教学内容 2.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 通过本节内容的学习,使同学掌握双闭环直流调速系统 教学目的 的特点;稳态分析方法。同时使同学掌握提出问题解决 教学重点 转矩控制的概念,双闭环系统的分析方法。 建议学时 2学时 教学教具与方法 多媒体教学系统,ppt演示 1.简单复习第一章内容,引岀带电流截止负反馈的单闭环无静调速 系统的局限性 教2.指出控制转速的本质是控制转矩,而对于直流电机,就是控制电 学 枢电流。从电机的运动方程得出要实现电机的快速起动,必须在 过 启动过程中保持电枢电流等于电机所能允许的最大电流。 程|3.引出双闭环系统,分析系统结构及静特性 4.稳态参数计算及P调节器的特点
1 教学内容 2．1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成及其静特性 教学目的 通过本节内容的学习，使同学掌握双闭环直流调速系统 的特点；稳态分析方法。同时使同学掌握提出问题解决 问题的方法。 教学重点 转矩控制的概念，双闭环系统的分析方法。 建议学时 2 学时 教学教具与方法 多媒体教学系统， ppt 演示 教 学 过 程 1． 简单复习第一章内容，引出带电流截止负反馈的单闭环无静调速 系统的局限性。 2． 指出控制转速的本质是控制转矩，而对于直流电机，就是控制电 枢电流。从电机的运动方程得出要实现电机的快速起动，必须在 启动过程中保持电枢电流等于电机所能允许的最大电流。 3． 引出双闭环系统，分析系统结构及静特性。 4． 稳态参数计算及 PI 调节器的特点
.问题的提出 1.简单复习第一章内容 开特性太软转速闭墙转电流过大加电流截 环(P) 止负反馈 动波形 系统有静差转速无静差不够理想 系统(PI) 2.转速单闭环调速系统的局限性 仅考虑了静态性能,没考虑动态性能,在系统快速性要求较高的场合, 仅考虑静态性能是不够的。 如何提高快速性? 3.控制速度与电流控制的关系 7-n1=GD2 375dt Te=CnId 所以14-l1= GD- dn 提高快速性:在充分利用电机过载能力(=l)的情况下,使电 机以最大加速度升速。 5.理想的起动过程
2 一．问题的提出 1．简单复习第一章内容 2．转速单闭环调速系统的局限性： 仅考虑了静态性能，没考虑动态性能，在系统快速性要求较高的场合， 仅考虑静态性能是不够的。 如何提高快速性？ 3．控制速度与电流控制的关系 dt GD dn Te TL 375 2 − = e m d T = C I 所以 dt dn C GD I I m d L 375 2 − = 提高快速性：在充分利用电机过载能力（ d dm I = I ）的情况下，使电 机以最大加速度升速。 5． 理想的起动过程
转速单闭环无静差调速系统的起动过程 原因:转速、电流共用一个调节器。 二.转速、电流双闭环调速系统组成 1.双环系统原理图 根据提出的要求,我们将电流、转速调节器分开,分别用两个调 节器,由于是调速系统,所以转速环为外环,转速环的输岀作为电流 环的给定 内环 ACR UPE Ud 外环 2.电路原理图 LM U 注意两点:a)转速调节器的输岀限幅值决定电机最大电流。限幅电路 个绍:内限幅乃外限幅
3 转速单闭环无静差调速系统的起动过程： 原因：转速、电流共用一个调节器。 二．转速、电流双闭环调速系统组成 1． 双环系统原理图： 根据提出的要求，我们将电流、转速调节器分开，分别用两个调 节器，由于是调速系统，所以转速环为外环，转速环的输出作为电流 环的给定。 2．电路原理图： 注意两点：a）转速调节器的输出限幅值决定电机最大电流。限幅电路 介绍：内限幅及外限幅
思考:两个调节器均用P调节器,系统静特性是怎样的?与带电流截 止负反馈的单闭环无静差调速系统作比较。 三.转速、电流双闭环调速系统的稳态结构框图和静特性 强调结构图的概念, 1.稳态结构图 ASR U:, ACR U 2.静特性 注意:正常运行时电流调节器不应当饱和。 (1)转速调节器(ASR)不饱和 ASR、ACR均不饱和,其输入偏差电压均为零 =U=an= an U=U= Bl 教 这样 (2)ASR饱和(转速环相当于开环) U=Un=BL4=Bm即1。-B B
4 教 案 思考：两个调节器均用 PI 调节器，系统静特性是怎样的？与带电流截 止负反馈的单闭环无静差调速系统作比较。 三．转速、电流双闭环调速系统的稳态结构框图和静特性 强调结构图的概念， 1．稳态结构图 2．静特性： 注意：正常运行时电流调节器不应当饱和。 （1） 转速调节器（ASR）不饱和 ASR、ACR 均不饱和，其输入偏差电压均为零。 0 * Un = Un = n = n i i d U = U = I * 这样， 0 * n U n n = = （2） ASR 饱和（转速环相当于开环） i im d dm U = U = I = I * * , 即 dm im d I U I = = * 0 * n n U n = =
