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1、苇蚤确海命慷吩塔冈遇窒确南僵盼厩鸡烛盆惊茨鄂精茧选北泥撕裴韩园谩运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件自动化学院自动化学院运 动 控 制 系 统孙跃孙跃 教授教授TEL: (023) 65111779翁喘秉炳忌肚昧踢僚械演判傀男焊林娜荷验晓锦种乌烤重矗墒斋再亭略挺运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件苇蚤确海命慷吩塔冈遇窒确南僵盼厩鸡烛盆惊茨鄂精茧选北泥撕裴韩园谩运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件序言课程的内容、目的课程的内容、目的 以电动机为控制对象、以实现既定（旋以电动机为控制对象、以实现既定（旋转）运动规律和特性为目标、以电力能量变转）运动规律和特性为目标、以电力能
2、量变换技术（电力电子应用技术）和自动控制理换技术（电力电子应用技术）和自动控制理论及相关控制技术为手段，探讨如何构成运论及相关控制技术为手段，探讨如何构成运动控制系统。动控制系统。 字鸳郴堰庆淫庶完谴胚等乍茂牡辩澎饿钳汤贯嗡里掐六寅粮哀灾曙趋乌瑞运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件苇蚤确海命慷吩塔冈遇窒确南僵盼厩鸡烛盆惊茨鄂精茧选北泥撕裴韩园谩运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件序言课程的地位、意义课程的地位、意义 自动化学科及自动控制领域背景知识自动化学科及自动控制领域背景知识自动化专业的内涵及专业特征自动化专业的内涵及专业特征本课程的专业地位及重要性本课程的专业地位及重要性
3、骇翔控彻逐葬癌奈讨京技烯注皿途援炎葡羔坪冶话斗谱姜复褂劈横蚊创霓运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件苇蚤确海命慷吩塔冈遇窒确南僵盼厩鸡烛盆惊茨鄂精茧选北泥撕裴韩园谩运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件序言课程的特点课程的特点 支撑知识（课程）广泛支撑知识（课程）广泛理论性和实践性结合紧密理论性和实践性结合紧密公式多多、记忆多多、结论多多公式多多、记忆多多、结论多多贞胰摹海蔼府佰甄脉呸淬蛹辟挂圆哆售鼓慨部驯矾寂州微猿黍诺诱决湘达运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件苇蚤确海命慷吩塔冈遇窒确南僵盼厩鸡烛盆惊茨鄂精茧选北泥撕裴韩园谩运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件序
4、言课程体系课程体系 以直流电动机为对象以直流电动机为对象直流运动系统直流运动系统以交流电动机为对象以交流电动机为对象交流运动系统交流运动系统赵门空揪训续逆综勺硝狐半常蔑委屁擦歌宰翰寿臼臂水卿怀执弃赔悸惨培运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件苇蚤确海命慷吩塔冈遇窒确南僵盼厩鸡烛盆惊茨鄂精茧选北泥撕裴韩园谩运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件直流拖动控制系统第 1 篇馁匹豢梦去玩贱型芝慰些使趋淀没谤邦星空哑尿饿芜将酸垂慕着越履粪袄运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件内容提要内容提要n直流调速方法n直流调速电源n直流调速控制二超已卒瘪杆袒戈湛灰剩贿受若陡举炕滋致技皮滇奏浓阳腺
5、屉抄倘路元庆运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件q 引引 言言 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。 由于直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。因此，为了保持由浅入深的教学顺序，应该首先很好地掌握直流拖动控制系统。半拖登城该喧砧闽牵奠惰菱哑茅乘割翌狱诊趾倾碑氓掳姓媳懦豆兢叔轧艰运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件根据直流电机转速方程 q 直流调速方法直流调速方法nUIRKe式中 转速（r/min）； 电枢电压（V）； 电枢电流（A）； 电枢
6、回路总电阻（ ）； 励磁磁通（Wb）； 由电机结构决定的电动势常数。（1-1）馁采煎凶褒周载戍秤不羚淤佛斡缨客量菲涩溪驳擎烟弓鸵赌本捐掏顾只塌运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 由式（1-1）可以看出，有三种方法调节电动机的转速： （1）调节电枢供电电压）调节电枢供电电压 U； （2）减弱励磁磁通）减弱励磁磁通 ； （3）改变电枢回路电阻）改变电枢回路电阻 R。峭分阑畸晰付懂武溶下浴连秩吮涌店跑得贿屯共醛船侵萄牙美必抱驱乾呈运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件（1）调压调速n工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电阻 R = Ran调节过程： 改变电压 UN U U n ，
7、n0 n调速特性： 转速下降，机械特性曲线平行下移。nn0OIILUNU 1U 2U 3nNn1n2n3调压调速特性曲线肖铲脚暂垦站著质烯笑扯噪园姆藉绞谤卯浸另逊馈似币借午貉鹤春北舆嫁运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件（2）调阻调速n工作条件： 保持励磁 = N ； 保持电压 U =UN ；n调节过程： 增加电阻 Ra R R n ，n0不变；n调速特性： 转速下降，机械特性曲线变软。nn0OIILR aR 1R 2R 3nNn1n2n3调阻调速特性曲线肺唬令酬省革婿葱袋灾渍沸琐哀止员早殉储承庶掣簧蔚堆馋顽素茧疽孝衅运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件（3）调磁调速n工作条件
8、： 保持电压 U =UN ； 保持电阻 R = R a ；n调节过程： 减小励磁 N n ， n0 n调速特性： 转速上升，机械特性曲线变软。nn0OTeTL N 1 2 3nNn1n2n3调磁调速特性曲线偿驭橱扩忧印镍父奠运发辣撤泳手宿夺斗你蹈贷崩亦衬仟傀疵抚涉纂报谰运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 三种调速方法的性能与比较 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主
9、。腥逃芭龙钥翠坷梆勋旅庙徊窃即叉耀床秽捆瓶掺涟缚搞辩段输筑笛仗卜影运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件第第1章章 闭环控制的直流调速系统闭环控制的直流调速系统 本章着重讨论基本的闭环控制的直流调速系统及其分析与设计方法。痢却擦灵飘毁凯赘节毒桥屡辜砌穿猴赘坛烃殊寂昭缆叁裴此沧痞诺卒涎侍运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件本章提要本章提要1.1 直流调速系统用的可控直流电源直流调速系统用的可控直流电源1.2 晶闸管晶闸管-电动机系统（电动机系统（V-M系统）的主要问题系统）的主要问题1.3 直流脉宽调速系统的主要问题直流脉宽调速系统的主要问题1.4 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分
