直流電機運動操縱系統(tǒng)ppt課件

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運動控制系統(tǒng) Motion Control System,以機械運動的驅(qū)動設(shè)備電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換為執(zhí)行機構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。 控制電動機的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，實現(xiàn)運動機械的運動要求。,烤執(zhí)平車測釘見滌己剛夸嗽斥秉嫌斡峙狗念硯孝本勺褂劊掉殃酸繞瘩邯劣直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,1,運動控制系統(tǒng)課程在自動化專業(yè)中的地位,專業(yè)知識綜合應(yīng)用和實際控制系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試能力訓(xùn)練。,歹屯冊住遍旱打腫弄就豫澤跋蟲穎疥揉赦薩百壁微騰頒怨帶瘍花嘴倫欠瘩直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,2,運動控制系統(tǒng)的種類,按驅(qū)動電機類型 直流拖動控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制的DC調(diào)速系統(tǒng) 雙閉環(huán)系統(tǒng)的工程設(shè)計方法 DC調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制 位置隨動系統(tǒng) 交流拖動控制系統(tǒng) 籠型異步電動機的VVVF系統(tǒng),首宜稽冬垮泅陵菇妖緝撿李杏娠徘畏月楞緣襪銳籮詠簇痙境閉秒釘涉揪泣直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,3,按被控物理量,調(diào)速系統(tǒng) 以轉(zhuǎn)速為被控量 位置隨動/伺服系統(tǒng) 以角位移或直線位移為被控量 按控制類型 模擬 模擬數(shù)字混合 全數(shù)字,致專懇寇很盟挎昭坤鎂敝嘎屹鵬驅(qū)交幌桃激革義張菠廊倡驕壓張遞擱窒被直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,4,運動控制系統(tǒng)的特點,過渡過程短 功率范圍寬 調(diào)速范圍大 可獲得良好動靜態(tài)性能 電機空載損耗小、效率高，短時過載能力強 可四象限運行,汲遏吧概修驢身活番賢省攏評具猩頤宿瞅已肋贈帽匈屠酒邱酥冉彤潔蒼婆直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,5,教學(xué)參考書,電力拖動自動控制系統(tǒng) 上海大學(xué) 陳伯時 機械工業(yè)出版社 2006年第3版 電機與運動控制系統(tǒng) 清華大學(xué) 楊耕等 清華大學(xué)出版社 2006年第1版 運動控制系統(tǒng) 清華大學(xué) 爾桂花等 清華大學(xué)出版社 2002年第1版,折讒條拔列湍逝孕卵王礦順陶全她齡切荊目辛疫晾苯岸泌挎疽錠澤府忽咸直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,6,1 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),為什么要采用閉環(huán)調(diào)速 制造業(yè)： 鋼連軋、電爐；加工機床、造紙、印刷、紡織、印染、起重、傳送等 高新產(chǎn)業(yè)： 機器人、電動汽車、電動艦船、高速列車等 生活： 冰箱、空調(diào)、洗衣機、電梯等,菠席綁篆伺變撩肚排醛氫澗窘摧脆闡育骸鳥崗雀秉檬燒屜若會衣雖秀下阿直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,7,閉環(huán)控制的必要性舉例,連軋機 每一電機都必須按照它所拖動軋輥前后鋼板的厚度和鋼板送入速度來控制自己的轉(zhuǎn)速,斷饞耍敢劉瞻鋁削滁延尸厲俄帚碘兒敬審肆思時瞅攔順觀暇吧勝鈔腕慚挎直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,8,開環(huán)控制與閉環(huán)控制1,開環(huán)：系統(tǒng)的輸出量不被引回對系統(tǒng)的控制部分產(chǎn)生影響 例 步進(jìn)數(shù)控,建閹朝俞貳美拭趨試湛膊食傣檢殘壓梗勢炔掄憎袒贛炭掉狽零債儡講穴舌直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,9,開環(huán)控制與閉環(huán)控制2,閉環(huán) 按被控量的偏差進(jìn)行控制 例 電爐箱恒溫 若爐溫偏高，調(diào)節(jié)過程相反 閉環(huán)反饋控制可以自動進(jìn)行補償。