直流调速系统课件(教师版)2-2下载_PPT模板_28

2.2双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析本节提要双闭环直流调速系统的动态数学模型起动过程分析动态抗扰性能分析转速和电流两个调节器的作用2.2.1双闭环直流调速系统的动态数学模型在单闭环直流调速系统动态数学模型的基础上，考虑双闭环控制的结构，即可绘出双闭环直流调速系统的动态结构框图，如2-6图所示。1.系统动态结构图2-6双闭环直流调速系统的动态结构框图U*nUc-IdLnUdUn+---UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E其中，则即系统动态结构2.数学模型图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。如果采用PI调节器，则有前已指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近理想起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要首先探讨它的起动过程。双闭环直流调速系统突加给定电压U*n由静止状态起动时，转速和电流的动态过程示于右图。2.2.2起动过程分析1.起动过程由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。第I阶段－强迫电流上升的阶段（0~t1）：第I阶段－强迫电流上升的阶段（0~t1）：n 突加给定电压U*n后，通过两个PI调节器的调节作用，使Uc、Ud、Id都上升，当Id小于负载电流IdL时，电机还不能转动。当Id≥IdL后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，ASR很快饱和，其输出电压保持限幅值U*im，强迫电流Id迅速上升。这时，ACR一般设计的不饱和，但这一阶段Id虽在上升，但离Idm差得远，所以Ui较小，则ΔUi较大→Uc↑↑→Ud较大。第I阶段（续）因为所以Id↑→Ui↑。而ΔUi由大逐渐减小。直到Id=Idm，Ui=U*im，电流调节器很快就压制Id的增长，标志着这一阶段的结束。这段时间很短，转速上升很少。在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。第I阶段（续）第II阶段－恒流升速阶段（t1~t2）在这一阶段中，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值电流给定U*im下的电流调节系统，基本上保持电流Id=Idm恒定，Ui≈U*im，Uc不大且企图不变。但转速线性增长→E也线性增长，所以Id企图减小，但ACR的调节作用最终使得Ud与E保持同步增长，以使Id保持恒定，这就要求ΔUi为一恒定值，即Ui略小于U*im，则Id也略小于Idm。因此ACR不能饱和，同时由于Ud线性增长，所以Udm要留有余地。第II阶段－恒流升速阶段（t1~t2）第II阶段（续）恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段。为了保证电流环的主要调节作用，在起动过程中ACR是不应饱和的，电力电子装置UPE的最大输出电压也须留有余地，这些都是设计时必须注意的。第Ⅲ阶段－转速调节阶段（t2以后）当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减少到零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值U*im，所以电机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，U*i和Id很快下降。第Ⅲ阶段－转速调节阶段（t2以后）但是，只要Id仍大于负载电流IdL，转速就继续上升。直到Id=IdL时，转矩Te=TL，则dn/dt=0，转速n才到达峰值（t=t3时）。此后，电动机开始在负载的阻力下减速，与此相应，在一小段时间内(t3~t4)，Id

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