【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 管來(lái)說(shuō)，更是不能允許的。 因此， 必須對(duì)起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)電流加以限制 。 另一方面，許多生產(chǎn)機(jī)械出于提高生產(chǎn)效率的考慮，在起制動(dòng)過(guò)程中，設(shè)法使電 動(dòng)機(jī)工作于短時(shí)允許的最大電流值上，會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化率盡可能大一些。那么， 如何做到在起動(dòng)的過(guò)程中使電動(dòng)機(jī)電樞回路電流盡可能大而又不超過(guò)最大允許電流呢？ 采用所謂 電流截止負(fù)反饋 。 這樣， 正常運(yùn)行時(shí)，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋 ， 以使系統(tǒng)具有足夠的穩(wěn)態(tài)調(diào)整精度；在 電動(dòng) 機(jī)起動(dòng)或堵轉(zhuǎn)時(shí)，電流負(fù)反饋起主要的調(diào)節(jié)作用 ， 使電樞電流受到有效的限制，使其不 超過(guò)最大允許值。帶有電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)就基本上能夠達(dá)到這 樣的控制效果。 2. 帶有電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng) 圖 515 電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng) RP 電流負(fù)反饋信號(hào)是從電樞回路中附加的電阻 Rs上取出，其值 Ui=IdRs，顯然 Ui與 Id成正比。 利用獨(dú)立的直流電源通過(guò)電位器 RP得到比較電壓 U。調(diào)節(jié)電位器就可改變 U，相當(dāng)于改變臨界截止電流 Idcr，在 IdRs與U之間串接一個(gè)二極管 VD，利用其單向?qū)щ娦?，?dāng) IdRsU時(shí)，二極管導(dǎo)通，電流負(fù)反饋信號(hào) Ui即可加到放大器上去；當(dāng)IdRsU時(shí)，二極管截止， Ui即消失。 若設(shè) Idcr為臨界截止電流，當(dāng)電流 大于 Idcr時(shí)將電流負(fù)反饋信號(hào)加到放大 器的輸入端，當(dāng)電流小于 Idcr時(shí)將電流 反饋切斷。截止電流值 Idcr=U/Rs。 圖 3211 帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 Idb1 兩段靜特性方程 ： dnsp IKCeRKCeUKKn)1()1(*????（ 518） （ 2）當(dāng) IdIdcr時(shí)，電流負(fù)反饋起作用，此時(shí)系統(tǒng)同時(shí)有 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋，靜特性為： （ 1）當(dāng) Id?Idcr時(shí)，電流負(fù)反饋被截止，系統(tǒng)只是單純的轉(zhuǎn) 速負(fù)反饋閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，其靜特性方程為： )1()()1()1(*KCeRIUIRKCeKKKCeUKKn dc omdsspnsp???????dsspc omnsp IKCeRRKKKCeUUKK)1()()1()( *?????? （ 519） 直到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零，當(dāng)堵轉(zhuǎn)時(shí)，電流為 Idb1， 此電流稱(chēng)為 堵轉(zhuǎn)電流 。 在式（ 519）中，令 n=0 得， sspc o mnspdb RKKRUUKKI??? )( *1一般 ，因此 RRKKssp ??sc o mndb RUUI ?? *1（ 520） 為保證系統(tǒng)有盡可能寬的正常運(yùn)行段，取臨界截止電流略大于電動(dòng)機(jī)的額定電 流，通常取 Idcr=(~)Inom；而堵轉(zhuǎn)電流應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)的最大允許電流，通常取 Idb1=(~2)Inom。 需要說(shuō)明的是 ，電流截止負(fù)反饋，不僅在電動(dòng)機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)起作用，而且在 起、制動(dòng)過(guò)程中也能起限制起、制動(dòng)電流的作用。當(dāng)動(dòng)態(tài)過(guò)程將近結(jié)束時(shí)通過(guò)電流 反饋環(huán)節(jié)調(diào)整電流下降至 Idcr，使得電動(dòng)機(jī)過(guò)渡到 n0A段工作。 圖 517 用穩(wěn)壓管作比較電路的電流截止負(fù)反饋 比較電壓 Unom的選取： 圖 515電流截止負(fù)反饋中，比較電壓 U 是由比較電源取出，如圖 517采用穩(wěn)壓管獲取 比較電壓的線(xiàn)路更為簡(jiǎn)單，而且更容易辦到 。 穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值 Udw相當(dāng)于比較電壓，當(dāng)反饋信號(hào) IdRs低于穩(wěn)壓值 Udw時(shí)，反饋回路只能通過(guò)極小的漏電流，電流負(fù)反饋被截止，當(dāng) IdRs大于 Udw時(shí)，穩(wěn)壓管被反向擊穿，反饋回路有反饋電流通過(guò)，得到下垂特性。 缺點(diǎn)： 用該線(xiàn)路省掉了比較電源，但臨界截止電流的調(diào)整不夠方便，且因穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓值的分散性，選取合適穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管也常有一些困難。 