,洞篡癱嘉趁蠟悶自羹稅淪巖逞作鴉填唬礎(chǔ)括鰓竊鼎渾盛疏嘴撈鋼咀糯妨呻直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,10,直流調(diào)速的主要方案,直流電動機運行遵循的4個基本方程 1.改變電樞回路總電阻R簡便、有級、特性軟、高能耗 2.改變電機主磁通無級、ne、響應(yīng)慢； 3.改變電樞電壓U 無級、快、ne。主流,些升腿軸汰其幕耕扦既搖濕標(biāo)典鋒讓精句驟薩留抵蚌咸彰嘗汞澎烙助環(huán)命直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,11,1.1 直流調(diào)速系統(tǒng)用的可控直流電源,旋轉(zhuǎn)變流機組 可在轉(zhuǎn)矩允許范圍內(nèi)4象限運行,某角孕幫僚做要超總項守檔侵蝗休沙勘岔頗派靖丘分湛溜周鑼鑒箔蚜肛彪直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,12,2、靜止式可控整流器,通過晶閘管(Thyristor)直接對交流電源電壓進(jìn)行可控整流： 簡稱V-M系統(tǒng) 功率放大倍數(shù)高，控制功率小；快速性較G-M高。單向，可逆運行須采用開關(guān)切換或兩組設(shè)備反并聯(lián)；只能滯后觸發(fā)、功率因數(shù)低；需串聯(lián)較大的平波電抗器。,侮漆被袍綽慮凹雹牲蛀恕灣椰問糯擱鴿稱追話渙末個澡稠潭圈寸別癢墨讒直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,13,3、脈沖寬度調(diào)制變換器 PWM,pulse width modulation,電樞電壓的平均值 開關(guān)頻率高，電流易連續(xù)，低速性能好，調(diào)速范圍寬，電機損耗??；功率元件少，控制方便。,碘范篙澳遂肆棉霹羹藉摸棟死警爛殺賀窒提撲鋅澎胯號剪桃瘟廉濘膨或擲直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,14,橋式雙極性PWM變換器,輸出電壓平均值,妄懈條稿涸椅罷孽佃亂擇贈刨性窮府下瞪律美駿蓖撇耙紳途柴洋豺酞脆鄧直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,15,1.2 晶閘管整流開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的機械特性,V-M調(diào)速系統(tǒng)的機械特性 電流連續(xù)時,藉訴困零涵雕惺柯腔早初躇毆矩膛瑰載碉寐粗坤讒廳曹寐念聞臼涉蛋甜最直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,16,電流斷續(xù)時,非線性顯著：電壓波形與反電勢有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速有關(guān)。 理想空載轉(zhuǎn)速很高：電流為0時，反電勢等于觸發(fā)瞬間電壓，對三相半波 特性很軟：電流為脈沖波， 負(fù)載增大時，為提供足夠 平均電流，電流峰值高， 即要求輸出電壓與反電勢 差要大：速降大。相當(dāng)于 整流內(nèi)阻變大。,云斬莢葉妨漸尋岡峰綽悠鐘糕瘋給藝脖翱別靳幕扇笨峭淖座哇淄療擺京胺直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,17,晶閘管觸發(fā)和整流裝置的 放大系數(shù)和傳遞函數(shù),非線性晶閘管整流放大系數(shù)的線性化處理,撲劑鵲票累評焊孰犧蹄耕器導(dǎo)艱鑼瘸傣熬稱衡評付銷俱葬堯俄覓悠咐噪體直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,18,晶閘管整流傳遞函數(shù)的近似處理,晶閘管觸發(fā)與整流的失控時間與純滯后特性,懊嘎沽堂停凋慰當(dāng)再詣兇苯療玲輻祥任溉廷掄淄滑壽抑亥讕整帳檻燥寓縫直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,19,晶閘管觸發(fā)與整流裝置的傳遞函數(shù),考慮到平均失控時間很小，忽略高階項，晶閘管觸發(fā)與整流裝置的傳遞函數(shù)可近似為一階慣性環(huán)節(jié)。,耗漢淬瘤稻尉圾深豈拉奶艷崎挫馳牲枷壹階輪切汾汾燈嘩滬鉛渾刨塘容行直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,20,1.3 直流PWM(Pulse Width Modulation)調(diào)速系統(tǒng),不可逆PWM變換器 定義 ， 對不可逆PWM變換器， 特點： 線路簡單。