運(yùn)動控制系統(tǒng)3

1、1轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和和調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計方法 第第 2 章章2內(nèi)容提要內(nèi)容提要 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)是應(yīng)用最廣性能很好的直流調(diào)速系統(tǒng)。本章著重闡明其控制規(guī)律、性能特點(diǎn)和設(shè)計方法，是各種交、直流電力拖動自動控制系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。我們將重點(diǎn)學(xué)習(xí)：3n轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性n雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和動態(tài)性能分析n轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)內(nèi)容提要內(nèi)容提要42.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 及其靜特性及其靜特性n問題的提出 第1章中表明，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在

2、保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。51. 主要原因 是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。 在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值 Idcr 以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。6b) 理想的快速起動過程IdLntIdOIdma) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖2-1 直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形2. 理想的起動過程IdLntIdOIdmIdcrnn7 性能比較n帶

3、電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程如圖 所示，起動電流達(dá)到最大值 Idm 后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，加速過程延長。 圖2-1 a) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)IdLntIdOIdmIdcrn8性能比較（續(xù)）n理想起動過程波形如圖所示，這時，起動電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。圖2-1 b) 理想的快速起動過程IdLntIdOIdmn93. 解決思路 為了實現(xiàn)在允許條件下的最快起動，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過程。 按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負(fù)反饋就可以保持該量

4、基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。10 現(xiàn)在的問題是，我們希望能實現(xiàn)控制：n起動過程，只有電流負(fù)反饋，沒有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。n穩(wěn)態(tài)時，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，沒有電流負(fù)反饋。 怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？112.1.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實行嵌套（或稱串級）聯(lián)接如下圖所示。12+TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAM+-UdIdUPE

5、-MTG圖2-2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. 系統(tǒng)的組成ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測速發(fā)電機(jī)TA電流互感器 UPE電力電子變換器內(nèi)環(huán)外 環(huán)ni13 圖中，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。 這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。142. 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu) 為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器一般都采用 P I 調(diào)節(jié)器，這樣構(gòu)成的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電路原理圖示于下圖。圖中標(biāo)出了兩個調(diào)節(jié)器輸入輸出電壓的實際極性，它們是按照電力電子變換器的控制電壓U

6、c為正電壓的情況標(biāo)出的，并考慮到運(yùn)算放大器的倒相作用。15系統(tǒng)原理圖圖2-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 +-TG+-+-RP2U*nR0R0UcUiRiCi+-R0R0RnCnASRACRLMRP1UnU*iLM+MTAIdUdMTGUPE+-+-16 圖中表出，兩個調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅作用的。n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓U*im決定了電流給定電壓的最大值；n電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓Ucm限制了電力電子變換器的最大輸出電壓Udm。172.1.2 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，必須先繪出它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如下圖。它可以很方便地根據(jù)上圖的原理圖

7、畫出來，只要注意用帶限幅的輸出特性表示PI 調(diào)節(jié)器就可以了。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的 PI 調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。181. 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖圖2-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) Ks 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i-IdR R ACR-UiUPE192. 限幅作用 存在兩種狀況：n飽和輸出達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時，輸出為恒值，輸入量的變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號使調(diào)節(jié)器退出飽和；換句話說，飽和的調(diào)節(jié)器暫時隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。20n不飽和輸出未達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，正如前面所闡明的那樣，PI

8、作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是零。 213. 系統(tǒng)靜特性實際上，在正常運(yùn)行時，電流調(diào)節(jié)器是不會達(dá)到飽和狀態(tài)的。因此，對于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性如圖所示，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 n0IdIdmIdNOnABC22（1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和di*i0n*nIUUnnUU式中 ， 轉(zhuǎn)速和電流反饋系數(shù)。由第一個關(guān)系式可得 0*nnUn從而得到上圖靜特性的CA段。 (2-1) 23n 靜特性的水平特性 與此同時，由于ASR不飽和，U*i U*im，從上述第二個關(guān)系式可知: Id Idm。 這就是說， CA段靜特性從理想空載狀態(tài)的 Id = 0 一直延

