机电传动的闭环控制系统

速度稳定性指标
S n0 ne ne
n0
n0
ne n0 ne 静态速降
当负载变化时，生产机械转速的变化要能维持在一定范围之内，即要求静
差度S小于一定数值。
普通设备 普通车床 龙门刨床 冷轧机
热轧机
造纸机
S≤50%
S≤30%
S≤5%
S≤2% 0.2%~0.5% S≤0.1%
电动机的机械特性愈硬，则静差度愈小，转速的相对稳定性就愈高 ; 在一个调速系统中，如果在最低转速运行时能满足静差度的要求，则在其他 转速时必能满足要求。
KG K p K2 ——从放大器输入端到可 控整流电路输出端的电压 放大倍数；
K
Kf Ce
K pK2
——闭环系统的放大倍数。
如果系统没有转速负反馈（即
K2Uk Cen Ia R
K2K p ( U g U f ) Cen Ia R
* 2. 调速范围D 在额定负载下，允许的最高转速和在保证生产机械对转速变化率要求的前提 下所能达到的最低转速之比称为调速范围 。
D ne max ne min
车床 龙门刨床 20-120 20-40
钻床 2-40
铣床 20-30
轧钢机 造纸机 3-15 10-20
* 3. 调速的平滑性
调速的平滑性，通常是用两个相邻调速级的转速差来衡量的。
静差度S和调速范围D由生产机械的要 求决定；
当上述三个参数确定后，则要求静态 速降是一个定值。
9.1 直流电动机调速系统的分类与技术性能
(2)动态技术指标
从一种稳定速度变化到另一种 稳定速度运转（启动、制动过程仅 是特例而已），由于有电磁惯性和 机械惯性，过程不能瞬时完成，而 需要一段时间，即要经过一段过渡 过程，或称动态过程。
该系统又称转速负反馈调速系统。
2. 工作原理
(1) 稳态（ Ug、Uf 不 变）
当Ug、Uf不变时， 电动机的转速不变，这种 状态称为稳态。
(2) 调速（Uf不变，改变Ug的大小）
U g U U g U f Uk Ud n
U g U U g U f Uk Ud n
调速
无级调速 有级调速
9.1 直流电动机调速系统的分类与技术性能
以改变直流电动机电枢外加电压调 速为例，说明调速范围D与静差度S之间 的关系 ：
D ne max ne max
ne max
ne max S
ne min
n02 ne
n02 1
ne
n02
ne (1 S )
最高速度由系统中所使用电动机的额 定转速决定；
超调量
1. 最大超调量
M
p
nmax n2
n2
100%
➢超调量太大，达不到生产工艺上的要求；
➢超调量太小，会使过渡过程过于缓慢，不利于生产率的提高等
范围： M p 10% ~ 35%
超调量
2. 过渡过程时间T
从输入控制（或扰动）作用于系统 开始直到被调量 n 进入（0.05 ～0.02）n2 稳定值区间时为止（并且以后不再越出 这个范围）的一段时间，叫作过渡过程 时间。
3. 振荡次数 N
在过渡过程时间内,被调量n在
过渡过程时间
其稳定值上下摆动的次数。
如图所示是三种不同调速系统被调量从x1改变为x2时的变化情况。
系 超调 过渡过程 振荡
统量
时间T
次数
综合 性能
1
0
2
大
3
小
长
无
不
好
长
多
不
好
短
中
好
Байду номын сангаас
9.2.单闭环直流调速系统
9.2.1、有静差调速系统
单纯由被调量负反馈组成的按比例控制的单闭环系统属有静差 的自动调节系统，简称有静差调速系统；
触发电路：将放大器放大后
的电压信号变为脉冲型号去控 制整流电路的输出大小。
整流电路：变交流 电压为直流电压， 输出电压大小由触 发电路输出脉冲信 号所决定，整流电 路的输出为直流电 动机电枢的外加电 压；
直流电动机：系 统的控制对象。
给定电位器： 调节Rg的位置可 改变给定电压Ug 的大小 。
转换元件：将测速
可控硅和触发电路 设可控硅和触发电路的放大倍数为K2 ，则：Ud K2Uk
放大器电路 设放大器的放大倍数为KP ，则：Uk K P U K p (U g U f )
反馈电路 速度反馈信号电压与转速n 成正比，设放大系数为Kf，则：
Uf Kfn
(2) 静特性
Ud Cen Ia R Ud K2Uk Uk K p ( U g U f ) U f K f n
维持被调量 (转速)近于恒值不变,但又具有偏差的反馈控制系统 通常称为有差调节系统 (即有差调速系统)。
当无偏差时，比例控制使输出为零，所以正常工作是一定会 有偏差！系统的放大倍数越大,准确度就越高,静差度就越小,调速范 围就越大。
按比例控制的转速负反馈调速系统：
放大器：将外加电
压和反馈信号经转换后 的电压之差进行放大。
第9章 直流传动控制系统
9.1 直流电动机调速系统的分类与技术性能
单闭环直流调速系统 按结构的不同： 双闭环直流调速系统
可逆系统 无静差直流调速系统
按静态误差的不同： 有静差直流调速系统
计算机控制系统：
第9章 直流传动控制系统
9.1 直流电动机调速系统的分类与技术性能
(1)静态技术指标:
*1. 静差度S： 静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。
改变Ug的大小可改变电动机的转速，这种状态称为调速. (3) 稳速（Ug不变、负载变化使Uf变化 )
当负载增加使 n U f U U g U f Uk Ud n 当负载减小使 n U f U U g U f Uk Ud n
当负载发生变化使速度发生变化后，系统通过反馈能维持速度基本不 变，这种状态称为稳速。
3. 静特性分析 目的：找到减小静态速降、扩大调速范围，提高系统性能的途径。 静特性表示出电动机的转速与负载电流之间的大小关系。 (1) 各环节输入输出的关系
电动机电路
Ud Ken Ia R Cen Ia R
式中: R Rx Ra 电枢回路的总电阻； Rx 可控整流电源的等效内阻； Ra 电动机的电枢电阻。
发电机的转速转换成 电压信号以便与给定 电压进行比较。
测速发电机：与直流电动机 M同轴相连，即两者的速度相 同，测速发电机用来测量电动 机的速度，称检测元件；
❖ 系统的调速方法是改变外加电压调速；
❖ 系统的反馈信号是被控制对象n本身; ❖ 反馈电压和给定电压的极性相反，即: U U g U f