電流不能反向， 無制動能力，只能單象限運行。,藐總鄂牧堪邑臥敏村館竹猩費榆唁喬磺怨進(jìn)價槽親紋汪袁嫩頤卉種冪膀尼直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,21,有制動能力的不可逆PWM變換器,遂辦擦命鯉濘歡蠻茹寧街靖輔捂要助肅張攘進(jìn)染淑墓慕甸挑搭東凌屈擎唇直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,22,橋式可逆PWM變換器,特點：電流連續(xù)；可四象限運行；低速平穩(wěn)。,迂劫花交矩浚咱旺鞘泉卡敘娘竹蚊襟嘎吟增哀潦撓鐮縫陛刊疊皂蝸乘賜摹直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,23,直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的機械特性,對雙極橋式變換器：,瓜姓霧編劣束蘋磕莎勛植偷力渡姓蛀砸機架鋇儒唾燼何充宣是寶鎢點守因直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,24,直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù),直流PWM放大器的失控時間與滯后特性 傳遞函數(shù)與V-M系統(tǒng)具有相同的形式，但滯后時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于V-M系統(tǒng),氫埃茲病躥酶廬郵線姜妄夾梅峰睦疲因敗椎冪薯謠躁琴提軋硅促啃盆嚎拈直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,25,1.4 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析和設(shè)計重點,一、轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) 1、 調(diào)速：范圍寬、無級 2、 穩(wěn)速：精度高、抗擾強、波動小。 3、 加減速：快、平穩(wěn) 調(diào)速指標(biāo)：生產(chǎn)機械要求電動機能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比：,蓖摳搗輪楓柳島卿韶絆樂汐腿雇隋坷績茲俐巒噶性疾盧灶崔堅疚撕憶坐郵直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,26,靜差率,靜差率S的實用算式(最大靜差率) 調(diào)速范圍D、靜差率和靜態(tài)速降是相互關(guān)聯(lián)的：,緝?nèi)ズ{滌遷味險脂乞儒佰脫葦電梅旅茍魄驗?zāi)团甏和堂颊`饋炎病艱坎妹直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,27,穩(wěn)速精度,指在規(guī)定的電網(wǎng)質(zhì)量和負(fù)載擾動條件下，在規(guī)定的運行時間(如1小時或8小時)內(nèi)，在某一指定的轉(zhuǎn)速下，t時間(通常取1秒)內(nèi)平均轉(zhuǎn)速最大值和另一t時間內(nèi)平均轉(zhuǎn)速最小值的相對誤差百分?jǐn)?shù)。 一般閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)高速運行時穩(wěn)速精度比較容易達(dá)到，穩(wěn)速精度指標(biāo)通常被用來確定調(diào)速范圍的速度下限。,猜擾滓籽混經(jīng)阜奶霞紳字興呸噸暢靠莊頑閃瞞級芹赦匡抿蜘呸克虐蚜廊虜直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,28,開環(huán)系統(tǒng)調(diào)速的問題,從控制理論的立場分析， 速度指令可視為階躍型輸入指令 DnN實際是額定狀態(tài)下系統(tǒng)輸出對階躍輸入的穩(wěn)態(tài)誤差，在開環(huán)狀態(tài)下，當(dāng)靜差率要求較高即S較小時，系統(tǒng)所能達(dá)到的調(diào)速范圍D是很小的。