第三節(jié) 無(wú)靜差直流調(diào)速系統(tǒng) 有靜差系統(tǒng) 無(wú)靜差系統(tǒng) 采用一般按比例放大的放大器的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，盡管放大倍數(shù)很大，但畢竟為有限值，所以在負(fù)載改變后，它不可能維持被調(diào)量完全不變，這種系統(tǒng)稱(chēng)為 有靜差系統(tǒng) 就是系統(tǒng)的被調(diào)量在穩(wěn)態(tài)時(shí)完全等于系統(tǒng)的給定量，其偏差為零，這就是說(shuō)，在無(wú)靜差系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在穩(wěn)態(tài)時(shí)與負(fù)載無(wú)關(guān)，只取決于給定量。 系統(tǒng)正是靠誤差進(jìn)行調(diào)節(jié) ，系統(tǒng)的正常工作是依靠偏差來(lái)維持 。 要想使偏差為零，系統(tǒng)又能正常工作，必須使用有積分作用的調(diào)節(jié)器。 一 .比例（ P）、積分（ I）、比例積分（ PI）調(diào)節(jié)器 1. 比例調(diào)節(jié)器 P 圖 518 比例調(diào)節(jié)器線(xiàn)路 如圖 518所示的比例調(diào)節(jié)器有兩個(gè)輸入信號(hào)，它們采用電壓并聯(lián)，在放大器輸入端電流相減的方式完成運(yùn)算。 A點(diǎn)為虛地點(diǎn) 當(dāng)我們對(duì) A點(diǎn)列寫(xiě)電流運(yùn)算式時(shí)，可有下 列結(jié)果： 集成運(yùn)算放大器具有開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)高、輸入電阻大、輸出電阻小、漂移小、線(xiàn)性度好等優(yōu)點(diǎn)，所以它在模擬量控制系統(tǒng)中作為調(diào)節(jié)器的基本元件得到了廣泛應(yīng)用。運(yùn)算放大器配以適當(dāng)?shù)姆答伨W(wǎng)絡(luò)就可組成 比例、積分、比例積分 等調(diào)節(jié)器，可得到不同的調(diào)節(jié)規(guī)律，滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的要求。 由 可得 ? ?0i100 RURURU scfin ??)(01 finsc UURRU ??pkRR ?01令 ，可得 )( finpsc UUkU ?? （ 521） 在此式中，沒(méi)有考慮運(yùn)算放大器輸入與輸出間的反相關(guān)系，實(shí)際上，這里的 kp可看成是輸出與輸入之間的絕對(duì)值之比。 在采用 比例調(diào)節(jié)器 的調(diào)速系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器的輸出是觸發(fā)裝置的控制電壓 Uct，且Uct=kp（ Un*Un） =kp ?Un。只要電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行， Uct就不能為零，也就是調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓 ?Un不能為零，這是此類(lèi)調(diào)速系統(tǒng) 有靜差的根本原因 。 2. 積分調(diào)節(jié)器 I 積分調(diào)節(jié)器又稱(chēng) I調(diào)節(jié)器。 圖 519 積分調(diào)節(jié)器線(xiàn)路圖 由虛地點(diǎn) A的假設(shè)可以很容易得到： ? ??? dtUCRi dtCU insc 011 ??? dtU in1（ 522） 式中： —— 積分時(shí)間常數(shù) CR0?? 由上式（ 522）可見(jiàn)，積分調(diào)節(jié)器輸出電壓 Usc與輸入電壓 Uin的積分成 正比 。當(dāng)然，這里暫也不考慮輸入與輸出兩者的反極性關(guān)系。 當(dāng) Usc的初始值為零時(shí)，在階躍輸入下，對(duì)式（ 522）進(jìn)行積分運(yùn)算，得積分調(diào)節(jié)器的輸出時(shí)間特性（見(jiàn)圖 520a）： tUU insc ??(523) 圖 520 積分調(diào)節(jié)器輸入輸出特性 (a)積分調(diào)節(jié)器階躍輸入時(shí)的輸出特性 (b)積分調(diào)節(jié)器的輸出保持特性 當(dāng) Uin突加的初瞬，由于電容尚未充電以及其兩端電壓不能突變，相當(dāng)于電容短路，使放大器輸出全部電壓都反饋到輸入端，由于這是強(qiáng)烈的負(fù)反饋，在其作用下，使 Usc開(kāi)始時(shí)為零，然后電容充電，電容兩端電壓 Uc升高，負(fù)反饋逐漸減弱， Usc開(kāi)始增長(zhǎng)。因?yàn)殡娙莩潆婋娏鹘咏鼮楹愣ㄖ?，所?Uc及 Usc都接近線(xiàn)性增長(zhǎng)。其上升斜率決定于 Uin/?。積分時(shí)間常數(shù)越大， Usc增長(zhǎng)越慢。顯然，調(diào)速系統(tǒng)中加入積分調(diào)節(jié)器后系統(tǒng)的反應(yīng)速度會(huì)變慢。 如果采用 積分調(diào)節(jié)器 時(shí)，因其輸出積分的保持作用（圖 520b），則在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，盡管調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓 ,而其輸出 Uct仍可是不為零的某一電壓，而這一電壓正是維持該運(yùn)行狀態(tài)所必要的電壓值。 積分的保持作用是系統(tǒng)無(wú)靜差的根本原因 。 0* ???? nnn UUU工作原理： 圖 519 積分調(diào)節(jié)器線(xiàn)路圖 3. 比例積分調(diào)節(jié)器 PI 圖 521 比例積分調(diào)節(jié)器線(xiàn)路圖 把比例和積分兩種控制規(guī)律結(jié)合起來(lái) ，使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度高，又有足夠快的反 應(yīng)速度。 