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1、 运动控制系统及其组成运动控制系统及其组成为了避免或减免电路脉动的影响，需采用抑制电路脉动的措施，主要有： 1）增加整流电路的相数，或采用多重化技术； 2）设置电感量足够大的平波电抗器。在动态过程中，可以把晶闸管触发与整流装置看成一个纯滞后环节纯滞后环节，其滞后效应是由晶闸管 的失控时间引起的。P15 图 2-9 晶闸管触发与整流装置动态结构图与 V-M 系统相比，直流 PWM 调速系统在很多方面有较大的优越性： 1）主电路简单，需要的电力电子器件少； 2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电动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； 4）若与快速响应的电动机配合，则系统
2、频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强； 5）电力电子开关器件工作者在开关状态，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。所谓稳态，是指电动机的平均电磁转矩平均电磁转矩与负载转矩负载转矩相平衡的状态，机械特性是平均转速与平 均转矩（电流）的关系。归纳起来，对于调速系统转速控制的要求有以下三个方面： 1）调速：在一定的最高转速和最低转速范围内，分档地（有级）或平滑地（无级）调节转 速； 2）稳速：以一定的精度在所需转速上稳定运行，在各种干扰下不允许有过大的转速波动， 以确保产品质量； 3）加、减速：频繁起动、制动的设备
3、要求加速、减速尽量快，以提高生产率；不宜经受剧 烈速度变化的机械则要求起动、制动尽量平稳。控制器功率放大与 变换装置电动机及负载信号处理传感器知识领域：控制理论知识领域：电力电子与功率变换技术知识领域：电机原理模型知识领域：信号检测与数据处理技术调速系统的静差率指标应以调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值最低速时所能达到的数值为准。为准。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足所需静差率的转速可调范围。P25；例 2-1 P24 例 2-2P28 图 2-21,图 2-22，图 2-23比较式（2-46）和
4、式（2-47），不难得出以下的论断： （1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多； （2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多； （3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围。反馈控制规律： （1）比例控制的反馈控制系统是被调量有静差的控制系统； （2）反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定； （3）系统的精度依赖于给定的反馈检测的精度P33 例例 2-4，例，例 2-5 P48 图图 2-40习题习题2.2 系统的调速范围是 1000100，要求静差率 s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？minr解：1000 0.02 (10 0.98)2.04(1)nn snr
5、pmDs 系统允许的静态速降为。2.04rpm2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为，最低转速特性为min/1500axrnom，带额定负载时的速度降落，且在不同转速下额定速降不变，试问系min/150minrno15minNnr统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？解：1）调速范围 (均指额定负载情况下）maxminDnnmax0max1500 151485Nnnnmin0min150 15135Nnnnmaxmin1485 13511Dnn2) 静差率 015 15010%Nsnn 2.5 某龙门刨床工作台采用 V-M 调速系统。已知直流电动机，主电路总电阻 R=
6、0.18,Ce=0.2Vmin/r,求：60,220 ,305 ,1000minNNNNPkW UV IA nr（1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落为多少？Nn（2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率多少？NS（3）若要满足 D=20,s5%的要求，额定负载下的转速降落又为多少?Nn解：(1)305 0.18 0.2274.5 /minNNnIR Cer(2) 0274.5 (1000274.5)21.5%NNSnn (3) (1)1000 0.05 20 0.952.63 /minNnn SDsr 3.5 某反馈控制系统已校正成典型 I 型系统。已知时间常数 T=0.1s, 要
7、求阶跃响应超调量10。（1）系统的开环增益。（2）计算过渡过程时间和上升时间 ；strt（3）绘出开环对数幅频特性。如果要求上升时间0.25s, 则K=?，=?rt解：取0.69,0.6,%9.5%KT(1) 系统开环增益：0.69/0.69/0.16.9(1/ )KTs(2) 上升时间3.30.33rtTS过度过程时间：366 0.10.6s ntTs（3）如要求，查表 3-1 则应取 , 这时,超0.25rts1,0.5KT2.42.4*0.10.24rtTs1/10KT调量=16.3%。3.6 有一个系统，其控制对象的传递函数为，要求设计一个无静差系统，在阶101. 010 1)(1 s