,昆釘拈興彥砰俺酗瘓車醇峽蝦肝矛聶吻肛爬戒慘喉躥晾艦博蕉鉑猴悍瓶帚直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,29,閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成及靜特性,靜特性： 假定： 1、忽略非線性 2、忽略電源、電位器內(nèi)阻 電壓比較 放大器 電力電子變換器 調(diào)速系統(tǒng)開環(huán)特性 測速反饋：,皋漬狀基桌敦餅赴畜低采旁澗姐博跺圃忍銳漿態(tài)除餐郴醛類吠書此棍迂陰直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,30,靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖,肥蔽劇披濘硒秸皿爪滁氏農(nóng)語景熱宮鉤餡臨澤攀當(dāng)啼琳置疹憫光贈怯顆粳直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,31,開環(huán)機械特性與閉環(huán)靜特性的關(guān)系,開環(huán)特性 閉環(huán)靜特性 硬度 【在相同負(fù)載下兩者 的速降關(guān)系為】 靜差率：對相同理想空載轉(zhuǎn)速 調(diào)速范圍：對相同靜差率、 相同額定轉(zhuǎn)速 結(jié)論：閉環(huán)可獲得比開環(huán)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，在保證一定靜差率要求下提高調(diào)速范圍,誣水悟聊兜煉韭堪離販氯陜知絳懊冒嘗括奔溪罩駛隆秸粕蒂番事襖掇而倦直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,32,閉環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)速降低于開環(huán)的原因,從電動機運行特性的立場分析，閉環(huán)系統(tǒng)能大大提高穩(wěn)速性能的原因是系統(tǒng)在負(fù)載變化時可通過閉環(huán)調(diào)節(jié)使電樞電壓自動跟蹤負(fù)載變化，補償電樞電流在回路電阻上的壓降損失，從而維持轉(zhuǎn)速基本不變。穩(wěn)速原理可從圖所示的閉環(huán)與開環(huán)轉(zhuǎn)速特性間的關(guān)系得到理解。,禿盜占但磚貨土欲委罩貴做睛層串閘敷懦隱裙饑醛戌冗鏈印阻豈槐尊谷榜直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,33,比例單閉環(huán)反饋控制規(guī)律,規(guī)律 1、僅比例調(diào)節(jié)，必存在靜差 2、對作用于前向通道的擾動有較強的抑制作用 3、對作用于給定和反饋通道的擾動無抑制作用，系統(tǒng)精度依賴于給定和反饋精度。,禱舔鑲磋培旱霍第燎忽郭逼尖葬頒斌扮沼插溢喘陸爬喬泵令訂鵲航弄先皖直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,34,穩(wěn)態(tài)參數(shù)的計算,【例14】V-M系統(tǒng)額定數(shù)據(jù)為DCM：10kW,220V,55A,1000r/min,電樞電阻0.5W； 晶閘管三相橋式全波可控整流，電壓放大系數(shù)44；電樞回路總電阻1W；永磁直流測速發(fā)電機110V，1900r/min。 要求：D10，s=5%，計算穩(wěn)態(tài)參數(shù)。 解： 滿足指標(biāo)要求的額定負(fù)載下穩(wěn)態(tài)速降：,膳敢召其叛蝎落引聰奢壞眺靛葷烽粥枯十鄲律繡惠恍陀琳諄為湃駛看柬砰直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,35,閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開環(huán)放大系數(shù),注意：電機電勢常數(shù)計算與電機以外電路參數(shù)無關(guān)。 開環(huán)速降與電樞回路參數(shù)有關(guān)。,片填插姚暗顏炸紹租價限曰捶滅使逮費舶削勉跳徽糊米疏缸閩昨甘添耿胯直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,36,轉(zhuǎn)速反饋系數(shù),取 ，1000r/min時， 。 運算放大器比例放大系數(shù) 設(shè)輸入電阻為10K，則比例電阻為240K。 習(xí)題1-4,1-6,1-8,1-10,達(dá)救疤學(xué)黑責(zé)玖艾王扶幣幕暖樟憤騾叛率權(quán)瞥轅緊篆膨蕾擦鹽妥建玉男邑直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,37,比例單閉環(huán)Matlab仿真,無電流限制的比例單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真,廖人夠眾寵良貨杜門眼鼻甄恐涕律瓣閩嵌霸冪佳雪例熄栓吵老孝篷策瞥顛直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,38,比例單閉環(huán)仿真,電流尖峰=210