2-1转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性

2-1转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性本章提要□ 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性□ 双闭环直流调速系统的动态特性□ 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析□ 反馈控制闭环调速系统的动态分析多环系统是指有内环、外环，按一环套一环的嵌套结构组成的具有两个或两个以上闭环的控制系统，又称串级系统。本章以转速、电流双闭环直流调速系统为重点来说明这类系统的特点及工程设计方法。2-1转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性一、问题的提出（单闭环调速系统的缺点）设计的调节器的动态参数，难以保证两种调节过程都具有良好的动态品质。用一个调节器综合了多种信号，各参数...

本章提要□ 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性□ 双闭环直流调速系统的动态特性□ 反馈控制闭环直流调速系统的稳态分析□ 反馈控制闭环调速系统的动态分析多环系统是指有内环、外环，按一环套一环的嵌套结构组成的具有两个或两个以上闭环的控制系统，又称串级系统。本章以转速、电流双闭环直流调速系统为重点来说明这类系统的特点及工程设计方法。2-1转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性一、问题的提出（单闭环调速系统的缺点）设计的调节器的动态参数，难以保证两种调节过程都具有良好的动态品质。用一个调节器综合了多种信号，各参数间相互影响。完成两种任务：正常负载时实现转速调节；电流超过临界值时，进行电流调节。对扰动的抑制能力差：环内的任何扰动，只有等到转速出现偏差才能进行调节，因而转速动态降落Δn大。电流截止负反馈环节来限制起动电流，不能充分利用电动机的过载能力获得最快的动态响应。起动过程中要等到电枢电流上升到时，截流负反馈起作用又把电流压了下来，仅靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，其性能还不很令人满意（起动过程长）。理想起动过程应该在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，达到稳态转速后，又让电流立即降低下来，使转矩马上与负载相平衡，立即转入稳态运行。理想起动过程波形如右图所示。根据电力拖动系统的运动方程：Jdω/dt=Te-Tl=Cm(Id-Il)，动态时要控制n，就必须控制T，也即Id。这时，起动电流呈方形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程。理想的快速起动过程解决思路为了实现在最大电流允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm 的恒流过程，即对电流进行控制。① 按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。② 当系统进入稳态时，有Te =Tl ，即Id =Il ，这时，Jdω/dt = 0，电机稳速。◎对控制系统的要求：（1）起动过程中，只有电流负反馈，实现最大电流起动，没有转速负反馈。（2）达到稳态转速时，电流立即降为稳态运行值。这时转速负反馈起作用。怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶段里起作用？只用一个调节器时不可能的，必须用两个调节器分别调节n和I，构成转速电流双闭环调节系统。二、转速、电流双闭环直流调速系统的组成为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行串级联接，即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出晶闸管触发装置的控制电压，这样两种调节作用就互相配合，相辅相成了，如下图所示。 ASR—转速调节器 ACR—电流调节器 TG—测速发电机TA—电流互感器 V、GT—晶闸管整流、触发装置三、稳态结构图和静特性1.系统稳态结构框图 2. 系统静特性① ASR不饱和这是ACR也不饱和，稳态时两个调节器的输入ΔU＝0。ΔU n＝0（转速无静差），ΔU i＝0（电流无静差）。即 n0为理想空载转速 ASR不饱和运行段为一水平的直线直线为段即静特性的n0-A段（水平段）静特性 ② ASR饱和ASR饱和：a. U*n 起动，n=0b. U*n↓= 0，ASR输入只剩Un（负饱和）c. n =0 堵转 ASR 饱和，转速外环开环。稳态时，ASR输出：U*im=βI dm，（与n无关）即静特性的A-B段，系统获得一很好的下垂特性此时系统变成一个电流无静差单闭环调速系统。这一特性正好适合理想快速起动过程对I d的要求。四、各变量的稳态工作点和稳态参数计算1. 稳态工作点双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和（ΔU＝0）时，各变量之间有下列关系：系统在稳态平衡点（C点）运行 n=n0， Id=Idl 上式表明：转速 n 是由给定电压U*n决定的。表明：U*i（ASR的输出）由负载电流 I dL 决定。表明：控制电压 Uct 的大小则同时取决于 n 和 I d，或者说，同时取决于U*n 和 IdL。以上各式说明：稳态时，PI调节器输出量与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。后面需要PI调节器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。它不同于P调节器的特点。比例环节的输出量总是正比于其输入量。2. 稳态参数（α 和β ）计算：由于系统无静差，稳态时，PI调节器的输入电压为0（ΔU＝0），给定电压与反馈电压相等。（1）电流环的βΔU i＝0 ， U*im=βI dm 电流反馈系数首先确定I dm（电机的过载能力、机械承受冲击力）。然后，可以选择U*im（ASR的输出限幅值），求出β 。或选择β，求U* im 。（2）转速环的α 转速反馈系数 n max —电动机调压时的最高转速。U* nm —根据运算放大器允许输入电压和稳压电源的情况选定，稳压电源要留有余量。注：双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差系统（根据D 和 S ）完全不同。

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