1、2.3.3 百分比积分控制无静百分比积分控制无静差直流调速系统差直流调速系统1/41_ +MTGUn*R0R0R1RP2UcUPEUd+-RbalUn+Id-图 转速负反馈闭环控制有静差有静差直流调速系统原理图Un nclnTeTLUc=Kp Un 所以，采取所以，采取百分比调整百分比调整器器控制自动控制系统中，控制自动控制系统中，输输入偏差入偏差是维系系统运行基础，是维系系统运行基础，必定要产生静差，所以是必定要产生静差，所以是有有静差系统静差系统。nUc=0，电动机停顿；，电动机停顿；nUc 0，电动机运行，即，电动机运行，即 Un 0。2/41 消除系统误差消除系统误差(稳态偏差稳态偏差
2、)：采取积分采取积分(Integration)(Integration)调整器或百分比积分调整器或百分比积分(PI)(PI)调整器来代替百分比放大器调整器来代替百分比放大器。3/41_ +MTGUn*R0R0RP2UcUPEUd+-RbalUn+Id-C1R1 采取积分调整器采取积分调整器I或百分比积分调或百分比积分调整器整器PI来代替百分比放大器来代替百分比放大器。R1C14/41 采取百分比积分（采取百分比积分（PI）调整器来代替百）调整器来代替百分比放大器，分比放大器，PI调整器不但使调整器不但使系统稳定系统稳定，还，还有深入有深入提升稳态性能提升稳态性能，到达，到达消除稳态速差消除稳态
3、速差。消除稳态速差消除稳态速差无静差调速系统：无静差调速系统：有静差调速系统：有静差调速系统：带百分比放大器百分比放大器反馈控制闭环调速系统。带百分比积分放大器百分比积分放大器反馈控制闭环调速系统。5/411、积分调整器和积分控制规律、积分调整器和积分控制规律+CUexRbalUinR0+A 积分调整器a)原理图ii1）原理图）原理图 ,式中 积分时间常数。2）传递函数）传递函数:运算放大器设置运算放大器设置输出电输出电压限幅压限幅：确保线性放大：确保线性放大作用并保护系统各步骤作用并保护系统各步骤I6/413）输入输出关系）输入输出关系积分调整器控制作用：积分调整器控制作用：控制电压Uc是转
4、速偏差电压Un积分，即：M_ +TGUn*R0R0RP2UcUPEUd+-RbalUn+Id-C1R1Un7/414)积分调整器积分调整器输入和输出输入和输出动态过程动态过程每一时刻每一时刻Uc大小大小和和Un与横轴所包与横轴所包围面积成正比围面积成正比_ +Un*R0R0UcRbalC1UnUnUnUc负载改变负载改变Ucf图图2-26 积分调整器输入和输出动态过程积分调整器输入和输出动态过程a)阶跃输入阶跃输入 b)负载改变负载改变8/415)积分调整器特征积分调整器特征_ +Un*R0R0UcRbalC1Un注：当注：当 Un =0时，时，Uc并不是零，而是一个终值并不是零，而是一个终值
5、 Ucf；假如；假如 Un 不再改变，此终值便保持恒定不变，这不再改变，此终值便保持恒定不变，这是积分控制特点。是积分控制特点。1）在动态过程中，当在动态过程中，当 Un 改变时，改变时，只要其极性不变，即只要仍是只要其极性不变，即只要仍是 Un*Un，Un 0 0，积分调整器输出积分调整器输出 Uc 便一直增加；便一直增加；2）只有到达只有到达 Un*=Un，Un=0时，时，Uc 才停顿上升；才停顿上升；3）Un 变负，变负，Un 00 当当 U Un n =0=0时，时，U Uc c并不是零，而是一并不是零，而是一个终值个终值 U Ucfcf ；假如；假如 U Un n 不再改变，此终值不
6、再改变，此终值便保持恒定不变，这是积分控制特点。便保持恒定不变，这是积分控制特点。Un Idcr），电流负反馈起作用，限制电流不能过大；（2）当电枢电流小于小于截止电流值（Id Idcr）时，电流负反馈作用被截止，对系统稳定运行无任何影响，使之含有较硬静特征。临界截止电流临界截止电流24/41电流截止负反馈步骤工作原理电流截止负反馈步骤工作原理 图2-38 电流截止负反馈步骤a）利用独立直流电源作比较电压M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器M 电流反馈信号从串联电流反馈信号从串联于电枢回路小电阻于电枢回路小电阻Rs上上取出取出,大小为大小为IdRs。电流截止步骤由提供电流截止步骤由提