9、續(xù)到 Id = Idm ，而 Idm 一般都是大于額定電流 IdN 的。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是水平的特性。 24（2） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 這時，ASR輸出達(dá)到限幅值U*im ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時 dm*imdIUI式中，最大電流 Idm 是由設(shè)計者選定的，取決于電機(jī)的容許過載能力和拖動系統(tǒng)允許的最大加速度。(2-2) 25n 靜特性的垂直特性 式（2-2）所描述的靜特性是上圖中的AB段，它是垂直的特性。 這樣的下垂特性只適合于 n n0 ，則Un U*n ，ASR將退出飽和狀態(tài)。 264. 兩個調(diào)節(jié)器的作

10、用n雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。n當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到 Idm 后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護(hù)。27 這就是采用了兩個PI調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個閉環(huán)的效果。這樣的靜特性顯然比帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。然而實際上運(yùn)算放大器的開環(huán)放大系數(shù)并不是無窮大，特別是為了避免零點(diǎn)飄移而采用 “準(zhǔn)PI調(diào)節(jié)器”時，靜特性的兩段實際上都略有很小的靜差，如上圖中虛線所示。 282.1.3 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算各變量的穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩

11、個調(diào)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關(guān)系 0n*nnnUUdLdi*iIIUUsdL*nesdesd0c/KRIUCKRInCKUU(2-3) (2-5) (2-4) 29 上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上， 轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓U*n決定的 ASR的輸出量U*i是由負(fù)載電流 IdL 決定的 控制電壓 Uc 的大小則同時取決于 n 和 Id，或者說，同時取決于U*n 和 IdL。30 這些關(guān)系反映了PI調(diào)節(jié)器不同于P調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)。比例環(huán)節(jié)的輸出量總是正比于其輸入量，而PI調(diào)節(jié)器則不然，其輸出量的穩(wěn)態(tài)值與輸入無關(guān)，而是由它后面環(huán)節(jié)的需要決定的。后面需要PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，

12、直到飽和為止。31n 反饋系數(shù)計算 鑒于這一特點(diǎn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計算有關(guān)的反饋系數(shù)： 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) max*nmnUdm*imIU(2-6) (2-7) 32 兩個給定電壓的最大值U*nm和U*im由設(shè)計者選定，設(shè)計原則如下：nU*nm受運(yùn)算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制；nU*im 為ASR的輸出限幅值。返回目錄返回目錄332.2 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 和動態(tài)性能分析和動態(tài)性能分析本節(jié)提要n雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型n起動過程分析n

13、動態(tài)抗擾性能分析n轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用342.2.1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，考慮雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)，即可繪出雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如下圖所示。351. 系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖2-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 U*n Uc-IdLnUd0Un+- -UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E362. 數(shù)學(xué)模型 圖中WASR(s)和WACR(s)分別表示轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果采用PI調(diào)節(jié)器，則有 ssKsWnnnASR1)(ss

14、KsWiiiACR1)(372.2.2 起動過程分析起動過程分析 前已指出，設(shè)置雙閉環(huán)控制的一個重要目的就是要獲得接近理想起動過程，因此在分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能時，有必要首先探討它的起動過程。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U*n由靜止?fàn)顟B(tài)起動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程示于下圖。38圖2-7 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動時的轉(zhuǎn)速和電流波形 n OOttIdm IdL Id n* IIIIIIt4 t3 t2 t1 391. 起動過程 由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標(biāo)明的I、II、III三個階段。 40第I階段電流上升的階段（0 t1）