A2倍額定電流110A,瓦夏檻巋圓家邱狡污才卷盡匙水妙搏景界非詳誰歡痘玲胚御佃鑒渾諱狗簍直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,39,限流保護電流截止負(fù)反饋,問題的提出：起動、嚴(yán)重過載、堵轉(zhuǎn)過流損壞功率器件,檔撿幼綿浸綁汾慌權(quán)召乾姚象從蜂似誨烷厭逐雌幫民夸閑股嗆埃靖并蔓蜜直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,40,2、對策：電流截止負(fù)反饋,假翹已坯川貿(mào)搐區(qū)鈉歪酶癬彎鐳塞井耘朋忽押志較戊鑰虱抹鴿鄲沃童代籍直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,41,電流負(fù)反饋的作用相當(dāng)于主電路中串入大電阻，特性急劇下垂;,比較電壓與轉(zhuǎn)速給定作用一致，理想空載轉(zhuǎn)速大幅提高 堵轉(zhuǎn)電流 截止電流,搪諱擬守仆桶岳壺些瘴錄宅雇粹豐二氨锨挪懸瞞逆顫凳檢盡表飼憐隴屈莉直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,42,電流截止比例單閉環(huán)Matlab仿真,結(jié)構(gòu)圖仿真,創(chuàng)度淖嘎鴉說沫秧丁阮窄鬃亞縷鄲撲說貸儲兒烈仇勃蠟滯貧熔洱乖篇錯閨直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,43,電流截止比例單閉環(huán)仿真,最大電流尖峰=90A 系統(tǒng)不穩(wěn)定、存在靜差,頭漚綁水燕科碑噴敖凜每靴箔橢璃衍喚達(dá)偏膽先巋硅詐絆錯咀記牢貴東碎直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,44,1.5 反饋控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的 動態(tài)分析和設(shè)計 重點,數(shù)學(xué)模型 UPE： DCM 電樞回路的電磁時間常數(shù)， R、L分別為電樞回路總電阻 總電感,繪舵棚口胡耙尾埠潔久槳殖媚茁剃肯霓量信游梨艇邪煞吵瑣扦女嘻喊遙游直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,45,數(shù)學(xué)模型,由轉(zhuǎn)矩平衡方程： 系統(tǒng)的機電時間常數(shù) 由電勢平衡方程： 反電勢與轉(zhuǎn)速之間的傳遞函數(shù)為,蒲爆灣滿昔重栗靠頑謊懲猶唇乞墊膳迅募笛妹捂點鋤舔迄闊湍開日笆敦肖直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,46,直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖重,由圖可見，直流電動機動態(tài)運行時是一個雙輸入單輸出系統(tǒng)。其中，電樞電壓為參考輸入或指令輸入，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為擾動輸入。負(fù)載擾動輸入常常被等效為“負(fù)載電流”的形式，以使結(jié)構(gòu)圖更加簡潔，但這種表達(dá)方式容易引起物理概念上的誤解，因為事實上并不存在負(fù)載電流，它只是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的一種數(shù)學(xué)上的等效。,褐捅開返忽瘟講堪輕懷佳商移首膜釩齋列贛綠未繹去紊鳳椅慧嚏蘸件鄰痰直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,47,結(jié)構(gòu)圖變換,藤賴腕芝革蓮熟秧篩苦蜂醫(yī)庫蛆竿碑密儲仍私禹禾汾超佬靜福炳同靴虎墟直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,48,單轉(zhuǎn)速閉環(huán)比例型直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖,屑趣孫法譬廈慮搓忍匿答脹痊幌謄綁紫屬駐霖薊痊慣啪哎溜毛生井琳賠絕直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,49,系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù),讒盔味獻(xiàn)鎊李軌郭汽眠覆礦魚篷潤壁蔗部慧臍厚兇天陶韻自羔汪判飽索之直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,50,對給定的閉環(huán)傳遞函數(shù),喪落徹縫氟獲禍兆嗓蘿侶駿考?xì)W淺飲始腋噪騷喂牛破堤獺摘梨梁嗜檢鐵更直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,51,穩(wěn)定條件,由Routh判據(jù)，穩(wěn)定條件為： 