电力拖动自动控制系统-转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法.pptVIP

电力拖动自动控制系统-转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法.ppt

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59 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法 主要内容 1.双闭环调速系统的组成及其静特性 2.数学模型和动态性能分析 3.调节器的工程设计方法 4.双闭环系统调节器的设计 *5.转速超调的抑制 *6.弱磁控制的直流调速系统 本节要点: 2.1 转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性 转速单闭环系统不能随意控制电流和转矩的动态过程。 采用电流截止负反馈环节只能限制电流的冲击,并不能很好地控制电流的动态波形。 起动性能 带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程如图 所示,起动电流达到最大值 Idm 后,受电流负反馈的作用降低下来,电机的电磁转矩也随之减小,加速过程延长。 起动性能(续) 理想起动过程波形如图,这时,起动电流呈方形波,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过程。 希望能实现的控制 在起动过程的主要阶段,只有电流负反馈,没有转速负反馈。 达到稳态后,只要转速负反馈,不让电流负反馈发挥主要作用。 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)联接如下图所示。 1. 系统的组成 当ASR不饱和时,ASR成为主导的调节器, 转速负反馈起主要作用。 2.调节器输出限幅的作用 转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定电流给定电压的最大值; 电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。 3. 限幅电路 限幅电路(续) 4. 电流检测电路 2.1.2 稳态结构图和静特性 2. 限幅作用 存在两种状况: 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 当调节器不饱和时,正如1.6节中所阐明的那样,PI 作用使输入偏差电压在稳态时总是零。 3. 系统静特性 (1)转速调节器不饱和 静特性的水平特性 同时,由于ASR不饱和,U*i U*im,从上述第二个关系式可知: Id Idm。 这就是说, 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,它是水平的特性。 (2) 转速调节器饱和 静特性的垂直特性 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 n n0 的情况,因为如果 n n0 ,则Un U*n ,ASR将退出饱和状态。 4. 两个调节器的作用 双闭环调速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,系统表现为电流无静差,得到过电流的自动保护。 2.1.3 各变量的稳态工作点和稳态参数计算 这些关系反映了PI调节器不同于P调节器的特点: 比例环节的输出量总是正比于其输入量, PI调节器则不然,其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 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。 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

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