7、供电流截止比较电压电流截止比较电压Ucom调整电位器及其电源和调整电位器及其电源和二极管二极管VD组成。组成。确保电流反馈控制电路中确保电流反馈控制电路中只能有单方向电流，相当于只能有单方向电流，相当于电流截止控制开关。电流截止控制开关。电流负反电流负反馈电压馈电压25/41图2-38 电流截止负反馈步骤a）利用独立直流电源作比较电压M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器MIdcr：临界截止电流；：临界截止电流；调整调整Ucom大小，即可改变大小，即可改变临界截止电流临界截止电流Idcr大小，从大小，从而实现了系统对电流截止负而实现了系统对电流截止负反馈控制要求。反馈控制要求。Ucom
8、：电流截止比较电压。：电流截止比较电压。Ucom Idcr Rs26/41图2-38 电流截止负反馈步骤a）利用独立直流电源作比较电压M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器M 系统系统正常工作正常工作时，时，Id Rs Ucom，即即Id Idcr，二，二极管截止，电流反馈信号极管截止，电流反馈信号Ui被被切断切断。此时系统就是普通转速此时系统就是普通转速负反馈闭环调速系统，其静负反馈闭环调速系统，其静特征很硬。特征很硬。Ucom Idcr RsUi=IdRS-Ucom=IdRS-IdcrRS27/41图2-38 电流截止负反馈步骤a）利用独立直流电源作比较电压M+-UdId RsVD
9、Ui Ucom接放大器M 当系统当系统起动或堵转产生起动或堵转产生过流过流时，时，Id Rs Ucom，即即Id Idcr，二极管导通，电流反，二极管导通，电流反馈信号馈信号Ui=Id Rs-Ucom加至放加至放大器输入端，此时偏差电压大器输入端，此时偏差电压 U=Un*-Un-Ui，随，随Id增大增大而增大。而增大。IdRKpKs1/CeUnUcUd0nUn-Un*-EUi-Ui=IdRS-Ucom=IdRS-IdcrRS28/41电流截止负反馈步骤输入输出特征曲线电流截止负反馈步骤输入输出特征曲线 图2-38 电流截止负反馈步骤a）利用独立直流电源作比较电压M+-UdId RsVDUi U
10、com接放大器M1)IdRSUcom,Ui=0 2)IdRSUcom,Ui=IdRS-UcomIdRS-UcomUi图2-39 电流截止负反馈步骤I/O特征 29/41 利用稳压管VS击穿电压Ubr作为比较电压，线路简单，但不能平滑调整截止电流值Idcr。图1-29 电流截止负反馈步骤a）利用独立直流电源作比较电压M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器Mb)利用稳压管产生比较电压 UbrM+-UdId RsVSUi接放大器M30/413.带电流截止负反馈步骤闭环调速系统稳态带电流截止负反馈步骤闭环调速系统稳态结构图和静特征结构图和静特征（1）稳态结构图稳态结构图图2-40 带电流截止负
11、反馈闭环直流调速稳态结构框图Ui RSUcomId Rs-Ucom-+KpKs 1/CeU*nUcIdEUd0Un+-R-+图2-38 电流截止负反馈步骤M+-UdId RsVDUi Ucom接放大器Mn31/413.带电流截止负反馈步骤闭环调速系统稳态带电流截止负反馈步骤闭环调速系统稳态结构图和静特征结构图和静特征（2）静特征方程静特征方程图2-40 带电流截止负反馈闭环直流调速稳态结构框图Ui RSUcomId Rs-Ucom-+nKpKs 1/CeU*nUcIdEUd0Un+-R-+写出该系统两段静特征方程式:1)当 Id Idcr 时,2)当 Id Idcr时，引入了电流负反馈，静特征
