积分调节器.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,2.3.3,比例积分控制的无静差直流调速系统,_,+,+,M,TG,Un,*,R,0,R,0,R,1,RP,2,Uc,UPE,Ud,+,-,R,bal,Un,+,Id,-,图 转速负反馈闭环控制,有静差,直流调速系统原理图,U,n,n,cl,n,T,e,T,L,U,c,=K,p,U,n,因此，采用,比例调节器,控制的自动控制系统中，,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,。,U,c,=0,，电动机停止；,U,c,0,，电动机运行，即,U,n,0,。,消除系统误差,(,稳态偏差,),：,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,。,_,+,+,M,TG,Un,*,R,0,R,0,RP,2,Uc,UPE,Ud,+,-,R,bal,Un,+,Id,-,C,1,R,1,采用积分调节器,I,或比例积分调节器,PI,来代替比例放大器,。,R,1,C,1,采用比例积分（,PI,）调节器来代替比例放大器，,PI,调节器不仅使,系统稳定,，还有进一步,提高稳态性能,，达到,消除稳态速差,。,消除稳态速差,无静差调速系统：,有静差调速系统：,带,比例放大器,的反馈控制闭环调速系统。,带,比例积分放大器,的反馈控制闭环调速系统。,1,、积分调节器和积分控制规律,+,+,C,U,ex,R,bal,U,in,R,0,+,A,积分调节器,a),原理图,i,i,1,）原理图,式中,积分时间常数。,2,）传递函数,:,运算放大器设置,输出电压限幅,：保证线性放大作用并保护系统各环节,I,3,）输入输出关系,积分调节器的控制作用：,控制电压,U,c,是转速偏差电压,U,n,的积分，即：,M,_,+,+,TG,Un,*,R,0,R,0,RP,2,Uc,UPE,Ud,+,-,R,bal,Un,+,Id,-,C,1,R,1,U,n,4,),积分调节器,输入和输出动态过程,每一时刻的,Uc,大小和,U,n,与横轴所包围的面积成正比,_,+,+,Un,*,R,0,R,0,Uc,R,bal,C,1,U,n,Un,U,n,U,c,负载变化,U,cf,图,2-26,积分调节器的输入和输出动态过程,a),阶跃输入,b),负载变化,5),积分调节器特性,_,+,+,Un,*,R,0,R,0,Uc,R,bal,C,1,U,n,注：当,U,n,=0,时，,U,c,并不是零，而是一个终值,U,cf,；如果,U,n,不再变化，此终值便保持恒定不变，这是积分控制的特点。,1,）,在动态过程中，当,U,n,变化时，只要其极性不变，即只要仍是,U,n,*,U,n,，,U,n,0,，,积分调节器的输出,U,c,便一直增长；,2,）,只有达到,U,n,*=,U,n,，,U,n,=0,时，,U,c,才停止上升；,3,）,U,n,变负，,U,n,0,当,U,n,=0,时，,U,c,并不是零，而是一个终值,U,cf,；如果,U,n,不再变化，此终值便保持恒定不变，这是积分控制的特点。,U,n,I,dcr,），,电流负反馈起作用，限制电流不能过大；,（,2,）当电枢电流,不大于,截止电流值,（,I,d,I,dcr,）,时，电流负反馈作用被截止，对系统的稳定运行无任何影响，使之具有较硬的静特性。,临界截止电流,电流截止负反馈环节工作原理,图,2-38,电流截止负反馈环节,a,）利用独立直流电源作比较电压,M,+,+,-,-,U,d,I,d,R,s,VD,U,i,U,com,接放大器,M,电流反馈信号从串联于电枢回路的小电阻,R,s,上取出,大小为,I,d,R,s,。,电流截止环节由提供电流截止比较电压,U,com,的调节电位器及其电源和二极管,VD,组成。