在不計(jì)輸入和輸出的反相關(guān)系 利用 A點(diǎn)的虛地： 10 ii ?00 RUi in?， ???? dtUUkU ininpsc 1 （ 524） 式中， ? ?R0C1 —— PI調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間常數(shù)； ——PI調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)。 01 RRk p ???? dtiCRiU sc 111 1 ??? dtUCRURR inin 001 11 1 , 由式（ 524）可知，在輸入電壓 Uin（階躍函數(shù)）的初瞬，輸出電壓有一躍變，以后隨時(shí)間的延續(xù)線(xiàn)性增長(zhǎng)，變化規(guī)律如圖 522所示： 圖 522 比例積分調(diào)節(jié)器的輸入輸出特性 輸出電壓 Usc由兩部分組成： 第一部分為輸入 Uin的比例放大部分 ,在輸入電壓加上的初瞬，電容 C1相當(dāng)于短路，此時(shí)只相當(dāng)于比例調(diào)節(jié)器，輸出電壓 Usc=KpUin，輸出電壓毫不遲延地跳到 KpUin值，因而調(diào)節(jié)速度快。 第二部分是積分部分 隨著 C1被充電， Usc不斷上升，上升快慢取決于 ? ? dtUCR in01比例積分調(diào)節(jié)器特點(diǎn)： 1） 有比例調(diào)節(jié)功能，就有了較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，良好的快速性，彌補(bǔ)了積分調(diào)節(jié)的延緩作用； 2） 有積分調(diào)節(jié)功能，只要輸入端有微小的信號(hào)，積分就進(jìn)行，積累過(guò)程，如圖522。在積分過(guò)程中，如果輸入信號(hào)變?yōu)榱悖漭敵鲇斜３诌^(guò)程，如圖 520b所示。這種積累、保持特性，能在控制系統(tǒng)中能夠消除穩(wěn)態(tài)誤差。 二 . 采用 PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng) 定義： 在一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中引入了比例積分調(diào)節(jié)器組成的反饋控制系統(tǒng)能夠消除誤差， 維持被調(diào)量不變，這樣的調(diào)節(jié)系統(tǒng)為 無(wú)靜差調(diào)節(jié)系統(tǒng) 。 圖 523 采用 PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 系統(tǒng)的被調(diào)量是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這里比例積分調(diào)節(jié)器在系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的作用，因此也叫做 速度調(diào)節(jié)器 。 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)際值 n 通過(guò)測(cè)速發(fā)電機(jī)得到的反饋電壓 Un反映出來(lái)，把 Un反饋到系統(tǒng)的輸入端與速度給定信號(hào) Un* 相比較，把差值 ?Un=Un*Un 作為速度調(diào)節(jié)器的輸入。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，接通速度給定電壓 Un* （相對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n1），開(kāi)始時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零，即 Un=0, 速度調(diào)節(jié)器輸入電壓 ?Un=Un*是很大的。此時(shí)，若無(wú)限流環(huán)節(jié)，則電動(dòng)機(jī)電樞電流會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)升高到一個(gè)很大的值上，為避免起動(dòng)電流的沖擊，系統(tǒng)仍需加電流負(fù)反饋來(lái)做限流保護(hù)。在電流負(fù)反饋環(huán)節(jié)的作用下，電樞電流達(dá)到某一最大值后不再升高。隨著起動(dòng)過(guò)程的延續(xù)，轉(zhuǎn)速迅速上升，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到給定轉(zhuǎn)速 n1 時(shí)，速度反饋電壓 Un正好與給定 Un*相等。也就是此時(shí)速度調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào) ?Un=0。 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的工作過(guò)程： 負(fù)載突變時(shí)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程： 假定系統(tǒng)已在穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流為 I1，在某一時(shí)刻突然將負(fù)載加大到 I2，由于電動(dòng)機(jī)軸上轉(zhuǎn)矩突然失去平衡，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)速偏差 ?n，如圖 524所示，這時(shí)速度反饋電壓 Un相應(yīng)減少，因給定量未變，從而使調(diào)節(jié)器的輸入偏差電壓 ?Un=(Un*Un)?0。 圖 524 負(fù)載變化時(shí)調(diào)解過(guò)程曲線(xiàn) （ 1）比例輸出的調(diào)節(jié)作用 比例輸出是沒(méi)有慣性的，由于產(chǎn)生偏差?n(?Un)使晶閘管整流輸出電壓增加了