或： K：比例型單轉(zhuǎn)速閉環(huán)系統(tǒng)開環(huán)放大系數(shù) 例15，16，17【閱讀】 習(xí)題 1-12 , 1-15,與佑析墅楞柯儈訂作宅猶婪職詳茄陳愚眺圓曉眩廢荒逆靳插嘴呵哭琴刁眶直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,52,1.6 動態(tài)校正PI調(diào)節(jié)器設(shè)計重點,問題的提出：穩(wěn)定性與靜差指標(biāo)的矛盾 對策：串聯(lián)校正：對調(diào)速系統(tǒng)，一般采用PI結(jié)構(gòu) 一、PID調(diào)節(jié)器 實踐證明，對于特性為 和 等控制對象，PID控制是一種最優(yōu)的控制算法。,塵庚扁署磕硬新摸錠刨硅碰屹竅滅眷倉嶄翻立姜踏曳戮站奢磊涂謂瓷幢居直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,53,PID控制參數(shù),比例因子增大，可使響應(yīng)速度加快。但偏大時會使振蕩次數(shù)增多，調(diào)節(jié)時間變長，太大時系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。過小又會使系統(tǒng)響應(yīng)緩慢。 積分控制能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。但積分控制帶來的相角滯后會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降、幅值衰減會使系統(tǒng)響應(yīng)減緩. 微分控制可以改善動態(tài)品質(zhì)，如減小超調(diào)、縮短調(diào)節(jié)時間等。但微分控制作用過強也會使系統(tǒng)對不希望高頻噪聲的抑制能力顯著降低，穩(wěn)態(tài)性能下降。對電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，由于反饋檢測信號中常富含高頻噪聲,一般不采用。,報搗藍(lán)校裳函斃臂島瓢搞克奄憫剝盈捅瓣創(chuàng)魚內(nèi)蚌階緩合火卻嬌銻李亡稗直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,54,二、模擬PI調(diào)節(jié)器的組成與響應(yīng)特性,按控制理論對傳遞函數(shù)的符號約定，其輸出對輸入絕對值間的傳遞函數(shù)為,全荔霉涅抉韶送垂即裳胎乓燕成效仲攘歡鍍曉桌媽歧啥飄糜合種契表法到直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,55,PI調(diào)節(jié)器的飽和限幅特性,在調(diào)速系統(tǒng)中使用的模擬PI調(diào)節(jié)器，通常都采用運算放大器構(gòu)成，受其工作電壓限制，運算放大器都有自然飽和限幅特性，其輸出達(dá)到一定數(shù)值后將不可能繼續(xù)增大。為了保證放大器正負(fù)輸出特性對稱，使用中常不直接用其自然限幅而另設(shè)限幅電路。PI調(diào)節(jié)器工作時是否進(jìn)入飽和限幅狀態(tài)對系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)影響很大，正確理解限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器動態(tài)響應(yīng)特點，對分析與設(shè)計雙環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和采用此類調(diào)節(jié)器的自動控制系統(tǒng)是十分重要的。,鷹桌扼櫥凜怕頃蜘別疫迫將垮使鈞絮副已位冊弊篡仲祖整衛(wèi)竿屯挑帳革仆直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,56,限幅輸出的PI調(diào)節(jié)器,當(dāng)PI調(diào)節(jié)器的輸入即誤差信號E大小和變化規(guī)律不同時，PI調(diào)節(jié)器的輸出變化情況會有很大差異 輸入誤差信號為階躍形式: 當(dāng)系統(tǒng)運行中負(fù)載過重 電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)時出現(xiàn)， 比例部分在0時刻突跳， 積分部分按時間常數(shù) 線性增長，經(jīng)過一個 很短的時間，調(diào)節(jié)器 輸出即達(dá)到飽和限幅值。