机电传动控制11_12.ppt

1、本章要求,1）了解机电传动自动调速系统的组成、生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求以及调速系统的调速性质与生产机械的负载特性合理匹配的重要性； 2）重点掌握自动调速系统中各个基本环节，各种反馈环节的作用及特点，掌握各种常用的自动调速系统的调速原理、特点及适用场所。,第十一章 直流传动控制系统,第一节 机电传动控制系统的组成和分类,开环控制系统：只有控制量(输入量)对被控制量(输出量)的单向控制作用，而不存在被控制量对控制量的影响和联系 闭环控制系统：其特点是输入量与输出量之间既有正向的控制作用，又有反向的反馈控制作用，形成一个闭环。故又称闭环控制系统或反馈控制系统。,一、自动控制系统分类：

2、 （1）从组成原理上分类,特点：系统简单；控制精度不高。,闭环控制系统：,开环控制系统：,特点：系统较复杂；控制精度高。,第一节 机电传动控制系统的组成和分类,一、自动控制系统分类： （1）从组成原理上分类,（2）按反馈方式的不同，可分为 转速负反馈、电势负反馈、电压负反馈及电流 正反馈控制系统； （3）按系统的复杂程度，可分为 单环自动调节系统和多环自动调节系统；,（4）按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为 有静差调节系统和无静差调节系统。,（5）按给定量变化的规律，可分为 定值调节系统、程序控制系统和随动系统。 （6）按调节动作与时间的关系，可分为 断续控制系统和连续控制系统； （7

3、）按系统中所包含的元件特性，可分为 线性控制系统和非线性控制系统。,第一节 机电传动控制系统的组成和分类,一、自动控制系统分类：,二、一般自动控制系统组成：,n,第一节 机电传动控制系统的组成和分类,第二节 机电传动控制系统调速方案选择,一、调速方法 纯机械方法调速: 通过变速齿轮箱或几套变速皮带轮或其他变速机构来实现； 纯电气方法调速: 通过改变电动机的机械持性实现，这时机械变速机构简单、只一套变速齿轮或皮带轮； 电气与机械配合调速: 用电动机来得到多种转速，同时，又用机械变速机构的换档来进行变速。 电气调速优点：简化机械变速机构，提高传动效率,操作简单。易于获得无级调速，便于实现远距离控制

4、和自动控制，因此，在生产机械中广泛应用。,二.技术指标要求,静态指标： 1）调速范围：D= nmax / nmin 2）静差度：S=n0-nN /n0 用来表示生产机械的相对稳定性；,3）调速的平滑性，通常用两个相 邻调速级的转速差来衡量。,第二节 机电传动控制系统调速方案选择,动态指标： 1）最大超调量,过渡过程时间 T 振荡次数 N,第二节 机电传动控制系统调速方案选择,第三节 晶闸管电动机直流传动控制系统,分类：GM，SCR-M,1. 有静差调速系统（转速负反馈）,自动调节过程:Ug一定时,一、单闭环直流调速系统,开环时,Ug一定时,若n0f=n0时,闭环时,一、单闭环直流调速系统,开环

5、:,若nmax和S2不变时,闭环:,增大K是减小静态转速降落，扩大D的有效措施。,转速负反馈调速系统能克服扰动作用（如负载变化、电动机励磁的变化、晶闸管电源电压的变化）对电动机转速的影响。但测量元件本身的误差对电动机转速的影响是无法克服的。,一、单闭环直流调速系统,结论：,闭环系统可以获得比开环系统更多的稳态特性，从而在保证一定静差度S的条件下，能够提高D，为此付出的代价是增设检测反馈装置和放大器。,一、单闭环直流调速系统,2.有静差调速系统（电压负反馈）,一、单闭环直流调速系统,有静差调速系统（电压负反馈）特点：,（1）采用电位计取电压量，线路简单； （2）稳速效果不好，主要用作防止过压，改

