最大可能的失控时间由下式确定:,2.V-M系统-放大系数与传函-纯滞后与失控时间,滞后作用是由晶闸管整流装置的失控时间引起的； 失控时间是个随机数； 最大失控时间是两个相邻自然换相点之间的时间，它与交流电源频率和晶闸管整流器的

7、类型有关。, 交流电流频率（Hz）； 一周内整流电压的脉冲波数。,f,(2-13),m,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,2.V-M系统-放大系数与传函-纯滞后与失控时间,晶闸管触发与整流装置的失控时间,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,表1-2 各种整流电路的失控时间（f =50Hz）,2.V-M系统-放大系数与传函-纯滞后与失控时间,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,2.V-M系统-放大系数与传函-传递函数,滞后环节当输入为阶跃信号1(t) 时，输出要隔一定时间后才出现响应1(t-Ts)。,传递函数为：,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,按Tayler级数展开，得：,2.V

8、-M系统-放大系数与传函-传递函数,考虑到 Ts 很小，可忽略高次项，则传递函数便近似成一阶惯性环节。,（2-16）,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,将传递函数中的s换成j便得到相应的幅相频率特性：,显然，上式近似成Ks /（1+jTs ）的条件是：,2.V-M系统-放大系数与传函-传递函数,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,从工程观点上看，只要,就可以认为是1了，于是有：,作为近似条件可以粗略的取:,2.V-M系统-放大系数与传函-传递函数,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,Uc(s),Ud0(s),a) 准确的,b） 近似的,闸管触发与整流装置动态结构框图,2.V-M系统-放

9、大系数与传函-动态结构,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,2.V-M系统-存在问题,晶闸管是单相导电的； 晶闸对过电压、过电流、过高的du/dt与di/dt均十分敏感； 晶闸管的导通角变小时会使得系统的功率因数也随之减少，称之为“电力公害”。,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,3. 直流PWM变换器-电动机系统,全控型电力电子器件问世后，出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统或直流PWM调速系统； 与V-M系统相比，PWM调速系统在很多方面具有较大的优越性； 直流PWM调速系统的应用

10、日益广泛，特别在中、小容量的高动态性能系统中，已完全取代了V-M系统。,（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。 （2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。 （3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，达1:10000左右。 （4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。 （5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不大，因而装置效率较高。 （6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高。,PWM调速系统的优越性：,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,3. 直流PWM变换器-电动机系统,脉宽调制变换器的作用是

11、：用脉冲宽度调制的办法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定、宽度可变的脉冲电压序列，从而可以改变平均电压的大小，以调节电动机的转速。,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,3. 直流PWM变换器-电动机系统-简单的不可逆系统,简单的不可逆PWM变换器-直流电动系统,2.1 直流调速系统用的可控直流电源,当0 t ton时，Ug为正，VT导通，电源电压通过VT加到电动机电枢两端； 当ton t 0，积分调节器的输出Uc便一直增长，只有达到Un =0时， Uc才停止上升；只有到Un变负， Uc才会下降。 当Un =0时， Uc并不是零，而是某一个固定值Ucf 。,3. 比例积分控制的无静差直流调速

12、系统-积分调节器和控制规律,2.3转速反馈控制的直流调速系统,3. 比例积分控制的无静差直流调速系统-积分调节器和控制规律,积分控制无静差调速系统突加负载时的动态过程,突加负载时，由于IdL的增加，转速n下降，导致Un变正； 在积分调节器的作用下， Uc上升，电枢电压Ud上升，以克服IdL增加的压降，最终进入新的稳态 。,2.3转速反馈控制的直流调速系统,3. 比例积分控制的无静差直流调速系统-积分和比例控制的区别,比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状，而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史； 积分调节器在稳态时Un =0，只要历史上有过Un ，其积分就有一定数值，足以产生稳态运行

