直流转速电流双闭环.ppt

转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法P48 内容提要 转速、电流双闭环直流调速系统 ---性能好、应用广。 --各种电拖动自控系统的重要基础。 3.1 直流调速系统性能要求 调速系统性能要求 单闭环 静态：无静差。 Y 动态：起制动快、抗扰快 N 电流截止负反馈单闭环调速起动过程 动态2--抗扰 主要扰动--- 网压 负载转矩 半闭环抗扰 --慢：影响到转速才发现、调节 提高动静性能 --转速电流双闭环 原理 转速调节器输出-- i环的给定 --通过调电流来调转速: Id IL (TemTL) ? n↑ ↓ = ⊙ ----√ i环通过调电压来调电流 n,i环关系: n环—外环,主环, 调转速 i环--内环,辅环,调电流 是n环前向通道的一个环节 2. 系统电路（物理）结构 调节器限幅 转速ASR的输出限幅U*im --决定电流(给定电压)的最大值； 电流ACR的输出限幅Ucm --决定最大输出电压Udm。 3. 限幅电路 限幅电路（续） 4. 电流检测电路 3.1.2 稳态结构图 静特性 稳态参数计算 2. 限幅作用 限幅-饱和 产生最大操作量 失去线性控制能力 3. 系统静特性 4 稳态参数计算 3.2 双闭环动态性能分析 3.2.2 起动过程分析 I阶段 恒流调节 ASR: 突加U*n?ΔUn =Un*大值 ? 输出Ui*↑?饱和Uim* 起动过程: nn* ?ΔUn 0 ?PI的I功能维持饱和 ASR产生最大电流给定 ACR : 按电流给定Uim*升压 调Id=Uim*/β 电机以最大电流升速起动 注: i环内扰动E随n(1阶)上升, ACR调Id有小静差 II 阶段 恒转调节 n升至超速nn* ?ΔUn0 ?ASR退饱和(I功能,输出↓) ?恢复线性调速功能?Ui*↓ ?ACR降Id ?n↓ 经衰减波动调节过程 ?n=n*,Id=IL 起动过程—接近理想—准最优 升速与停车降速 升速： 当Un*突增时，如ASR饱和，也有恒流升速。 停车： ASR负饱和（ 给定降速时也可负饱和） 不可逆直流调速系统： Id不能反向，只能0电流降速。 可逆系统： Id可反向，有恒流制动 动态抗扰性能分析 抗网压扰动 网压扰动在i环内，其先影响电流，未影响转速时先被i环检出，这时ASR的电流给定Ui*未变。 故ACR先调压以保持电流Id=Ui*/β ---- n-i双闭环抗网压扰动比n单闭环快 抗负载扰动 负载扰动在i环外 只能影响转速后由n环检出，再抑制。 但转速调节器通过i环调速，环节增多 ---- n-i双闭环抗负载扰动比n单闭环慢 3.3 调节器的工程设计方法 3.3.1动态性能指标 跟随性： 超调σ 调节时间ts(δ=5, 2%) 抗扰性: 最大偏差Δym 恢复时间tv(δ) 3.3.2 调节器工程设计 工程设计处理 近似条件 ωc1/τ ? ωc 1/(3τ) 2 低频段大惯性近似 近似为积分环节 3 反馈滤波与给定滤波 反馈一阶滤波后传函:F/(1+Tfs) 系统闭环传函: Wc=(1/F)(1+Tfs) Wop(s)/[1+Wop(s)] PD项(1+Tfs)引起超调 应在给定加一阶滤波 1/(1+Tgs) Tg=Tf 消PD项 3.3.3双闭环调节器工程设计方法 “先内环后外环” 简化 (1) E慢变,动态可略 (2) 单位负反馈等效: 1. 电流环结构图的简化 开环传函Wiop(s) i环动态与参数设计 消大惯性 i环动态与参数设计 对典型2阶I型系统 工程推荐“最优”参数: 典型 2阶I型最佳系统动态性能 1 跟随性好:超调小 超调σ=4.3%, ts(5%)= 4.14TΣi , ts(2%)= 8.43TΣi 2 抗扰性差:恢复慢 m=TΣ/Tl Δym≈[2/(1+2m)] (KdΔd*m)≈2…… ΔIdm≈2(ΔUd/R) *(TΣ