12、变成,32/41图1-32 带电流截止负反馈闭环调速系统静特征(3)静特征曲线静特征曲线1)当 Id Idcr 时,2)当 Id Idcr时，IdblIdcrn0IdOABCn0n 电流负反馈被截止电流负反馈被截止时静特征：这段特征时静特征：这段特征比较硬，是系统稳定比较硬，是系统稳定运行段特征。运行段特征。A点：为两段点：为两段特征自动转折点，特征自动转折点，对应于截止电流对应于截止电流Idcr。电流负反馈作用时电流负反馈作用时特征：这一段斜率较特征：这一段斜率较大，其理想空载转速大，其理想空载转速和静态速降都较前一和静态速降都较前一段大得多。段大得多。33/41静特征两个特点静特征两个特点
13、（1）电流负反馈作用相当于在主）电流负反馈作用相当于在主电路中串入一个大电阻电路中串入一个大电阻 Kp Ks Rs，因而稳态速降极大，特征，因而稳态速降极大，特征急剧下垂。急剧下垂。（2）比较电压）比较电压 Ucom 与给定电压与给定电压 Un*作用一致，好象把理想空载作用一致，好象把理想空载转速提升到转速提升到n0IdblIdcrn0IdOABCn034/41这么两段式静特征常称这么两段式静特征常称作作下垂特征或挖土机特征下垂特征或挖土机特征。当挖土机碰到坚硬石块而过载时，电动机停下，电流也不过是堵转电流，令 n=0，得IdblIdcrn0IdOABCn0普通 Kp Ks Rs R，所以：堵
14、转电流堵转电流35/411）无静差直流调速系统组成）无静差直流调速系统组成+-+-M TG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcTA:交流互感器交流互感器IdUnUd图2-42带电流截止负反馈无静差直流调速系统-+MTG+VBT VSUiR1C1+-UPE采取百分比积分调整采取百分比积分调整器以实现无静差器以实现无静差4.带电流截止无静差直流调速系统带电流截止无静差直流调速系统采取电流截止负反采取电流截止负反馈来限制动态过程馈来限制动态过程冲击电流。冲击电流。电流检测电路电流检测电路36/412）工作原理）工作原理+-+-M TG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVBT VSU
15、iTAIdR1C1UnUd -+MTG+-UPE 当电流超出截止电流时，高于稳压管当电流超出截止电流时，高于稳压管VS击击穿电压，使晶体三极管穿电压，使晶体三极管VBT导通，则导通，则PI调整器调整器输出电压靠近于零，电力电子变换器输出电压靠近于零，电力电子变换器UPE输出输出电压急剧下降，到达限制电流目标。电压急剧下降，到达限制电流目标。Idcr图2-42带电流截止负反馈无静差直流调速系统 37/41+-+-M TG+-RP2nRP1U*nR0R0RbalUcVBT VSUiTAIdR1C1UnUd -+MTG+-UPE 当电动机电流低于其截止当电动机电流低于其截止值时，电流截止负反馈回路不
16、值时，电流截止负反馈回路不起作用，系统是转速负反馈无起作用，系统是转速负反馈无静差直流调速系统。静差直流调速系统。Idcr2）工作原理）工作原理图2-42带电流截止负反馈无静差直流调速系统 38/413）稳态结构与静特征（）稳态结构与静特征（IdIdcr）图2-43 无静差直流调速系统稳态结构框图（Id Idcr）+U*nUn Un-1/CeIdREnUd0+KsUc 其中代表其中代表PI调整器方框中无调整器方框中无法用放大系数表示，普通画出法用放大系数表示，普通画出它它输出特征输出特征，以表明是百分比，以表明是百分比积分作用。积分作用。Kp39/41静特征曲线静特征曲线(1)无静差系统理想静特征无静差系统理想静特征OIdn1n2nmaxn图1-50 带电流截止无静差直流调速系统静特征(2)无静差系统实际静特征无静差系统实际静特征IdIdcr:IdIdcr:系统无静差，静特征是不一样转速时一簇水平线；电流截止负反馈起作用，静特征急剧下垂，基本上是一条垂线。Idcr40/41IdRKpKs1/CeUn*UcUd0nUn-Un*-E4）稳态参数计算）稳态参数计算（1）计算转速反馈系数 电动机调压时最高转速(r/min)；对应最高给定电压(V)。nmaxU*nmax在理想情况下，稳态时在理想情况下，稳态时 Un=0，因而，因而 Un=Un*41/41
