- 相關推薦
采用PI調(diào)節(jié)器的無靜差調(diào)速系統(tǒng)(一)
2、采用PI調(diào)節(jié)器的無靜差調(diào)速系統(tǒng)
在圖四中，由于有比例積分調(diào)節(jié)器的存在，只要偏差不等于零，系統(tǒng)就會起調(diào)節(jié)作用，當時，，則調(diào)節(jié)作用停止，調(diào)節(jié)器的輸出電壓由于積分作用，保持在某一數(shù)值，以維持電動機雜給定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)可以消除靜態(tài)誤差，故該系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)。
系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用是：當電動機負載增加時，如圖六(a)中的瞬間，負載
()
t1 t2
圖六 負載變化時PI調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用
突然由增加到，則電動機的轉(zhuǎn)速將由開始下降而產(chǎn)生轉(zhuǎn)速偏差[見圖(b)]，它通過測速機反饋到PI調(diào)節(jié)器的輸入端產(chǎn)生偏差電壓，于是開始了消除偏差的調(diào)節(jié)過程。首先，比例部分調(diào)節(jié)作用顯著，其輸出電壓等于，使控制角α減小，可控整流電壓增加[圖(c)之曲線①]，由于比例輸出沒有慣性，故這個電壓使電動機轉(zhuǎn)速迅速回升。偏差Δn越大，也越大，它的調(diào)節(jié)作用也就越強，電動機轉(zhuǎn)速回升也就越快。而當轉(zhuǎn)速回升到原給定值時，Δn=0，ΔU=0,故也等于零。
積分部分的調(diào)節(jié)作用是：積分輸出部分的電壓等于偏差電壓ΔU的積分，它使可控整流電壓增加的，或，即的增長率于偏差電壓ΔU(或偏差Δn)成正比。開始時Δn很小，增加的很慢，當Δn最大時，增加的最快，在調(diào)節(jié)過程中的后期Δn逐漸減少了，的增加也逐漸減慢了，一直到電動機轉(zhuǎn)速回升到，Δn=0時，就不再增加了，且在以后就一直保持這個數(shù)值不變[圖(c)之曲線②]。
把比例作用與積分作用合起來考慮，其調(diào)節(jié)的綜合效果見圖(c)之曲線③,可知，不管負載如何變化，系統(tǒng)一定會自動調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過程的開始和中間階段，比例調(diào)節(jié)起主要作用，它首先阻止Δn的繼續(xù)增大，而后使轉(zhuǎn)速迅速回升，在調(diào)節(jié)過程的末期，Δn很小了，比例調(diào)節(jié)的作用不明顯了，而積分調(diào)節(jié)作用就上升到主要地位，依靠它來最后消除轉(zhuǎn)速偏差Δn，使轉(zhuǎn)速回升到原值。這就是無靜差調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程。
可控整流電壓等于原靜態(tài)時的數(shù)值加上調(diào)節(jié)過程進行后的增量，如圖(d)所示。可見，在調(diào)節(jié)過程結(jié)束時，可控整流電壓穩(wěn)定在一個大于的新的數(shù)值上。增加的那一部分電壓(即)正好補償由于負載增加引起的那部分主回路壓降。