13、所需要的控制电压； 在阶跃输入作用下，比例调节器的输出可以立即响应，而积分调节器的输出只能逐渐地变化，但是最终可以达到无静差； 调速系统一般应具有快与准的性能，即系统既是静态无差又具有快速响应的性能。实现方法就是把比例和积分两种控制结合起来，组成比例积分调节器(PI)。,2.3转速反馈控制的直流调速系统,3. 比例积分控制的无静差直流调速系统-比例积分控制规律,（2-55）,比例积分调节器(PI调节器)的输入输出关系为：,其传递函数为：,（2-56）,式中，Kp-PI调节器的比例放大系数， -PI调节器的积分时间常数。,令1=Kp，则PI调节器的传递函数也可写成如下形式：,（2-57）,表明，

14、PI调节器也可用积分和比例微分两个环节表示， 1-微分项中的超前时间常数。,2.3转速反馈控制的直流调速系统,3. 比例积分控制的无静差直流调速系统-比例积分控制规律,比例积分调节器线路图,有运算放大器来实现PI调节器的输入极性与输出极性是反相的：,式中：,Rbal为运算放大器同相输入端的平衡电阻。,2.3转速反馈控制的直流调速系统,3. 比例积分控制的无静差直流调速系统-比例积分控制规律,PI控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点； 比例部分能迅速响应控制作用； 积分部分则最终消除稳态偏差。,PI调节器输入输出特性,在t=0时就有：,实现了快速控制。,随后Uex(t)

15、按积分规律增长：,t=t1时，Uin=0：,2.3转速反馈控制的直流调速系统,3. 比例积分控制的无静差直流调速系统-比例积分控制规律,闭环系统中PI调节器的输入和输出动态过程,在闭环调速系统中，采用PI调节器输出部分Uc由两部分组成： 比例部分和Un成正比； 积分部分表示了从t=0到此时刻对Un(t)的积分值； Uc是这两部分之和。,2.3转速反馈控制的直流调速系统,4. 直流调速系统的稳态误差分析,比例积分控制的直流调速系统的动态结构图,2.3转速反馈控制的直流调速系统,4. 直流调速系统的稳态误差分析,使用比例调节器时，系统的开环传递函数为：,式中：,使用比例调节器时，系统的开环传递函数

16、为：,式中：,使用比例调节器时，系统的开环传递函数为：,式中：,（2-59）,（2-60）,2.3转速反馈控制的直流调速系统,4. 直流调速系统的稳态误差分析,（2-61）,根据系统开环传递函数中积分环节的数目划分，控制系统的类型有： 比例控制的调速系统是0型系统； 积分控制、比例积分控制的调速系统是I型系统。 稳态误差定义为输入量和反馈量的差值，即： 衡量系统控制的准确度的系统对给定输入Un*的跟随能力； 衡量系统抑制干扰能力的是系统抑制负载电流IdL的抗扰能力。,2.3转速反馈控制的直流调速系统,4. 直流调速系统的稳态误差分析-阶跃给定输入的稳态误差,稳态误差计算的直流调速系统的动态结构

17、图,扰动误差计算的直流调速系统的动态结构图,2.3转速反馈控制的直流调速系统,4. 直流调速系统的稳态误差分析-阶跃给定输入的稳态误差-比例调节器,（2-62）,（2-65）,在分析阶跃给定输入的稳态误差时，令IdL(s)=0，比例调节器系统的误差传递函数为：,阶跃给定输入 的稳态误差是：,2.3转速反馈控制的直流调速系统,4. 直流调速系统的稳态误差分析-阶跃给定输入的稳态误差-积分调节器,（2-66）,（2-63）,积分调节器系统的误差传递函数为：,阶跃给定输入 的稳态误差是：,2.3转速反馈控制的直流调速系统,（2-67）,（2-64）,比例积分调节器系统的误差传递函数为：,阶跃给定输入

