• 特性a和b的静 差率不相同。
图2-14 不同转速下的静差课件率
调速范围、静差率和额定速降之间的关系
D nN s nN (1 s)
课件
转速反馈控制直流调速系统
•
n K pKsUn* Id R K pKsUn* RId
Ce (1 K pKs / Ce )课件 Ce (1 K ) Ce (1 K )
• 准确的测速时间是用所得的高频时钟脉冲个数M2 计算出来的，即 Tt M 2 / f0 ，
• 电动机转速为
n 60 60 f0 ZT课t件 ZM 2
（2-80）
• T(M法2-测1)速时的转分速辨的率变定化义量为，时钟脉冲个数由M2变成
Q 60 f0 60 f0
60 f0
Z (M 2 1) ZM 2 ZM 2 (M 2 1)
• 输入输出关系为
U d 0 K sU c 1(t Ts )
Ws (s)
U d0 (s) Uc (s)
K s e Tss
Ws
(
s
)
1
Ks Ts
s
课件
直流PWM变换器-电动机系统
课件
不可逆PWM变换器-直流电动机系统
Ud
t on T
U
s
U s
电压和电流波形
课件
有制动电流通路的不可逆 PWM变换器-直流电动机系统
表3-4 典型Ⅱ型系统阶跃输入跟随性能指标 (按Mrmin准则确定参数关系)
h
3
4
5
6
7
8
9
10
52.6% 43.6% 37.6% 33.2% 29.8% 27.2% 25.0% 23.3%
tr / T 2.4 2.65 2.85 3.0 3.1 3.2 3.3 3.35
ts / T 12.15 11.65 9.55 10.45 11.30 12.25 13.25 14.20
运动控制系统总结
第1章 绪论
课件
什么是运动控制系统
• 运动控制系统是以机械运动的驱动设备— —电动机为控制对象，以控制器为核心， 以电力电子功率变换装置为执行机构，在 自动控制理论的指导下组成的电气传动自 动控制系统。
课件
运动控制系统及其组成
课件
直流调速系统
直流电动机的数学模型简单，转矩易 于控制。
U s RI d E RI d Cen
直流PWM调速系统（课电件 流连续）的机械特性
转速控制的要求和稳态调速性能指标
调速范围
静差率s
D nmax nm in
s nN 100 % n0
课件
静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准
• 特性a和b的硬 度相同，
• 特性a和b额定 速降相同，
• 综合这两种测速方法的特点，产生了M/T测速法， 它无论在高速还是在低速时都具有较高的分辨能力 和检测精度。
课件
• 在高速段，与M法测速的分辨率完全相同。 • 在测低速速完段 全， 相M同1。＝1，M2随转速变化，分辨率与T法
• M/T法测速无论是在高速还是在低速都有较强的 分辨能力。
课件
2.5.2带电流截止负反馈环节的 直流调速系统
一般电动状态的 电压、电流波形
课件
Ud E
U g1 的正脉冲比 负脉冲窄 ，
E Ud
id 始终为负。
制动状态的电压、电流波形 图2-11 有制动电流通路的不可逆课件PWM变换器-直流电动机系统
VT1、VD2、VT2和VD1
id
四个管子轮流导通。
1
2
0
t4
4
ton
t2 T
t
3
(d) 轻载电动状态课的件 电流波形
sr (Tjs 1)
j 1
常把Ⅰ型和Ⅱ型系统作为系统设计的目标。
课件
• K值越大，截止频率
c 也越大，系统响
应越快，相角稳定裕
度 越小，快速性
与稳定性之间存在矛 盾。 • 在选择参数 K 时， 须在快速性与稳定性 之间取折衷。
课件
表3-1 典型Ⅰ型系统动态跟随性能指标和频域指标与参数的关系
参数关系KT
• 采用“振荡指标法”中的闭环幅频特性峰值最小准则，可 以找到和两个参数之间的一种最佳配合。
2 2h c h 1
(3-25)
c h 1 1 2
(3-26)
• 在确定了h之后，可求得
M r min
h h
1 1
hT
(3-29)
K
1c
12
h 1 2
(1 hT
)2
h 1 2
h 1 2h2T 2
课件
(3-30)
换向器与电刷的位置保证了电枢电流 与励磁电流的解耦，使转矩与电枢电流成 正比。
课件
交流调速系统
交流电动机（尤其是笼型感应电动机） 结构简单
