雙閉環(huán)直流調(diào)速

1、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)名稱：,電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)題目：雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)專 業(yè)：一電氣工程及其自動(dòng)化班 級(jí)：姓 名：學(xué) 號(hào)：遼寧工程技術(shù)大學(xué)課程設(shè)計(jì)成績?cè)u(píng)定表學(xué)期第七學(xué)期姓名專業(yè)電氣工程與自動(dòng)化班級(jí)課程名稱電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)評(píng)定指標(biāo)分值得分知識(shí)創(chuàng)新性20理論正確性20評(píng)內(nèi)容難易性15結(jié)合實(shí)際性10知識(shí)掌握程度15疋書寫規(guī)范性10工作量10總成績100標(biāo)評(píng)語：準(zhǔn)任課教師時(shí)間年 月日備注目錄引言11雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 21.1直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型.21. 2整流裝置的傳遞函數(shù) 21. 3電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)31. 4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)32速度與電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

2、52. 1速度電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 52. 2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成和基本原理.63雙閉環(huán)控制并聯(lián)逆變器的建模分析 .74轉(zhuǎn)速與電流雙閉環(huán)直流自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的工作過程 .94.1啟動(dòng)過程 94. 2負(fù)載變化時(shí)的自動(dòng)調(diào)速過程94 . 3電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)過程 94 . 4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn) 105仿真研究11結(jié)論13設(shè)計(jì)體會(huì)14參考文獻(xiàn) 15摘要在工業(yè)生產(chǎn)中，需要高性能速度控制的電力拖動(dòng)場合，直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮著極 為重要的作用。而采用速度、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) ，就可以充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力 來獲得最快的動(dòng)態(tài)過程。根據(jù)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成和基本原理 ，分析了轉(zhuǎn)速與電流 雙閉環(huán)直流自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的工作過程及其

3、特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：直流調(diào)速系統(tǒng)；基本原理4雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)目錄引言11雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 21.1直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型.21. 2整流裝置的傳遞函數(shù) 21. 3電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)31. 4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)32速度與電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 52. 1速度電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 52. 2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成和基本原理.63雙閉環(huán)控制并聯(lián)逆變器的建模分析 .74轉(zhuǎn)速與電流雙閉環(huán)直流自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的工作過程 .94.1啟動(dòng)過程 94. 2負(fù)載變化時(shí)的自動(dòng)調(diào)速過程94 . 3電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)過程 94 . 4 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn) 105仿真研究11結(jié)論13設(shè)計(jì)體會(huì)14參考文獻(xiàn) 156雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)1雙閉環(huán)調(diào)速

4、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型在工程實(shí)踐中，雖然交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、制造方便、維護(hù)容易。但由于直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在理論和實(shí)踐上都比較成熟，具有極好的運(yùn)行和控制性能，在工業(yè)生產(chǎn)中仍占有相當(dāng)?shù)谋壤潆p閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。*ASR-速度調(diào)節(jié)器ACR-電流調(diào)節(jié)器TA交流變換器TG測速發(fā)電機(jī)U*n給定速度信號(hào)U 速度反饋信號(hào)U*i 給定電流信號(hào)Ui 電流反饋信號(hào)圖1-1直流電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中電流內(nèi)環(huán)的作用是使電機(jī)電樞電流 Id服從它的給定值U*i,當(dāng)U*i不變時(shí),它表 現(xiàn)為恒流調(diào)節(jié)，否則表現(xiàn)為隨動(dòng)調(diào)節(jié)。速度外環(huán)的輸出為U*i,不直接推動(dòng)后面的放大器，而是作為電流環(huán)的給定值，

5、二者共同構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，不僅能控制轉(zhuǎn)速，而且能控制電流 可充分利用電機(jī)的過載能力，獲得較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。1.1直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型在電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)中，直流電機(jī)通常以電樞電壓為輸入量，以電機(jī)轉(zhuǎn)速為輸出量。假 設(shè)電機(jī)補(bǔ)償良好，忽略電樞反應(yīng)、渦流效應(yīng)和磁滯的影響，并設(shè)勵(lì)磁電流恒定，得直流電機(jī) 數(shù)學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)方程分別為：1-1式中：Ud 電樞電壓；L、id、R分別為電樞回路電感、電流和總電阻 ；E 電機(jī)的 反電動(dòng)勢(shì),且有E=Cen; Te、TL分別為電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩,且有Te=Cmid; GD2- 電力拖動(dòng)系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)動(dòng)部分折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。整理得電流與電壓以及電動(dòng)勢(shì) 與電流之間的傳遞函

