反馈控制闭环调速系统的动态分析

时间:2023-03-14作者:佚名
反馈控制闭环调速系统的动态分析
设R、L为常数、忽略电枢反应、Φ不变、GD2(轴上惯量均匀)常数,直流电机可以等效为左下图。
①电枢回路传函
在电流连续的条件下,直流电动机的电枢回路电压平衡方程为
反馈控制闭环调速系统的动态分析
其中,Tl=L/R 为电磁时间常数
进行拉氏变换得反馈控制闭环调速系统的动态分析
得电压与电流之间的传递函数
反馈控制闭环调速系统的动态分析
反馈控制闭环调速系统的动态分析
②电动机传动系统传函
电动机轴上的转矩和转速服从电力拖动系统的运动方程式
反馈控制闭环调速系统的动态分析
反馈控制闭环调速系统的动态分析(电动机的电磁转矩)
反馈控制闭环调速系统的动态分析(负载转矩)
反馈控制闭环调速系统的动态分析
对上式两端取拉氏变换得
反馈控制闭环调速系统的动态分析 Tm为机电时间常数
反馈控制闭环调速系统的动态分析
将上面两环节输入输出量连接起来。并考虑反馈控制闭环调速系统的动态分析
即可得到额定励磁下他励直流电动机动态结构图
反馈控制闭环调速系统的动态分析
干扰量的综合点前移,化简得:
反馈控制闭环调速系统的动态分析
直流电动机在电流连续时电压与转速间的传函(IL=0):
反馈控制闭环调速系统的动态分析
2、触发器和晶闸管整流装置数学模型
反馈控制闭环调速系统的动态分析
① 稳态:Udo=KsUct
② 动态: 滞后环节
晶闸管触发导通后,在尚未关断之前,虽然改变了控制电压Uct 的值,但整流电压的瞬时波形和 角并不能立即跟随Uct的变化,通常把这个滞后时间称作整流装置的失控时间,用Ts来表示。
最大失控时间为两个相邻自然换相点之间的时间,即
反馈控制闭环调速系统的动态分析
相对于整个系统的时间响应来说,Ts 是不大的。通常可用简单算术平均值,即Ts =Tsmax/2 ,Ts不同整流电路 取值不同。
③ 晶闸管触发器和整流装置可以看成是一个具有纯滞后的放大环节,其输入输出关系为
反馈控制闭环调速系统的动态分析
应用拉氏位移定理,其传递函数为
反馈控制闭环调速系统的动态分析
将按泰勒级数展开,则上式变成
反馈控制闭环调速系统的动态分析
由于很小,可忽略高次项,可将晶闸管变流装置近似成一阶惯性环节来处理,其传函为
反馈控制闭环调速系统的动态分析
晶闸管触发器和整流装置动态结构图为:
反馈控制闭环调速系统的动态分析
3、比例放大器传函(输出响应可认为是瞬时变化的)
反馈控制闭环调速系统的动态分析(响应时瞬时的)
4、测速发电机传函(输出响应可认为是瞬时变化的)
反馈控制闭环调速系统的动态分析
二、系统的数学模型和传递函数
将上述四个环节按系统中的相互关系连接在一起,便得到单闭环调速系统动态结构图。
反馈控制闭环调速系统的动态分析
当不考虑负载,即 IL=0 时,系统开环传函为
反馈控制闭环调速系统的动态分析
令IL=0 得闭环系统传函为:
反馈控制闭环调速系统的动态分析
其中,K=KpKsα/Ce
三、闭环调速系统稳定性分析
系统闭环传函特征方程为
反馈控制闭环调速系统的动态分析
◎稳定条件
根据反馈控制闭环调速系统的特征方程和劳斯--古尔维茨判据,可以推导出其稳定条件为
反馈控制闭环调速系统的动态分析
反馈控制闭环调速系统的动态分析
可得反馈控制闭环调速系统的动态分析
反馈控制闭环调速系统的动态分析
上式表明:在系统参数Tm、TL、Ts 确定的前提下,从动态稳定性考虑,闭环系统的开环放大系数K必须满足上式,K 超过此值,系统将不稳定。按静态调速指标确定的K值还必须按动态稳定性进行验算。当二者发生矛盾时,还要采取动态校正措施加以改造。

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