無靜差調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程結(jié)束以后，轉(zhuǎn)速偏差Δn=0(PI調(diào)節(jié)器的輸入電壓ΔU也等于零)，這只是在靜態(tài)(穩(wěn)定工作狀態(tài))上無差，而動態(tài)(如當負載變化時，系統(tǒng)從一個穩(wěn)態(tài)變到另一個穩(wěn)態(tài)的過渡過程)上卻是有差的。在動態(tài)過程中最大的轉(zhuǎn)速降落叫做動態(tài)速降(如果是突卸負載，則有動態(tài)速升)，它是一個重要的動態(tài)指標。
這個調(diào)速系統(tǒng)在理論上講是無靜差調(diào)速系統(tǒng)，但是由于調(diào)節(jié)放大器不是理想的，且放大倍數(shù)也不是無限大，測速機也還存在誤差，因此實際上這樣的系統(tǒng)仍然是有一點靜差的。
這個系統(tǒng)中的PI調(diào)節(jié)器是用來調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的，因此，常把它稱為速度調(diào)節(jié)器(ASR)。
3、單相橋式可控整流電路
在單相橋式整流電路中，把其中兩只二極管換成晶閘管就組成了半控橋式整流電路，如圖七所示。這種電路在中小容量場合應用很廣，它的工作原理如下：當電源1端為正的某一時刻，觸發(fā)晶閘管，電流途經(jīng)如圖中實線箭頭所示。這時及均承受反向電壓而截止；同樣在電源2端為正的下半周期，觸發(fā)晶閘管，電流途經(jīng)如圖中虛線箭頭所示，這時及處于反壓截止狀態(tài)。
圖七 帶電阻性負載的單相半控橋式整流電路
四、接口設計
1、什么是接口
一個機電一體化產(chǎn)品由機械分系統(tǒng)和微電子分系統(tǒng)(微控制機)兩大部分組成，二者又分別由若干要素構(gòu)成。要將各要素、各子系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，就必須能順利地在各要素、各子系統(tǒng)之間進行物質(zhì)、能量和信息的傳遞與交換。為此，各要素和子系統(tǒng)的相接處必須具備一定的聯(lián)系條件，這個聯(lián)系條件通常被稱為接口。
2、接口的分類和特點
目前，關于機電一體化產(chǎn)品接口的分類有很多提法，比如根據(jù)接口的變換和調(diào)整功能，可將接口分為零接口、被動接口、主動接口和智能接口；根據(jù)接口的輸入輸出功能，可將接口分為機械接口、物理接口、信息接口與環(huán)境接口等。這里按照接口所聯(lián)系的子系統(tǒng)不同，以控制微機(微電子系統(tǒng))為出發(fā)點，將接口分為人機接口與機電接口兩大類。
機電接口
圖八 機電一體化系統(tǒng)的基本組成
3、機電接口設計
所謂機電接口，是指機電一體化產(chǎn)品中的機械裝置與控制微機間的接口。按照信息的傳遞方向可以將機電接口分為信息接口(傳感器接口)與控制量輸出接口。
(1)信息采集接口的任務與特點
在一個機電一體化產(chǎn)品中，控制微機要對機械裝置進行有效控制，使其按預定的規(guī)律運行，完成預定的任務，就必須隨時對機械系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，隨時檢測各種工作和運行參數(shù)，如位置、速度、轉(zhuǎn)矩、壓力、溫度等等。因此進行系統(tǒng)設計時，必須選用相應傳感器將這些物理量轉(zhuǎn)換為電量，再經(jīng)過信息采集接口的整形，放大，匹配，轉(zhuǎn)換，變成微機可以接受的信號傳遞給微機。
(2)控制輸出接口的任務與特點
控制微機通過信息采集接口檢測機械系統(tǒng)的狀態(tài)，經(jīng)過運算處理，發(fā)出有關控制信號，經(jīng)過控制輸出接口的匹配、轉(zhuǎn)換、功率放大，驅(qū)動執(zhí)行元件去調(diào)節(jié)機械系統(tǒng)的運行狀態(tài)，使其按設計要求運行。
(3)控制量輸出接口中的功率接口設計