18、 的稳态误差是：,4. 直流调速系统的稳态误差分析-阶跃给定输入的稳态误差-比例积分调节器,2.3转速反馈控制的直流调速系统,4. 直流调速系统的稳态误差分析-扰动引起的稳态误差-比例调节器,在分析由扰动引起的稳态误差时，令Un*(s)=0，比例调节器系统的误差为：,（2-68）,（2-71）,阶跃扰动 引起的稳态误差是：,2.3转速反馈控制的直流调速系统,积分调节器系统的误差为：,（2-69）,（2-72）,阶跃扰动 引起的稳态误差是：,4. 直流调速系统的稳态误差分析-扰动引起的稳态误差-积分调节器,2.3转速反馈控制的直流调速系统,比例积分调节器系统的误差为：,（2-70）,（2-73）

19、,阶跃扰动 引起的稳态误差是：,4. 直流调速系统的稳态误差分析-扰动引起的稳态误差-比例积分调节器,2.3转速反馈控制的直流调速系统,4. 直流调速系统的稳态误差分析-扰动引起的稳态误差-总结,由扰动引起的稳态误差取决于误差点与扰动加入点之间的传递函数； 比例控制的调速系统，该传递函数无积分环节，故存在扰动引起的稳态误差，称作有静差调速系统； 积分控制或比例积分控制的调速系统，该传递函数具有积分环节，所以由阶跃扰动引起的稳态误差为0，称作无静差调速系统。,2.4直流调速系统的数字控制,以微处理器为核心的数字控制系统(简称微机数字控制系统)硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移

20、的影响； 其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、智能化等控制规律，而且更改起来灵活方便。,2.4直流调速系统的数字控制,1. 数字控制的特殊问题,微型计算机采样控制系统框图,2.4直流调速系统的数字控制,1. 数字控制的特殊问题,微机控制的调速系统是一个数字采样系统。其中S1是给定值的采样开关，S2是反馈值的采样开关，S3是输出的采样开关。若所有的采样开关等周期的一起开和闭，则称为同步采样； 微型计算机只有在采样开关闭合时才能输入和输出信号。只能在采样时刻对模拟的连续信号进行采样，把连续信号变成脉冲信号，即离散的模拟信号。 信号的离散化是微机数字控制

21、系统的第一个特点； 采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟信号，不能直接送入计算机，还须经过数字量化。 数字化是用一组数码(如二进制数)来逼近离散模拟信号的幅值，将它转换成数字信号。 信号的数字化是微机数字控制系统的第二个特点。,2.4直流调速系统的数字控制,1. 数字控制的特殊问题,根据香农(Shannon)采样定理 如果模拟信号的最高频率为fmax，只要按照ffmax (一般取为fmax)采样频率进行采样，取出的样品序列就可以代表(或恢复)模拟信号。 在电动机调速系统中，控制对象是电动机的转速和电流，是快速变化的物理量，必须具有较高的采样频率； 微型计算机控制的直流调速系统是一种快速数字采

22、样系统，要求微型计算机在较短的采样周期之内，完成信号的转换、采集，完成按某种控制规律实施的控制运算，完成控制信号的输出。,2.4直流调速系统的数字控制,2. 转速检测的数字化-编码器,增量式旋转编码器示意图,光电式旋转编码器是检测转速或转角的元件，旋转编码器与电动机相连，产生转速或转角信号。 旋转编码器可分为绝对式和增量式两种；,绝对式编码器常用于检测转角。 增量式编码器在码盘上均匀地刻制一定数量的光栅，在接收装置的输出端便得到频率与转速成正比的方波序列，从而可以计算转速。,2.4直流调速系统的数字控制,2. 转速检测的数字化-编码器-鉴相,增加一对发光和接收装置，使两对发光与接收装置错开光栅