15、n突加給定電壓 U*n 后，Id 上升，當(dāng) Id 小于負(fù)載電流 IdL 時，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動。n當(dāng) Id IdL 后，電機(jī)開始起動，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值 U*im，強(qiáng)迫電流 Id 迅速上升。41IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第I階段（續(xù)）42第 I 階段（續(xù)）n直到，Id = Idm ， Ui = U*im 電流調(diào)節(jié)器很快就壓制 Id 了的增長，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。 在這一階段中，ASR很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。43第 II 階段恒流升速階段（t1

16、 t2） n在這個階段中，ASR始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流U*im 給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 Id 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。44n IdL Id n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第 II 階段（續(xù)）45第 II 階段（續(xù)）n與此同時，電機(jī)的反電動勢E 也按線性增長，對電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來說，E 是一個線性漸增的擾動量，為了克服它的擾動， Ud0和 Uc 也必須基本上按線性增長，才能保持 Id 恒定。n當(dāng)ACR采用PI調(diào)節(jié)器時，要使其輸出量按線性增長，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說， Id 應(yīng)略低于 Idm。

17、46第 II 階段（續(xù)） 恒流升速階段是起動過程中的主要階段。 為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動過程中 ACR是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置 UPE 的最大輸出電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計時必須注意的。47第 階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（ t2 以后） n當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減少到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值U*im ，所以電機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。n轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始退出飽和狀態(tài)， U*i 和 Id 很快下降。但是，只要 Id 仍大于負(fù)載電流 IdL ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。48IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t

18、2 t1 tt第 階段（續(xù)）49第 階段（續(xù)）n直到Id = IdL時，轉(zhuǎn)矩Te= TL ，則dn/dt = 0，轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值（t = t3時）。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt50第 階段（續(xù)）n此后，電動機(jī)開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在一小段時間內(nèi)（ t3 t4 ）， Id IdL ，直到穩(wěn)定，如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，也會有一些振蕩過程。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt51第 階段（續(xù)） 在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASR和ACR都不飽和，ASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而ACR則力圖使 Id

19、盡快地跟隨其給定值 U*i ，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。 522. 分析結(jié)果 綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動過程有以下三個特點(diǎn)： （1）飽和非線性控制飽和非線性控制 （2）轉(zhuǎn)速超調(diào)轉(zhuǎn)速超調(diào) （3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制準(zhǔn)時間最優(yōu)控制 53（1） 飽和非線性控制 根據(jù)ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：n當(dāng)ASR飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)。n當(dāng)ASR不飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。54（2）轉(zhuǎn)速超調(diào) 由于ASR采用了飽和非線性控制，起動過程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)， ASR 的輸

20、入偏差電壓 Un 為負(fù)值，才能使ASR退出飽和。 這樣，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)。55（3）準(zhǔn)時間最優(yōu)控制 起動過程中的主要階段是第II階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動機(jī)允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，使起動過程盡可能最快。 這階段屬于有限制條件的最短時間控制。因此，整個起動過程可看作為是一個準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。56 最后，應(yīng)該指出，對于不可逆的電力電子變換器，雙閉環(huán)控制只能保證良好的起動性能，卻不能產(chǎn)生回饋制動，在制動時，當(dāng)電流下降到零以后，只好自由停車。必須加快制動時，只能采用電阻能耗制動或電磁抱閘。 572.2.3 動態(tài)抗擾性能分

21、析動態(tài)抗擾性能分析 一般來說，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿意的動態(tài)性能。對于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動的性能。58 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsKsTss+1ACR U*iUi-EId1. 抗負(fù)載擾動IdL直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗負(fù)載擾作用59抗負(fù)載擾動（續(xù)） 由動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖中可以看出，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動的作用。在設(shè)計ASR時，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。 60圖2-8 直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)抗擾作用a)單閉環(huán)系統(tǒng)2. 抗電網(wǎng)電壓擾動UdU*n-IdLUn+-ASR 1/Ce