,保证电流反馈控制电路中只能有单方向电流，相当于电流截止的控制开关。,电流负反馈电压,图,2-38,电流截止负反馈环节,a,）利用独立直流电源作比较电压,M,+,+,-,-,U,d,I,d,R,s,VD,U,i,U,com,接放大器,M,I,dcr,：临界截止电流；,调节,U,com,的大小，即可改变临界截止电流,I,dcr,的大小，从而实现了系统对电流截止负反馈的控制要求。,U,com,：电流截止比较电压。,U,com,I,dcr,R,s,图,2-38,电流截止负反馈环节,a,）利用独立直流电源作比较电压,M,+,+,-,-,U,d,I,d,R,s,VD,U,i,U,com,接放大器,M,系统,正常工作,时，,I,d,R,s,U,com,，,即,I,d,I,dcr,，二极管截止，电流反馈信号,U,i,被切断,。,此时系统就是一般的转速负反馈闭环调速系统，其静特性很硬。,U,com,I,dcr,R,s,U,i,=I,d,R,S,-,U,com,=I,d,R,S,-,I,dcr,R,S,图,2-38,电流截止负反馈环节,a,）利用独立直流电源作比较电压,M,+,+,-,-,U,d,I,d,R,s,VD,U,i,U,com,接放大器,M,当系统,起动或堵转产生过流,时，,I,d,R,s,U,com,，,即,I,d,I,dcr,，二极管导通，电流反馈信号,U,i=,I,d,R,s,-U,com,加至放大器的输入端，此时偏差电压,U=U,n,*,-U,n,-U,i,，随,I,d,的增大而增大。,I,d,R,Kp,Ks,1/Ce,U,n,U,c,U,d0,n,U,n,-,U,n,*,-,E,U,i,-,U,i,=I,d,R,S,-,U,com,=I,d,R,S,-,I,dcr,R,S,电流截止负反馈环节的输入输出特性曲线,图,2-38,电流截止负反馈环节,a,）利用独立直流电源作比较电压,M,+,+,-,-,U,d,I,d,R,s,VD,U,i,U,com,接放大器,M,1)I,d,R,S,U,com,Ui=0,2)I,d,R,S,U,com,Ui=I,d,R,S,-,U,com,I,d,R,S,-U,com,U,i,图,2-39,电流截止负反馈环节的,I/O,特性,利用稳压管,VS,的击穿电压,U,br,作为比较电压，线路简单，但不能平滑调节截止电流值,I,dcr,。,图,1-29,电流截止负反馈环节,a,）利用独立直流电源作比较电压,M,+,+,-,-,U,d,I,d,R,s,VD,U,i,U,com,接放大器,M,b),利用稳压管产生比较电压,U,br,M,+,-,U,d,I,d,R,s,VS,U,i,接放大器,M,3.,带电流截止负反馈环节的闭环调速系统的稳态结构图和静特性,（,1,）,稳态结构图,图,2-40,带电流截止负反馈的,闭环直流调速稳态结构框图,U,i,R,S,U,com,I,d,R,s,-,U,com,-,+,K,p,K,s,1,/C,e,U,*,n,U,c,I,d,E,U,d0,U,n,+,+,-,-,R,-,+,图,2-38,电流截止负反馈环节,M,+,+,-,-,U,d,I,d,R,s,VD,U,i,U,com,接放大器,M,n,3.,带电流截止负反馈环节的闭环调速系统的稳态结构图和静特性,（,2,）,静特性方程,图,2-40,带电流截止负反馈的,闭环直流调速稳态结构框图,U,i,R,S,U,com,I,d,R,s,-,U,com,-,+,n,K,p,K,s,1,/C,e,U,*,n,U,c,I,d,E,U,d0,U,n,+,+,-,-,R,-,+,写出该系统两段静特性的方程式,:,1),当,I,d,I,dcr,时,2),当,I,d,I,dcr,时，引入了电流负反馈，静特性变成,图,1-32,带电流截止负反馈闭环调速系统的静特性,(3),静特性曲线,1),当,I,d,I,dcr,时,2),当,I,d,I,dcr,时，,I,dbl,I,dcr,n,0,I,d,O,A,B,C,n,0,n,电流负反馈被截止时的静特性：这段特性比较硬，是系统稳定运行段特性。