第2章 转速电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法(新).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 内容提要 转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性能很好的直流调速系统。 本章着重阐明：其控制规律、性能特点和设计方法，也是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。 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动态数学模型和动态性能分析（从起动和抗挠两方面分析其性能，与“转速”、“电流”两个调节器的作用） 一般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 了解弱磁控制的直流调速系统 2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性 开环调速系统: 特性软。 比例调节转速单闭环系统：有静差, 堵转电流大; 即使加电流截至负反馈环节, 运行时仍有静差。 采用PI调节器的转速负反馈单闭环直流调速系统，可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。 主要原因 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。 如何提高快速性？ 看: 速度控制与电流控制的关系. 2. 速度控制与电流控制的关系 4. 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。 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。 同时，希望能实现： 起动过程中: 只有电流负反馈, 没有转速负反馈。 达到稳态后: 转速负反馈起主导作用; 电流负反馈仅为电流随动子系统。 2.1.1 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。 二者之间实行嵌套（或称串级）联接。 图中：1）把转速调节器的输出作电流调节器的输入； 2）再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。 从闭环结构上看：电流环为内环； 转速环为外环。 ——这就形成了转速、电流双闭环调速系统。 2. 系统电路原理结构 为获得良好的静、动性能, 转速和电流用 PI调节器。 2. 系统电路原理结构（续） 限幅电路 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。可很方便地根据原理图画出。 注意：用带限幅的输出特性表示PI 调节器。 限幅作用 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 3. 系统静特性 (1) 转速调节器不饱和 由于ASR不饱和, U*iU*im, 可知: Id Idm。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，具有水平特性。 (2) 转速调节器饱和 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nn0的情况。因为如果 nn0, 则UnU*n, ASR将退出饱和状态。 3. 两个调节器的作用 双闭环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, 表现为电流无静差, 得到过电流的自动保护。 3. 两个调节器的作用 负载电流小于Idm时表现为转速无静差, 转速负反馈起主要调节作用。(运行段)。 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, 电流无静差。（起动段）。 2.1.3 各变量的稳态工作点和稳态参数计算 PI调节器不同于P调节器的特点 这些关系也反映了PI调节器不同于P调节器的特点: P调节器的输出量总是正比于其输入量; 而PI调节器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 2.2 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能 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