6、數(shù)分別為：人f對(duì) _ I展7*1，葉 1I, U - 初f V丿幾-K仁2式中：T仁L/R 電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)（s）; ldL=TL/Cm 負(fù)載電流（A）; Tm 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)（s）。考慮n=E /Ce,可得直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖1-2所示。1.2整流裝置的傳遞函數(shù)圖1-2 直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由于晶閘管整流裝置總離不開觸發(fā)電路，因此在分析系統(tǒng)時(shí)往往把它們看成一個(gè)整體當(dāng)作一個(gè)環(huán)節(jié)處理。從圖1-1上可以看出，這一環(huán)節(jié)的輸入量是觸發(fā)電路的控制電壓Uct,輸出量是電樞電壓 Ud。如果在一定的范圍內(nèi)將非線性特性線性化，就可以把它看成一個(gè)滯 后時(shí)間較小的純滯后環(huán)節(jié)，如式1-3。因傳

7、遞函數(shù)中包含指數(shù)函數(shù)，使系統(tǒng)成為非最小相位 系統(tǒng),給分析和設(shè)計(jì)帶來了麻煩，一般情況下，把它近似成一階慣性環(huán)節(jié)。1-39雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)式中：Ts 晶閘管整流裝置的失控時(shí)間（s）。1.3電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，因T1比Tm小得多,故電流的調(diào)節(jié)過程比轉(zhuǎn)速的變化過程快得多，因 此在電流調(diào)節(jié)器快速調(diào)節(jié)過程中，可以認(rèn)為反電動(dòng)勢(shì)E基本不變。這樣在設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可 以暫時(shí)不考慮反電動(dòng)勢(shì)E圖1-4電流環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖變化的影響而得到圖1-4所示的電流環(huán)近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。為了使電流環(huán)穩(wěn)態(tài)上做到無 靜差以獲得理想的堵轉(zhuǎn)特性，動(dòng)態(tài)上保持電動(dòng)機(jī)電樞電流的不超調(diào)，保證系統(tǒng)的跟隨性。把 電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng),其

8、傳遞函數(shù)為：小1）Gm f 訂二 -1-4式中:Ki, t i 分別為電流調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)和時(shí)間常數(shù)。根據(jù)“對(duì)消原理”，為了對(duì)消掉控制對(duì)象中時(shí)間常數(shù)較大的慣性環(huán)節(jié)，以使校正后系統(tǒng) 的響應(yīng)速度加快，取t i=T1;PI調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù) Ki取決于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。根 據(jù)“電子最佳調(diào)節(jié)原理”中的“二階最佳系統(tǒng)”原理。取 KiT工i=0 5,由此可得：T.R1.4轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)叫”一A.上 * T%；（nyflR*0* ASR+11圖1-5轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)時(shí)，可以把已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電流環(huán)作為轉(zhuǎn)速環(huán)的控制對(duì)象。由此得到 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖1-5所示。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，提

9、高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，把轉(zhuǎn)速 環(huán)設(shè)計(jì)成典型II型系統(tǒng),其傳遞函數(shù)為：1-6式中：Kn, t n分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器比例放大倍數(shù)和時(shí)間常數(shù)。根據(jù)II型典型系統(tǒng)參數(shù)確定的方法，有T1=hT2,于是有t n=hTEn,其中h為中頻寬，T 刀n=Ton+2瓦i,根據(jù)“調(diào)節(jié)器最佳整定設(shè)計(jì)法”，一般取h=5。然后按典型II型系統(tǒng)的最 小閉環(huán)幅頻特性峰值 Mrmin準(zhǔn)則,得：=釧械1-711雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)2速度與電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)2.1速度電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)速度與電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是 20世紀(jì)60年代在國外出現(xiàn)的一種新型的調(diào)速系統(tǒng)。70年代以來，在我國的冶金、機(jī)械、制造以及印染工業(yè)等領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。雙

10、 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是由單閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展而來的。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)使用了一個(gè)比例積分 調(diào)節(jié)器組成速度調(diào)節(jié)器可以得到轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)節(jié)，見圖2-1、圖2- 2。從擴(kuò)大調(diào)速范圍的角度來看，單環(huán)系統(tǒng)已能基本上滿足生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速的要求。但是，任何調(diào)速系統(tǒng)總是 需要啟動(dòng)與停車的，從電機(jī)能承受的過載電流有一定限制來看，要求啟動(dòng)電流的峰值不 要超過允許數(shù)值。為達(dá)到這個(gè)目的，采用電流截止負(fù)反饋的系統(tǒng)，它能得圖2-11單環(huán)系統(tǒng)靜態(tài)方塊圖圖2-2轉(zhuǎn)速單閉環(huán)無靜差直流調(diào)速圖2-3帶有電流截止負(fù)反饋系統(tǒng)啟動(dòng)電流波形到啟動(dòng)電流波形，見圖2-3中實(shí)線所示。波形的峰值正好達(dá)到直流電動(dòng)機(jī)所允許的最 大沖擊電流Idm,其啟動(dòng)時(shí)間為t

