1.2 电力拖动自动控制系统的特点

1.电力拖动自动控制系统的反馈控制规律

同其他自动控制系统一样，电力拖动自动控制系统具有反馈控制系统的基本特点。

（1）反馈控制系统的功能

反馈控制系统的功能是抑制扰动、跟随给定。

反馈控制系统具有良好的抗扰性能，它能有效地抑制一切被负反馈环所包围的前向通道上的扰动作用，对于给定作用的变化则是严格跟踪。

除给定信号外，作用在控制系统各环节上的一切会引起输出量变化的因素都称为“扰动作用”，负载变化是一种主要的扰动作用。除此之外，交流电源电压的波动、电动机励磁的变化、控制器参数变化、由温升引起主电路电阻R的增大等，所有这些因素都会影响到转速，都会被测速装置检测出来，再通过反馈控制的作用，减小它们对稳态转速的影响。在图1-4中，前向通道各种扰动作用都可以在系统的结构图上表示出来，反馈控制系统对它们都有抑制功能。但是，有一种扰动除外，如果在反馈通道上的测速反馈系数受到某种影响而发生变化，它非但不能得到反馈控制系统的抑制，反而会造成被调量的误差。反馈控制系统所能抑制的只是被反馈环所包围的前向通道的扰动。

抗扰性能是反馈控制系统最主要的性能指标。在设计闭环系统时，往往只考虑一种主要的扰动作用，如在调速系统中只考虑负载扰动，按照克服负载扰动的要求进行设计。

与扰动作用不同的是在反馈环外的给定作用，如图1-4中的转速给定信号，它的细微变化都会使被调量随之变化，丝毫不受反馈作用的抑制。因此，全面地看，反馈控制系统的规律是，一方面能够有效地抑制一切被包围在负反馈环内前向通道上的扰动作用；另一方面，被控制（输出）量则紧紧地跟随着给定量的变化而变化。

（2）系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度

如果产生给定电压的电源发生波动，反馈控制系统无法鉴别这种电源电压的波动，那么反馈控制系统就不产生控制作用。因此，高精度的调速系统必须有更高精度的给定稳压电源。

反馈检测装置的误差也是反馈控制系统无法克服的。对于上述调速系统来说，测速发电机励磁发生变化时，会使检测到的转速反馈信号偏离应有的数值。如测速发电机安装不良造成转子的偏心等，都会给系统带来周期性的干扰。所以反馈检测装置的精度也是保证控制系统精度的重要因素。现代调速系统的发展趋势是用数字给定和数字测速来提高调速系统的精度。

2.电力拖动自动控制系统的转矩-转速控制特性

电力拖动自动控制系统的主要特征就是它的转矩-转速控制特性，可用运动方程式来描述。

旋转运动方程式：

式中，J为机械转动惯量（kg·m²）；ω_m为转子的机械角速度（rad/s）；θ_m为转子的机械转角（rad）；T_e为电磁转矩（N·m）；T_L为负载转矩（N·m）；D为阻转矩阻尼系数；K为扭转弹性转矩系数。

若忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，则运动控制系统的基本运动方程式可简化为

若采用工程单位制，则式（1-2）的第1行应改写为

式中，GD²为转动惯量，习惯称为飞轮力矩（N·m²），GD²=4gJ；n为转子的机械转速（r/min），n=。

直线运动方程式：

式中，F为拖动力（N）；F_L为拖动阻力（N）；为惯性力，若质量m的单位为kg，速度V的单位为m/s，时间t的单位为s，惯性力的单位与F及F_L相同，为N。

电力拖动自动控制系统的任务对旋转运动而言是控制电动机的转速和转角，对于直线运动来说是控制速度和位移。由式（1-1）和式（1-2）可知，要控制转速和转角，唯一的途径就是控制电动机的电磁转矩T_e，使转速变化按人们期望的规律变化。

3.电力拖动自动控制系统的学科特点

首先必须明确，电力拖动自动控制系统是自动控制理论在实际工程中的具体应用，属于控制科学范畴。如图1-5所示，与电力拖动自动控制系统的相关学科有：电机与电力拖动基础、电力电子学（电力电子技术）、计算机控制技术、信号检测与处理技术等。除此而外，电力拖动自动控制系统的研究和技术开发是以计算机仿真技术和计算机辅助设计作为工具的。因此，现代电力拖动自动控制系统已成为电力拖动基础、电力电子技术、计算机控制技术、自动控制理论、信号检测技术、计算机仿真技术、计算机辅助设计技术等多门学科相互交叉的综合性学科。