电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法.ppt

188 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法 内容提要 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数学模型和动态性能分析 调节器的工程设计方法 按工程设计方法设计双闭环系统的调节器 弱磁控制的直流调速系统 1. 主要原因 因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。 在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值 Idcr 以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。 性能比较 带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程如图 所示，起动电流达到最大值 Idm 后，受电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。 性能比较（续） 理想起动过程波形如图所示，这时，起动电流呈方形波，转速按线性增长（稳定的加速度）。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。 3. 解决思路 为了实现在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。 2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 系统原理图 3. 限幅电路 限幅电路（续） 4. 电流检测电路? 2.1.2 稳态结构图和静特性 为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构图，如下图。它可以很方便地根据上图的原理图画出来，只要注意用带限幅的输出特性表示PI 调节器就可以了。分析静特性的关键是掌握这样的 PI 调节器的稳态特征。 2.1.2 稳态结构图和静特性 2. 限幅作用 存在两种状况： 饱和——输出达到限幅值 当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；换句话说，饱和的调节器暂时隔断了输入和输出间的联系，相当于使该调节环开环。 3. 系统静特性 （1）转速调节器不饱和 静特性的水平特性 与此同时，由于ASR不饱和，U*i U*im，从上述第二个关系式可知: Id Idm。 这就是说， CA段静特性从理想空载状态的 Id = 0 一直延续到 Id = Idm ，而 Idm 一般都是大于额定电流 IdN 的。这就是静特性的运行段，它是水平的特性。 （2） 转速调节器饱和 静特性的垂直特性 式（2-2）所描述的静特性是上图中的AB段，它是垂直的特性。 这样的下垂特性只适合于 n n0 的情况，因为如果 n n0 ，则Un U*n ，ASR将退出饱和状态。 4. 两个调节器的作用 双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差。这时，转速调节器（环）起主要调节作用，而电流（环）起跟随作用 。 当负载电流达到 Idm 后，转速调节器饱和，转速环相当于开环；电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。 2.1.3 各变量的稳态工作点和稳态参数计算 这些关系反映了PI调节器不同于P调节器的特点。比例环节的输出量总是正比于其输入量，而PI调节器则不然，其输出量的稳态值与输入无关，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。 反馈系数计算 两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设 计者选定，设计原则如下： U*nm受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限制； U*im 为ASR的输出限幅值。 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. 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 *2.2.2 起动过程分析 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下图。 第I阶段（续） 第I阶段电流上升的阶段（0 ~ t1） 突加给定电压 U*n 后，Id 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，其输出电压保持限幅值