11、1 o實(shí)際的調(diào)速系統(tǒng)，除要求對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整外，很多 生產(chǎn)機(jī)械還提出了加快啟動(dòng)和制動(dòng)過程的要求，例如可逆軋鋼，龍門刨床都是經(jīng)常處于正反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)的，為了提高生產(chǎn)率，要求盡量縮短過渡過程的時(shí)間。從圖2- 3啟動(dòng)電流變化的波形可以看到，電流只在很短的時(shí)間內(nèi)就達(dá)到了最大允許值Idm,而其他時(shí)間的電流均小于此值，可見在啟動(dòng)過程中，電機(jī)的過載能力并沒有充分利用。如果能使啟動(dòng)電流按虛線的形狀變化，充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力，使電機(jī)一直在較大的加速轉(zhuǎn)矩下 啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)間就會(huì)大大縮短，只要t2就夠了。上述設(shè)想提出一個(gè)理想的啟動(dòng)過程曲線， 其特點(diǎn)是在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流很快加大到允許過載能力值Idm,并且保持不變，

12、在這個(gè)條件下，轉(zhuǎn)速n得到線性增長，當(dāng)開到需要的大小時(shí)，電機(jī)的電流急劇下降到克服 負(fù)載所需的電流Izf 值,對(duì)應(yīng)這種要求可控硅整流器的電壓在啟動(dòng)一開始時(shí)應(yīng)為IdmRE,隨著轉(zhuǎn)速n的上升,U= IdmR刀+Cen也上升,達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí),Ud= IzfR刀+Cne）這就 要求在啟動(dòng)過程中，把電動(dòng)機(jī)的電流當(dāng)作被調(diào)節(jié)量，使之維持在電機(jī)允許的最大值Idm, 并保持不變。這就要求有一個(gè)電流調(diào)節(jié)器來完成這個(gè)任務(wù)。帶有速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器 的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)便是在這種要求下產(chǎn)生的。圖2-4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流自動(dòng)調(diào)速2.2雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成和基本原理圖2- 4為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)有兩個(gè)P

13、I調(diào)節(jié)器，一個(gè)是用于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器（ST）,另一個(gè)是用于電流調(diào)節(jié)的電流調(diào)節(jié)器（LT）,兩個(gè)調(diào)節(jié) 器串級(jí)連接，其輸出均有限幅，輸出限幅值分別為Usm和Umi。由于調(diào)速系統(tǒng)的主要被 調(diào)量是轉(zhuǎn)速，故把轉(zhuǎn)速負(fù)反饋組成的環(huán)作為外環(huán)（主環(huán)）,以保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確地跟 隨給定值，并抵抗外來的干擾；把由電流負(fù)反饋組成的環(huán)作內(nèi)環(huán)（副環(huán)）,以保證動(dòng)態(tài)電 流為最大值并保持不變，使電動(dòng)機(jī)快速地起動(dòng)、制動(dòng)，同時(shí)還能起限流作用，并可以對(duì)電 網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由給定電壓Ug來確定，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST的輸入M偏差電壓為 Uis=Ug- Unf,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ST的輸出電壓Us作為電流調(diào)節(jié)器LT的給 定信號(hào)（

14、ST輸出電壓的限幅值Usm決定了 LT給定信號(hào)的最大值）；電流調(diào)節(jié)器LT的 輸入偏差電壓為 Uci=- Us+Ufi,電流調(diào)節(jié)器LT的輸出電壓Uc作為觸發(fā)電路的控制電壓（LT輸出電壓的限幅值Umi決定了晶閘管整流電壓的最大值 Udm） ; Uc控制著觸 發(fā)延遲角，使電動(dòng)機(jī)在期望轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)。13雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)3雙閉環(huán)控制并聯(lián)逆變器的建模分析單相半橋逆變器由逆變橋和LC輸出濾波器構(gòu)成，采用輸出電壓瞬時(shí)值和濾波電感電 流瞬時(shí)值雙閉環(huán)反饋控制策略。電壓外環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，控制輸出電壓跟蹤基準(zhǔn)正弦電壓，PI調(diào)節(jié)器的輸出作為電流給定；電流內(nèi)環(huán)采用滯環(huán)控制方式，控制電感電流在正負(fù) 滯環(huán)寬度范圍內(nèi)跟蹤給定

