1.2 電力拖動自動控制系統的特點

1.電力拖動自動控制系統的反饋控制規律

同其他自動控制系統一樣，電力拖動自動控制系統具有反饋控制系統的基本特點。

（1）反饋控制系統的功能

反饋控制系統的功能是抑制擾動、跟隨給定。

反饋控制系統具有良好的抗擾性能，它能有效地抑制一切被負反饋環所包圍的前向通道上的擾動作用，對于給定作用的變化則是嚴格跟蹤。

除給定信號外，作用在控制系統各環節上的一切會引起輸出量變化的因素都稱為“擾動作用”，負載變化是一種主要的擾動作用。除此之外，交流電源電壓的波動、電動機勵磁的變化、控制器參數變化、由溫升引起主電路電阻R的增大等，所有這些因素都會影響到轉速，都會被測速裝置檢測出來，再通過反饋控制的作用，減小它們對穩態轉速的影響。在圖1-4中，前向通道各種擾動作用都可以在系統的結構圖上表示出來，反饋控制系統對它們都有抑制功能。但是，有一種擾動除外，如果在反饋通道上的測速反饋系數受到某種影響而發生變化，它非但不能得到反饋控制系統的抑制，反而會造成被調量的誤差。反饋控制系統所能抑制的只是被反饋環所包圍的前向通道的擾動。

抗擾性能是反饋控制系統最主要的性能指標。在設計閉環系統時，往往只考慮一種主要的擾動作用，如在調速系統中只考慮負載擾動，按照克服負載擾動的要求進行設計。

與擾動作用不同的是在反饋環外的給定作用，如圖1-4中的轉速給定信號，它的細微變化都會使被調量隨之變化，絲毫不受反饋作用的抑制。因此，全面地看，反饋控制系統的規律是，一方面能夠有效地抑制一切被包圍在負反饋環內前向通道上的擾動作用；另一方面，被控制（輸出）量則緊緊地跟隨著給定量的變化而變化。

（2）系統的精度依賴于給定和反饋檢測的精度

如果產生給定電壓的電源發生波動，反饋控制系統無法鑒別這種電源電壓的波動，那么反饋控制系統就不產生控制作用。因此，高精度的調速系統必須有更高精度的給定穩壓電源。

反饋檢測裝置的誤差也是反饋控制系統無法克服的。對于上述調速系統來說，測速發電機勵磁發生變化時，會使檢測到的轉速反饋信號偏離應有的數值。如測速發電機安裝不良造成轉子的偏心等，都會給系統帶來周期性的干擾。所以反饋檢測裝置的精度也是保證控制系統精度的重要因素。現代調速系統的發展趨勢是用數字給定和數字測速來提高調速系統的精度。

2.電力拖動自動控制系統的轉矩-轉速控制特性

電力拖動自動控制系統的主要特征就是它的轉矩-轉速控制特性，可用運動方程式來描述。

旋轉運動方程式：

式中，J為機械轉動慣量（kg·m²）；ω_m為轉子的機械角速度（rad/s）；θ_m為轉子的機械轉角（rad）；T_e為電磁轉矩（N·m）；T_L為負載轉矩（N·m）；D為阻轉矩阻尼系數；K為扭轉彈性轉矩系數。

若忽略阻尼轉矩和扭轉彈性轉矩，則運動控制系統的基本運動方程式可簡化為

若采用工程單位制，則式（1-2）的第1行應改寫為

式中，GD²為轉動慣量，習慣稱為飛輪力矩（N·m²），GD²=4gJ；n為轉子的機械轉速（r/min），n=。

直線運動方程式：

式中，F為拖動力（N）；F_L為拖動阻力（N）；為慣性力，若質量m的單位為kg，速度V的單位為m/s，時間t的單位為s，慣性力的單位與F及F_L相同，為N。

電力拖動自動控制系統的任務對旋轉運動而言是控制電動機的轉速和轉角，對于直線運動來說是控制速度和位移。由式（1-1）和式（1-2）可知，要控制轉速和轉角，唯一的途徑就是控制電動機的電磁轉矩T_e，使轉速變化按人們期望的規律變化。

3.電力拖動自動控制系統的學科特點

首先必須明確，電力拖動自動控制系統是自動控制理論在實際工程中的具體應用，屬于控制科學范疇。如圖1-5所示，與電力拖動自動控制系統的相關學科有：電機與電力拖動基礎、電力電子學（電力電子技術）、計算機控制技術、信號檢測與處理技術等。除此而外，電力拖動自動控制系統的研究和技術開發是以計算機仿真技術和計算機輔助設計作為工具的。因此，現代電力拖動自動控制系統已成為電力拖動基礎、電力電子技術、計算機控制技術、自動控制理論、信號檢測技術、計算機仿真技術、計算機輔助設計技術等多門學科相互交叉的綜合性學科。