變流技術(shù)與運(yùn)動(dòng)控制--第 6 課

1、2.2 2.2 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) 問(wèn)題的提出：?jiǎn)栴}的提出： 采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PIPI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器的單閉單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實(shí)現(xiàn)前提下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差轉(zhuǎn)速無(wú)靜差。 但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如：要求較高，例如：要求快速起、制動(dòng)快速起、制動(dòng)，突加突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，等等，單閉環(huán)系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)就就難難以滿足需要以滿足需要。1. 1. 主要原因主要原因 因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制控制電流電

2、流和和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩的的動(dòng)態(tài)過(guò)程動(dòng)態(tài)過(guò)程。 在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，電流截止在單閉環(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(lái)負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流控制電流的，但它的，但它只能在只能在超過(guò)臨界電流超過(guò)臨界電流值值I Idcrdcr 以后，靠強(qiáng)烈以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔玫呢?fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏飨拗齐娏鞯臎_擊，并不能很的沖擊，并不能很理想地理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形控制電流的動(dòng)態(tài)波形。電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)：電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)：IdLnIdm圖圖2-1 2-1 直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)/ /運(yùn)行運(yùn)行/ /制制動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形2. 2. 理想理想( (起動(dòng)、運(yùn)行、制動(dòng)起動(dòng)

3、、運(yùn)行、制動(dòng)) )控制特性控制特性-Idm過(guò)度過(guò)程要求：過(guò)度過(guò)程要求： (1) (1)啟動(dòng)與啟動(dòng)與制動(dòng)時(shí)，始終保制動(dòng)時(shí)，始終保持轉(zhuǎn)矩（或電流）持轉(zhuǎn)矩（或電流）為允許的最大值，為允許的最大值，使直流電動(dòng)機(jī)以使直流電動(dòng)機(jī)以最大的加速度加、最大的加速度加、減速。減速。 (2) (2)到達(dá)給到達(dá)給定轉(zhuǎn)速時(shí)，立即定轉(zhuǎn)速時(shí)，立即讓電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)讓電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，載轉(zhuǎn)矩相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)定運(yùn)從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)定運(yùn)行。行。tIdOn直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩控制通過(guò)通過(guò)電流控制電流控制達(dá)到目的達(dá)到目的3 3、對(duì)電流控制要求、對(duì)電流控制要求（1 1）電動(dòng)機(jī)啟、制動(dòng)的時(shí)間控制）電動(dòng)機(jī)啟、制動(dòng)的時(shí)間控制 （I

4、 Idmdm、-I-Idmdm）-完成時(shí)間的最優(yōu)控制完成時(shí)間的最優(yōu)控制 在起、制動(dòng)過(guò)程，在起、制動(dòng)過(guò)程，( (電流負(fù)反饋起主導(dǎo)作用電流負(fù)反饋起主導(dǎo)作用) )，系統(tǒng)保持電流為最大恒定值，以縮小系統(tǒng)過(guò)度過(guò)系統(tǒng)保持電流為最大恒定值，以縮小系統(tǒng)過(guò)度過(guò)程時(shí)間。程時(shí)間。（2 2）電動(dòng)機(jī)在負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的電流控制）電動(dòng)機(jī)在負(fù)載擾動(dòng)時(shí)的電流控制 （I IdLdL）-實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)特性控制實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)特性控制 達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，( (轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主導(dǎo)作用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主導(dǎo)作用) )，電，電流環(huán)起跟隨作用，使實(shí)際電流快速跟隨給定值，流環(huán)起跟隨作用，使實(shí)際電流快速跟隨給定值，以保持轉(zhuǎn)速恒定。以保持轉(zhuǎn)速恒定。 怎樣才能做到這種

5、既存在怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和和電流電流兩種負(fù)反兩種負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？饋，又使它們只能分別在不同的階段里起作用呢？2.2.1 2.2.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成調(diào)速系統(tǒng)的組成 為了實(shí)現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速和和電流電流兩種負(fù)反饋分別兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分，分別別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和和電流。電流。 即分別引入即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和和電流負(fù)反饋電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）連接，原二者之間實(shí)行嵌套（或稱串級(jí)）連接，原理框圖如下圖所示。理框圖如下圖所示。+圖圖