15、電流變化。當(dāng)逆變器的開關(guān)頻率遠(yuǎn)大于輸出電壓頻率fo，且fo較低時(shí)，電流內(nèi)環(huán)可以等效為一個(gè)受控放大器。圖3-1為兩臺(tái)逆變器構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)等效輸出模型，其中uo是并聯(lián)交流母線電壓，uol、uo2分別為兩臺(tái)逆變器的輸出電壓， Z1和Z2分別為兩臺(tái)逆變器與交流母線之間的線路阻抗，Ze為并聯(lián)系統(tǒng)負(fù)載，io!、io2分別為兩臺(tái)逆變器的輸出電流，io為負(fù)載電流。定義環(huán)流IH3-1由3-1可以得到3-2所以，對(duì)于由兩臺(tái)逆變器構(gòu)成的并聯(lián)系統(tǒng)， 一臺(tái)逆變器承擔(dān)一半的負(fù)載電流加環(huán)流量， 另一臺(tái)逆變器承擔(dān)一半的負(fù)載電流減環(huán)流量。如果忽略逆變器和并聯(lián)交流母線之間的線路 阻抗，可認(rèn)為兩臺(tái)逆變器輸出電壓 uo1和uo2相等

16、。因?yàn)閮膳_(tái)逆變器電路參數(shù)不可避免 地存在誤差，因此環(huán)流必定存在。所以處于并聯(lián)工作時(shí)的電壓電流雙閉環(huán)控制逆變器單模 塊系統(tǒng)電路模型如圖3- 2所示。該模型考慮了環(huán)流因素，與單獨(dú)工作的逆變器相比，多 了虛線框所示部分。uref為基準(zhǔn)正弦波，uvf為反饋電壓，Kvf為電壓反饋系數(shù)，KP、 KI為PI調(diào)節(jié)器的比例和積分系數(shù)，iref為電流給定，iL為電感電流，K為電流環(huán)放 大倍數(shù)，Go為輸出濾波電容Cf與負(fù)載并聯(lián)的傳遞函數(shù)，3為輸出角頻率。圖3- 2并聯(lián)工作的雙閉環(huán)控制逆變器單模塊電路模型逆變器輸出電壓為W叱于吒叱I屮心*心卜叫53-3要讓兩臺(tái)逆變器在參數(shù)不一致時(shí)輸出電壓相等，即uo仁uo2，有1+

17、（jrpi + K /$圧皿 A GO|_他山（心+心間兀-心何%I +（心2 + KJk'K gK 應(yīng)皿3-415雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)4轉(zhuǎn)速與電流雙閉環(huán)直流自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的工作過程4 .1啟動(dòng)過程雙閉環(huán)直流自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的啟動(dòng)過程可分為以下3個(gè)階段。(1) 電流上升階段。開始啟動(dòng)時(shí),n=0, Ufn=O, Usi=Ug故ST的輸入值很高,使ST的輸出Us迅速達(dá)到飽合限幅值-Usm,在此后的啟動(dòng)升速過程中,只要 Usi與即*n 1)Ug/ a n則ST就將保持該飽和值而不能起調(diào)節(jié)作用。LT的輸入偏差電壓 Uic=-Us+Uif,由于此時(shí)-Us=- Usm,而Uif= B Id故 Uci二Us

18、m邙Id<0, LT 的積分作用將使 Uc快速上升，電流Id以最快速度上升，電動(dòng)機(jī)獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，加快了電動(dòng)機(jī)的 啟動(dòng)。直到 Ufi= B ld=Usm即 Uic=0)時(shí)，Uc不再增加，Ud也不再增加，電動(dòng)機(jī)電流 Id達(dá)到所允許的最大電流Idm。(2) 電流保持恒值，電動(dòng)機(jī)恒加速階段。此階段從Id剛上升到Idm開始，到n達(dá)到其期望值n1為止。在此階段中，由于n<n1,故ST仍然不起調(diào)節(jié)作用。此階段是啟 動(dòng)過程的主要階段，也是LT在啟動(dòng)過程中發(fā)揮電流調(diào)節(jié)作用的主要階段。隨著n的增加，電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)Ed增大，電流Id的調(diào)節(jié)過程為：上述電流的不斷調(diào)節(jié)過程，使電 動(dòng)機(jī)電樞電流Id始終保

