电力拖动自动控制系统.ppt

* 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 * 2.2.1 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. 系统动态结构 * 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于图2-1b的理想起动过程，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。 * 图2-7 双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形 n O O t t Idm IdL Id n* I II III t4 t3 t2 t1 1. 起动过程 转速调节器ASR经历了不饱和、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 * IdL Id n n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t 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 U*im，强迫电流 Id 迅速上升 直到，Id = Idm ， Ui = U*im 电流调节器很快就压制 Id 了的增长，标志着这一阶段的结束 在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和 * n IdL Id n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t 第 II 阶段恒流升速阶段（t1 ~ t2） ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值电流U*im 给定下的电流调节系统，基本上保持电流 Id 恒定，因而系统的加速度恒定，转速呈线性增长 同时，电机的反电动势E 也按线性增长，对电流调节系统来说，E 是一个线性渐增的扰动量，为了克服它的扰动， Ud0和 Uc 也必须基本上按线性增长，才能保持 Id 恒定 当ACR采用PI调节器时，要使其输出量按线性增长，其输入偏差电压必须维持一定的恒值，也就是说， Id 应略低于 Idm * 第 II 阶段（续） 恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段。 为了保证电流环的主要调节作用，在起动过程中 ACR是不应饱和的，电力电子装置 UPE 的最大输出电压也须留有余地，这些都是设计时必须注意的。 * IdL Id n n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t 第 Ⅲ 阶段转速调节阶段（ t2 以后） 当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减少到零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值U*im ，所以电机仍在加速，使转速超调 转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态， U*i 和 Id 很快下降。但是，只要 Id 仍大于负载电流 IdL ，转速就继续上升 * 第 Ⅲ 阶段（续） 直到Id = IdL时，转矩Te= TL ，则dn/dt = 0，转速n才到达峰值（t = t3时）。 IdL Id n n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t * 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),IdIdL，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。 IdL Id n n* Idm O O I II III t4 t3 t2 t1 t t * 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。 * 2. 分析结果