【正文】 明了積分控制優(yōu)于比例控制的地方，但是另一方面，在 控制的快速性 上，積分控制卻又不如比例控制。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，則 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，達(dá)到限制電流的目的。 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。但是，不能指望電流正反饋來實(shí)現(xiàn)無靜差，因?yàn)檫@是系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定的邊緣。如果過補(bǔ)償，系統(tǒng)便不穩(wěn)定。 O Id Idcr n1 n2 nmax n 圖 帶電流截止的無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(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)算很簡單，在理想情況下，穩(wěn)態(tài)時(shí) ?Un = 0，因而 Un = Un* ，可以按式（ 142）直接計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) m a x*m a xnnU?a式（ 142） — 電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的最高轉(zhuǎn)速 (r/min)； — 相應(yīng)的最高給定電壓 (V)。 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) (2)工作原理 圖 ，采用比例積分調(diào)節(jié)器以實(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。 在這里， Uk 的改變并非僅僅依靠 ?U 本身，而是依靠 Ugd 在一段時(shí)間內(nèi)的積累。 CR0??scU srUMotion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 2）積分調(diào)節(jié)器的特性 ? Usr t Usc Usr O a) 階躍輸入時(shí)的輸出特性 Φ(ω) ω L/dB O L(ω) 20dB 1/? ω Φ O π/2 b) Bode圖 圖 積分調(diào)節(jié)器 Usc Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： 3）積分調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) () 1()()scisrUsWsU s s???Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 4）基于轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的積分控制規(guī)律 如果轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制系統(tǒng)采用積分調(diào)節(jié)器，則控制電壓 Uk是轉(zhuǎn)速偏差電壓 ?U 的積分，即： t01 dkU U t????如果 ?U 是階躍函數(shù)，則 Uk按線性規(guī)律增長，每一時(shí)刻 Uk 的大小和 ?U 與橫軸所包圍的面積成正比，如下圖 a 所示。 線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于系統(tǒng)的固有特征（結(jié)構(gòu)、參數(shù)），與系統(tǒng)的輸入信號(hào)無關(guān)。前者是 控制輸入量 ，后者是 擾動(dòng)輸入量 。 （ 1）晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)的計(jì)算 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)可由工作范圍內(nèi)的特性率決定，計(jì)算方法是 cds UUK???晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入 輸出特性和的測定 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) （ 2)晶閘管觸發(fā)和整流裝置的傳遞函數(shù) 在動(dòng)態(tài)過程中，可把晶閘管觸發(fā)與整流裝置看成是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，其 滯后效應(yīng) 是由 晶閘管的失控時(shí)間 引起的。( 1 )p s g d b jeK K U UnCK???Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 這樣的兩段式靜特性常稱作 下垂特性或挖土機(jī)特性 。 如果采用某種方法，當(dāng)電流大到一定程度時(shí)才接入電流負(fù)反饋以限制電流，而電流正常時(shí)僅有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起作用控制轉(zhuǎn)速。如果只依靠過流繼電器或熔斷器保護(hù)，一過載就跳閘，也會(huì)給正常工作帶來不便。 因此 ，高精度的調(diào)速系統(tǒng)必須有更高精度的給定穩(wěn)壓電源 。 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 1. 應(yīng)用比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)是有靜差的控制系統(tǒng) 從靜特性分析中可以看出，由于采用了比例放大器，閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) K 值越大，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能越好。 fU gdUU?kUnMotion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) K G A VT T R a) u 1 u 2 u VT u d i d a q ? t p 2 p ? ? ? ? t 0 t t t u 2 u g u d u VT 0 b) c) d) e) 0 0 晶閘管原理 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) b) 穩(wěn)態(tài)分析條件 下面分析閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，以確定它如何能夠減少轉(zhuǎn)速降落。 O I IL n n0 R a R 1 R 2 R 3 nN n1 n2 n3 調(diào)阻調(diào)速特性曲線 第 篇 直流調(diào)速系統(tǒng) Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) （ 3）調(diào)磁調(diào)速 ?工作條件： 保持電壓 U =UN ； 保持電阻 R = Ra ； ?調(diào)節(jié)過程： 減小勵(lì)磁 ?N ? ? ? ? ? ? n ?， n0 ? ?調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速上升，機(jī)械特性曲線變軟。 ? 