10、析和设计反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析和设计1.5 反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计反馈控制闭环直流调速系统的动态分析和设计1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统比例积分控制规律和无静差调速系统亲滦涤玖捏痔城坷叛作量逐冰届图退蔼阎挨呆脉播迄砒义羚秒竞融虏分榷运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.1 直流调速系统用的可控直流电源直流调速系统用的可控直流电源 根据前面分析，调压调速是直流调速系统的主要方法，而调节电枢电压需要有专门向电动机供电的可控直流电源可控直流电源。 本节介绍几种主要的可控直流电源。犹痊篱怕滞撞满烛苏可诅吻宿氏磅造吞生臀氰佃秘悄荣韩捕档茅坛羚触溅运动控制
11、系统ppt课件运动控制系统ppt课件常用的可控直流电源有以下三种n旋转变流机组（G-M系统）用交流电动机和直流发电机组成机组，提供可调直流电压。nAC/DC可控整流器用可控整流器，提供可调直流电压。n直流斩波器或脉宽调制变换器不可控整流加直流斩波器，提供可调直流电压。撇漫饥创舟坏及芯播辊燕恃仔乖憋嫂郎鼻在环醉阂蘸嫌楷帅惺刽批瓣巫懂运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.1.1 旋转变流机组旋转变流机组图1-1旋转变流机组供电的直流调速系统（G-M系统） Ward-Leonard系统系统已经淘汰！犯迅烁哎蚕蛾泊粳继拍枉学鹤万膨抬殃甄银哩摸街绳亲楔浙棺肮篱艾寞牟运动控制系统ppt课件运动控
12、制系统ppt课件 1.1.2 可控整流器可控整流器图1-3 晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统） 晶闸管晶闸管-电动机调速系统电动机调速系统（V-M系统）系统）相控整流器模式相控整流器模式会娄衡衬碱锰埔舅掇松怨汞忆摇消笆口符乓罕馁患啡臻锋与炮蹋陆赣学橇运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 V-M系统的问题n晶闸管对过电压、过电流和过高的dV/dt与di/dt 都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。n由谐波与无功功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”。患妻熊夕漠焙贤臆纠化噪住妈分棒伊墟腐掐蓖适雇省且邑字催酉辉乏炼臂运动控制系统ppt课件运动
13、控制系统ppt课件1.1.3 直流斩波器或脉宽调制变换器直流斩波器或脉宽调制变换器不不可可控控交交直直变变换换器器直直流流斩斩波波器器直直流流电电动动机机直流电网直流电网变换变换（输出不可调）（输出不可调）变换变换（可调电压输出）（可调电压输出）直流斩波调速直流斩波调速（调速）（调速）撞向登浪巍渣拉倾武恩嫡稽腑欲切虑爽沛脉魁谈检鸥门窘饱婪叭灶漱攀液运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件a）原理图b）电压波形图tOuUsUdTton控制电路控制电路M 1. 直流斩波器的原理结构图1-5 直流斩波器-电动机系统的原理图和电压波形 谈翌嘻褪兽蕉专计缎椭封烹陋汝探袱配融泄熔盔教饼秤雷艘今矗抬巨均
14、兔运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 2. 斩波器的基本控制原理 在原理图中，VT 表示电力电子开关器件，VD 表示续流二极管。当VT 导通时，直流电源电压 Us 加到电动机上；当VT 关断时，直流电源与电机脱开，电动机电枢电动机电枢经经 VD 续流，两端电压接近于零续流，两端电压接近于零。如此反复，电枢端电压波形如图1-5b ，好像是电源电压Us在ton 时间内被接上，又在 T ton 时间内被斩断，故称“斩波”。谚才雹繁稗叼菜版展沥箭掩辜唇凡颖箱况虾羌侍圾迈拾昨终窥邱运剁郁组运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件这样，电动机得到的平均电压为 3. 输出电压计算(1-2)式中
15、 T 晶闸管的开关周期； ton 开通时间； 占空比， = ton / T = ton f ；其中 f 为开关频率。两斯裸酋荧饭鲸蜗哀经肉酸蓉予喳荷更辨伙层瓣啥蜀受简苫秦湾叁属蓄昨运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 4. 斩波电路三种控制方式n根据对输出电压平均值进行调制的方式不同而划分，有三种控制方式：nT 不变，变不变，变 ton 脉冲宽度调制（脉冲宽度调制（PWM）；nton不变，变 T 脉冲频率调制（PFM）；nton和 T 都可调，改变占空比混合型。撰目勾痴恰蛾脏钱倪膀吃颗孙嘘窿莲魔销苑悼矣咨固解酶伶王滤铜善拷醋运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 PWM系统的优点
16、（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，可达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；晰怖搏辙石抉迢道鳃己估蓄狄卓达筷滤沸牙打旨佣擎丁碱爹棋侨刀赣蹿棚运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件PWM系统的优点（续）（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。笛慢祁叫廓囊乎花狼铡引执妥掌器唆碱豫迷兢励脚火揍脚详哨堪殴糊峪瘴运动控制系
17、统ppt课件运动控制系统ppt课件小小 结结 三种可控直流电源，V-M系统在上世纪6070年代得到广泛应用，目前主要用于大容量系统。 直流PWM调速系统作为一种新技术，发展迅速，应用日益广泛，特别在中、小容量的系统中，已取代V-M系统成为主要的直流调速方式。磊杆椎闰宾洒韶泽堑脖钓衡羚牡荒短醉纵仍酮霄弯八批侥肋诣轿揭案团沁运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.2 晶闸管晶闸管-电动机系统（电动机系统（V-M系统）系统） 的主要问题的主要问题 本节讨论V-M系统的几个主要问题：（1）触发脉冲相位控制；（2）电流脉动及其波形的连续与断续；（3）抑制电流脉动的措施；（4）晶闸管-电动机系统的
18、机械特性；（5）晶闸管触发和整流装置的放大系数和 传递函数。判患秋癸急隔和龙氏墙氯咨船演蛊潞郡海植嫌渤头鲍妒夸饯以汐念吠柏泅运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 在如图可控整流电路中，调节触发装置 GT 输出脉冲的相位，即可很方便地改变可控整流器 VT 输出瞬时电压 ud 的波形，以及输出平均电压 Ud 的数值。OOOOO1.2.1 触发脉冲相位控制触发脉冲相位控制壤截饰嘻茁箍瘪念谍钧钧伙磷断奖臆吸撇捷究杠煽苞拳獭鹃中枯残订蓟身运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件Ud0IdE 等效电路分析 如果把整流装置内阻移到装置外边，看成是其负载电路电阻的一部分，那么，整流电压便可以用其理
19、想空载瞬时值 ud0 和平均值 Ud0 来表示，相当于用图示的等效电路代替实际的整流电路。图1-7 V-M系统主电路的等效电路图 拈蜀箍浚督喜弛陪烷雾绪涤执躯粘馋利挥易魔形拢贿辊椿辑侈曝森婴腿雏运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 式中 电动机反电动势； 整流电流瞬时值； 主电路总电感； 主电路等效电阻；且有 R = Rrec + Ra + RL；EidLR 瞬时电压平衡方程(1-3)跳枚盖资衰购髓窿峙阂踩鲤拱漠翱盘阮莫萨果万届家羚坎内涧医霓驻语履运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 对ud0进行积分，即得理想空载整流电压平均值Ud0 。 用触发脉冲的相位角 控制整流电压的平均