8、sKsWobj 跃输入下系统超调量5（按线性系统考虑）。试对系统进行动态校正，决定调节器结构，并选择 其参数。解：按典型 I 型系统设计，选。0.5,0.707,3-1%4.3%KT查表，得选 I 调节器，校正后系统的开环传递函数为，1( ),W ss110( ),T0.01(0.011)W sss这样， K=10/已选 KT0.5, 则 K0.5/T=50, 所以，积分调节器：。10 /10 / 500.2KS11( )0.2W sssP61P61 图图 3-33-3双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于时表现为转速无静差，这时，转速负反馈dmI起主要调节作用。当负载电流达到时，对应于转速
9、调节器为饱和输出，这时，电流调dmI* imU节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，起到过电流的自动保护作用。这就是采用两 个 PI 调节器分别形成内、外两个闭环的效果。P62图图 3-5从电流与转速变化过程所反映出的特点可以把起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段。转 速调节在此三个阶段中经历了快速进入饱和、饱和及退饱和快速进入饱和、饱和及退饱和三种情况。双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点：双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点： 1）饱和非线性控制；饱和非线性控制； 2）转速超调；转速超调； 3）准时间最优控制。准时间最优控制。转速调节
10、器的作用1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速* nU误差，如果采用 PI 调节器，则可实现无静差。 2）对负载变化起抗扰作用。 3）其输出限幅值决定电动机允许的最大电流。 电流调节器的作用1）作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定的电压变化。Ui*2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 3）在转速动态过程中，保证获得电动机允许的最大电流，从而加快动态过程。 4）当电动机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。典型典型型系统型系统：，II) 1() 1
11、()(2TsssKsWhT222 2 1121 211 21 Thhh hThKcP75 表表 3-4P80 图图 3-18P38 例例 3-1，例，例 3-2保持电源频率为额定频率，只改变定子电压的调速方式称作调压调速。调压调速。由于受电动机绝缘个和1fN1fsU磁路饱和的限制，定子电压只能降低，不能升高，故又称作降压调速。降压调速。sU基本特征：基本特征：电动机同步转速保持为额定值不变，；气隙磁通随的降低而减小， pN nfnnN16011 sU属于弱磁调速：sNssmkNfU144. 4转差频率控制的基本思想：在保持气隙磁通保持气隙磁通不变不变的前提下，可以通过控制转差角频率控制转差角频
12、率来控制转来控制转ms矩矩。转差频率控制的规律可总结为：1）在的范围内，转矩基本上与成正比；smseTs2）在不同的定子电流值时，按函数关系控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通恒定。ssIfU，m转差频率控制系统与直流调速系统相似，起动过程可分为转矩上升、恒转矩升速与转速调节转矩上升、恒转矩升速与转速调节三个阶段。转速闭环转差频率控制的性能还不能完全达到直流双闭环系统的水平，原因如下：1）转差频率控制系统是基于异步电动机稳态模型的，所谓的“保持磁通恒定恒定”的结论也只在稳态情m况下才能成立。在动态中难以保持磁通恒定难以保持磁通恒定，这将影响到系统的动态性能。m2）函数关系中只抓住了定子电流的幅
13、值，没有控制到电流的相位，而在动态中电流的相位ssIfU，也是影响转矩变化的因素。3）在频率控制环节中，取，使频率得以与转速同步升降，这本是转差频率s1控制的优点。然而，如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误差，因为所有这些偏 差和干扰都以正反馈的形式毫无衰减地传递到率控制信号上了。P122 1、基频以下调速；、基频以下调速；2、基频以上调速、基频以上调速P181 图图 6-19，图，图 6-20P195 图图 6-401有一晶闸管-电动机调速系统，已知：电动机 PN = 2.8 kW ，UN = 220V ， IN = 15.6 A ，nN= 1500 r/min ，Ra
14、=1.5 ，整流装置内 阻 Rrec =1，电枢回路电抗器电阻 RL = 0.8，触 发整流环节的放大倍数 Ks = 35 。求： （1）系统开环时，试计算调速范围 D = 30 时的静差率 s。 （2）当 D = 30, s =10%时，计算系统允许的稳态速降。 （3）如组成转速负反馈有静差调速系统，要求 D = 30, s =10%，在 U* n = 10V 时 Id = I N ， n = n N ，计算转速反馈系数 和放大器放大系数 K p 。调速系统的调速范围是 1000100r/min，要求静差率 s=2%，那么系统允许的稳态速降是多少？试推导两相旋转到两相静止坐标下（C2r/2s）的坐标变换矩阵。3.试画出工程设计方法的直流调速转速环动态结构图及其简化图(包括用等效环节 代替电流环、小惯性近似、典型 II 系统)4. 试画出矢量控制系统原理结构图。 转速单闭环调速系统有哪些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？如果给定 电压不变，调节转速反馈系数是否能够改变转速？为什么？如果测速发电机的励磁发生了变 化，系统有无克服这种干扰的能力？