載流的轉(zhuǎn)子（即電樞）導(dǎo)體將受到 電磁力 f 的作用 f=Blia （左手定則） ? 所有導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁力作用于轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子以 n(轉(zhuǎn) /分 )旋轉(zhuǎn)。 Technology Department of Automation 第 1篇 直流調(diào)速系統(tǒng) Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)用最普遍： 自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng) 直流電動(dòng)機(jī) 是最古老的電動(dòng)機(jī) 也是控制性能最好的電動(dòng)機(jī) 第 篇 直流調(diào)速系統(tǒng) 重要性及必要性 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn) ：具有極好的運(yùn)行性能和控制特性，良好的起、制動(dòng)性能，易于在廣范圍內(nèi)平滑調(diào)速。 要使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必須使電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反，相互平衡。 因此， 自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以 調(diào)壓調(diào)速 為主。 從前述五個(gè)關(guān)系式中消去中間變量，整理后，即得轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性方程式： 0( 1 / )( 1 ) ( 1 )p s g d p s d p s g d de e p s ep s g d dbbeeK K U K K n I R K K U I RnC C K K CK K U RInnC K C Kaa? ? ????? ? ? ? ???/p s eK K K Ca? —— 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 式中， 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù) K 為： espCKKK a?含義：相當(dāng)于在測速反饋電位器輸出端把反饋回路斷開后，從放大器輸入起直到測速反饋輸出為止總的電壓放大系數(shù)，是各環(huán)節(jié)單獨(dú)的放大系數(shù)的乘積。因此，這樣的調(diào)速系統(tǒng)叫做有靜差調(diào)速系統(tǒng)。 轉(zhuǎn)速控制的要求 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 限流保護(hù) —— 電流截止負(fù)反饋 ? 問題的提出 起動(dòng)時(shí)的沖擊電流 —— 直流電動(dòng)機(jī)全電壓起動(dòng)時(shí) ， 如果沒有限流措施 ， 會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流 ， 這不僅對電機(jī)換向不利 ， 對過載能力低的電力電子器件來說 ， 更是不能允許 。那么，引入 電流負(fù)反饋 ，應(yīng)該能夠保持電流基本不變，使它不超過允許值。 當(dāng) Id ≤ Idj 時(shí)，電流負(fù)反饋被截止，靜特性和只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的靜特性式相同，現(xiàn)重寫于下： 當(dāng) Id ? Idj時(shí)，引入了電流負(fù)反饋，靜特性變成 0( 1 ) ( 1 )p s g d dbeeK K U IRn n nC K C K? ? ? ? ???39。0022()[ ] ( ) ( 0)()[ ] ( ) ( 0) ( 0)() 11( 0) | ( ) | ( 0)() ()11ccccc c ccc t trcdu tL sU s udtdu tL s U s su udtdu tu i t idt C CUs sUss s s s????? ? ?? ? ????? ? ? ?Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 11220. 5 0. 5[ 1 ( ) ] 1 /1 0. 1 0. 2( ) [ ( ) ] [ ]( 1 ) 11 1. 15 si n( 0. 88 6 12 0 ) 0. 2 si n( 0. 88 6 30 )ccttL t ssu t L U s Ls s s s se t e t??????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?2202200( ) 1 ( ) ( )1 ( 0) l i m ( ) l i m ( ) l i m [ ] ( 1 ) 1()1 ( ) l i m ( ) l i m ( ) l i m [ ] 1( 1 ) 1rcc c ct s scc c ct s su t t u tsu u t sU s s Vs s s s sutsu u t sU s s Vs s s s s? ? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ?當(dāng) 時(shí) ， 的 初 始 值 ：的 終 值 ：Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 定義：在零初始條件下 ， 線性定常系統(tǒng)輸出量的拉氏變換 與輸入量的拉氏變換 之比 ， 稱為系統(tǒng)的傳遞函數(shù) ， 即 X( )r sX( )c sX ( )()X ( )crsGss?G( )s補(bǔ)充 2：傳遞函數(shù) Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 傳遞函數(shù)的性質(zhì) 1) 傳遞函數(shù)是復(fù)變量 S的有理真分式函數(shù)，分子多項(xiàng)式的次數(shù) m 低于或等于分母多項(xiàng)的次數(shù) n，所有系數(shù)均為實(shí)數(shù)； 2) 傳遞函數(shù)只取決于系統(tǒng)和元件的結(jié)構(gòu) ， 與輸入信號(hào)無關(guān)； 3) 傳遞函數(shù)與微分方程有相通性，可經(jīng)簡單置換而轉(zhuǎn)換； 4) 傳遞函數(shù)的拉氏反變換是系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)。 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) ? Ts 值的選取 相對于整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間來說， Ts 是不大的，在一般情況下，可取其統(tǒng)計(jì)平均值 Ts = Tsmax /2，并認(rèn)為是常數(shù)。 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) n(s) Ud0 (s) + 1/Ce TmTl s2+Tms+1 IdL (s) R (Tl s+1) ? 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的變換和簡化 a. IdL≠ 0 Motio