,A,点：为两段特性的自动转折点，对应于截止电流,I,dcr,。,电流负反馈作用时的特性：这一段的斜率较大，其理想空载转速和静态速降都较前一段大得多。,静特性两个特点,（,1,）电流负反馈的作用相当于在主电路中串入一个大电阻,K,p,K,s,R,s,，因而稳态速降极大，特性急剧下垂。,（,2,）比较电压,U,com,与给定电压,U,n,*,的作用一致，好象把理想空载转速提高到,n,0,I,dbl,I,dcr,n,0,I,d,O,A,B,C,n,0,这样的两段式静特性常称作,下垂特性或挖土机特性,。,当挖土机遇到坚硬的石块而过载时，电动机停下，电流也不过是堵转电流，令,n,=0,，得,I,dbl,I,dcr,n,0,I,d,O,A,B,C,n,0,一般,K,p,K,s,R,s,R,，因此：,堵转电流,1,）无静差直流调速系统的组成,+,+,-,+,-,M,TG,+,-,RP,2,n,RP,1,U,*,n,R,0,R,0,R,bal,U,c,TA:,交流互感器,I,d,U,n,U,d,图,2-42,带电流截止负反馈的无静差直流调速系统,-,+,M,TG,+,VBT,VS,U,i,R,1,C,1,+,+,-,UPE,采用比例积分调节器以实现无静差,4.,带电流截止的无静差直流调速系统,采用电流截止负反馈来限制动态过程的冲击电流。,电流检测电路,2,）工作原理,+,+,-,+,-,M,TG,+,-,RP,2,n,RP,1,U,*,n,R,0,R,0,R,bal,U,c,VBT,VS,U,i,TA,I,d,R,1,C,1,U,n,U,d,-,+,M,TG,+,+,+,-,UPE,当电流超过截止电流时，高于稳压管,VS,的击穿电压，使晶体三极管,VBT,导通，则,PI,调节器的输出电压接近于零，电力电子变换器,UPE,的输出电压急剧下降，达到限制电流的目的。,I,dcr,图,2-42,带电流截止负反馈的无静差直流调速系统,+,+,-,+,-,M,TG,+,-,RP,2,n,RP,1,U,*,n,R,0,R,0,R,bal,U,c,VBT,VS,U,i,TA,I,d,R,1,C,1,U,n,U,d,-,+,M,TG,+,+,+,-,UPE,当电动机电流低于其截止值时，电流截止负反馈回路不起作用，系统是转速负反馈的无静差直流调速系统。,I,dcr,2,）工作原理,图,2-42,带电流截止负反馈的无静差直流调速系统,3,）稳态结构与静特性（,IdIdcr,）,图,2-43,无静差直流调速系统稳态结构框图（,I,d,I,dcr,）,+,U,*,n,U,n,U,n,-,-,1,/C,e,I,d,R,E,n,U,d0,+,K,s,U,c,其中代表,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。,Kp,静特性曲线,(1),无静差系统的理想静特性,O,I,d,n,1,n,2,n,max,n,图,1-50,带电流截止的无静差直流调速系统的静特性,(2),无静差系统的实际静特性,I,d,I,dcr,:,I,d,I,dcr,:,系统无静差，静特性是不同转速时的一簇水平线；,电流截止负反馈起作用，静特性急剧下垂，基本上是一条垂线。,I,dcr,I,d,R,Kp,Ks,1/Ce,U,n,*,U,c,U,d0,n,U,n,-,U,n,*,-,E,4,）稳态参数计算,（,1,）,计算转速反馈系数,电动机调压时的最高转速,(r/min),；,相应的最高给定电压,(V),。,n,max,U,*,nmax,在理想情况下，稳态时,U,n,=0,，因而,U,n,=,U,n,*,