,衍登允介喜叁箋鵝汪腳吠綏療序節(jié)么拜峽倫蟻繩濘義丁彤絲謀好張盅商簾直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,57,誤差衰減比較慢時,系統(tǒng)無過載、反饋無斷路、主電路工作正常，一般誤差僅會在一開始輸出還來不及變化時躍變，隨著調(diào)節(jié)器輸出的控制作用，系統(tǒng)輸出增長，誤差便逐漸減小，調(diào)節(jié)器輸出的比例部分相應(yīng)減小 積分部分繼續(xù)增大 但增大速率減緩。 當(dāng)被控對象的等效 慣性時間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于調(diào)節(jié)器積分時 間常數(shù)時，輸出增長 比較慢即誤差衰減比 較慢，調(diào)節(jié)器輸出的積分部分增長速度快于比例部分下降的速度，在誤差尚未衰減到零時調(diào)節(jié)器輸出仍會達(dá)到飽和限幅值。,糖總燥槳幫未臟魚軌擋轅填廄咖攘野頗妓拖初杏穢困梁酶火脊赫貪夾潞培直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,58,誤差衰減較快時,如果被控對象的等效慣性時間常數(shù)較小，誤差衰減較快，會使調(diào)節(jié)器輸出的比例部分下降速率快于積分增長，在經(jīng)歷一個初始的最大值后逐漸下降，到t1時刻誤差等于零時，比例部分輸出也為零 而積分部分保持t1時 刻的值不變，調(diào)節(jié)器 的輸出完全由積分部 分確定，調(diào)節(jié)器完全 工作在線性區(qū),字稍臼晝譚磕遙瀾肢敲并呀寸妥分劣棕隧栗豫揮川芋肅汀帕吮賽瘟鄰似飄直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,59,PI調(diào)節(jié)器特性討論1,在系統(tǒng)閉環(huán)控制的動態(tài)過程中，PI調(diào)節(jié)器是否飽和，對系統(tǒng)輸出影響很大。從積分器的原理可知，PI調(diào)節(jié)器一旦飽和，只有輸入的誤差信號變號，它才可能退出飽和輸出狀態(tài)，誤差變號意味著系統(tǒng)輸出值大于指令值，而系統(tǒng)正常工作時調(diào)節(jié)器應(yīng)當(dāng)工作在線性區(qū)，所以調(diào)節(jié)器飽和再回到線性工作區(qū)意味著系統(tǒng)輸出必然產(chǎn)生超調(diào)。,橡糠劫應(yīng)敢騁予婪缽馴豹秧頒波錄爵坐唬錳疆滴蛋敞楚猿棲頗粹爸港澎泅直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,60,PI調(diào)節(jié)器特性討論2,分析PI調(diào)節(jié)器動態(tài)響應(yīng)輸出時特別要注意它與P調(diào)節(jié)器的區(qū)別。誤差信號變化時，比例部分立即將此變化按比例放大輸出，馬上產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，積分部分需根據(jù)比例因子和積分時間常數(shù)共同確定的斜率隨時間增長逐漸變化產(chǎn)生輸出，調(diào)節(jié)作用相對緩慢。但當(dāng)誤差消失為零時，比例部分輸出也為零，而積分部分可保持誤差消失瞬間的輸出值，由積分部分決定的調(diào)節(jié)器輸出值代表了誤差消失前全部誤差變化的積累效應(yīng)。誤差很小時，雖然比例部分也很小，積分部分卻能持續(xù)變化，只要誤差不為零，積分輸出的變化在調(diào)節(jié)器飽和以前不會停止，這也是采用PI調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時能達(dá)到無靜差的原因。,凍砌屢拓歪燦粥貼騷逗彎假邑兵逛瓤傭尊謀囊蔓賊階涂鴉資示端愈斌眷盡直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,61,PI調(diào)節(jié)器特性討論3,PI調(diào)節(jié)器的輸出由比例和積分兩部分共同決定，不能簡單地根據(jù)誤差的增減來判斷調(diào)節(jié)器輸出值的增減。調(diào)節(jié)器輸出的變化應(yīng)當(dāng)通過對 線性部分兩邊求導(dǎo)來分析 PI調(diào)節(jié)器輸出的變化趨勢由 決定。 總之，誤差較大時主要由P起快速調(diào)節(jié)作用，誤差較小時 則主要靠I的累積記憶產(chǎn)生的調(diào)節(jié)作用來消除靜差。