电力拖动与自动控制系统陈伯时.ppt

1. 电力电子器件的传递函数 构成系统的主要环节是电力电子变换器和直流电动机。不同电力电子变换器的传递函数，它们的表达式是相同的，都是 (1-45) 只是在不同场合下，参数Ks和Ts的数值不同而已。 TL + - M Ud0 + - E R L ne id M 图1-33 他励直流电动机等效电路 2. 直流电动机的传递函数 (1-46) 假定主电路电流连续，则动态电压方程为 ? 电路方程 如果，忽略粘性磨擦及弹性转矩，电机轴上的动力学方程为 (1-47) 额定励磁下的感应电动势和电磁转矩分别为 (1-48) (1-49) 式中 — 包括电机空载转矩在内的负载转 矩，N-m； — 电力拖动系统折算到电机轴上的飞 轮惯量，N-m2； —电机额定励磁下的转矩系数， N-m/A； TL GD2 — 电枢回路电磁时间常数，s； — 电力拖动系统机电时间常数，s。 定义下列时间常数 代入式（1-46）和（1-47）,并考虑式（1-48）和（1-49），整理后得 (1-50) (1-51) 式中 为负载电流。 微分方程 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 电流与电动势间的传递函数 (1-52) (1-53) 传递函数 动态结构图 Id (s) IdL(s) + - E (s) R Tms b. 式（1－31）的结构图 E(s) Ud0 + - 1/R Tl s+1 Id (s) a. 式（1－30）的结构图 + 图1-34 额定励磁下直流电动机动态结构图 n(s) c. 整个直流电动机的动态的结构图 1/Ce Ud0 IdL (s) E Id (s) Un + + - - 1/R Tl s+1 R Tms 由上图c可以看出，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。如果不需要在结构图中显现出电流，可将扰动量的综合点移前，再进行等效变换，得下图a。如果是理想空载，则 IdL = 0，结构图即简化成下图b。 n(s) Ud0 (s) + - 1/Ce TmTl s2+Tms+1 IdL (s) R (Tl s+1) 动态结构图的变换和简化 a. IdL≠ 0 n(s) 1/Ce TmTl s2+Tms+1 Ud0 (s) 动态结构图的变换和简化（续） b. IdL= 0 直流闭环调速系统中的其他环节还有比例放大器和测速反馈环节，它们的响应都可以认为是瞬时的，因此它们的传递函数就是它们的放大系数，即 放大器 测速反馈 （1-55） （1-54） 3. 控制与检测环节的传递函数 知道了各环节的传递函数后，把它们按在系统中的相互关系组合起来，就可以画出闭环直流调速系统的动态结构图，如下图所示。由图可见，将电力电子变换器按一阶惯性环节处理后，带比例放大器的闭环直流调速系统可以看作是一个三阶线性系统。 4. 闭环调速系统的动态结构图 图1-36 反馈控制闭环调速系统的动态结构图 n(s) U*n (s) IdL (s) Uct (s) Un (s) + - Ks Tss+1 KP 1/Ce TmTl s2+Tms+1 ? + - R (Tl s+1) Ud0 (s) 5. 调速系统的开环传递函数 由图可见，反馈控制闭环直流调速系统的开环传递函数是 式中 K = Kp Ks? / Ce （1-56） 6. 调速系统的闭环传递函数 设Idl=0，从给定输入作用上看，闭环直流调速系统的闭环传递函数是 （1-57） 1.5.2 反馈控制闭环直流调速系统的稳定条件 由式（1-57）可知，反馈控制闭环直流调速系统的特征方程为 （1-58） 它的一般表达式为 根据三阶系统的劳斯-古尔维茨判据，系统稳定的充分必要条件是 式（1-58）的各