电力拖动自动控制系统第4版阮毅陈伯时第3章节转速电流反馈控制的直流调速系统.ppt

内 容 提 要 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型 转速、电流反馈控制直流调速系统调节器的工程设计方法 MATLAB仿真软件对转速、电流反馈控制的直流调速系统的仿真 3.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性 对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。 在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。 当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。 3.1.1 转速、电流反馈控制直流调速系统  的组成 应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，在达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。 在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流， 把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，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，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。形成了转速、电流反馈控制直流调速系统（简称双闭环系统）。 3.1.2 稳态结构图与参数计算 1. 稳态结构图和静特性 转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压， 当调节器饱和时，输出达到限幅值，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； 当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。 对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况，电流调节器不进入饱和状态 。 （1） 转速调节器不饱和 两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。 （2）转速调节器饱和 ASR输出达到限幅值时，转速外环呈开环状态，转速的变化对转速环不再产生影响。 双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时 (3-2) 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。 在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，转速负反馈起主要调节作用。 当负载电流达到Idm时，转速调节器为饱和输出U*im，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差。 采用两个PI调节器形成了内、外两个闭环的效果。 当ASR处于饱和状态时，Id=Idm，若负载电流减小，IdIdm，使转速上升，nn0，Δn0，ASR反向积分，使ASR调节器退出饱和。 2．各变量的稳态工作点和 稳态参数计算 双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系 (3-3) (3-4) (3-5) 根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数： 转速反馈系数 (3-6) 电流反馈系数 (3-7) 两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设计者选定。 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 3.2.1 转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型 3.2.2转速、电流反馈控制直流调速系统的动态过程分析 对调速系统而言，被控制的对象是转速。 跟随性能可以用阶跃给定下的动态响应描述。 能否实现所期望的恒加速过程，最终以时间最优的形式达到所要求的性能指标，是设置双闭环控制的一个重要的追求目标。 1．起动过程分析 电流Id从零增长到Idm，然后在一段时间内维持其值等于Idm不变，以后又下降并经调节后到达稳态值IdL。 转速波形先是缓慢升速，然后以恒加速上升，产生超调后，到达给定值n*。 起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段， 转速调节器在此三个阶段中经历了不饱和、饱和以及退饱和三种情况。 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，AS