6、2-2 2-2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1.1.系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器內(nèi)環(huán)外 環(huán)ACR電流調(diào)節(jié)器 TG測(cè)速發(fā)電機(jī)TA電流互感器UPE電力電子變換器為了獲得良好的靜、動(dòng)為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用一般都采用PIPI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器。TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG2.2.2 2.2.2 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，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。必須先繪出它的

7、穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。 注意：注意： 圖中用帶限幅的輸出特性表示圖中用帶限幅的輸出特性表示PI PI 調(diào)調(diào)節(jié)器。節(jié)器。1. 1. 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖圖2-23 2-23 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 Ks 1/CeU*nUcIdEnUd0Un+-ASR+U*i R ACRUiUPEPIPI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器輸出限幅輸出限幅 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù); ; 電流反饋系數(shù)電流反饋系數(shù) 2. 2. 限幅作用限幅作用 存在兩種狀況：存在兩種狀況： （1 1）飽和）飽和輸出達(dá)到限幅值輸出達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為當(dāng)調(diào)節(jié)器飽和時(shí)，輸出為恒值恒值，輸入量的，輸入量的變化不

8、再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使變化不再影響輸出，除非有反向的輸入信號(hào)使調(diào)節(jié)器退出飽和。調(diào)節(jié)器退出飽和。 換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入換句話說(shuō)，飽和的調(diào)節(jié)器暫時(shí)隔斷了輸入和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于和輸出間的聯(lián)系，相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)使該調(diào)節(jié)環(huán)開環(huán)。（2 2）不飽和）不飽和輸出未達(dá)到限幅值輸出未達(dá)到限幅值 當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI 作用使輸入偏差作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是零總是零。 3. 3. 系統(tǒng)靜特性系統(tǒng)靜特性圖圖2-24 2-24 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 n0IdIdmIdNOnBCAASR不飽和ASR飽和實(shí)際上，在正常運(yùn)

9、行時(shí)，實(shí)際上，在正常運(yùn)行時(shí)，電流調(diào)節(jié)器電流調(diào)節(jié)器是是不會(huì)達(dá)到飽和狀不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)態(tài)的。的。 因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，因此，對(duì)于靜特性來(lái)說(shuō)，只有只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和飽和與與不飽不飽和和兩種情況。兩種情況。（1 1）轉(zhuǎn)速）轉(zhuǎn)速( (主導(dǎo)主導(dǎo)) )、電流調(diào)節(jié)器不飽和（、電流調(diào)節(jié)器不飽和（ABAB段）段）di*i0n*nIUUnnUU式中：式中：， 轉(zhuǎn)速和電轉(zhuǎn)速和電 流反饋系數(shù)。流反饋系數(shù)。0*nnUn由第一個(gè)關(guān)系式可得：由第一個(gè)關(guān)系式可得： 負(fù)載負(fù)載nUn00ASR積分積分Ui*IdnUn0 0n0IdIdmIdNOnBCA 電流的大小是從理想空載狀態(tài)電流的大小是從理想空載狀態(tài)I Id d

10、= 0 = 0 一直延一直延續(xù)到續(xù)到I Id d = I= Idmdm , ,轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n = nn = n0 0表現(xiàn)為一條水平直線。系表現(xiàn)為一條水平直線。系統(tǒng)具有絕對(duì)硬的靜特性（無(wú)靜差）。統(tǒng)具有絕對(duì)硬的靜特性（無(wú)靜差）。（2 2） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和（BCBC段），段）， 電流調(diào)節(jié)器起主導(dǎo)作用電流調(diào)節(jié)器起主導(dǎo)作用 這時(shí)，這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值輸出達(dá)到限幅值U*im ，轉(zhuǎn)速外環(huán)，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。呈開環(huán)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速的變化對(duì)系統(tǒng)不再產(chǎn)生影響。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無(wú)靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí)：節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)

