運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)章比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)

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1、1.6比例積分控制規(guī)律和無靜差調(diào)速系統(tǒng)前節(jié)主要討論，采用比例（P）放大器控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，可使系統(tǒng)穩(wěn)定，并有一定的穩(wěn)定裕度，同時(shí)還能滿足一定的穩(wěn)態(tài)精度指標(biāo)。但是，帶比例放大器的反饋控制閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是有靜差的調(diào)速系統(tǒng)。本節(jié)將討論，采用積分（I）調(diào)節(jié)器或比例積分（PI）調(diào)節(jié)器代替比例放大器，構(gòu)成無靜差調(diào)速系統(tǒng)。6/25/2021控制系統(tǒng)本節(jié)提要問題的提出積分調(diào)節(jié)器和積分控制規(guī)律比例積分控制規(guī)律無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算（二）6/25/2021控制系統(tǒng)2.6.4無靜差直流調(diào)速

2、系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算系統(tǒng)組成工作原理穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性參數(shù)計(jì)算6/25/2021控制系統(tǒng)1.系統(tǒng)組成TA為檢測(cè)電流的交流互感器，經(jīng)整流后得到電流反饋信號(hào)。圖1-48無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)++-+-MTG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVBTVSUiTALIdR1C1UnUd-+MTGUPE當(dāng)電流超過截止電流時(shí)，高于穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓，使晶體三極管VBT導(dǎo)通PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓接近于零電力電子變換器UPE的輸出電壓急劇下降Id急劇下降圖1-45是一個(gè)無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)例，采用比例積分調(diào)節(jié)器以

3、實(shí)現(xiàn)無靜差，采用電流截止負(fù)反饋來限制動(dòng)態(tài)過程的沖擊電流。6/25/2021控制系統(tǒng)3.穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與靜特性當(dāng)電動(dòng)機(jī)電流低于其截止值時(shí)，上述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖示于下圖，其中代表PI調(diào)節(jié)器的方框中無法用放大系數(shù)表示，一般畫出它的輸出特性，以表明是比例積分作用。圖1-49無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖（Id

4、平線。?當(dāng)Id>Idcr時(shí)，電流截止負(fù)反饋起作用，靜特性急劇下垂，基本上是一條垂直線。整個(gè)靜特性近似呈矩形。OIdIdcrn1n2nmaxn圖1-50帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性6/25/2021控制系統(tǒng)必須指出嚴(yán)格地說，“無靜差”只是理論上的，實(shí)際系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時(shí)，PI調(diào)節(jié)器積分電容兩端電壓不變，相當(dāng)于運(yùn)算放大器的反饋回路開路，其放大系數(shù)等于運(yùn)算放大器本身的開環(huán)放大系數(shù)，數(shù)值最大，但并不是無窮大。因此其輸入端仍存在很小的，而不是零。這就是說，實(shí)際上仍有很小的靜差，只是在一般精度要求下可以忽略不

5、計(jì)而已。6/25/2021控制系統(tǒng)4.穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算無靜差調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算很簡(jiǎn)單，在理想情況下，穩(wěn)態(tài)時(shí)?Un=0，因而Un=Un*，可以按式（1-67）直接計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)（1-67）—電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的最高轉(zhuǎn)速；—相應(yīng)的最高給定電壓。nmaxU*nmax電流截止環(huán)節(jié)的參數(shù)很容易根據(jù)其電路和截止電流值Idcr計(jì)算出。PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kpi和τ可按動(dòng)態(tài)校正的要求計(jì)算。6/25/2021控制系統(tǒng)++-UinR0RbalR1C1R’1AUex5.準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器在實(shí)際系統(tǒng)中，為了避免運(yùn)算放大器長(zhǎng)期工作時(shí)的零點(diǎn)漂

6、移，常常在R1C1兩端再并接一個(gè)電阻R’1，其值為若干M?，以便把放大系數(shù)壓低一些。這樣就成為一個(gè)近似的PI調(diào)節(jié)器，或稱“準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器”（見圖1-51），系統(tǒng)也只是一個(gè)近似的無靜差調(diào)速系統(tǒng)。圖1-51準(zhǔn)比例積分調(diào)節(jié)器6/25/2021控制系統(tǒng)如果采用準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器，其穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)為由K'p可以計(jì)算實(shí)際的靜差率。1.6.5系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例與參數(shù)計(jì)算（二）6/25/2021控制系統(tǒng)例題1-5用線性集成電路運(yùn)算放大器作為電壓放大器的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)如圖1-28所示，主電路是晶閘管可控整流器供電的V-M系

7、統(tǒng)。已知數(shù)據(jù)如下：電動(dòng)機(jī)：額定數(shù)據(jù)為10kW，220V，55A，1000r/min，電樞電阻Ra=0.5Ω；晶閘管觸發(fā)整流裝置：三相橋式可控整流電路，整流變壓器Y/Y聯(lián)結(jié)，二次線電壓U2l=230V，電壓放大系數(shù)Ks=44；R=1.0?，Ks=44，Ce=0.1925V·min/r，系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分的飛輪慣量GD2=10N·m2。根據(jù)穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)D=10，s≤0.5計(jì)算，系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)有K≥53.3，試判別這個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。6/25/2021控制系統(tǒng)解首先應(yīng)確定主電路的電感值，用以計(jì)算電磁時(shí)間常數(shù)。

8、對(duì)于V-M系統(tǒng)，為了使主電路電流連續(xù)，應(yīng)設(shè)置平波電抗器。例題1-4給出的是三相橋式可控整流電路，為了保證最小電流時(shí)電流仍能連續(xù)，應(yīng)采用式（1-8）計(jì)算電樞回路總電感量，即6/25/2021控制系統(tǒng)現(xiàn)在則取=17mH=0.017H。6/25/2021控制系統(tǒng)計(jì)算系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)：電磁時(shí)間常數(shù)機(jī)電時(shí)間常數(shù)6/25/2021控制系統(tǒng)對(duì)于三相橋式整流電路，晶閘管裝置的滯后時(shí)間常數(shù)為Ts=0.00167s6/25/2021控制系統(tǒng)為保證系統(tǒng)穩(wěn)定，開環(huán)放大系數(shù)