6、善动态 特性、加快过渡过程； （3）对由于电枢电阻而引起的降压不能补偿（反馈 环外），U=E+IaR 。,有静差调节系统采用比例放大器，所以系统总存在静差。若采用PI放大器则可实现无静差系统。,一、单闭环直流调速系统,3、无静差调速系统（转速负反馈）,一、单闭环直流调速系统,1）无差元件PI调节器：,P：响应快，反应快速性； I：响应慢，稳态无静差。,一、单闭环直流调速系统,一、单闭环直流调速系统,2）自动调节过程:,调节初期，P调节起主要作用，使转速迅速回升，反应了系统的快速性； 调节末期，I调节起主要作用，最终消除偏差，实现系统稳态无静差。,1、调节初期，P调节起主要作用，使转速迅速回升，

7、 反应了系统的快速性；调节末期，I调节起主要作 用，最终消除偏差，实现系统稳态无静差。既能获 得较高的静态精度，又具有较快的动态响应。 2、系统稳态无静差，但动态过程中有偏差，即动态速 降。 3、实际的无静差调速系统由于放大器、检测装置的误 差存在，还是有一定的偏差。,结 论：,一、单闭环直流调速系统,1.转速、电流双闭环调速系统,二、双闭环直流调速系统,由PI调节器组成的转速单闭环系统，可以满足一般生产机械的要求，但有些负载要求正反转，启制动（如龙门刨床），为了提高生产效率，过渡过程越短越好。 由T=KmIa 知：若保证Ia = Imax则过渡过程最短。单闭环系统只保证n 恒定，而对I 没有

8、控制。 反馈控制规律 ：要想保持某量不变，则引入该量的负反馈。因此，可在转速环基础上增加一个电流环，形成双闭环系统。,第三节晶闸管电动机直流传动控制系统,速度负反馈（速度环）,电流负反馈（电流环）,2. 组成： 1）双环：转速环-外环，电流环-内环； 2）转速调节器ST，电流调节器LT都是PI结构。ST的输出信号作为LT的输入信号，LT的输出信号Uk控制整流器，从而控制 Ud n。,二、双闭环直流调速系统,3. 静态分析: ST、LT都是具有限幅的PI调节器，特点：调节器一旦饱和，输出为恒值，输出信号不再受输入信号变化的影响；只有当输入信号为负值时，调节器退饱和，输出信号才受输入信号的控制。,

9、二、双闭环直流调速系统,3. 静态分析: 在双闭环中，ST有两种状态：饱和，不饱和状态。LT只有一种状态：不饱和。 1）开始时，系统加Ugn，因n不能立即建立，则Ufn0，偏差电压很大。ST进入饱和状态，输出最大值Ugi= Ugimax，相当于转速环开环，只有电流环，系统进行恒电流无静差调节。,二、双闭环直流调速系统,3. 静态分析: 在双闭环中，ST有两种状态：饱和，不饱和状态。LT只有一种状态：不饱和。 1）开始时，系统加Ugn，因n不能立即建立，则Ufn0，偏差电压很大。ST进入饱和状态，输出最大值Ugi= Ugimax，相当于转速环开环，只有电流环，系统进行恒电流无静差调节。 2）当达

10、到稳定转速时，电动机转速因惯性出现超调，ST退饱和，转速环起作用，实现转速无静差调节。稳态时，偏差电压、偏差电流为0， n恒定，电动机稳定运行。,二、双闭环直流调速系统,I电流上升阶段：突加Ugn，n不能突变，偏差电压很大，ST饱和。给LT提供一个恒定的给定信号，建立起I。只有电流环起作用，当IaIL有n。 II恒流升速阶段：当I=Imax,在PI作用下,LT恒流调节, n线性增加。 III转速调节阶段：当UfnUgn,ST退饱和，双环作用,直到稳定状态.,4. 动态分析:,转速、电流双闭环调速系统特点： 系统的调整性能好、有很硬的静持性，基本上无 静差； 动态响应快，启动时间短； 两个调节器

