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).PPTVIP

转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法 电力拖动自动控制系统 第 2 章 河南科技大学自动化系 卜文绍 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。 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 内容提要 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。 问题的提出 如果对系统的动态性能要求较高，单闭环系统就难以满足需要。例如：要求快速起制动，突加负载动态速降小等等。 转速单闭环调速系统的局限性: 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。 IdL n Idm Idcr n 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 所以: 为提高快速性，需在充分利用电机过载能力（Id=Idm）的情况下, 使电机以最大加速度，升速或减速。 , b) 理想的快速起动过程 IdL n Idm 图2-1 直流调速系统起动过程的电流和转速波形 3. 理想的起动过程 在过渡过程中：始终保持电流（转矩）为允许的最大值, 使电力拖动系统以最大的加速度起动； 达到稳态转速后：立即让电流降下来。使转矩与负载相平衡，转入稳态运行。 对于经常正、反转运行的调速系统（龙门刨床、可逆轧钢机等）， 尽量缩短起、制动过程时间是提高生产效率的重要因素。 　 可在最大允许电流限制的条件下，充分利用电机的过载能力。 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。 在原（转速）单闭环直流调速系统中再添加“电流”负反馈，就构成转速、电流双闭环调速系统。 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。 + TG n ASR ACR U*n + - Un Ui U*i + - Uc TA M + - Ud Id UPE - 1. 系统的组成 n i 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。 说明：图中标出的两个调节器输入输出电压的实际极性, 是按照电力电子变换器的控制电压Uc为正电压的情况标出的, 并考虑到运算放大器的倒相作用。 2. 系统电路原理结构（续） 给定电压极性与单环系统不同 给定电压极性与单环系统不同。 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。 1. 系统稳态结构框图 分析静特性的关键是掌握这种PI调节器的稳态特征。 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。 不饱和——输出未达到限幅值 当调节