2022年单闭环无静差直流调速系统.docx
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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 8.3.4 单闭环无静差直流调速系统 上面介绍的采纳比例调剂器的单闭环调速系统,其掌握作用需 要用偏差来维护,属于有静差调速系统,只能设法削减静差,无法从 根本上排除静差; 对于有静差调速系统, 假如依据稳态性能指标要求 运算出系统的开环放大倍数, 动态性能可能较差, 或根本达不到稳态,也就谈不上是否满意稳态要求; 采纳比例积分调剂器代替比例放大器 后,可以使系统稳固且有足够的稳固裕量;但是采纳 PI 调剂器之后 的系统稳态性能是否满意当时并未提及;通过下面的争论我们将看 到,将比例调剂器换成比例积分调剂器之后,不仅改善了动态性能,而且仍能从根
2、本上排除静差,实现无静差调速;积分调剂器和积分掌握规律 图 8.34 所示为用线性集成电路运算放大器构成的积分调剂器(简称 I 调剂器)的原理图;依据运算放大器的工作原理,我们可以 很简单地得到(8.75 )式中,积分调剂器的积分时间常数;式( 8.75)说明积分调剂器的输出电压是输入电压对时间的积分;当积分调剂器在输入和输出都为零时,突加一个阶跃输入, 其输出将名师归纳总结 随时间线性增大(如图8.35 所示),即第 1 页,共 12 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - (8.101 )其上升的速度取决于积分时间常数;在积分调剂器中,只要在调节器输入
3、端有Uin 作用,电流 i 不为零,电容C 就不断积分,输出Uex 也就不断线性变化,直到运算放大器饱和为止;图 8.34 积分调剂器图 8.35 阶跃输入时积分调剂器的输出特性 从以上分析可知,积分调剂器具有下述特点“(1)积存作用;只要输入端有信号,哪怕是微小信号,积分就会进行,直至输出达到饱和值(或限幅值)种积存才会停止;只有当输入信号为零,这(2)记忆作用;在积分过程中,假如突然使输入信号为零,其输 出将始终保持在输入信号为零瞬时前的输出值;名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - (3)延缓作用;即使输入信号突变
4、,例如为阶跃信号,其输出却不能跃变, 而是逐步积分线性渐增的; 这种滞后特性就是积分调剂器的延缓作用;积分调剂器的积存作用和记忆作用是使采纳积分调剂器和单闭环调速系统完全排除静差的根本缘由,这就是积分掌握规律; 在采纳比例调剂器的调速系统中, 调剂器的输出是功率变换器的掌握电压 Uct,且;只要电动机在运行,就必需有 Uct,也就必需有调剂器的输入偏差电压,这是采纳比例调剂器的调速系统有静差的根本缘由;假如采纳积分调剂器, 输出电压 Uct 是输入偏差电压的积分,即(8.76)只要,积分就不会停止, Uct 将连续变化,系统就不会进入稳态运行;只有当时,积分停止, Uct 才停止变化,保持在一
5、个恒定值上,使系统在偏差为零时保持恒速运行;上述分析说明, 比例调剂器的输出只取决于输入偏差量的现状,而积分调剂器的输出就不仅取决于输入偏差量的现状,而且包含了输入偏差量的全部历史;只要历史上有过,即使现在,其积分仍有肯定数值,仍能产生足够的掌握电压Uct,保证系统能在稳态下运行;这就是积分掌握规律与比例掌握规律的根本区分;名师归纳总结 采纳积分调剂器虽然能使调速系统在稳态时没有静差,但是由于积第 3 页,共 12 页分调剂器的延缓作用, 使其输出相对于输入有明显的滞后,输出电压- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 的变化缓慢, 使调速系统的动态响应很慢;
6、采纳比例调剂器时虽然有静差,但动态响应却较快;因此,假如既要稳态准,又要响应快,可 将两种掌握规律结合起来,这就是比例积分掌握;比例积分调剂器和比例积分掌握规律 前面在进行单闭环调速系统的动态分析时我们已经给出了比例积分调剂器(简称PI 调剂器)的原理图和传递函数见图 8.43 和式(8.96);依据运算放大器的基本原理可以得出它的输入与输出 间的关系为(8.77)由此可见, PI 调剂器的输出电压Uex 由比例和积分两个部分组成,在零初始状态和阶跃输入信号作用下,其输出电压的时间特性示于图 8.36;由图可以看出比例积分作用的物理意义;当突加输入电压 时,由于开头瞬时电容 C 相当于短路,反
7、馈回路只有电阻R1,使输出电压 突跳到;此后,随着电容 C 被充电,开始表达积分作用,不断线性增长,直到达到输出限幅值或运算放大器饱和;这样, 当单闭环调速系统采纳比例积分调剂器后,在突加输入偏差信号的动态过程中,在输出端 Uct 立刻出现,实现快速掌握,发挥了比例掌握的特长;在稳态时,又和积分调剂器名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 12 页精选学习资料 - - - - - - - - - 一样,又能发挥积分掌握的作用,Uct 保持在一个恒定值上,实现稳态无静差; 因此,比例积分掌握综合了比例掌握和积分掌握两种规律的优点,又克服了各自的缺点,扬长避短,相互补充;比例部分能
8、够快速响应掌握作用, 积分掌握就最终排除稳态偏差;作为掌握器,比例积分调剂器兼顾了快速响应和排除静差两方面的要求;作为校正装置,它又能提高系统的稳固性;所以,和其他自动掌握系统中得到了广泛应用;图 8.36 阶跃输入时 PI 调剂器的输出特性采纳 PI 调剂器的单闭环无静差调速系统PI 调剂器在调速系统名师归纳总结 图 8.37 绘出了采纳 PI 调剂器的单闭环无静差调速系统,其中第 5 页,共 12 页除调剂器外,其余与图8.33 基本相同;- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 8.37 采纳 PI 调剂器的单闭环无静差调速系统下面分析这个系统的工作
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