11、時(shí)： 式中：最大電流式中：最大電流 Idm 是由設(shè)計(jì)者選定的，取是由設(shè)計(jì)者選定的，取決于電機(jī)的容許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大決于電機(jī)的容許過(guò)載能力和拖動(dòng)系統(tǒng)允許的最大加速度。加速度。dm*imdIUI(2-30) 靜特性的垂直特性只適合于靜特性的垂直特性只適合于 n n0 ，則則Un U*n ，ASRASR將退出飽和狀態(tài)。將退出飽和狀態(tài)。3 3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和（轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器退飽和（ABAB）ASR ASR 飽和：飽和：I IdLdL = = I Idmdm若若 負(fù)載負(fù)載-I IdLdL( ( I Idmdm )-)-n-n-n n 0( 0 )-ASR0( 0 )-ASR反向積分反向積分-AS

12、R-ASR退出飽和，又回退出飽和，又回到線性調(diào)節(jié)狀態(tài)到線性調(diào)節(jié)狀態(tài)-系統(tǒng)進(jìn)入靜特性的系統(tǒng)進(jìn)入靜特性的ABAB段段4. 4. 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 （1 1）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電）雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于流小于I Idmdm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差（不飽和），這時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差（不飽和），這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用（時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用（ABAB段）。段）。 （2 2）當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到）當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到I Idmdm 后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)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(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)（

13、現(xiàn)為電流無(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)（BCBC段）。段）。5. 5. 穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系：調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系： 0n*nnnUU(2-33) sdL*nesdesd0c/KRIUCKRInCKUU(2-32) dLdi*iIIUU(2-31) 根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù)：反饋系數(shù)： 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) max*nmnU(2-34) 電流反饋系數(shù)電流反饋系數(shù) dm*imIU(2-35) 兩個(gè)給定電壓的最大

14、值兩個(gè)給定電壓的最大值U*nm和和U*im由設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)者選定，設(shè)計(jì)原則如下：者選定，設(shè)計(jì)原則如下： U*n、U*im 受受運(yùn)算放大器允許輸入電壓和運(yùn)算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制穩(wěn)壓電源的限制（U*im 為為ASRASR 的輸出限幅值的輸出限幅值）2.2.3 2.2.3 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(dòng)態(tài)性能分析和動(dòng)態(tài)性能分析本節(jié)提要本節(jié)提要1.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型2.起動(dòng)過(guò)程分析起動(dòng)過(guò)程分析3.動(dòng)態(tài)抗擾性能分析動(dòng)態(tài)抗擾性能分析4.轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用1.1.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)

15、數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型W WASRASR(s)(s)為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果采用傳遞函數(shù)。如果采用PIPI調(diào)節(jié)器，則有：調(diào)節(jié)器，則有：ssKsWnnnASR1)(圖圖2-25 2-25 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 U*n Uc-IdLnUd0Un+- +-UiWASR(s)WACR(s)Ks Tss+11/RTl s+1RTmsU*iId1/Ce+E直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)W WA AR R(s)(s)為電流為電流調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。如果采用傳遞函數(shù)。如果采用PIPI調(diào)節(jié)器，則有：調(diào)節(jié)器，則有：ssKsWiiiACR1)(

16、圖圖2-26 2-26 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形 n OOttIdm IdL Id n* IIIIIIt4 t3 t2 t1 電流上升電流上升恒流升速恒流升速轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)2.2.雙閉環(huán)系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程雙閉環(huán)系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在帶有負(fù)載雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)在帶有負(fù)載IdL條件下突加給定電壓條件下突加給定電壓U*n由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程如圖所示。由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程如圖所示。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt 突加給定電壓突加給定電壓 U*n 后，后，I

17、 Id d 上升，當(dāng)上升，當(dāng) I Id d 小于負(fù)載電流小于負(fù)載電流 I IdLdL 時(shí)，時(shí)，電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)當(dāng) I Id d I IdLdL 后，后，電機(jī)開始起動(dòng)，由于機(jī)電機(jī)開始起動(dòng)，由于機(jī)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)電慣性作用，轉(zhuǎn)速不會(huì)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)很快增長(zhǎng)，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器節(jié)器ASRASR的輸入偏差電的輸入偏差電壓的數(shù)值仍較大，其輸壓的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值出電壓保持限幅值 U*im，強(qiáng)迫電流強(qiáng)迫電流 I Id d 迅迅速上升。速上升。第第I I階段電流上升的階段階段電流上升的階段（0 t1） 直到直到，Id Idm ，Ui U*im，電流電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了