23、节距的1/4； 正转时A相超前B相，反转时B相超前A相； 采用简单的鉴相电路可以分辨出转向。,2.4直流调速系统的数字控制,2. 转速检测的数字化-数字测速的精度指标-分辨率,用改变1个计算值所对应的转速变化量来表示分辨率，以符号Q表示。 当被测转速由n1变为n2时，引起的记数值增量为1，则该测速方法的分辨率为： 分辨率Q越小，说明测速装置对转速变化的检测越敏感，从而测速的精度越高,（2-74）,2.4直流调速系统的数字控制,2. 转速检测的数字化-数字测速的精度指标-测速误差率,转速实际值和测量值之差与实际值之比定义为测速误差率，记作：,（2-75）,测速误差率反映了测速方法的准确性，越小，

24、准确度越高。,2.4直流调速系统的数字控制,2. 转速检测的数字化-数字测速的精度指标-M法测速,（2-76）,记取一个采样周期内旋转编码器发出的脉冲个数来算出转速的方法称M法测速，又称频率法测速。,式中：n-转速，单位为r/min； M1-时间Tc内的脉冲个数； Z-旋转编码器每圈输出的脉冲个数； Tc-采样周期，单位为s。,2.4直流调速系统的数字控制,M法测速原理示意图,由系统的定时器按采样周期的时间定期地发出一个采样脉冲信号； 计数器记录下在两个采样脉冲信号之间的旋转编码器的脉冲个数。,2. 转速检测的数字化-数字测速的精度指标-M法测速,2.4直流调速系统的数字控制,（2-78）,（

25、2-77）,M法测速的分辨率为：,2. 转速检测的数字化-数字测速的精度指标-M法测速,M法测速的分辨率与实际转速大小无关。,M法测速的误差率的最大值为：,max与M1成反比，转速愈低，M1愈小，误差率愈大。,2.4直流调速系统的数字控制,2. 转速检测的数字化-数字测速的精度指标-T法测速,T法测速是测出旋转编码大两个输出脉冲之间的间隔时间来计算转速，又被称为周期法测速。 与M法测速不同的是，T法测速所计的是计算机发出的高频时钟脉冲的个数，以旋转编码器输出的相临两个脉冲的同样变化沿作为计数器的起始点与终止点。,准确的测速时间是用所得的高频时钟脉冲个数计算出来的，即：。,T法测速原理示意图,2

26、.4直流调速系统的数字控制,2. 转速检测的数字化-数字测速的精度指标-T法测速,电动机的转速为：,（2-79）,（2-80）,T法测速的分辨率定义为时钟脉冲个数由M2变成(M2-1)时转速的变化量：,（2-81）,综合式(2-79)和式(2-80)，得：,T法测速的分辨率与转速高低有关，转速越低，Q值越小，分辨能力越强。,2.4直流调速系统的数字控制,（2-82）,2. 转速检测的数字化-数字测速的精度指标-T法测速,T法测速误差率的最大值为：,低速时，编码器相邻脉冲间隔时间长，测得的高频时钟脉冲M2个数多，误差率小，测速精度高； T法测速更适用于低速段。,2.4直流调速系统的数字控制,2.

27、 转速检测的数字化-数字测速的精度指标-M/T法测速,在M法测速中，随着电动机的转速的降低，计数值减少，测速装置的分辨能力变差，测速误差增大； T法测速正好相反，随着电动机转速的增加，计数值减小，测速装置的分辨能力越来越差；,综合这两种测速方法的特点，产生了M/T测速法，它无论在高速还是在低速时都具有较高的分辨能力和检测精度。,M/T法测速原理示意图,2.4直流调速系统的数字控制,2. 转速检测的数字化-数字测速的精度指标-M/T法测速,关键是和计数同步开始与关闭，实际的检测时间与旋转编码器的输出脉冲一致，能有效减小测速误差； 采样时钟由系统的定时器产生，其数值始终不变； 检测周期由采样脉冲的