交流电动机动态数学模型具有非线性 多变量强耦合的性质，比直流电动机复杂 得多。
课件
运动控制系统的转矩控制规律
忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，运动 控制系统的简化运动方程式
（2-81）
• 综合式（2-80）和式（2-81），可得
Q Zn2 60 f0 Zn
(2-82)
• T法测速的分辨率与转速高低有关，转速越低，Q 值越小，分辨能力越强。
课件
M/T法测速
• 在M法测速中，随着电动机的转速的降低，计数值 减少，测速装置的分辨能力变差，测速误差增大。
• T法测速正好相反，随着电动机转速的增加，计数 值减小，测速装置的分辨能力越来越差。
课件
3.2 转速、电流反馈控制直流调速系统 的数学模型与动态过程分析
3.2.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型
图3-5 双闭环直流调速系统的动态结构图
课件
电流Id从零增长到Idm， 然后在一段时间内维持
其值等于Idm不变， 以后又下降并经调节后
到达稳态值IdL。
图3-6 双闭环
直流调速系统
ZTc
ZTc ZTc
（2-78）
• M法测速的分辨率与实际转速的大小无关。
• M法的测速误差率的最大值为
60M 1 60( M 1 1 )
max ZTc
ZTc 60M 1
ZTc
100% 1 100%
M1
（2-79）
• δmax与M1成反比。转速愈低，M1愈小，误差率愈
大。
课件
T法测速
• T法测速是测出旋转编码器两个输出脉冲之间的间隔 时间来计算转速，又被称为周期法测速。
起动过程的转
课件
速和电流波形
• 双闭环直流调速系统的起动过程有以下三 个特点：
（1）饱和非线性控制 （2）转速超调 （3）准时间最优控制
课件
3.3 转速、电流反馈控制 直流调速系统的设计
3.3.1 控制系统的动态性能指标 • 在控制系统中设置调节器是为了改善系统
的静、动态性能。 • 控制系统的动态性能指标包括对给定输入
0.5 16.3 %
2.4T 3.2T 51.8 ° 0.786/T
课件
定义中频宽： h 2
T 1
(3-23)
中频宽表示了斜率为20dB/sec的中频的宽度，是一
个与性能指标紧密相关的参数。
课件
“振荡指标法”中的闭环幅频特性峰值最小准则：对 于一定的h值，只有一个确定的ωc(或K)，可得到最 小的闭环幅频特性峰值Mrmin
nN
n1
Ra
n2 n3
R1
R2
R3
O
IL
I
调阻调速特性曲线
课件
n
n3
n0
nn12 nN
O
TL
N 1 2 3
Te
调磁调速特性曲线
课件
第2章
转速反馈控制的直流调速系统
课件
晶闸管整流器-电动机系统
•
U d K sU c
课件
电流连续时V-M系统的机械特性
•
n
1 Ce
(U
d0
Id
R
)
课件
晶闸管触发电路与整流装置的传递函数
J
d m
dt
Te
TL
d m
dt
m
课件
• 转矩控制是运动控制的根本问题
J
dm
dt
Te
TL
• 磁链控制同样重要
Te KT Ia
课件
生产机械的负载转矩特性
• 生产机械的负载转矩TL是一个必然存 在的不可控扰动输入。
J
dm
dt
Te
TL
课件
恒转矩负载
a）位能性恒转矩负载 b) 反抗性恒转矩负载
• 再按照控制对象确定电流调节器的类型，按动态 性能指标要求确定电流调节器的参数。
• 电流环设计完成后，把电流环等效成转速环（外 环）中的一个环节，再用同样的方法设计转速环 为典型II型系统。
课件
图3-26 双闭环调速系统内环和外环的开环对数幅频特性 I——电流内环 n——转速外环
（3）内、外环开环对数幅频特性的比较 • 外环的响应比内环慢，这是按上述工程设计方法设计多环控
Q n2 n1
• 转速实际值和测量值之差与实际值之比定 义为测速误差率
n 100%
n 课件
M法测速
• 记取一个采样周期内旋转编码器发出的脉冲个
数来算出转速的方法称为M法测速，又称频率
法测速。
n 60 M 1 r/min ZTc
(2-77)
课件
• M法测速分辨率为
Q 60(M1 1) 60M1 60
0.25 0.39
0.5
0.69
1.0
阻尼比 超调量