18、調(diào)節(jié)器很快就壓制了Id 的增長(zhǎng)，的增長(zhǎng)，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中，在這一階段中，ASR很快很快進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而進(jìn)入并保持飽和狀態(tài)，而ACR一般不飽和。一般不飽和。n IdL Id n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第IIII階段恒流升速階段階段恒流升速階段（t1 t2） 在這個(gè)階段中，在這個(gè)階段中，ASRASR始終是飽和的，始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電系統(tǒng)成為在恒值電流（流（Uim*）給定下）給定下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流基本上保持電流Id恒定，因而系統(tǒng)的恒定，因而系統(tǒng)的加

19、速度恒定，轉(zhuǎn)速加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)。呈線性增長(zhǎng)。 與此同時(shí)，電機(jī)的與此同時(shí)，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì) E E 也按線性增也按線性增長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)，對(duì)電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，E E是一個(gè)是一個(gè)線性漸增的線性漸增的擾動(dòng)量擾動(dòng)量，為了克服它的擾動(dòng)，為了克服它的擾動(dòng)，Ud0和和Uc 也必須基也必須基本上按線性增長(zhǎng)，才能保持本上按線性增長(zhǎng)，才能保持 Id 恒定。恒定。 當(dāng)當(dāng)ACRACR采用采用PIPI調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線調(diào)節(jié)器時(shí)，要使其輸出量按線性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，性增長(zhǎng)，其輸入偏差電壓必須維持一定的恒值，也就是說(shuō)，也就是說(shuō)，I Id d 應(yīng)略低于應(yīng)略低于I Idm

20、dm。 為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過(guò)為了保證電流環(huán)的主要調(diào)節(jié)作用，在起動(dòng)過(guò)程中程中 ACRACR是不應(yīng)飽和是不應(yīng)飽和的，電力電子裝置的，電力電子裝置 UPE UPE 的的最大輸出電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)最大輸出電壓也須留有余地，這些都是設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的。必須注意的。 恒流升速階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。恒流升速階段是起動(dòng)過(guò)程中的主要階段。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt第第階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（階段轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t t2 2以后）以后） 當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到給定值時(shí)定值時(shí)n*，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差減少到的輸入偏差

21、減少到零，但其輸出卻由于積零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值分作用還維持在限幅值U*im ，所以電機(jī)仍在加所以電機(jī)仍在加速，使轉(zhuǎn)速速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)超調(diào)。 轉(zhuǎn)速超調(diào)后，轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入偏差電壓變負(fù)，使輸入偏差電壓變負(fù)，使它開始它開始退出飽和退出飽和狀態(tài)，狀態(tài)， U*i 和和 Id 很快下降。很快下降。但是，只要但是，只要Id 仍大于負(fù)仍大于負(fù)載電流載電流 IdL ，轉(zhuǎn)速就繼轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。續(xù)上升。 直到直到 Id = IdL 時(shí)時(shí) 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 Te= TL 則則 dn/dt = 0， 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n才到達(dá)峰值才到達(dá)峰值 （t t = = t t3 3時(shí)）時(shí)）IdL Id n n* Idm O

22、OIIIIIIt4 t2 t1 ttt3 此后，電動(dòng)此后，電動(dòng)機(jī)開始在負(fù)載的阻機(jī)開始在負(fù)載的阻力下減速，與此相力下減速，與此相應(yīng)，在一小段時(shí)間應(yīng)，在一小段時(shí)間內(nèi)（內(nèi)（ t t3 3 t t4 4 ），）， I Id d I IdLdL ，直到穩(wěn)直到穩(wěn)定。定。 如果調(diào)節(jié)器參如果調(diào)節(jié)器參數(shù)整定得不夠好，數(shù)整定得不夠好，也會(huì)有一些振蕩過(guò)也會(huì)有一些振蕩過(guò)程。程。IdL Id n n* Idm OOIIIIIIt4 t3 t2 t1 tt 在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，在這最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)，ASRASR和和ACRACR都都不飽和不飽和。 ASRASR起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用；起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用； ACRA