ASR饱和 时 B Un=Un=a三n U=U=Bla 反馈U⊙ 1系数 PI调节器的特点 PI调节器的输岀量在动态过程中决定于输入量的积分,到达稳态时, 输入为零,输出的稳态值与输入无关,而是由它后面环节的需要决定的 稳态时:ASR的输出 =B4---取次子U_Cn+lR_CUa+laR K 负载 ACR的输出 -取决于给定转速即负载大小
5 教 案 ASR 饱和 时，U*i = U*im， 反 馈 系数： PI 调节器的特点： PI 调节器的输出量在动态过程中决定于输入量的积分，到达稳态时， 输入为零，输出的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。 稳态时：ASR 的输出： Ui * = I d ―――取决于 负载 ACR 的输出： ――――取决于给定转速即负载大小。 i dL * i n 0 * n U U I U U n n = = = = = dm * im d I U I = = max * nm n U = dm * im I U = s dL * e n s e d s d0 c / K C U I R K C n I R K U U + = + = =
2.2双闭环直流调速系统的动态数学模型和动态性能分析 教学内容 2.2双闭环直流调速系统的动态数学模型和动态 教学目的 通过本节学习,使同学掌握双环系统起动过程及其 教学重点 双环系统起动过程及其波形,波形的各关键点,双 建议学时 2学时 教学教具与方法|多媒体教学系统,pt演示 双环系统的动态结构图。 2.分析双环系统起动过程的三个阶段 教学过程 (1)电流上升阶段 (2)转速上升阶段 (3)转速调整阶段 3.双环系统抗扰性能分析,电流环抗电源电压波动更及时 4.两个调节器的作用 思路:建立概念:在一般的拖动系统中,电流变化比转速变化快 的多;调节器饱和,其输出电压达到最大值,该环相当于开环, 只有被调量超调,饱和的调节器才会退出饱和,进入线性调节阶 教 案段;复习第一章内容,闭环系统对包括在反馈环内前向通道上的 干扰由抑制作用一一以此分析双环系统的抗扰性能。 双闭环直流调速系统的动态结构图
6 2．2 双闭环直流调速系统的动态数学模型和动态性能分析 教学内容 2．2 双闭环直流调速系统的动态数学模型和动态 性能分析 教学目的 通过本节学习，使同学掌握双环系统起动过程及其 分析方法（调节器饱和及不饱的影响）、双环系统抗 扰性能及两个调节器的作用 教学重点 双环系统起动过程及其波形，波形的各关键点，双 环系统抗扰性能分析。 建议学时 2 学时 教学教具与方法 多媒体教学系统， ppt 演示 教 学 过 程 1． 双环系统的动态结构图。 2． 分析双环系统起动过程的三个阶段。 （1） 电流上升阶段 （2） 转速上升阶段 （3） 转速调整阶段 3． 双环系统抗扰性能分析，电流环抗电源电压波动更及时。 4． 两个调节器的作用 教 案 思路：建立概念：在一般的拖动系统中，电流变化比转速变化快 的多；调节器饱和，其输出电压达到最大值，该环相当于开环， 只有被调量超调，饱和的调节器才会退出饱和，进入线性调节阶 段；复习第一章内容，闭环系统对包括在反馈环内前向通道上的 干扰由抑制作用――以此分析双环系统的抗扰性能。 一．双闭环直流调速系统的动态结构图
+P asR(s) 二.起动过程分析 a)电流上升阶段:由于转速变化慢,转速调节器很快饱 和一一饱和时转速环相当于开环,ASR输出限幅值U。 b)转速上升阶段:电机在最大电流下以恒加速度开速 C)转速调整阶段:当电机转速上升到>给定转速时,ASR 退饱和 起动过程特点:饱和非线性控制、转速必又超调、准时间最优 控制一一一达到了优化起动过程的要求 三.动态抗扰性能分析 原则:反馈环内前向通道上的扰动能抑制。 1.负载扰动一一在转速反馈环内、电流反馈环外,靠转速
7 二．起动过程分析 a) 电流上升阶段：由于转速变化慢，转速调节器很快饱 和――饱和时转速环相当于开环，ASR 输出限幅值 * U im 。 b) 转速上升阶段：电机在最大电流下以恒加速度升速。 c) 转速调整阶段：当电机转速上升到 >给定转速时，ASR 退饱和。 起动过程特点：饱和非线性控制、转速必又超调、准时间最优 控制―――达到了优化起动过程的要求 三．动态抗扰性能分析 原则：反馈环内前向通道上的扰动能抑制。 1． 负载扰动――在转速反馈环内、电流反馈环外，靠转速