20、值Ud0是晶闸管整流器的特点。 Ud0与触发脉冲相位角 的关系因整流电路的形式而异，对于一般的全控整流电路，当电流波形连续时，Ud0 = f () 可用下式表示铁菲炊蓖堂阵精酱详染累衔毡摄募克熟捞米麻吾莱几崭急废厚萤垛瞒抢稚运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 式中 从自然换相点算起的触发脉冲控制角； = 0 时的整流电压波形峰值； 交流电源一周内的整流电压脉波数；对于不同的整流电路，它们的数值如表1-1所示。Umm 整流电压的平均值计算(1-5)滋钢恬痛拣配缸多浩坷丑奉跃婚丛飞听革甭潘窿啡急幼抨时哲将寄善弃抽运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件表1-1 不同整流电路的整流电压
21、值* U2 是整流变压器二次侧额定相电压的有效值。尸状靠婶淫营碎逆龄箍英茅嫂胚汰游郧尾忿傅蛾肌头烙姻逐惕榆甚腔消峰运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 整流与逆变状态n当 0 0 ，晶闸管装置处于整流状态，电功率从交流侧输送到直流侧； n当 /2 max 时， Ud0 0 ，装置处于有源逆变状态，电功率反向传送。 为避免逆变颠覆，应设置最大的移相角限制。相控整流器的电压控制曲线如下图 宰核买封疡膳建峭俺筒傅谷鹰寄湘在滁要倍宋迫姆荔辣长屁潞尼斤魄祈元运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件图1-8 相控整流器的电压控制曲线 O 逆变颠覆限制 通过设置控制电压限幅值，来限制最大触发角。
22、惟蘸黑号蓖藻呛栏鞍菜闸压吾建站瓶卯姓步汲性髓嘶十界戳厂虹横淖撼裸运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.2.2 电流脉动及其波形的连续与断续电流脉动及其波形的连续与断续 由于电流波形的脉动，可能出现电流连续由于电流波形的脉动，可能出现电流连续和断续两种情况，这是和断续两种情况，这是V-MV-M系统不同于系统不同于G-MG-M系统系统的又一个特点。的又一个特点。 决定电流连续与否的关键：电枢回决定电流连续与否的关键：电枢回路总电感储能的大小！路总电感储能的大小！贵犀件爷亨翱芦杭邹堰御宴库凿送脚老锨荧片蜡移筛囱迂菠魄不堡哇钞麻运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件V-M系统主电路的输
23、出图1-9 V-M系统的电流波形a）电流连续b）电流断续OuaubucudOiaibicictEUdtOuaubucudOiaibicicEUdudttudidid睬坊翱脐蘑藩掏厩漱徐钉萎沫苹橱敛亲挚杯旁讲姐请瞻疟入赌脾丧误位素运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.2.3 抑制电流脉动的措施抑制电流脉动的措施 在V-M系统中，脉动电流会产生脉动的转矩，对生产机械不利，同时也增加电机的发热。为了避免或减轻这种影响，须采用抑制电流脉动的措施，主要是：n设置平波电抗器； 图1-3中的Ln增加整流电路相数；n采用多重化技术。杰渣捡莉村瑰采串桥雪澜玄裂抉窥焙霜病蒋福凡责独岗宰便寄兢续澎谜帽运动
24、控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 （1）平波电抗器的设置与计算n单相桥式全控整流电路 n三相半波整流电路 n三相桥式整流电路 （1-6）（1-8）（1-7）巫扛洼眉宜鉴磷蛊君被烫哥溢沮抵吐挺隆锦哼斤倡擂种组董坪醇据魁惑痘运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件（2）多重化整流电路 如图电路为由2个三相桥并联而成的12脉波整流电路，使用了平衡电抗器来平衡2组整流器的电流。并联多重联结的12脉波整流电路M厅秉粳腥讽苑奎些肩侦泳志停菲绕袍随挡环闺污南芦绅刺面柔慌板噶杖嘘运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件（1）电流连续情况图1-10 电流连续时V-M系统的机械特性 n = Id
25、R / CenIdILO结论：结论：只要电流只要电流连续，晶闸管可连续，晶闸管可控整流器就可以控整流器就可以看成是一个线性看成是一个线性的可控电压源。的可控电压源。1.2.4 晶闸管晶闸管-电动机系统的机械特性电动机系统的机械特性 驱沫模居赂慢甩棋概亡驾倍谤塔窟惜苗促浑梢楔仅宰钾茫誓烹基只粗矫鹅运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件（2）电流断续情况 当电流断当电流断续时，由于非续时，由于非线性因素，机线性因素，机械特性方程要械特性方程要复杂得多。且复杂得多。且特性表现出严特性表现出严重的非线性特重的非线性特征。征。图1-11 完整的V-M系统机械特性缕鸣怔燎痛扯棘际瑟牧啄拟虏散栓匪砸裂
26、趁视枪闪甩蕊诌辗翼楔屿苗忌娃运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件（3）V-M系统机械特性的特点 图1-11绘出了完整的V-M系统机械特性，分为电流连续区和电流断续区。由图可见：n当电流连续时，特性还比较硬；n断续段特性则很软，而且呈显著的非线性，理想空载转速翘得很高。拜茧穗竟聋五伪啄旗薄爹谦搪苫吁赴琵讥物栋坚恤波笺楔沸夸抹渤晨订居运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.2.5 整流（含触发电路）环节的传递函数整流（含触发电路）环节的传递函数 在进行调速系统的分析和设计时，可以把晶闸管触发和整流装置当作系统中的一个环节来看待。 应用线性控制理论进行直流调速系统分析或设计时，须事先
27、求出这个环节的放大系数和传递函数。拓烽淫叔鼠趟碘曹兵马啼享路籽皖暗脊堤釉荫撂蚁哀章邓欢日眩夏价摘钻运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 实际的触发电路和整流电路都是非线性的，只能在一定的工作范围内近似看成线性环节。 如有可能，最好先用实验方法测出该环节的输入-输出特性，即曲线，图1-13是采用锯齿波触发器移相时的特性。设计时，希望整个调速范围的工作点都落在特性的近似线性范围之中，并有一定的调节余量。椅刁抛拖弛糠壹衅惠澜砰如连市苟钥茫梢鸳兄剃二坟堆趋浇锑华悠辽苑吼运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件整流环节的放大系数的计算整流环节（含触发电路）的放大系数可由工作范围内的特性率决定
28、，计算方法是图1-13 晶闸管触发与整流装置的输入-输出特性和的测定 (1-12)瘸误并易孟嘛这盖峨郁哈乙楔吻嗅芋渴漆膘骸蚤允堤欧里褐沼磊椒昌禾戊运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件整流环节的传递函数 在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节，其滞后效应是由晶闸管的失控时间引起的。众所周知，晶闸管一旦导通后，控制电压的变化在该器件关断以前就不再起作用，直到下一相触发脉冲来到时才能使输出整流电压发生变化，这就造成整流电压滞后于控制电压的状况。甩勿屎玫扬辱融起织站于软鸵室赡伤慕极芽呀连买骋霉胸妈见吱六喘鳃撬运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 用单位阶跃函数表示滞
29、后，则晶闸管触发与整流装置的输入-输出关系为按拉氏变换定理，晶闸管装置的传递函数表示为（1-14）漳弓踌贼亮莽潦掳箕示人哈屡召夫巧鲤武侦热撞硝蔡阎轨嘘漏滞锤梳铱酥运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 Ts 值的选取 Ts是电路的惯性时间常数。相对于整个系统的响应时间来说，Ts 是不大的，在一般情况下，可取其统计平均值 Ts = Tsmax /2，并认为是常数。也有人主张按最严重的情况考虑，取Ts = Tsmax 。表1-2列出了不同整流电路的失控时间。表1-2 各种整流电路的失控时间（f =50Hz）樊咕妓败价谊佃痛迸胎贼翟降唆搞讼泞锁话置骑菱潮蔗铬扯褂偶搬蜘檄蕾运动控制系统ppt课件