23、CR則力圖使則力圖使I Id d盡快地跟隨其給定值盡快地跟隨其給定值U*i 。 或者說(shuō)，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)?；蛘哒f(shuō)，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。 總結(jié)總結(jié) 綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)： （1 1） 飽和非線性控制；飽和非線性控制； （2 2） 轉(zhuǎn)速超調(diào)；轉(zhuǎn)速超調(diào)； （3 3） 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。 （1 1） 飽和非線性控制飽和非線性控制 根據(jù)根據(jù)ASRASR的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處的飽和與不飽和，整個(gè)系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：于完全不同的兩種狀態(tài)： 當(dāng)當(dāng)ASRASR飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，

24、系統(tǒng)表現(xiàn)飽和時(shí)，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)；為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)； 當(dāng)當(dāng)ASRASR不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系不飽和時(shí)，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表統(tǒng)是一個(gè)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)?，F(xiàn)為電流隨動(dòng)系統(tǒng)。（2 2）轉(zhuǎn)速超調(diào)）轉(zhuǎn)速超調(diào) 由于由于ASRASR采用了飽和非線性控制，啟動(dòng)過(guò)采用了飽和非線性控制，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)，調(diào)， ASR ASR 的輸入偏差電壓的輸入偏差電壓 Un 為負(fù)值，為負(fù)值，才能使才能使ASRASR退出飽和。退出飽和。 這樣，采用這樣，采用

25、PIPI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)超調(diào)。（3 3）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制）準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制 時(shí)間最優(yōu)控制要求電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中時(shí)間最優(yōu)控制要求電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中始終以最大允許電流始終以最大允許電流I Idmdm來(lái)恒流啟動(dòng)。來(lái)恒流啟動(dòng)。 但在第但在第I I、IIIIII兩個(gè)階段中，電流不能突兩個(gè)階段中，電流不能突變，實(shí)際啟動(dòng)過(guò)程與理想啟動(dòng)過(guò)程相比還有變，實(shí)際啟動(dòng)過(guò)程與理想啟動(dòng)過(guò)程相比還有一些差距，好在階段一些差距，好在階段I I和和IIIIII只占全部啟動(dòng)過(guò)只占全部啟動(dòng)過(guò)程的很小部分，所以實(shí)際的啟動(dòng)過(guò)程可稱作程的很小部分，所以實(shí)際的啟動(dòng)過(guò)程可稱作為為“

26、準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制”。3. 3. 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾性能雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾性能 對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最主要的抗擾性能是對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最主要的抗擾性能是指抗指抗負(fù)載擾動(dòng)負(fù)載擾動(dòng)和抗和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。的性能。 閉環(huán)系統(tǒng)的抗擾能力與其作用點(diǎn)的位閉環(huán)系統(tǒng)的抗擾能力與其作用點(diǎn)的位置有關(guān)。置有關(guān)。(1) (1) 抗負(fù)載擾動(dòng)抗負(fù)載擾動(dòng) 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsKsTss+1ACR U*iUi-EIdIdL直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗負(fù)載擾作用直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗負(fù)載擾作用負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

27、器因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASRASR來(lái)來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。在設(shè)計(jì)計(jì)ASRASR時(shí)，應(yīng)要求有較好的抗時(shí)，應(yīng)要求有較好的抗擾性能指標(biāo)。擾性能指標(biāo)。 IdL在在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電網(wǎng)電中，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用使得被調(diào)量波動(dòng)后，壓擾動(dòng)的作用使得被調(diào)量波動(dòng)后，再由再由ASR調(diào)節(jié)，因此單閉環(huán)調(diào)速系調(diào)節(jié)，因此單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能較差。統(tǒng)抵抗電壓擾動(dòng)的性能較差。圖圖2-27 2-27 直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗擾作用(2) (2) 抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)UdU*n-IdLUn+-ASR 1/CenUd01/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1-E( (a)a)單閉環(huán)系統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng) 雙閉環(huán)系統(tǒng)中雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得內(nèi)環(huán)，電壓波動(dòng)可以通過(guò)電流反饋得到比較及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等它