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双闭环调速系统课程设计--第1页

直流双闭环调速系统原理

1.1系统的组成

转速、电流双闭环控制直流调速系统是性能很好、应用最广的直

流调速系统。采用PI调节的单个转速闭环调速系统可以在保证系统

稳定的前提下实现转速无静差。但是对系统的动态性能要求较高的系

统，单闭环系统就难以满足需要了。

为了实现在允许条件下的最快启动，关键是要获得一段使电流保

持为最大值的恒流过程。按照反响控制规律，采用*个物理量的负反

响就可以保持该量根本不变，则，采用电流负反响应该能够得到近似

的恒流过程。所以，我们希望到达的控制：启动过程只有电流负反响，

没有转速负反响；到达稳态转速后只有转速负反响，不让电流负反响

发挥作用。故而采用转速和电流两个调节器来组成系统。

为了实现转速和电流两种负反响分别起作用，可以在系统中设置

两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反响和电流负

反响。二者之间实行嵌套〔或称串级〕联接，如图1-1所示。把转速

调节器的输出当作电流调节器的输入，再把电流调节器的输出去控制

电力电子变换器UPE。从闭环构造上看，电流环在里面，称作内环；

转速换在外边，称作外环。这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

图1-1转速、电流双闭环直流调速系统

.z.

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系统的原理图

为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采

用PI调节器，这样组成的直流双闭环调速系统原理图如图1-2所示。

图中ASR为转速调节器，ACR为电流调节器，TG表示测速发电机，

TA表示电流互感器，UPE是电力电子变换器。图中标出了两个调节

器出入输出电压的实际极性，它们是按照电力电子变换器的了控制电

压U为正电压的情况标出的，并考虑到运算放大器的倒相作用。图

C

中还标出了两个调节器的输出都是带限幅作用的，转速调节器ASR

的输出限幅电压决定了电流给定电压的最大值，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。

图1-2双闭环直流调速系统电路原理图

第二章转速、电流双闭环直流调速器的设计

2.1电流调节器的设计

2.1.1电流环构造框图的化简

在图2-1点画线框内的电流环中，反电动势与电流反响的作用互

相穿插，这将给设计工作带来麻烦。实际上，反电动势与转速成正比，

它代表转速对电流环的影响。在一般情况下，系统的电磁时间常数

T远小于机电时间常数T，因此，转速的裱花往往比电流变化慢得

Lm

多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变

过程中，可以认为反电动势根本不变，即。这样，在按动态性能设计

电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，也就是说，可以

.z.

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2-1

所示。可以证明，忽略反电动势对电流环作用的近似条件是

式中电流环开环频率特性的截止频率。