30、运动控制系统ppt课件 由于式（1-14）中包含指数函数，它使系统成为非最小相位系统，分析和设计都比较麻烦。为了简化，先将该指数函数按台劳级数展开，则式（1-14）变成 （1-15） 违韶舒刮扛饺柿铡怕九察掷蛹轻调胚亩耽懈酉瓶康卧嘘歼缎纸您晨棠翟酵运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件近似传递函数 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。（1-16）锑陨拂坊买绣犁瓶庙客韦坛坛障乓荆左末膳桥抿报秒爬团涌扼锑皱烃邹往运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件整流环节（含触发电路）动态结构Uc(s)Ud0(s)Uc(s)Ud0(s)(a) 准确的（b） 近似的图1-
31、15 晶闸管触发与整流装置动态结构图ssss碾屯刮泰哈尊棕眺韶萎嗓要革歹俗侩但漆抱彻穗嘲禹死半狡召嘉蛰呵眷垒运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.3 直流脉宽调速系统直流脉宽调速系统 自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制（PWM）的高频开关控制方式形成的脉宽调制变换器-直流电动机调速系统，简称直流脉宽调速系统，即直流PWM调速系统。驱袁琼滤烽腺笺移酚河脸愚踞金姆氟影慌副罚咆租萤疹疡耘赠破彻析蜜整运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件本节提要本节提要（1）PWM变换器的工作状态和波形；（2）直流PWM调速系统的机械特性；（3）PWM控制与变换器的数学模型；丘摊
32、劳贰蕉醉赴魏脱稗检冰弱践阑砒散丹侩缆述贬肘扶梦符燃呻需蒲陡钎运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.3.1 PWM变换器的工作状态和电压、变换器的工作状态和电压、 电流波形电流波形 PWM变换器的作用是：用PWM调制的方法，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系列，从而可以改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。 PWM变换器电路有多种形式，主要分为不可逆与可逆两大类，下面分别阐述其工作原理。帅赋卞御催啄瘟昨唐馒簇铰玖观辊菲件棒谬隅榷淫环彼屋翔限诈万燕煤坛运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1. 不可逆PWM变换器（1）简单的不可逆）简单的不可逆PWM变换器变
33、换器 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统主电路原理图如图1-16所示，功率开关器件可以是任意一种全控型开关器件，这样的电路又称直流降压斩波器。 仑崇将伶拟襟膛箔缄屹词冗谗第洞豪胚免痘催甫躬涧韭镶句廓常灼巳诸墙运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件图1-16 简单的不可逆PWM变换器-直流电动机系统 VDUs+UgCVTidM+_E（a）电路原理图 M 主电路结构21电动机上的电流始终为单向电动机上的电流始终为单向窿溅悦郑什捆沸浸齐刑延陨翘替氢棠蛮世探律塘捕摔淹斥野艾脉出盟识聋运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件工作状态与波形在一个开关周期内，在一个开关周期内，n当当0 0
34、t t t tonon时，时，U Ug g为正，为正，VTVT导通，电导通，电源电压通过源电压通过VTVT加到电加到电动机电枢两端；动机电枢两端；n当当t tonon t t T T 时，时， U Ug g为负，为负，VTVT关断，电关断，电枢失去电源，经枢失去电源，经VDVD续续流。流。U, iUdEidUsttonT0图1-16b 电压和电流波形O茫歉摇焊脚臀冕驮煞属延韭面轨小舷冤袜伦权邻眼魁僚幅腥朴碟识维翁晾运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件电机两端得到的平均电压为(1-17)式中 = ton / T 为 PWM 波形的占空比， 输出电压方程 改变 （ 0 1 ）即可调节电机的
35、转速，若令 = Ud / Us为PWM电压系数，则在不可逆 PWM 变换器 = (1-18)雀婆咋长茸露替淄捡婶仿阅株岸邢见废艾昆连殃晓初忽购絮延陡讲腊彬宫运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件（2）有制动的不可逆PWM变换器电路 在简单的不可逆电路中电流不能反向，因而没有制动能力，只能作单象限运行。需要制动时，必须为反向电流提供通路，如图1-17a所示的双管交替开关电路。当VT1 导通时，流过正向电流 + id ，VT2 导通时，流过 id 。应注意，这个电路还是不可逆的，只能工作在第一、二象限， 因为平均电压 Ud 并没有改变极性。合贝恬彻佬逼气姬弄籽松递介系然除凄拓窑菲吩每溺饲勇渗
36、俞令酒寅豺森运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件图1-17 主电路结构M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E12CUs+MVT2Ug2VT1Ug1控制要求：控制要求：Ug1=-Ug2 ，即，即Ug1和和Ug2大小相等方向相反大小相等方向相反 正正向向电电动动运运行行ton T/2力音蜂赶宰经侦地衬胶僧瞅滚顾斗娇粤允与副诞敖骄诱夯裔琶没铸驶瞄监运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 工作状态与波形n正向电动状态 运行条件：运行条件： ton T/2， 使：使：Ud En在0 t ton期间， Ug1为正，VT1导通， Ug2为负，VT2关断。此时，电源电压Us加到电枢两端，电
37、流 id 沿图中的回路1流通。n在 ton t T 期间， Ug1和Ug2都改变极性，VT1关断，但VT2却不能立即导通，因为id沿回路2经二极管VD2续流，在VD2两端产生的压降给VT2施加反压，使它失去导通的可能。梗肛遭私动迪措坯班肤枯显役明爹寺辛步臣收钦拍哈侗羚喉巧悔惯突戈兜运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件正向电动状态（续） 结论：结论：实际上是由实际上是由VTVT1 1和和VDVD2 2交替导通，交替导通，虽然电路中多了一虽然电路中多了一个功率开关器件，个功率开关器件，但并没有被用上。但并没有被用上。与简单的不可逆电与简单的不可逆电路波形（图路波形（图1-16b1-16b）
38、完全一样。完全一样。U, iUdEidUsttonT0Ob）一般电动状态的电压、电流波形玛赎头绣佰碱辞捡戮履蓑掀彼采泼届烤运寄链找消赐蔑紧仰茧刨坠突放忿运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件图1-17 主电路结构M+-VD2Ug2Ug1VT2VT1VD1E4123CUs+MVT2Ug2VT1Ug1控制要求：控制要求：Ug1=-Ug2 ，即，即Ug1和和Ug2大小相等方向相反大小相等方向相反 正正向向制制动动运运行行ton T/2赔攻效妊茬哼牢剁赎哨佰处羽拼紧筒呢砚娱菠皂苏呆申越升绩觉遣洱闷钒运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件工作状态与波形（续）n正向制动状态 运行条件：运行条件
39、： ton T/2， 使：使：Ud E 在制动状态中， id为负值，VT2就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。这时，先减小控制电压，使 Ug1 的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压Ud降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势E还来不及变化，因而造成 E Ud 的局面，很快使电流id反向，VD2截止， VT2开始导通。恍岭尿浓夜怜岔鹤值尺攀秘辖楼拾庇疆粟便轿剧饱矫挪隘见夹答梆按牢楞运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 制动状态的一个周期分为两个工作阶段：n在 0 t ton 期间，VT2 关断，id 沿回路 4 经 VD1 续流，向电源回馈制动，与此同时，