28、边沿之后的第一个脉冲编码器的输出脉冲的边沿来决定，即：,（2-83）,（2-84）,检测周期T内被测转轴的转角为：,旋转编码器每转发出Z个脉冲，在检测周期T内旋转编码器发出的脉冲是M1，则：,2.4直流调速系统的数字控制,2. 转速检测的数字化-数字测速的精度指标-M/T法测速,若时钟脉冲频率是f0，在检测周期T内时钟脉冲计数值为M2，则：,（2-86）,（2-85）,（2-87）,综合式(2-83)、式(2-84)和式(2-85)便可求出被测的转速为：,在高速段，TcT1，TcT2，可看成TTc：,M2=f0Tf0Tc，代入式(2-87)可得：,（2-88）,2.4直流调速系统的数字控制,2

29、. 转速检测的数字化-数字测速的精度指标-M/T法测速,在高速段，与M法测速的分辨率完全相同； 在低速段，M1=1，M2随转速变化，分辨率与T法测速完全相同； M/T法测速无论是在高速还是在低速都有较强的分辨能力； 在M/T法测速中，检测时间是以脉冲编码器的输出脉冲的边沿为基准，计数值M2最多产生一个时钟脉冲的误差； M2的数据在中、高速时，基本上是一个常数M2=Tf0Tcf0，其测速误差率为： ； 在低速时M2=Tf0Tcf0； M/T法测速具有较高的测量精度。,2.4直流调速系统的数字控制,3. 数字PI调节器,PI调节器的传递函数列出如下：,（2-89）,（2-90）,输出函数和输入误差

30、函数关系的时域表达式为：,转换为差分方程，其第k拍输出为：,式中：Kp为比例系数，Ki为积分系数,Ki=1/。,式中：Tsam为采样周期。,2.4直流调速系统的数字控制,3. 数字PI调节器-PI算法,数字PI调节器有位置式和增量式两种算法： 位置式算法中，u(k)为第k拍的输出值，比例部分只与当前的偏差有关，积分部分则是系统过去所有偏差的累积。 增量式算法只需要当前的和上一拍的偏差即可计算输出值。,（2-91）,（2-92）,数字控制算法中，要对u限幅，须在程序内设置限幅值，当|u(k)|um时，便以限幅值um作为输出： 增量式PI调节器算法只需输出限幅。 位置式算法必须同时设积分限幅和输出

31、限幅，若无积分限幅会产生较大的退饱和超调。,2.4直流调速系统的数字控制,3. 数字PI调节器-改进PI算法,把P和I分开，当偏差大时，只让比例部分起作用，以快速减少偏差；当偏差降低到一定程度后，再将积分作用投入，既可最终消除稳态偏差，又能避免较大的退饱和超调。这就是积分分离算法的基本思想。 积分分离算法的表达式为：,其中：,为一常值。,2.4直流调速系统的数字控制,4. 数字滤波方法,算术平均值滤波； 加权算术平均值滤波； 中值滤波； 中值平均滤波；,2.4直流调速系统的数字控制,4. 数字滤波方法-算术平均值滤波和加权算术平均值滤波,算术平均值滤波 设有N次采样值X1,X2,XN，找到一个

32、值Y，使Y与各次采样值之的平方和最小：,令，dE/dY=0得到：,加权算术平均值滤波,其中：,2.4直流调速系统的数字控制,4. 数字滤波方法-中值滤波和中值平均滤波,中值滤波 将最近连续三次采样值排序，使得X1 X2 X3，舍去X1和X3，取这三个采样值的中值X2为有效信号。,中值平均滤波 设有N次采样值，排序后得X1 X2 X3，去掉最大值XN和最小值X1，剩下的取算术平均值：,2.5转速反馈控制直流调速系统的限流保护,1. 转速反馈控制直流调速系统的过流问题,在转速反馈控制直流调速系统上突加给定电压时，电枢电压立即达到它的最高值，对电动机来说，相当于全压起动，会造成电动机过流； 当直流电