19、持最大值Idm,電動(dòng)機(jī)以最大電磁轉(zhuǎn)矩和最大加速度加速。(3) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到期望轉(zhuǎn)速n1后，便進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。此時(shí)，n=n1, Usi=Ug- Unf=0, 但由于ST的積分保持作用，仍使-Us=- Usm, Id= Idm,故 轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，出現(xiàn)n>n1的轉(zhuǎn)速超調(diào)現(xiàn)象。但在n>n1后，由于Unf>Ug,故 Usi<0, ST的積分電容改變，使ST退出飽和，進(jìn)入線性區(qū)，ST便開始進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，在ST進(jìn) 行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)，由于ST的輸出Us的變化，即LT的給定值發(fā)生變化，故LT也要進(jìn) 行電流調(diào)節(jié)，力圖使Id盡快跟隨ST的輸出Us。由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在外環(huán)，故ST

20、起主導(dǎo) 作用，最終使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在期望轉(zhuǎn)速n1上。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形，見 圖 4-1。穩(wěn)態(tài)時(shí)， Usi=0, Uci=0,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為期望速 n=n 1=Ug/ a n,其電流也為穩(wěn) 定電流Id=Id1=Us1/ B Id。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，自動(dòng)調(diào)速過程如下：在自動(dòng)調(diào)速過程中，轉(zhuǎn)速 環(huán)是主環(huán)，在穩(wěn)速過程起主導(dǎo)作用，其主要作用是保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，能將轉(zhuǎn)速保持在給定 值Ug/ a n上。電流環(huán)是副環(huán)，其主要作用是穩(wěn)定電流，將影響和干擾轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，但轉(zhuǎn) 速環(huán)的調(diào)節(jié)作用可以改變Us,使電流環(huán)跟隨Us調(diào)節(jié)，故最終仍能消除轉(zhuǎn)速偏差。4.3電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)過程當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生嚴(yán)重過載或機(jī)械部件被卡住時(shí)，轉(zhuǎn)速將

21、迅速下降，且ld>ldm。此時(shí)，由 于轉(zhuǎn)速的迅速下降,使 Usi>>0,故ST迅速飽和,而不再起轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用,ST的輸出 為飽和限幅值-Usm;同時(shí),由于ld>ldm,使厶Uci=- Usm+ B Id>0,故LT的輸出Uc迅 速下降，Ud和Id隨之迅速下降,轉(zhuǎn)速急劇下降，但LT的調(diào)節(jié)作用將使Id維持Idm 不變，直到堵轉(zhuǎn)為止。因此，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的堵轉(zhuǎn)電流ID與轉(zhuǎn)折電流IB相差很小， 這樣便獲得了比較理想的“挖土機(jī)特性”。4.4雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)，一是系統(tǒng)的調(diào)速性能好；二是能獲得較理想的“挖土機(jī)特性”； 三是有較好的動(dòng)態(tài)特性，過渡過程短，啟

22、動(dòng)時(shí)間短，穩(wěn)定性好；四是抗干擾能力強(qiáng)；五是兩 個(gè)調(diào)節(jié)器分別設(shè)計(jì)和整定，調(diào)試方便。17雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)5仿真研究基于以上分析，得雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 5-1所示,其中包括了電流、轉(zhuǎn)速 濾波和兩個(gè)給定濾波環(huán)節(jié)。仿真中采用三相橋式全控整流電路供電 ，Ts=O 00167s,基本仿 真數(shù)據(jù)如下。直流電機(jī):220V, 136A, 1480r/min, 允許過載倍數(shù)入=1 5;電機(jī)軸上總飛輪 力矩：GD2=22 5N- m2;電樞回路總電阻：R=0 5 Q ;電樞回路總電感：L=15mH;濾波時(shí)間 常數(shù)：Toi=0 005s, Ton=0 01s;晶閘管裝置放大系數(shù)：Ks=40。由此可得：電流環(huán)小時(shí)間 常數(shù)T刀i=Ts+Toi=0 00667s;電磁時(shí)間常數(shù)T仁L/R=0 03s;電流反饋系數(shù)B =U*im/ldm=0 0392V/A;轉(zhuǎn)速反 饋系數(shù) a =U*nmax/nmax= 0 00338V min/r; Ki= 0 717; t n=0 - 1167s; Kn=14 302,仿真結(jié)果如圖 5-2 5-8 所示。斤m圖5-1 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 由仿真結(jié)果來看，ASR從起動(dòng)到穩(wěn)速運(yùn)行經(jīng)歷了兩個(gè)狀態(tài) 輸出與線