第3章 转速、电流反馈控制的直流调速系统 2.ppt

第3章 ;内 容 提 要;3.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性;起动电流呈矩形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动（制动）过程。 ;3.1.1 转速、电流反馈控制直流调速系统  的组成;3.1.2 稳态结构图与参数计算; 1. 稳态结构图和静特性;图3-3 双闭环直流调速系统的稳态结构图 α——转速反馈系数 β——电流反馈系数;（1） 转速调节器不饱和;（2）转速调节器饱和;AB段是两个调节器都不饱和时的静特性，IdIdm, n=n0。 BC段是ASR调节器饱和时的静特性，Id=Idm, nn0。;;2．各变量的稳态工作点和 稳态参数计算;;3.2 转速、电流反馈控制直流调速系统的数学模型与动态过程分析;3.2.2转速、电流反馈控制直流调速系统的动态过程分析;1．起动过程分析;图3-6 双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形;第Ⅰ阶段：电流上升阶段（0~t1）;在t=0时，系统突加阶跃给定信号Un*，在ASR和ACR两个PI调节器的作用下， Id很快上升，在Id上升到Idl之前，电动机转矩小于负载转矩，转速为零。 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，ASR输入偏差电压仍较大， ASR很快进入饱和状态，而ACR一般不饱和。直到Id = Idm ， Ui = U*im 。;第Ⅱ阶段:恒流升速阶段（t1~t2） ;ASR调节器始终保持在饱和状态，转速环仍相当于开环工作。系统表现为使用PI调节器的电流闭环控制， 电流调节器的给定值就是ASR调节器的饱和值U*im，基本上保持电流Id = Idm不变， 电流闭环调节的扰动是电动机的反电动势，它是一个线性渐增的斜坡扰动量，系统做不到无静差，而是Id略低于Idm。 ;第Ⅲ阶段：转速调节阶段（t2以后） ;n上升到了给定值n*，ΔUn=0。因为IdIdm，电动机仍处于加速过程，使n超过了n* ，称之为起动过程的转速超调。 转速的超调造成了ΔUn0，ASR退出饱和状态，Ui和Id很快下降。转速仍在上升，直到t=t3时，Id= Idl ，转速才到达峰值。 在t3~t4时间内， Id Idl，转速由加速变为减速，直到稳定。 如果调节器参数整定得不够好，也会有一段振荡的过程。 在第Ⅲ阶段中， ASR和ACR都不饱和，电流内环是一个电流随动子系统。 ;;2．动态抗扰性能分析;（1）抗负载扰动;（2）抗电网电压扰动;1. 转速调节器的作用;2. 电流调节器的作用;3.3 转速、电流反馈控制直流调速系统的设计;1、跟随性能指标;图3-8 典型的阶跃响应过程和跟随性能指标;2．抗扰性能指标;图3-9 突加扰动的动态过程和抗扰性能指标;3.3.2 调节器的工程设计方法;;1．典型Ⅰ型系统;图3-10 典型Ⅰ型系统 (a)闭环系统结构图 (b)开环对数频率特性;;（1）动态跟随性能指标;;;（2）动态抗扰性能指标;图3-11 电流环的在电压扰动作用下的动态结构图;在只讨论抗扰性能时，令输入变量R=0， 将输出量写成ΔC;在阶跃扰动下， ，得到 在选定KT=0.5时， （3-19） 阶跃扰动后输出变化量的动态过程函数为 （3-20） 式中 为控制对象中小时间常数与大时间常数 的比值。取不同m值，可计算出相应的动态过程曲线。 ;;;2.典型Ⅱ型系统;图3-13 典型Ⅱ型系统 (a)闭环系统结构图 (b)开环对数频率特性 ; (3-24) 改变K相当于使开环对数幅频特性上下平移，此特性与闭环系统的快速性有关。 系统相角稳定裕度为 τ比T大得越多，系统的稳定裕度就越大。;;（1）动态跟随性能指标;;图3-14 转速环在负载扰动作用下的动态结构框图;图3-15 典型Ⅱ型系统在一种扰动作用下的动态结构图 (a)一种扰动作用下的结构 ;取 ， 于是 （3-33） （3-32）;在阶跃扰动下， ,按Mrmin准则确定参数关系 ;