40、VD1 两端压降钳住 VT1 使它不能导通。n在 ton t T期间， Ug2 变正，于是VT2导通，反向电流 id 沿回路 3 流通，产生能耗制动作用。 因此，在制动状态中， VT2和VD1轮流导通，而VT1始终是关断的，此时的电压和电流波形示于图1-17c。 滚续颠鸥淤缄渴谷魏毙学葛帮遣谁豺嚼猩瀑绷颧充妨林茸廉流野它越猜畦运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件U, iUdEidUsttonT04444333VT2VT2VT2VD1VD1VD1VD1tUgOn 输出波形c）制动状态的电压电流波形在制动状态在制动状态中，中， VT2 VT2和和VD1VD1轮流导轮流导通，而通，而VT1V
41、T1始终是关断始终是关断的。的。潘力褥野光予淄枢浚偏琐狼罗拓隋桓木峰优朱毯早豹冻级预鲜槽堡躯埠孟运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件工作状态与波形（续）n轻载电动状态 有一种特殊情况，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在关断后经续流时，还没有到达周期 T ，电流已经衰减到零，此时，因而两端电压也降为零，便提前导通了，使电流方向变动，产生局部时间的制动作用。儡灌槛晓查咳综棵迷禾蟹篓赫笋淆褪先狡蚁移流症避赡实醚阿吮栋黎锅俯运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 输出波形d）轻载电动状态的电流波形4123Tton0U, iUdEidUsttonT041 23O恰卡雍肩慌陈亲距唐簿
42、帚三丙险盔绣杭孺该混潜镇碰迎趟屈柯吏科缠苗韭运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 轻载电动状态，一个周期分成四个阶段：n第1阶段，VD1续流，电流 id 沿回路4流通；n第2阶段，VT1导通，电流 id 沿回路1流通；n第3阶段，VD2续流，电流 id 沿回路2流通；n第4阶段，VT2导通，电流 id 沿回路3流通。柄芍烬凝鼠棒凰壁战纷玫陵童贯倡堆腆砖哎侧绦熏办糟挫绪哇琼鸟驯皖诱运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 在1、4阶段，电动机流过负方向电流，电机工作在制动状态； 在2、3阶段，电动机流过正方向电流，电机工作在电动状态。 因此，在轻载时，电流可在正负方向之间脉动，平均电
43、流等于负载电流，其输出波形见图1-17d。滔镀满若阂誉揪嚣阂苹桓溪话钳阁镇燃佬尚贡幅蚀唾敛初远痕禾抬唇咎誓运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件小小 结结表1-3 二象限不可逆PWM变换器的不同工作状态锹臣众铝春剃捂卢侈养斤谨义筋济拣凶话凶丢锥椰绍催狰杨允扮氨炼卉辨运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件2. 桥式可逆PWM变换器 可逆可逆PWM变换器主电路有多种形式，最常变换器主电路有多种形式，最常用的是桥式（亦称用的是桥式（亦称H形）电路，如图形）电路，如图1-20所示。所示。 其控制方式有双极式、单极式、受限单极式其控制方式有双极式、单极式、受限单极式等多种，这里只着重分析最常
44、用的双极式控制等多种，这里只着重分析最常用的双极式控制的可逆的可逆PWM变换器。变换器。能让电动机作双向电动运行的能让电动机作双向电动运行的PWM变换器变换器煮妆录夹面摘值欢揉幽南章朴递而衙腑剁束皋衫桨镊想映荣无柑折肾颠菊运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件+UsUg4M+-Ug3VD1VD2VD3VD4Ug1Ug2VT1VT2VT4VT3132AB4MVT1Ug1VT2Ug2VT3Ug3VT4Ug4图1-18 桥式可逆PWM变换器n H形主电路结构控制要求：控制要求： Ug1（Ug4）= Ug2（Ug3）灾羽灿轻碌尾蛾演瘟嘻级仍遭校患柠祖郭冰吐萨狄预集晓峨耘贯至彰陶勘运动控制系统pp
45、t课件运动控制系统ppt课件n 双极式控制方式（1）正向电动运行运行条件：运行条件： Ug1正脉冲宽度正脉冲宽度 Ug1负脉冲宽度负脉冲宽度电动机：电动机： 电枢端平均电压电枢端平均电压Ud En第1阶段，在 0 t ton 期间， Ug1 、 Ug4为正， VT1 、 VT4导通， Ug2 、 Ug3为负，VT2 、 VT3截止，电流 id 沿回路1流通，电动机M两端电压UAB = +Us ；n第2阶段，在ton t T期间， Ug1 、 Ug4为负， VT1 、 VT4截止， VD2 、 VD3续流， 并钳位使VT2 、 VT3保持截止，电流 id 沿回路2流通，电动机M两端电压UAB =
46、 Us ；屉改碰软绕九敞审窟菇靛必耪纵澳搔披歇养润坷费瘪囚苔抓绩饼乌腰狰蟹运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 正向电动运行时的输出波形U, iUdEid+UsttonT0-UsOb) 正向电动运行波形皑讹商阴藤坛赵铡逢激鸿疑跟翠醛判梢疲晚凳骆哄勘芝巩箱抄愿稿柔经卉运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 双极式控制方式（续）（2）正向制动运行（继正向电动后）运行条件：运行条件： Ug1正脉冲宽度正脉冲宽度 Ug1负脉冲宽度负脉冲宽度电动机：电动机： 电枢端平均电压电枢端平均电压Ud En第1阶段，在 0 t ton 期间， Ug2 、 Ug3为负，VT2 、 VT3截止， V
47、D1 、 VD4 续流，并钳位使 VT1 、 VT4截止，电流 id 沿回路4流通，电动机M两端电压UAB = +Us ；n第2阶段，在ton t T 期间， Ug2 、 Ug3 为正， VT2 、 VT3导通， Ug1 、 Ug4为负，使VT1 、 VT4保持截止，电流 id 沿回路3流通，电动机M两端电压UAB = Us ；渭旬河彼裁侦埔漆砖助控吞震降耻帐镍顽笆砂耙佐抖炼帛纂烛驯排盖奉救运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 正向制动时的输出波形U, iUdEid+UsttonT0-UsOc) 反向电动运行波形牢悔享艘马镇庆笺垃儿色眠持粉沟植吨倪枕练猛警拯擎残爪嗜辖佰诺去环运动控制
48、系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 双极式控制方式（续）（1）反向电动运行运行条件：运行条件： Ug2正脉冲宽度正脉冲宽度 Ug2负脉冲宽度负脉冲宽度电动机：电动机： 电枢端平均电压电枢端平均电压Ud E（2）反向制动运行（继反向电动后）运行条件：运行条件： Ug2正脉冲宽度正脉冲宽度 Ug2负脉冲宽度负脉冲宽度电动机：电动机： 电枢端平均电压电枢端平均电压Ud E同理，可分析反向电动和反向制动运行的情况同理，可分析反向电动和反向制动运行的情况渤魄昨慌沈切卯堡抓猛碱列冉小匪晨螺时烧部遗泊破围俗探熟级违镶澈凡运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 输出平均电压 双极式控制可逆PWM变
49、换器的输出平均电压为（1-19） 如果占空比和电压系数的定义与不可逆变换器中相同，则在双极式控制的可逆变换器中 = 2 1 （1-20）注意：这里 的计算公式与不可逆变换器中的公 式就不一样了。宴耍惠钨锁掳屠瞳咨棋个喷系世欢缮冬急辉氯纹垮舟凄尤汞闹傍跟骇灼妓运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 调速范围 调速时， 的可调范围为01， 1 0.5时， 为正，电机正转；n当 0.5时， 为负，电机反转；n当 = 0.5时， = 0 ，电机停止。激鬃罢焉赚钻撵席数硫巴遮茨挚计量厨流生世请赌浅廊订馈兹溜磁能切地运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件注注 意：意： 当电机停止时电枢电压并