22、nUd01/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1-E61抗電網(wǎng)電壓擾動（續(xù)）-IdLUdb)雙閉環(huán)系統(tǒng) Ud電網(wǎng)電壓波動在整流電壓上的反映 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1ACR U*iUi-E623. 對比分析n在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電壓擾動的作用點(diǎn)離被調(diào)量較遠(yuǎn)，調(diào)節(jié)作用受到多個環(huán)節(jié)的延滯，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動的性能要差一些。n雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等它影響到轉(zhuǎn)速以后才能反饋回來，抗擾性能大有改善。634. 分析結(jié)果 因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動引起的轉(zhuǎn)

23、速動態(tài)變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。642.2.4 轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用 綜上所述，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的作用可以分別歸納如下： 651. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 （1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導(dǎo)調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n 很快地跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。 （2）對負(fù)載變化起抗擾作用。 （3）其輸出限幅值決定電機(jī)允許的最大電流。662. 電流調(diào)節(jié)器的作用（1）作為內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)器，在外環(huán)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)過程中，它的作用是使電流緊緊跟隨其給定電壓（即外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出量）變化。（2）對電網(wǎng)電壓的波動起及時抗擾的作用。（

24、3）在轉(zhuǎn)速動態(tài)過程中，保證獲得電機(jī)允許的最大電流，從而加快動態(tài)過程。67 （4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，起快速的自動保護(hù)作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復(fù)正常。這個作用對系統(tǒng)的可靠運(yùn)行來說是十分重要的。返回目錄返回目錄681. 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化簡化內(nèi)容n忽略反電動勢的動態(tài)影響 n等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) n小慣性環(huán)節(jié)近似處理 69n忽略反電動勢的動態(tài)影響 在按動態(tài)性能設(shè)計電流環(huán)時，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即E0。這時，電流環(huán)如下圖所示。 Ud0(s)+-Ui (s)ACR1/RTl s+1U*i(s)Uc (s)Ks Tss+1Id (s) Tois+11 To

25、is+170n等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng) 如果把給定濾波和反饋濾波兩個環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時把給定信號改成U*i(s) / ，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)（圖2-23b）。 +-ACRUc (s)Ks /R (Tss+1)(Tl s+1)Id (s)U*i(s) Tois+1圖2-23b71n小慣性環(huán)節(jié)近似處理 最后，由于Ts 和 T0i 一般都比Tl 小得多，可以當(dāng)作小慣性群而近似地看作是一個慣性環(huán)節(jié)，其時間常數(shù)為 Ti = Ts + Toi (2-55) 簡化的近似條件為 oisci131TT(2-56) 72電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化成圖2-23c。 +-ACRUc (s)Ks /R (Tls

26、+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s)+-ACRUc (s)Ks /R (Tls+1)(Tis+1)Id (s)U*i(s)圖2-23c73n轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)簡化 n (s)+-ASRCeTmsRU*n(s)Id (s) / Tns+1+-IdL (s)圖2-26 b 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理 74n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器選擇 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動作用點(diǎn)前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 中（見圖 2-26b），現(xiàn)在在擾動作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計成典型 型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時也能滿足動態(tài)抗擾性能好的要

27、求。 75 由此可見，ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為ssKsWnnnASR) 1()(（2-70） 式中 Kn 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； n 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 76n調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為) 1() 1() 1() 1()(n2mennnnmennnnsTsTCsRKsTsTCRssKsW令轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益為mennNTCRKK) 1() 1()(n2nNnsTssKsW（2-72） 則 （2-71） 77n校正后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) n (s)+-U*n(s) 1() 1(n2nNsTssK圖2-26c 校正后成為典型 II 型系統(tǒng) 783. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 Kn 和 n。按照典型型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，由式(2-38) nn hT（2-74） 2n2N21ThhKnmen2) 1(RThTChK再由式（2-39） （2-75） （2-76） 因此 79n參數(shù)選擇 至于中頻寬 h 應(yīng)選擇多少，要看動態(tài)性能的要求決定。 無特殊要求時，一般可選