第三章电机拖动精要.ppt

内容提要 转速、电流反馈控制直流调速系统组成及其静特性； 转速、电流反馈控制直流调速系统的数学模型和动态过程分析； 转速、电流反馈控制直流调速系统的设计 3.1 转速、电流反馈控制直流调速系统 的组成及其静特性 1. 问题的提出 3.1.1 转速、电流反馈控制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。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。 3.1.2 稳态结构图和参数计算 限幅电路 限幅电路（续） 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。 不饱和——输出未达到限幅值 当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，PI 作用使输入偏差电压△U在稳态时总是零。 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（3-2）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。 静特性的特点 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，转速负反馈起主要调节作用。 当负载电流达到 Idm 后，转速调节器饱和，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。 这就是采用了两个PI调节器分别形成内、外两个闭环的效果。 2. 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，其饱和输出为限幅值，而非饱和输出的稳态值取决于输入量的积分，它最终将使控制对象的输出达到其给定值，使PI调节器的输入误差信号为零，否则PI调节器仍在继续积分，并未达到稳态。 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。 3.2 双闭环直流调速系统的数学模型 和动态过程分析 本节提要 双闭环直流调速系统的动态数学模型 双闭环直流调速系统的动态过程分析 3.2.1 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图，如下图所示。 1. 起动过程分析 由于在起动过程中转速调节器ASR经历了快速进入饱和、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（续） 第 II 阶段（续） 第 Ⅲ 阶段（续） 第 Ⅲ 阶段（续） 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 IdL ，直到稳定，如果调节器参数整定得不够好，也会有一些振荡过程。 第 Ⅲ 阶段（续） 在这最后的转速调节阶段内，ASR和ACR都不饱和，ASR起主导的转速调节作用，而ACR则力图使 Id 尽快地跟随其给定值 U*i ，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。 分析结果 综上所述，双闭环直流调速系统的起动过程有以下三个特点： （1）??? 饱和非线性控制； （2）??? 转速超调； （3） 准时间最优控制。 1） 抗负载扰动 一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。 抗电网电压扰动（续） 分析结果 因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。 转速和电流两个调节器的作用 综上所述，转速调节器和电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用可以分别归纳如下： 2） 电流调节器的作用 （4）当电机过载甚至堵转时