第11章直流传动控制系统

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1、第11章 直流传动控制系统 了解机电传动自动调速系统的组成了解机电传动自动调速系统的组成;掌握生产机械对调速系统提出的调速技术指标掌握生产机械对调速系统提出的调速技术指标要求要求;掌握自动调速系统中各个基本环节掌握自动调速系统中各个基本环节,各种反馈环各种反馈环节的作用与特点节的作用与特点;掌握各种常用的自动调速系统的调速原理掌握各种常用的自动调速系统的调速原理,特点特点及适用场所及适用场所;能在生产实际中处理控制系统的一般问题能在生产实际中处理控制系统的一般问题.11.1机电传动控制系统的组成和分类机电传动控制系统的组成和分类1.机电传动控制系统的组成机电传动控制系统的组成机电传动控制系统是

2、由电机、机电传动控制系统是由电机、电器、电子部件组合而成，电器、电子部件组合而成，通过一定的控制去实现对生通过一定的控制去实现对生产机械的驱动任务产机械的驱动任务. .(1)(1)开环控制系统开环控制系统: : 只有控制量只有控制量( (输入量输入量) )对被控对被控制量制量( (输出量输出量) )的单向控制作的单向控制作用，而不存在被控制量对控用，而不存在被控制量对控制量的影响和联系，这样的制量的影响和联系，这样的控制系统称为开环控制系统。控制系统称为开环控制系统。(2)闭环控制系统v当系统受到外界的扰动当系统受到外界的扰动(如负如负载的波动载的波动)，使被调量与给定，使被调量与给定值发生偏

3、差时，由测量环节值发生偏差时，由测量环节(测速发电机测速发电机)测量的被调量测量的被调量(电动机的转速电动机的转速)和给定值进行和给定值进行比较，得出偏差，再经过放比较，得出偏差，再经过放大环节将偏差信号放大去控大环节将偏差信号放大去控制执行环节，达到抵消扰动制执行环节，达到抵消扰动减少偏差的目的。其特点是减少偏差的目的。其特点是输入量与输出量之间既有正输入量与输出量之间既有正向的控制作用，又有反向的向的控制作用，又有反向的反馈控制作用，形成一个闭反馈控制作用，形成一个闭环，故又称闭环控制系统或环，故又称闭环控制系统或反馈控制系统。反馈控制系统。2.自动控制系统的分类上述的开环控制系统和闭环控

4、制系统是从组成原理上分的。常见的还有下列的分类方法： (1) 按采用不同的反馈方式，可分为转速负反馈、电势负反馈、电压负反馈及电流正反馈控制系统；v(2) 按自动调节系统的复杂程度，可分为单环自动调节系统和多环自动调节系统；v(3) 按系统稳态时被调量与给定量有无差别，可分为有静差调节系统和无静差调节系统；v(4) 按给定量变化的规律，可分为定值调节系统、程序控制系统和随动系统；v(5) 按调节动作与时间的关系，可分为断续控制系统和连续控制系统； (6) 按系统中所包含的元件特性，可分为线性控制系统和非线性控制系统。例:闭环自动控制系统方框图闭环自动控制系统方框图11.2 自动调速系统主要性能

5、指标自动调速系统主要性能指标 机电传动控制系统选择调速方案的依据：机电传动控制系统选择调速方案的依据：生产机械对调速系统提出的调速技术指标生产机械对调速系统提出的调速技术指标调速系统的调速技术指标调速系统的调速技术指标静态指标静态指标动态指标动态指标一、静态技术指标一、静态技术指标 1. 静差度静差度S： 静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。静差度表示出生产机械运行时转速稳定的程度。 速度稳定性指标速度稳定性指标 000nnnnnSee静态速降静态速降eennn0 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

6、要求静差度度S小于一定数值。小于一定数值。普通设备普通设备普通车床普通车床龙门刨床龙门刨床冷轧机冷轧机热轧机热轧机造纸机造纸机S50%S30%S5%S2%0.2%0.5%S0.1% 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。转速时必能满足要求。 2. 调速范围调速范围D 在在额定负载额定负载下，允许的下，允许的最高转速最高转速和在保证生产机械对转速变化率要求的前提和

7、在保证生产机械对转速变化率要求的前提下所能达到的下所能达到的最低转速最低转速之比称为调速范围之比称为调速范围 。minemaxennD 车床车床龙门刨床龙门刨床钻床钻床铣床铣床轧钢机轧钢机造纸机造纸机进给机械进给机械20120204021220303151020530000 3. 调速的平滑性调速的平滑性 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。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。 调速调速无级调速无级调速有级调速有级调速 以改变直流电动机电枢外加电压调速为例，说明调速范围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与静差度与静差度S之间之间的关系的关系

8、 ：)S(nSnnnnnnnnnnDemaxeemaxeemaxeminemaxe11020202 最高速度由系统中所使用电动机的额定转速最高速度由系统中所使用电动机的额定转速决定；决定；静差度静差度S和调速范围和调速范围D由生产机械的要求决定；由生产机械的要求决定；当上述三个参数确定后，则要求静态速降是当上述三个参数确定后，则要求静态速降是一个定值。一个定值。 二、动态技术指标二、动态技术指标 从一种稳定速度变化到另一种从一种稳定速度变化到另一种稳定速度运转稳定速度运转（启动、制动过程仅（启动、制动过程仅是特例而已），由于有电磁惯性和是特例而已），由于有电磁惯性和机械惯性，过程不能瞬时完成，

9、而机械惯性，过程不能瞬时完成，而需要一段时间，即要经过一段过渡需要一段时间，即要经过一段过渡过程，或称过程，或称动态过程动态过程。 1. 最大超调量最大超调量 %nnnMmaxp10022超调量超调量超调量太大，达不到生产工艺上的要求；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利于生产率的提高等 %Mp3510范围：范围：超调量超调量 2. 过渡过程时间过渡过程时间T 从输入控制（或扰动）作用于系统从输入控制（或扰动）作用于系统开始直到被调量开始直到被调量 n 进入（进入（0.05 0.02）n2稳定值区间时为

10、止（并且以后不再越出稳定值区间时为止（并且以后不再越出这个范围）的一段时间，叫作过渡过程这个范围）的一段时间，叫作过渡过程时间。时间。 过渡过程时间过渡过程时间 3. 振荡次数振荡次数 N 在过渡过程时间内在过渡过程时间内,被调量被调量n在其稳定值在其稳定值上下摆动的次数。上下摆动的次数。 如图所示是三种不同调速系统被调量从如图所示是三种不同调速系统被调量从x1改变为改变为x2时的变化情况。时的变化情况。系系统统超调超调量量过渡过程过渡过程时间时间T振荡次振荡次数数性能性能10长长无无不好不好2大大长长多多不好不好3小小短短中中好好2.机电传动控制系统方案的确定原则v1)不要求电气调速的:v(

11、1)空载,轻载起动的,选鼠笼式异步电动机;v(2)重载起动的,选线绕式异步电动机;v(3)大容量的选同步电动机;v其中,简单的采用继电器-接触器 控制;复杂的采用PLC控制.v2)要求电气调速的,根据调速指标确定拖动方案:v(1)D=2-3.有级调速,选多速电动机;v(2)D小于10,无级调速,选滑差电动机;v(3)D大于10,无级调速,采用SCR-M自动调速系统.v3)电动机的调速特性与生产机械负载特性匹配.例:某直流调速系统,其高速,低速特性如图示, =1450r/min, =145r/min, =10r/min,问系统达到的调速范围有多大?系统允许的静差度是多少?v解:01n02nNn1