环来抑制 2.电网电压波动—一在电流环内,可通过电流环对该扰动 抑制更及时。 四、两个调节器的作用: 1.转速调节器的作用: (1)转速调节器是调速系统的主导调节器,它使转速n很 快地跟随给定电压变化,稳态时可减小转速误差,如果 采用PI调节器,则可实现无静差。 (2)对负载变化起抗扰作用。 (3)其输出限幅值决定电机允许的最大电流 2.电流调节器的作用: (1)作为内环的调节器,在外环转速的调节过程中,它的作 用是使电流紧紧跟随其给定电压(即外环调节器的输出 量)变化 (2)对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 (3)在转速动态过程中,保证获得电机允许的最大电流,从 而加快动态过程 (4)当电机过载甚至堵转时,限制电枢电流的最大值,起快 速的自动保护作用。一旦故障消失,系统立即自动恢复 正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的
8 环来抑制。 2． 电网电压波动――在电流环内，可通过电流环对该扰动 抑制更及时。 四、两个调节器的作用： 1．转速调节器的作用: （1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很 快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果 采用 PI 调节器，则可实现无静差。 （2）对负载变化起抗扰作用。 （3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。 2. 电流调节器的作用： （1）作为内环的调节器，在外环转速的调节过程中，它的作 用是使电流紧紧跟随其给定电压（即外环调节器的输出 量）变化。 （2）对电网电压的波动起及时抗扰的作用。 （3）在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从 而加快动态过程。 （4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快 速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复 正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的
2.3调节器的工程设计方法 教学内容 2.3调节器的工程设计方法 教学目的 通过本节学习,使同学掌握工程设计方法的思路、 教学重点 匚程设计方法的基本思路,典型系统的性能指标及 建议学时 2学时 教学教具与方法多媒体教学系统,pt演示
9 2．3 调节器的工程设计方法 教学内容 2．3 调节器的工程设计方法 教学目的 通过本节学习，使同学掌握工程设计方法的思路、 典型系统的性能指标及非典型系统的典型化－一些 教学重点 环节的近似处理 工程设计方法的基本思路，典型系统的性能指标及 参数变化对系统性能影响的趋势。 建议学时 2 学时 教学教具与方法 多媒体教学系统， ppt 演示
1.工程设计方法的必要性和可能性 教学过程 2.工程设计方法的基本思路 3.控制系统的动态性能指标 4.典型系统及其性能指标 5.非典型系统的典型化 复习第一章内容:在建立系统的数学模型后,设计系统的一般方法 应用自动控制原理里的动态校正方法设计调节器。是否有更为简单实 用,使设计过程简化? 工程设计方法的可能性及必要性 1.一般设计方法通过试凑,实现系统对稳、准、快的要求,很有必 教案 要建立工程设计方法,简化设计过程一一必要性 2.可将电力传动系统简化为低阶系统,按典型系统设计一一可能性 二.工程设计方法的基本思路 1.确保系统稳定一一选择调节器的结构-一尽量采用典型系统 2.满足系统性能指标一一选择调节器的参数
10 教 学 过 程 1． 工程设计方法的必要性和可能性 2． 工程设计方法的基本思路 3． 控制系统的动态性能指标 4． 典型系统及其性能指标 5． 非典型系统的典型化 教 案 复习第一章内容：在建立系统的数学模型后，设计系统的一般方法： 应用自动控制原理里的动态校正方法设计调节器。是否有更为简单实 用，使设计过程简化？ 一．工程设计方法的可能性及必要性 1． 一般设计方法通过试凑，实现系统对稳、准、快的要求，很有必 要建立工程设计方法，简化设计过程――必要性 2． 可将电力传动系统简化为低阶系统，按典型系统设计――可能性 二．工程设计方法的基本思路 1. 确保系统稳定――选择调节器的结构――尽量采用典型系统 2. 满足系统性能指标――选择调节器的参数