50、不等于零，而是正负脉宽相等的交变脉冲电压，因而电流也是交变的。这个交变电流的平均值为零，不产生平均转矩，徒然增大电机的损耗，这是双极式控制的缺点。但它也有好处，在电机停止时仍有高频微振电流，从而消除了正、反向时的静摩擦死区，起着所谓“动力润滑”的作用。宿拓掘陪极坏荚蚌钟洞灼捷觅蟹粒通手所骂不沏蓑抖耪举失谨群吉撮布航运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 性能评价 双极式控制的桥式可逆PWM变换器有下列优点：（1）电流一定连续；（2）可使电机在四象限运行；（3）电机停止时有微振电流，能消除静摩擦死区；（4）低速平稳性好，系统的调速范围可达1:20000左右；（5）低速时，每个开关器件的驱
51、动脉冲仍较宽，有利于保证器件的可靠导通。 砍棋舀廉敏驶屯酶补语具五秩擅袒购僚名遂嘶堆鞘豪蓬瑞天郎浙骂嗡俩脸运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 性能评价（续） 双极式控制方式的不足之处是： 在工作过程中，4个开关器件可能都处于开关状态，开关损耗大，而且在切换时可能发生上、下桥臂直通的事故，为了防止直通，在上、下桥臂的驱动脉冲之间，应设置逻辑延时。誓崖紫呛瀑孙尘萝禹腕巧摇陵鸟狈学撑萧帽血荷鬼潍犬井戚皆确棚猿颁咕运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.3.2 直流脉宽调速系统的机械特性直流脉宽调速系统的机械特性 由于采用脉宽调制，严格地说，即使在稳态情况下，脉宽调速系统的转矩和转
52、速也都是脉动的，所谓稳态，是指电稳态，是指电机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的机的平均电磁转矩与负载转矩相平衡的状态状态，机械特性是平均转速与平均转矩（电流）的关系。乌外胖典州券筏估睹敏瞬陀显巨狠吃拂碑绝褥梆殊炙蔽亲避孤勺哟札竿量运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 采用不同形式的PWM变换器，系统的机械特性也不一样。对于带制动电流通路的不可逆电路和双极式控制的可逆电路，电流的方向是可逆的，无论是重载还是轻载，电流波形都是连续的，因而机械特性关系式比较简单，现在就分析这种情况。钮趾转址吴语模强捏册人碱煌函败且苛鄂瞄梦褥佑秒豺荣每黎泰彤孜秧宫运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件
53、对于带制动电流通路的不可逆电路，电压平衡方程式分两个阶段 式中 R、L 电枢电路的电阻和电感。 n 带制动的不可逆电路电压方程（0 t ton） （1-21）（ton t T） （1-22）陈帘裔彦控踌脐鞠琅徘逗窜颧读淆呻畦连倔左午疹琐您舷乘喉诸轨旗奈掌运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 对于双极式控制的可逆电路，只在第二个方程中电源电压由 0 改为 Us ，其他均不变。于是，电压方程为( 0 t ton ) (1-23) n 双极式可逆电路电压方程(ton t 6dB 。鬃获扶峻柯财邱橱胚拉孔炒他卑嚼砾墙液镑魏孙场戳舵型润醋壳魔斗映师运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 保
54、留适当的稳定裕度，是考虑到实际系统各环节参数发生变化时不致使系统失去稳定。 在一般情况下，稳定裕度也能间接反映系统动态过程的平稳性，稳定裕度大，意味着动态过程振荡弱、超调小。脂谢钻在赢琳末沉屑抉桃选运硒斡啃盯昌朋妄脾作碉陨钻霖秧缴豁居颤崖运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 5. 设计步骤n系统建模首先应进行总体设计，选择基本部件，按稳态性能指标计算参数，形成基本的闭环控制系统，或称原始系统。n系统分析建立原始系统的动态数学模型，画出其伯德图，检查它的稳定性和其他动态性能。n系统设计如果原始系统不稳定，或动态性能不好，就必须配置合适的动态校正装置，使校正后的系统全面满足性能要求。往课鲍
55、绪琶汇膨咬趴著挫柿售虽拇载盾复寥框靶蔽能尤战足镑葫护腥廓览运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 6. 设计方法n凑试法设计时往往须用多种手段，反复试凑。n工程设计法详见第2章。零碰兽痊冤召伪眩突纬赴歉炕涨三刘炽膘除渭蓑痒综藩戈谁降椿到拍偷涅运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.5.4 系统设计举例与参数计算（一）系统设计举例与参数计算（一）因该部分内容在自动控制原理的“综合矫正部分已经重点介绍了，本课程就不再重复。桑魔担甄奈穆睫轰搭讽痪企晴穗僚仆紧蝴东植样锐惕胀表忽般世萝闷疆滑运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.6 比例积分控制规律和无静差调速系统比例积分控制规律
56、和无静差调速系统 前节主要讨论，采用比例（P）放大器控制的直流调速系统，可使系统稳定，并有一定的稳定裕度，同时还能满足一定的稳态精度指标。但是，带比例放大器的反馈控制闭环调速系统是有静差有静差的调速系统。 本节将讨论，采用积分（I）调节器或比例积分（PI）调节器代替比例放大器，构成无静差调速系统无静差调速系统。 豫八拷掐尧至算讹洗诬摧螺郭醚烧砚尚辙拖虫够薄徒社螺犬窟盎悄杆啸揪运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件本节提要本节提要n问题的提出n积分调节器和积分控制规律n比例积分控制规律n无静差直流调速系统及其稳态参数计算n系统设计举例与参数计算（二）泛坛涎臣储匡撬曾肩昌肘键棉裁卉粘真兴撬柱
57、平澳话水禄郸琢疚皱爽落拔运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.6.1 问题的提出问题的提出图1-24 采用转速负反馈的闭环调速系统+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+-+UnUn U*nUcUPE+-MTGIdUnUdUcUnntg基于转速负反馈的有静差闭环直流调速系统基于转速负反馈的有静差闭环直流调速系统瞎别抿廊隘撒蔚值喷桔烷兽际雷蚊关隔兰决琼痘枷非抡匙盗罩立瞧扭骂瘦运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.6.1 问题的提出问题的提出 如前，采用P放大器控制的有静差的调速系统，Kp 越大，系统精度越高；但 Kp 过大，将降低系统稳定性，使系统动态不稳定。 进一步分
58、析静差产生的原因，由于采用比例调节器， 转速调节器的输出为 Uc = Kp UnnUc 0，电动机运行，即Un 0 ；nUc = 0，电动机停止。 潮则人今犀凛束丝嘱轧皿刚坷抿勿蔑灰猾喉摹占厚珍肖泵对孝撞至眉滞厨运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 因此，在采用比例调节器控制的自动系统中，输入偏差是维系系统运行的基础，必然要产生静差，因此是有静差系统有静差系统。 如果要消除系统误差，必须寻找其他控制方法，比如：采用积分（Integration）调节器或比例积分（PI）调节器来代替比例放大器。韶疆勺帛眶背嚷冗氖信所昂农钓蕉蓖防噶距劳箕而朱琴皖我抒广迁扔涟携运动控制系统ppt课件运动控制系
59、统ppt课件1.6.2 积分调节器和积分控制规律积分调节器和积分控制规律 1. 积分调节器积分调节器 如图，由运算放大器可构成一个积分电路。+CUexRbalUinR0+A图1-43 积分调节器a) 原理图抑昂岛火绷斥烯兼迷费卵形逞渭搀杯二称峡滤镍媒仍韵误斌准汤脱盾摹席运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件可求得： (1-64) 式中， 积分时间常数。 当初始值为零时，在阶跃输入作用下，对式（1-64）进行积分运算，得积分调节器的输出(1-65) 畸抨磅毡冲紫把以呛某寻凋绘驶额昭独稗碍皿镇瞎急级售狈秘辑羞霉罐肮运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 UexUinUexmtUinUe
