轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)高技N1

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) 最佳過(guò)渡過(guò)程的基本概念n龍門(mén)刨床、冶金系統(tǒng)的可逆軋機(jī)及壓下裝置、工作輥道等這類(lèi)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的控制要求是盡可能縮短起動(dòng)、制動(dòng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，保證系統(tǒng)快速性，提高作業(yè)率，其速度圖如下圖 n 梯形速度圖 三角形速度圖 最佳過(guò)渡過(guò)程的基本概念（續(xù)）n起制動(dòng)過(guò)程中,為了實(shí)現(xiàn)快速起制動(dòng),獲得最短的起制動(dòng)時(shí)間,就需要較大的起制動(dòng)轉(zhuǎn)矩,也就是較大的起制動(dòng)電流。為此,可以充分利用電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力,把電流Id限制在最大允許電流Idmax上,使整個(gè)起動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程中保持在最大允許電流Idmax不變,使電動(dòng)機(jī)在最大允許動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)

2、間最短。實(shí)際工作中稱(chēng)這種起制動(dòng)過(guò)程為最佳起制動(dòng)過(guò)程，也稱(chēng)為最佳過(guò)渡過(guò)程。理想起動(dòng)過(guò)程波形單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在問(wèn)題單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)存在問(wèn)題n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(dòng)態(tài)過(guò)程。電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)只能在超過(guò)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(dòng)態(tài)波形。n如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿(mǎn)足需要。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程n帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程如圖 所示，起動(dòng)電流達(dá)到最大值 Idm 后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來(lái)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，

3、加速過(guò)程延長(zhǎng)。 IdLntIdOIdmIdcr 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)在允許條件下的最快起動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過(guò)程。 按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負(fù)反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過(guò)程。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 我們希望能實(shí)現(xiàn)控制：n起動(dòng)過(guò)程，只有電流負(fù)反饋，沒(méi)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；n到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后又希望電流負(fù)反饋不再起主要作用，而靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要作用，以實(shí)現(xiàn)最終的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流

4、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)的組成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路圖轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路圖 圖中兩個(gè)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限制了限制了晶閘管變流器的直流輸出電壓的最大值Udm。轉(zhuǎn)速、電流雙閉調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖靜特性和穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖靜特性和穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 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。它一般存在兩種狀態(tài)：n一是不飽和狀態(tài)，此時(shí)調(diào)節(jié)器輸出電壓未達(dá)到限幅值，調(diào)節(jié)器起調(diào)節(jié)作用，穩(wěn)態(tài)輸入偏差電壓為零。n二是飽和狀態(tài)， 此時(shí)調(diào)節(jié)器輸出電壓達(dá)到限幅值

5、，輸入量變化不再影響輸出，此狀態(tài)相當(dāng)于使該調(diào)節(jié)環(huán)開(kāi)環(huán)，只有當(dāng)輸入信號(hào)反向時(shí)才能使調(diào)節(jié)器退出飽和狀態(tài)，重新起調(diào)節(jié)作用。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(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 n0IdIdmIdnomOnAB（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(gè)關(guān)系式可得 0*nnUn從而得到上圖靜特性的n0A段。 （2） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 這時(shí)，ASR輸出達(dá)到限幅值U*im ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開(kāi)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)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時(shí) dm*imdIUI式中，

6、最大電流 Idm 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)允許的最大加速度。 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(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，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(wú)靜差，得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算的穩(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)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系 0n*nnnUUdLdi*iIIUU sdLnesdesdoctKRIUCKRInCKUU/ 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

7、的輸出量U*i是由負(fù)載電流 IdL 決定的； 控制電壓 Uct 的大小則同時(shí)取決于 n 和 Id，或者說(shuō)，同時(shí)取決于U*n 和 IdL。 反饋系數(shù)計(jì)算 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的反饋系數(shù)計(jì)算根據(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)： 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù) max*nmnUdm*imIU 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖n起動(dòng)過(guò)程分析n動(dòng)態(tài)抗擾性能分析n轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程分析雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程分析 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓U*n由靜

8、止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速和電流的動(dòng)態(tài)過(guò)程示于下圖。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速和電流波形雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程特點(diǎn) 綜上所述，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn)： （1） 飽和非線(xiàn)性控制；飽和非線(xiàn)性控制； （2） 轉(zhuǎn)速超調(diào)；轉(zhuǎn)速超調(diào)； （3） 準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能 一般來(lái)說(shuō)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)具有比較滿(mǎn)意的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于調(diào)速系統(tǒng)，最重要的動(dòng)態(tài)性能是抗擾性能。主要是抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的性能。 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsKsTss+1ACR U*iUi-EId1.

9、 抗負(fù)載擾動(dòng)IdL直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)抗負(fù)載擾作用抗負(fù)載擾動(dòng)n由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中可以看出，負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR來(lái)產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。雙閉環(huán)系統(tǒng)在突加負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR和電流調(diào)節(jié)器ACR均參與調(diào)節(jié)作用，但轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR處于主導(dǎo)作用。n突加負(fù)載的動(dòng)態(tài)過(guò)程和突加給定的動(dòng)態(tài)過(guò)程不同，一般情況下在突加負(fù)載的調(diào)節(jié)過(guò)程中是一個(gè)線(xiàn)性調(diào)節(jié)過(guò)程，不存在ASR飽和狀態(tài)。2、抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)-IdLUd 1/CeU*nnUd0Un+-ASR1/R Tl s+1R TmsIdKsTss+1ACR U*iUi-E抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)n由動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖可知，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)被包圍在電流環(huán)內(nèi)。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)可以通過(guò)電流負(fù)反饋及電流調(diào)節(jié)器得到及時(shí)調(diào)節(jié)，不必等到轉(zhuǎn)速變化才調(diào)節(jié)。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)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 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： 1. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 （1）使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)時(shí)可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。 （2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。 （3）其輸