11、可分别设计调整方便(先调电流环， 再调速度环)； 系统的抗干扰能力强。 所以，它在自动调速系统中得到了广泛的应用。,二、双闭环直流调速系统,三、可逆调速系统,第三节 晶闸管电动机直流传动控制系统,1、利用接触器进行切换的可逆线路,2、利用晶闸管切换的可逆线路,只适用于几十kW以下的可逆调速系统。,三、可逆调速系统,第三节 晶闸管电动机直流传动控制系统,采用两套晶闸管变流器分别提供正、反两个方向的电枢电流，实现电动机的可逆运转，这种系统目前应用比较广泛。,第四节 晶体管电动机直流脉宽调速系统,1. 工作原理：,决定转向和转速,第四节 晶体管电动机直流脉宽调速系统,1. 工作原理：,2、PWM调速

12、系统特点：,1) 主电路所需的功率元件少。 2) 控制线路简单。 3) PWM放大器的开关频率比晶闸管三相全控整流桥 的开关频率约高一个数量级。 4) 晶体管脉宽调制放大器的电压放大系数不随输出 电压的改变而变化，低速性能好。,第四节 晶体管电动机直流脉宽调速系统,因受大功率晶体管最大电压、电流定额的限制，PWM还只能在中、小容量的调运系统中取代晶闸管直流调速系统。,第十二章,交流传动控制系统,第十二章 交流传动控制系统,由于交流电动机本身就是一个多变量强耦合的系统。从理论上说，交流调速系统比直流调速系统复杂得多。但随着变频调速及其高精度数字化控制方式的实现，使得大多数的运算都可以用标准功能的

13、软件模块来实现，对用户而言，省去了大量的维护工作量。加之交流电动机自身的耐环境，耐冲击，过载能力强，制造方便，经济又为交流电动机的变频调速控制提供了广阔的发展空间。,交流电动机有同步电动机与异步电动机两大类。同步电动机的调速靠改变供电电压的频率来改变其同步转速；,第十二章 交流传动控制系统,由异步电动机的调速特性知：异步电动机的调速方法可分为三种，即改变S、p 和f 。,从控制技术来看，不外乎有：控制定子绕组的电压调压调速；控制转子回路的电势串级调速；控制定子的供电电压与频率变频调速；无换向器电机调速系统和电磁转差离合器调速系统等几种方法。,根据异步电动机的基本原理：,消耗型：降压调速；串R调

14、速；电磁转差离合器调速; 回馈型：串级调速; 不变型：变f,变P调速。,交流调速的基本类型：,第十二章 交流传动控制系统,是否消耗转差功率来评价调速系统效率的高低。,1.调速原理： 电枢1与电机轴相连，与电机转子同速旋转，在励磁绕组3通以直流电。由于感应电流与磁通相互作用，产生电磁力矩使磁极跟着电枢同向旋转，从而拖动生产机械。改变直流电压，可改变负载的转速。,第一节 电磁转差离合器调速系统,改变电压,第一节 电磁转差离合器调速系统,调速系统原理图：,改变整流电压励磁电流磁极的转速负载的转速,2.调速系统机械特性：,引入速度负反馈后,第一节 电磁转差离合器调速系统,调速特点： 通过改变电磁离合器

15、的励滋电流来实现调速的，对异步电动机本身并不进行调速。 优点：结构简单、运行可靠、维护方便、加工容易、能平滑调速。用闭环系统可扩大笼型转子异步电动机的调速范围和调速精度。 缺点：必须增加电磁转差离合器设备，低速运行时损耗较大而且调速效率比较低。,第一节 电磁转差离合器调速系统,第二节 交流调压调速系统,单相交流调压电路 单相交流调压电路的种类很多，但应用最广的是反并联电路。,调速特点：,第二节 交流调压调速系统,加速度反馈的调速系统： 可以使机械特性变硬，调速范围变宽。,第二节 交流调压调速系统,变频调速原理： 保证U/f =定值，或保证 定值，可以实现恒转矩调速或恒功率调速。,第三节 晶闸管变频调速系统,变频调速系统的分类： 1）交-直-交变频调速（带直流环的间接变频调速）; 2）交-交变频调速（直接变频调速）。,第三节 晶闸管变频调速系统,1. 交-直-交变频调速系统,首先将电网中的交流电整流成直流电，再通过逆变器将直流电逆变为频率可调的交流电。,第三节 晶闸管变频调速系统,1. 交-直-交变频调速系统,2.交-交变频调速系统,交交变频是直接将固定频率的交流电