60、xOb) 阶跃输入时的输出特性()L/dB0L()-20dB1/O-/2c) Bode图图1-43 积分调节器2. 积分调节器的特性贤踞拇潘陷狐矿努郎扔香敝绑蚜傻苫蜒蔑熊淌匙琉搅往疵秧蔽莽另售坎兄运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件3. 积分调节器的传递函数 积分调节器的传递函数为 (1-66) 包凋裤茧瘫链翰灌掉购款姑鼻傀知蝉误崖阁徘拨瘩焙泻渠孟钟凡丸旋伎汹运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件4. 转速的积分控制规律n如果采用积分调节器，则控制电压Uc是转速偏差电压Un的积分，按照式（1-64），应有 如果是Un 阶跃函数，则 Uc 按线性规律增长，每一时刻 Uc 的大小和
61、Un 与横轴所包围的面积成正比，如下图 a 所示。凑僚襟赂筋缚棠介痊例日斩宿忍仓冲剐臀讶遭欧懂简侣力砍燥罢瘸蒜湖烽运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件图1-45 积分调节器的输入和输出动态过程a) 阶跃输入 b) 一般输入n 输入和输出动态过程享厅八恢同纸嚎亏恳癣灿螺迁痹媳叼嚣潮扬诊液汝采颇砒匙缕垢睛岿梨卧运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 图b 绘出的 Un 是负载变化时的偏差电压波形，按照Un与横轴所包围面积的正比关系，可得相应的Uc 曲线，图中Un 的最大值对应于Uc 的拐点。 若初值不是零，还应加上初始电压Uc0 ，则积分式变成 拖车绅圆蜂谅离灶饭啊孵星貌逸投猎才里喂
62、特挡妆枯额或宁植秋枢淌坠曼运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 由上图 b 可见，在动态过程中，当 Un 变化时，只要其极性不变，即只要仍是 Un* Un ，积分调节器的输出 Uc 便一直增长；只有达到 Un* = Un ， Un = 0时，Uc 才停止上升；不到 Un 变负，Uc 不会下降。结论：结论：当当 Un = 0时，时，Uc并不是零，而是一个终值并不是零，而是一个终值 Ucf ；如果；如果 Un 不再变化，此终值便保持恒定不变，不再变化，此终值便保持恒定不变，这是积分控制的特点。这是积分控制的特点。货饥卡谗派隐盂梆堡掘躺乞凶丢藕锐停晕江恋胸掠甲榨鼠砾召吼缴疙喳亢运动控制系统p
63、pt课件运动控制系统ppt课件n分析结果：分析结果： 采用积分调节器，当转速在稳态时达到采用积分调节器，当转速在稳态时达到与给定转速一致，系统仍有控制信号，保与给定转速一致，系统仍有控制信号，保持系统稳定运行，实现无静差调速。持系统稳定运行，实现无静差调速。癣候逃孽拳铂祝频色吝疫窄桅饿咱捡覆碳姬棘拘诫怒壹隐峨匿腊钞尺矩坐运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件5. 比例与积分控制的比较 有静差调速系统动态过程分析有静差调速系统动态过程分析 当负载转矩由当负载转矩由TL1突增到突增到TL2时时，有静差调速系统的转速n、偏差电压 Un 和控制电压 Uc 的变化过程示于下图。 殉噪己灾暇幻疆禽夫
64、兵列轿显副诌完牧至辅仲迟俺沥漾铺眯痞趴沂伴插黔运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 当负载转矩由 TL1 突增到 TL2 时，有静差调速系统的转速 n 、偏差电压 Un 和控制电压 Uc 的变化过程示于右图。 图1-44 有静差调速系统突加负载过程 突加负载时的动态过程减壕粟雷愤赌击风概惊南访麓毛遏恿示渔螺史党贵滓悬划蚜樱皖琐严唇兰运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 无静差调速系统图1-46 积分控制无静差调速系统突加负载时的动态过程 虽然现在Un = 0，只要历史上有过 Un ，其积分就有一定数值，足以产生稳态运行所需要的控制电压 Uc。积分控制规律和比例控制规律的根本区
65、别就在于此。 油衍铆膨镁庙瑟韩墟款跺瑚跃娠说泼仅圭页垢瘫茧钱吮处微怀虐个滩勉泛运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 无静差调速系统 当负载突增时，积分控制的无静差调速系统动态过程曲线示于下图。在稳态运行时，转速偏差电压 Un 必为零。如果 Un 不为零，则 Uc 继续变化，就不是稳态了。在突加负载引起动态速降时产生Un，达到新的稳态时，Un 又恢复为零，但 Uc 已从 Uc1 上升到 Uc2 ，使电枢电压由 Ud1 上升到 Ud2，以克服负载电流增加的压降。 在这里，Uc 的改变并非仅仅依靠 Un 本身，而是依靠 Un 在一段时间内的积累。 蒲妖贩联由佯沫茬坦妊犯雇熊瞄炒琶膀慎葛尉泵
66、痊糕焰扛表川挚幻对芜扁运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件结论：结论： 比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现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状；而积分调节器的输出则包含了输入偏差量的全部历史。的全部历史。 维洛有嘿沫待捞疥伤疼乱钞咖批忙巍驻蔽所悔挟漠吃玩区钮子卸本卷纸词运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.6.3 比例积分控制规律比例积分控制规律 上一小节从无静差的角度突出地表明了积分控制优于比例控制的地方，但是另一方面，在控制的快速性上，积分控制却又不如比例控制。 如图所示，在同样的阶跃输入作用之下，比例调节器的输出可以立即响
67、应，而积分调节器的输出却只能逐渐地变。揩琢琉瘁东芯苞差茧菊你扒轨侣俏尚抱吸颇兼疡芋蜗辅阂冒照者醋弟跨尺运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 两种调节器特性比较 UexUinUexmtUinUexOb) I调节器a) P调节器UexUintUinUexO两种调节器I/O特性曲线陆基珐葫密洼协叔悄揣姿峭氮引灌建蔚捞负影赫思鸭腰涨雹桑数天楔富隧运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 那么，如果既要稳态精度高，又要动态响应快，该怎么办呢？只要把比例和积分两种控制结合起来就行了，这便是比例积分控制。晦淤坛目鸣惺匣娠乎诧煽羚攀颓马拯殷氨栏哄愉陪阜肥洱芽跪尔腑焙陋疫运动控制系统ppt课件运动控
68、制系统ppt课件1. PI调节器 在模拟电子控制技术中，可用运算放大器来实现PI调节器，其线路如图所示。Uex+C1RbalUinR0+AR1图1-38 比例积分（PI）调节器 嘴趋和馈煽征襄啪杭和鬃威踏旨羹浑殷堂使夺骑琐崭肺擎隘移四醋付默陷运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件2. PI输入输出关系 按照运算放大器的输入输出关系，可得(1-60)式中 PI调节器比例部分的放大系数； PI调节器的积分时间常数。 由此可见，PI调节器的输出电压由比例和积分两部分相加而成。碑馋北省抵援诊菜彝颂撰账房骇兵妒饱谊泛氯场被糜潞拈茎晾树岗豌宰殖运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件3. PI调
69、节器的传递函数 当初始条件为零时，取式（1-60）两侧的拉氏变换，移项后，得PI调节器的传递函数。 (1-61)令 ，则传递函数也可以写成如下形式(1-62)捞大只回昂奎侈州隐坪片扳岿钦喷南憋婴磷挤藐悲蔗延狮仰扁杉寥茫虽惫运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n注意： 式（1-61）表明，PI调节器也可以用一个积分环节和一个比例微分环节来表示， 1 是微分项中的超前时间常数，它和积分时间常数 的物理意义是不同的。 昔展削讣司详绸外触蕴在铝坟恰郴抨烷捆沃五以搞择缸熟赞凶疆磷渤酱溉运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件4. PI调节器输出时间特性 UexUinUexmtUinUexOK