在機電一體化產(chǎn)品中，被控對象所需要的驅(qū)動功率一般都比較大，而計算機發(fā)出的數(shù)字控制信號或經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后所得到的模擬控制信號的功率都很小，因而必須經(jīng)過功率放大后才能用來驅(qū)動被控對象。實現(xiàn)功率放大功能的接口電路被稱為功率接口電路。
4、光電耦合驅(qū)動器接口設計：
在機電一體化產(chǎn)品的控制輸出接口中，光電耦合器是經(jīng)常使用的一類器件。光電耦合器是把發(fā)光二極管和光敏晶體管或光敏晶閘管封裝在一起，通過光信號，實現(xiàn)電信號傳遞的器件。由于光電耦合器輸入與輸出之間沒有直接的電氣聯(lián)系，電信號是通過光信號傳遞的，所以也稱光電隔離器。
(1)光電耦合器的結(jié)構(gòu)和特點 光電耦合器由發(fā)光源和受光器兩部分組成，并由不透明材料封裝在一起，其結(jié)構(gòu)和符號如圖九所示。發(fā)光源引出的管腳為輸入端，受光器引出的管腳為輸出端。當在輸入端加正向電壓時，發(fā)光二極管點亮，照射光敏晶體管(或晶閘管)使之導通，產(chǎn)生輸出信號。
圖九 光電耦合器的結(jié)構(gòu)
光電耦合器具有如下特點：
i.光電耦合器的信號傳遞采取電－光－電形式，發(fā)光部分和受光部分不接觸，因此其絕緣電阻可高達Ω以上，并能承受2000V以上的高壓。被耦合的兩個部分可以自成系統(tǒng)不“共地”，能夠?qū)崿F(xiàn)電控系統(tǒng)強電部分與弱電部分隔離，避免干擾由輸出通道竄入控制微機。
ii.光電耦合器的發(fā)光二極管使電流驅(qū)動器件，能夠吸收尖峰干擾信號，所以具有很強的抑制噪聲干擾能力。
iii.光電耦合器作為開關應用時，具有耐用，可靠性高和高速等優(yōu)點，響應時間一般為數(shù)微秒以內(nèi)，高速型光電耦合器的響應時間有的甚至小于10ns。
(2)晶閘管輸出型光電耦合器驅(qū)動接口設計
晶閘管輸出型光電耦合器的輸出端是光敏晶閘管或光敏雙向晶閘管。光電耦合器的輸入端有一定的電流流入時，晶閘管即導通，有的光電耦合器的輸出端還配有過零檢測電路，用于控制晶閘管過零觸發(fā)，以減少用電設備在啟動時對電網(wǎng)造成的沖擊。
4N40時常用的單相晶閘管輸出型光電耦合器。當輸入端有15~30mA電流時，輸出端的晶閘管導通。輸出端的額定電壓為400V，額定電流有效值為300mA。
MOC3041是常用的雙向晶閘管輸出的光電耦合器，內(nèi)部帶過零觸發(fā)電路，輸入端控制電流為15mA輸出端額定電壓為400V，最大重復浪涌電流為1A。
圖十示出了4N40和MOC3041的接口驅(qū)動電路。由下式
(4-1)
式中，為電源電壓；
為發(fā)光二極管管壓降，取1.5V；
為驅(qū)動器壓降，取0.5V；
為發(fā)光二極管工作電流；
為發(fā)光二極管限流電阻。
求得限流電阻和分別為100Ω和200Ω，實際取91Ω和180Ω，使留有一定余量。
4N40常用于小電流電器控制，如指示燈等，也可用于觸發(fā)大功率的晶閘管。MOC3041一般用于中間控制電路或用于觸發(fā)大功率晶閘管。
【采用PI調(diào)節(jié)器的無靜差調(diào)速系統(tǒng)(一)】相關文章：
北京地區(qū)供水系統(tǒng)變頻調(diào)速應用例分析05-28
證據(jù)的采用標準07-06
ASP在線教育系統(tǒng)(一)05-11
采用集中上載方式的非線性制作網(wǎng)的若干細節(jié)歸納06-01
綜合布線系統(tǒng)概述09-22
前臺mis治理系統(tǒng)06-04
績效治理系統(tǒng)及作用06-05
一個嵌入式系統(tǒng)的Petri網(wǎng)模型與CPLD實現(xiàn)05-29
項目管理系統(tǒng)開題報告06-30