【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ??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(chēng)作 下垂特性或挖土機(jī)特性 。當(dāng)挖土機(jī)遇到堅(jiān)硬的石塊而過(guò)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)停下，電流也不過(guò)是堵轉(zhuǎn)電流，在上式中，令 n = 0，得 一般 Kp Ks Rc R，因此 ()p s gd bjdup s cK K U UIR K K R???g d b jducUUIR??Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) d. 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì) Idu應(yīng)小于電機(jī)允許的最大電流，一般取 Idu =（ ~ 2） IN 從調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能上看，希望穩(wěn)態(tài)運(yùn)行范圍足夠大，截止電流應(yīng)大于電機(jī)的額定電流，一般取 Idu ≥ （ ~ ） IN Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 補(bǔ)充 1：拉氏變換 ＋L Ru r ( t ) uc ( t )i ( t )圖 2 1 R L C 無(wú) 源 網(wǎng) 絡(luò)C解： 設(shè)回路電流為 i(t)，由基爾霍夫電律可寫(xiě)出回路方程為： 1 , 1 , 1 , ( 0 ) 0 . 1 , ( 0 ) 0 . 1 , ( ) 1()crcL H C F R u V i A u t Vut? ? ? ? ? ? ?求22( ) ( ) ( ) ( )cccrd u t d u tL C R C u t u td t d t? ? ?Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 2239。239。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(chēng)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(wú)關(guān)； 3) 傳遞函數(shù)與微分方程有相通性，可經(jīng)簡(jiǎn)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)。 5) 傳遞函數(shù)是在零初始條件下定義的，它只反應(yīng)系統(tǒng)的零狀 態(tài)特性；零初始條件含義要明確。 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) R L C i(t) ur(t) uc(t) )()()()(22tutudt tduRCdt tudLC rccc ???1) 零初始條件下取拉氏變換： )()()()(2 sUsUsR C s UsUL C s rccc ???2）傳遞函數(shù)： 11)()()(2 ???? RCsL CssUsUsGrcMotion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 速度閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析 1） 速度閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 a) 晶閘管出發(fā)電路及整流裝置 1)(sss ?? sTKsW構(gòu)成系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)是電力電子變換器和直流電動(dòng)機(jī)。不同電力電子變換器的傳遞函數(shù)，它們的表達(dá)式是相同的，都是 只是在不同場(chǎng)合下，參數(shù) Ks和 Ts的數(shù)值不同而已。 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 例： 晶閘管整流裝置 在進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)時(shí)，可以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當(dāng)作系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)看待。 （ 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(cè)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(guò)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。眾所周知，晶閘管一旦導(dǎo)通后，控制電壓的變化在該器件關(guān)斷以前就不再起作用，直到下一相觸發(fā)脈沖來(lái)到時(shí)才能使輸出整流電壓發(fā)生變化，這就造成整流電壓滯后于控制電壓的狀況。 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) ? 最大失控時(shí)間計(jì)算 失控制時(shí)間是隨機(jī)的，它的大小隨發(fā)生變化的時(shí)刻而改變，最大可能的失控時(shí)間就是兩個(gè)相鄰自然換相點(diǎn)之間的時(shí)間，與交流電源頻率和整流電路形式有關(guān)，由下式確定 mfT 1m a xs ?式中 f 交流電流頻率（ Hz）； m 一周內(nèi)整流電壓的脈沖波數(shù)。 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(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間來(lái)說(shuō)， 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)。也有人主張按最嚴(yán)重的情況考慮，取 Ts = Tsmax 。表 11列出了不同整流電路的失控時(shí)間。 各種整流電路的失控時(shí)間（ f =50Hz）見(jiàn)教材 P11 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)的求取 用單位階躍函數(shù)表示滯后，則晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入 輸出關(guān)系為： 0 1 ( )d s c sU K U t T? ? ?按拉氏變換的位移定理，晶閘管裝置的傳遞函數(shù)為 sTKsUsUsWse)()()(sc0ds???Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 為了簡(jiǎn)化，先將該指數(shù)函數(shù)按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，則上式變成： ???????? ?33s22ssssss!31!211ee)( sssTsTsTKKKsWsTsT考慮到 Ts 很小，可忽略高次項(xiàng)，則傳遞函數(shù)便近似成 一階慣性環(huán)節(jié) ： sTKsWsss 1)( ??Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) （ 4）晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) sTs sK ?eUc(s) Ud0(s) 1?sTKssUc(s) Ud0(s) a) 準(zhǔn)確的 b） 近似的 晶閘管觸發(fā)與整流裝置動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) b) 直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù) M+_0dUdI R L+_EnLTeTnCE e?dme ICT ?dd0 ddidu Ri L Et? ? ?tnGDTTdd3752Le ??Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) )dd( dd0d tITIREUl???tERTIIddmdLd ??mLdL CTI ?式中 為負(fù)載電流。 Tl — 電樞回路電磁時(shí)間常數(shù) (s)， Tm— 電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù) (s) ， RLTl ?me2m 3 75 CCRGDT ?Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) dd0() 1/( ) ( ) 1lIs RU s E s T s???在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉氏變換，得電壓與電流間的傳遞函數(shù) : 電流與電動(dòng)勢(shì)間的傳遞函數(shù) : sTRsIsIsEmdLd )()()( ??Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 Id (s) IdL(s) + E (s) R Tms b)電流電動(dòng)勢(shì)間的結(jié)構(gòu)框圖 E(s) Ud0(s) + 1/R Tl s+1 Id (s) a)電壓電流間的結(jié)構(gòu)框圖 + 圖 137 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) n(s) 1/Ce Ud0(s) IdL (s) E Id (s) E + + 1/R Tl s+1 R Tms 圖 138 整個(gè)直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 Motion Control System 第 1章 速度閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng) 由圖 138可以看出，直流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)輸入量，一個(gè)是施加在電樞上的 理想空載電壓 ，另一個(gè)是 負(fù)載電流 。前者是 控制輸入量 ，后者是 擾動(dòng)輸入量 。如果不需要在結(jié)構(gòu)圖中顯現(xiàn)出電流，可將擾動(dòng)量的綜合點(diǎn)移前，再進(jìn)行等效變換，得下圖 a。如果是理想空載，則 IdL = 0，結(jié)構(gòu)框圖即簡(jiǎn)化成下圖 b。 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