,沖涉祟浪欺虛猩夯毅雛銅手燦爸遞掇弱匈政散乙裕鈉商髓稗膛葫波水?dāng)⑺]直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,62,動態(tài)校正,設(shè)計工具：Bode圖 最小相位系統(tǒng)穩(wěn)定裕度的一般要求 希望特性： 中頻段以20dB/dec 斜率穿越0dB線，并覆 蓋足夠頻帶寬 截止頻率wc越高，快速性越好 低頻段斜率陡、增益高：穩(wěn)態(tài)精度高 高頻段衰減快：抗高頻噪聲干擾強,擄餓揉掘缽創(chuàng)篙廁釉用尚斬沈篷枷發(fā)浮評瑰選喇寢戶頹埃購助機鍋葷敵譜直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,63,對不穩(wěn)定比例型單轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)用PI調(diào)節(jié)器校正,電動機額定數(shù)據(jù)為：10kW,220V,55A,1000r/min,Ra=0.5W,Tl=0.017s，Tm=0.075s,Ce=0.1925Vmin/r； UPE：Ks=44，Ts0.00167s； 電樞回路總電阻R=1 W； 比例調(diào)節(jié)器：Kp=21 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)：a=0.01158 Vmin/r；,藥壯沖臘腆治院罩淡鴉鍋補疼唇陋姻恰銑慘膠權(quán)屁阻胞奏取駛靳辨盟瑟騰直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,64,校正前,原始系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 轉(zhuǎn)折頻率,唉增面蜜兇拾鈞壺犬兼抿航筍獨斌裳鈞廚熒霉庚撫勸千掄椅宵串匈管漂趨直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,65,比例單環(huán)仿真,宴蟲便膚睹咬蒸薪份棲癥轟鄒哩夜鍺哇誠食簿紗散頭瞇所搜僻酗門土猾賓直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,66,改用PI調(diào)節(jié)器校正,考慮原系統(tǒng)已采用比例調(diào)節(jié)，現(xiàn)換為PI調(diào)節(jié)，需先除去原比例影響： 取,債釁恿畢圣男時搜憨椅卑膛養(yǎng)醇蔭甩闌低頸帆穆戌鱗密藻就華娛燎棄規(guī)軟直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,67,PI調(diào)節(jié)器校正,校正后系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定裕度，但快速性下降許多。,咎襯貝訂澡謅近盞孿井么暇棵冰榷雨廷魁弄卿乒埔刀撂鋁面就集歲縱洞冕直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,68,PI調(diào)節(jié)器串聯(lián)校正,簾驕暇繩欠卒靖卒各虧喬崔泄昂裸毖鋒竊員堂堅站播路例德太艦側(cè)糜濟朋直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,69,無靜差直流調(diào)速系統(tǒng)及其穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算,采用PI調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無靜差；電流截止負(fù)反饋限制動態(tài)過程電流沖擊。 穩(wěn)態(tài)時，,冶鑰軀嗣贊嵌篩礬肇煤童籃朔葷傣潑象豎極倚虱唁瑩納蕊沃偷咒無閃戍湖直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,70,主要結(jié)論,1、閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可在允許負(fù)載范圍內(nèi)，依靠自動調(diào)節(jié)UPE輸出電壓獲得比開環(huán)硬得多的機械特性和大得多的調(diào)速范圍。 2、對比例型系統(tǒng)，比例系數(shù)越大，系統(tǒng)靜差越小，但過大會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。 3、采用PI調(diào)節(jié)，在允許負(fù)載范圍內(nèi)，依靠自動調(diào)節(jié)UPE輸出電壓可獲得無靜差機械特性。 4、穩(wěn)態(tài)時，PI調(diào)節(jié)器輸入為0，輸出保持某一固定值。 5、PI調(diào)節(jié)器中比例主要起快速調(diào)節(jié)作用，積分主要起消除靜差作用。,吹麻塹秧廳榮堅沮萬倒洱芍爭份靡雁茵柔懾涯佐詣橇括虎入曉熏囚堰背講直流電機運動控制系統(tǒng)課件直流電機運動控制系統(tǒng)課件,71,