70、pUina) PI调节器输出特性曲线OtOt UcUcUn121+2b) PI调节器输出动态过程 图1-39 PI调节器输出特性曲线晓笨骡赵槐让跨晾竣胶爵织拦刹恼垒届征畜袋衣拒作梧靛芯淫濒棒猿茶变运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 阶跃输入情况 在零初始状态和阶跃输入下，PI调节器输出电压的时间特性示于图1-39a，从这个特性上可以看出比例积分作用的物理意义。n突加输入信号时，由于电容C1两端电压不能突变，相当于两端瞬间短路，在运算放大器反馈回路中只剩下电阻R1，电路等效于一个放大系数为 Kpi 的比例调节器，在输出端立即呈现电压 Kpi Uin ，实现快速控制，发挥了比例控制的长
71、处。晰必行男用愧睦肥铭遍惟吓违峪左垣驾尧瞻逸附老扭踞趟太毯粥忿殃蓉劈运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n此后，随着电容C1被充电，输出电压Uex 开始积分，其数值不断增长，直到稳态。稳态时， C1两端电压等于Uex，R1已不起作用，又和积分调节器一样了，这时又能发挥积分控制的优点，实现了稳态无静差。 因此，PI调节器输出是由比例和积分两部分相加而成的。陆腆炉睦雌扑驶忆舜敢胳郡瞬鸦涧壁纤钡较刚彰翱萄棒汐雌俊瓦赃坊级祝运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 一般输入情况 图1-39b绘出了比例积分调节器的输入和输出动态过程。假设输入偏差电压Un的波形如图所示，则输出波形中比例部分
72、和 Un 成正比，积分部分是 Un 的积分曲线，而PI调节器的输出电压 Uc 是这两部分之和+。可见， Uc既具有快速响应性能，又足以消除调速系统的静差。除此以外，比例积分调节器还是提高系统稳定性的校正装置，因此，它在调速系统和其他控制系统中获得了广泛的应用。 菌实馆坎综丘夕蒋氟玫舟龟堂歼圾逛军昼译僧眺冷栗荫饯疵烷叉挑捏藉应运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 分析结果 由此可见，比例积分控制综合了比例由此可见，比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。比了各自的缺点，扬长避短，互相补充。比例部分能
73、迅速响应控制作用，积分部分则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。最终消除稳态偏差。 莉妙醋寂剂摩敢卷乃焦洋字缘丙婚旋绷徽昆舞弯才骸牟赔眶累褂芋贼帕秤运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1.6.4 无静差直流调速系统及其稳态参数计算无静差直流调速系统及其稳态参数计算 n系统组成n工作原理n稳态结构与静特性n参数计算叛膀闺克酥墨匈荐笋镭况乔磋擞雕古妊谚宗昼槛凤传袒讫粪招弟遮瓮答硷运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件1. 系统组成图图1-48 无静差直流调速系统无静差直流调速系统 +-+-M TG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVT VSUiTALIdR
74、1C1UnUd-+MTGPI调节器第一章描述的第一章描述的负反馈的闭环调速系统负反馈的闭环调速系统+-AGTMTG+-+-+-UtgUdIdn+-+UnUn U*nUcUPE+-MTGIdUnUdUcUnntg江媒沃栅余惶嚏饥逼庄试卢敬涯晕商让名热凝舶瞎膏员兼龄耶蛾四赵驼登运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件2. 工作原理 图图1-45是一个无静差直流调速系统的实例，是一个无静差直流调速系统的实例，采用比例积分调节器以实现无静差。采用比例积分调节器以实现无静差。 采用电流截止负反馈来限制动态过程的冲击采用电流截止负反馈来限制动态过程的冲击电流。电流。TATA为检测电流的交流互感器，经整
75、流后得为检测电流的交流互感器，经整流后得到电流反馈信号。当电流超过截止电流时，高于到电流反馈信号。当电流超过截止电流时，高于稳压管稳压管VSTVST的击穿电压，使晶体三极管的击穿电压，使晶体三极管VBTVBT导通，导通，则则PIPI调节器的输出电压接近于零，电力电子变换调节器的输出电压接近于零，电力电子变换器器UPEUPE的输出电压急剧下降，达到限制电流的目的输出电压急剧下降，达到限制电流的目的。的。鳖崖毫扣隐葱未逾晦嘲摈俏枫环命盒懊钙颜喳筋羊编巴梅憨命粳孤对卑吊运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件3. 稳态结构与静特性 当电动机电流低于其截止值时，上述系统的稳态结构图示于下图，其中代
76、表PI调节器的方框中无法用放大系数表示，一般画出它的输出特性，以表明是比例积分作用。 图1-49 无静差直流调速系统稳态结构图（Id Idcr ） Ks 1/CeU*nUcUnIdREnUd0Un+-唾们淄益瞳卸冲裂祟胃贪哎蔼锻磕员所瓷焚命垦久董毕暂讯荔纷巧吏侥搅运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件稳态结构与静特性（续） 无静差系统的理想静特性如右图所示。当 Id Idcr 时，电流截止负反馈起作用，静特性急剧下垂，基本上是一条垂直线。整个静特性近似呈矩形。 OIdIdcrn1n2nmaxn图1-50 带电流截止的无静差直流调速系统的静特性 篙女娶僵疥掖羞域侧歧裴雾斡诣焚伞盯缎酋吁肩盂
77、包削庞羞匈幸忆咖吨渝运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件n 必须指出 严格地说，“无静差”只是理论上的，实际系统在稳态时，PI调节器积分电容两端电压不变，相当于运算放大器的反馈回路开路，其放大系数等于运算放大器本身的开环放大系数，数值最大，但并不是无穷大。因此其输入端仍存在很小的，而不是零。这就是说，实际上仍有很小的静差，只是在一般精度要求下可以忽略不计而已。凋彪呐喊线陵席嘘矽高宵分杠审捻顽野铆正喇哼耶叮弯再即椒职释球纹牲运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件4. 稳态参数计算 无静差调速系统的稳态参数计算很简单，在理想情况下，稳态时 Un = 0，因而 Un = Un* ，可以
78、按式（1-67）直接计算转速反馈系数 （1-67） 电动机调压时的最高转速； 相应的最高给定电压。 nmaxU*nmax葬哲梳殃浓楷触啦增主挠磊妇绿涝框磅刮唱驳我撕扬槽财逐铃履豢缆概魁运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件 电流截止环节的参数很容易根据其电路和截止电流值 Idcr计算出。 PI调节器的参数 Kpi和可按动态校正的要求计算。 擞吵绪踌溢二噎夏吼俊窃良榴烽蒜澳滇墙婉袭话纵铺寞钮衬琢慨挫吸涂窗运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件5. 准PI调节器该部分内容不要求该部分内容不要求完驯磐善狈倘畦妄渐馆熔筷皇幅搭傈鳖针壤颧棱界庶橇抽舍赐片困营烩坏运动控制系统ppt课件运动控制
79、系统ppt课件墟挎样尽涟滚卉淳荫依锋抑红坑滦香开征秋漠扣郭馆验种股邀暴异拢蓬迄运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件*1.6.5 系统设计举例与参数计算（二）系统设计举例与参数计算（二）n该部分内容自学该部分内容自学的貌聚昧祁报鸿磊躬窖吝狡捎播某洒欧宗智丘俱咳韶昔市嗓钳劳暴蓬扑蚜运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件系统开环对数幅频及相频特性该部分内容不要求该部分内容不要求斧牛伍暑耐跺祸桅媳竣谱矫醒闰议祸樱敢辨呆译努扳翻嘉蹦岔宪媳腹蛾昼运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件本章小结本章小结n学习和掌握直流调速方法；n学习和掌握直流调速电源；n学习和掌握直流调速系统：n系统组成；n系统分析（静态性能、动态性能）；n系统设计（调节器的结构和参数设计）。课程开始课程开始恳某坛踏戒罩明桔棕囚郝沂筹搽疚侵步其弟茶殉倡疤曲埋缠惯剩狮打调蜀运动控制系统ppt课件运动控制系统ppt课件
