电气传动课件2.2.2

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1、一、教学目的与教学要求2.2.2反馈控制闭环调速系统的动态分析三、教学时间1-2学时二、教学内容1、掌握反馈控制闭环调速系统的动态分析方法2、能够列写出反馈控制闭环调速系统中典型环节的微分方程3、能够列写出反馈控制闭环调速系统中典型环节的传递函数4、能够画出反馈控制闭环调速系统的动态结构图5、能够应用自控理论知识判定调速系统的稳定性问题6、具备分析具体反馈控制调速系统稳定与否的能力7、掌握稳态精度与动态稳定性的关系第二章闭环控制的直流调速系统四、教学思路流程调速系统的动态特性问题与动态指标的分析；五、教学过程闭环调

2、速系统中典型环节的解析表达式——微分方程与传递函数；闭环调速系统的动态结构图分析；应用自控理论知识判定调速系统的稳定性问题；稳态精度与动态稳定性的关系；（一）研究动态特性的基本思路是：数学模型是基础、控制理论稳定判椐是依据微分方程（数学模型）传递函数系统的传递函数稳定判椐动态结构图2.2.2.1单闭环系统中各环节的动态数学模型分析一、相关问题说明（二）单闭环系统的动态特性问题的引出闭环系统的稳态特性分析研究的是调速系统的稳态指标D、S通过闭环系统的稳态特性分析，可知：放大倍数A足够大即可满足调速系统的稳态指标D、S

3、；因而，调速系统既要考虑稳态指标，又要兼顾动态指标。稳态指标要求：放大倍数A越大越好动态指标要求：放大倍数A不宜过大那么如何确定放大倍数A的上限呢？动态特性的研究目就在于回答这个问题！但是，由自控理论可知：放大倍数过大回引起系统的动态稳定性。二、单闭环系统中各环节的动态数学模型分析为了分析调速系统的稳定性和动态品质，必须首先建立描述系统动态物理规律的数学模型，对于连续的线性定常系统，其数学模型是常微分方程，经过拉氏变换，可用传递函数和动态结构图表示。根据系统中各环节的物理规律，列出描述该环节动态过程的微分方程；求出

4、各环节的传递函数；组成系统的动态结构图并求出系统的传递函数。建立系统动态数学模型的基本步骤如下：（一）电动机环节的动态数学模型分析TL+-MUd0+-ERLneidM他励直流电动机等效电路假定主电路电流连续，则动态电压方程为：1电动机电路模型与回路方程分析如果，忽略粘性磨擦及弹性转矩，电机轴上的动力学方程为：额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为：—电机额定励磁下的转矩系数，N-m/A；TL—包括电机空载转矩在内的负载转矩，N-m；GD2—电力拖动系统折算到电机轴上的飞轮惯量，N-m2其中式中：RLTl=me2m3

5、75CCRGDT=定义下列时间常数：—电枢回路电磁时间常数，s；—电力拖动系统机电时间常数，s。RLTl=me2m375CCRGDT=根据已知的关系方程：进一步可导出电动机电路的数学模型。整合上述相关方程后得：)dd(dd0dtITIREUl+=-tERTIIddmdLd=-mLdLCTI=式中IdL为负载电流，且知：2、电动机电路模型的微分方程分析11)()()(0dd+=-sTRsEsUsIl在零初始条件下，取等式两侧的拉氏变换，得电压与电流间的传递函数：3、电动机电路模型的传递函数电流与电动势间的传递函数：s

6、TRsIsIsEmdLd)()()(=-)dd(dd0dtITIREUl+=-tERTIIddmdLd=-4、电动机电路模型的动态结构图Id(s)IdL(s)+-E(s)RTmsE(s)Ud0+-1/RTls+1Id(s)问题：11)()()(0dd+=-sTRsEsUsIlsTRsIsIsEmdLd)()()(=-由传递函数导出额定励磁下电动机局部环节动态结构图如下所示：额定励磁下直流电动机“整体”动态结构图如何求取呢？1/CeUd0IdL(s)EId(s)E++--1/RTls+1RTmsn问题：额定励磁下直流

7、电动机整体动态结构图如何求取呢？？？将各个环节先后连接，并引入速度与反电势E的关系1/Ce，则得如下电动机动态结构图：1/CeUd0IdL(s)EId(s)E++--1/RTls+1RTmsn由图可知：直流电动机有两个输入量，一个是施加在电枢上的理想空载电压，另一个是负载电流。前者是控制输入量，后者是扰动输入量。n(s)Ud0(s)+-1/CeTmTls2+Tms+1IdL(s)R(Tls+1)IdL≠0n(s)1/CeTmTls2+Tms+1Ud0(s)IdL=0动态结构图的变换和简化如果不需要在结构图中显现出电

8、流，可将扰动量的综合点移前，再进行等效变换，得右图所示。如果是理想空载，则IdL=0，结构图即简化成右图所示（其转速为空载同步转速）。n(s)Ud0(s)+-1/CeTmTls2+Tms+1IdL(s)R(Tls+1)IdL≠0电动机电路模型的动态结构图问题：若忽略时间常数部分，结构图又是如何变化呢？n=(Ud0-IdR)/Ce+Ud0⊕-RIdEn1/Ce