33、动机被堵转时，电流将远远超过允许值，如果只依靠过流继电器或熔断器来保护，过载时就跳闸； 系统中必须有自动限制电枢电流的环节； 引入电流负反馈，可以使它不超过允许值，但这种作用只应在起动和堵转时存在，在正常的稳速运行时又得取消； 当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈，叫做电流截止负反馈。,2.5转速反馈控制直流调速系统的限流保护,2. 带电流截止负反馈环节的直流调速系统-电流截止反馈环节,电流截止负反馈环节 a)利用独立直流电源作比较电压 b)利用稳压管产生比较电压,2. 带电流截止负反馈环节的直流调速系统-电流截止反馈环节,c )利用电流互感器引入电流截止负反馈环节,2.5转速反馈控制直流调

34、速系统的限流保护,电流反馈信号取串入电动机电枢回路中的小阻值电阻Rs，IdRs正比较于电流； 图a)中用独立的直流电源作为比较电压Ucom，其大小可用电位器调节； 在IdRs与Ucom之间串接一个二极管VD，当IdRsUcom时，二极管导通，电流负反馈信号Ui即可加到放大器上去，当IdRsUcom时，二极管截止，Ui消失； 图b)中利用稳压管VST的击穿电压Ubr作为比较电压Ucom； 截止电流Idcr=Ucom/Rs。,2. 带电流截止负反馈环节的直流调速系统-电流截止反馈环节,2.5转速反馈控制直流调速系统的限流保护,2. 带电流截止负反馈环节的直流调速系统-电流截止反馈环节,电流截止负反

35、馈环节的输入-输出特性,当输入信号IdRs-Ucom0时，输出Ui=IdRs-Ucom； 当IdRs-Ucom0时，输出Ui=0。,2.5转速反馈控制直流调速系统的限流保护,2. 带电流截止负反馈环节的直流调速系统-稳态结构框图,带电流截止负反馈环节的闭环直流调速系统稳态结构框图,2.5转速反馈控制直流调速系统的限流保护,2. 带电流截止负反馈环节的直流调速系统-静特性,当IdIdcr时，电流负反馈被截止，静特性与只有转速负反馈调速系统的静特性相同；,（2-94）,当IdIdcr时，引入了电流负反馈，静特性变成：,2.5转速反馈控制直流调速系统的限流保护,带电流截止负反馈比例控制闭环直流调速系

36、统的静特性,2. 带电流截止负反馈环节的直流调速系统-静特性,CA段： 电流负反馈被截止。 AB段 电流负反馈起作用。 电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻。 比较电压与给定电压的作用一致，好象把理想空载转速提高到：,（2-95）,2.5转速反馈控制直流调速系统的限流保护,2. 带电流截止负反馈环节的直流调速系统-静特性,令n=0，得到堵转电流Idbl：,（2-96）,（2-97）,一般KpKsRsR，因此：,Idbl应小于电动机允许的最大电流，一般为：,截止电流应大于电动机的额定电流，取：,2.5转速反馈控制直流调速系统的限流保护,3. 带电流截止的无静差直流调速系统,带电流截止的

37、无静差直流调速系统,2.5转速反馈控制直流调速系统的限流保护,3. 带电流截止的无静差直流调速系统,TA为检测电流的交流互感器，经整流后得到电流反馈信号Ui； 当电流达到截止电流Idcr时，Ui高于稳压管VS的击穿电压，使晶体VBT三极管导通； 忽略晶体三极管VBT导通压降，则PI调节器的输出电压Uc为零； 电力电子变换器UPE的输出电压Ud=0，达到限制电流的目的。,2.5转速反馈控制直流调速系统的限流保护,3. 带电流截止的无静差直流调速系统,（2-98）,转速反馈系数：,式中：nmax-电动机调压时的最高转速； U*nmax相应的最高给定电压。,带电流截止的无静差直流调速系统的静特性,无静差直流调速系统稳态结构框图(IdIdcr),2.6转速反馈控制直流调速系统的仿真,MATLAB下的SIMULINK软件进行系统仿真是十分简单和直观的； 用户可以用图形化的方法直接建立起仿真系统的模型，并通过SIM