雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)_第1頁
雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)_第2頁
雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)_第3頁
雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)_第4頁
雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)_第5頁
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文檔簡介

主要內(nèi)容學(xué)習(xí)目標(biāo):1.掌握雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成,能夠畫出轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)原理圖、結(jié)構(gòu)圖和穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖,理解電流調(diào)節(jié)器(ACR)和速度調(diào)節(jié)器(ASR)的調(diào)節(jié)作用;2.理解雙閉環(huán)系統(tǒng)中常見二極管鉗位的外限幅電路和穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路的工作原理;3.理解PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征,能夠完成雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性和穩(wěn)態(tài)參數(shù)的分析;4.理解雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動和抗擾分析,掌握動態(tài)調(diào)整過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的工作狀態(tài)和作用;*5.能夠按照正確的方法完成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計自動調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)教學(xué)導(dǎo)航3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性分析3.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析自動調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法3.1.1單閉環(huán)控制系統(tǒng)存在的問題單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是通過測速發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)速反饋電壓引至系統(tǒng)的輸入端與給定電壓相比較。PI調(diào)節(jié)器對偏差進(jìn)行比例積分運算后,得到控制電壓,從而通過控制晶閘管可控整流器的輸出電壓,實現(xiàn)對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

盡管如此,這種調(diào)速系統(tǒng)也只能做到穩(wěn)態(tài)無靜差,動態(tài)上還是有差的。如果負(fù)載突然增大,PI調(diào)節(jié)器的輸入電壓

>0,經(jīng)過調(diào)節(jié)器的積分作用,系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)時,

=0,但

,由此產(chǎn)生的整流電壓的增量

正好補償了由于負(fù)載增加引起的那部分主電路電阻壓降

,才能保證

。

1.1PN結(jié)的形成3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

因此,調(diào)速系統(tǒng)在動態(tài)精度要求較高的情況下,降低動態(tài)速降和縮短動態(tài)恢復(fù)時間,是單閉環(huán)系統(tǒng)必須解決的一個問題。3.1.1單閉環(huán)控制系統(tǒng)存在的問題

1.1PN結(jié)的形成3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

電流截止負(fù)反饋的應(yīng)用,解決了系統(tǒng)起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大問題。此時,PI調(diào)節(jié)器需要完成兩種調(diào)節(jié)任務(wù):一方面是正常負(fù)載時實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),另一方面是過載時進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。由于用一個調(diào)節(jié)器,把給定信號

、轉(zhuǎn)速負(fù)反饋信號

和電流截止負(fù)反饋信號

在該調(diào)節(jié)器中綜合,這樣各參數(shù)相互影響,互相牽制。系統(tǒng)的動、穩(wěn)態(tài)參數(shù)配合調(diào)整很困難。顯然,采用一個PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)不能得到令人滿意的電流控制規(guī)律,對電流的控制就成了單閉環(huán)系統(tǒng)必須解決的另一個問題。因此提出了采用兩個調(diào)節(jié)器,把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)分開進(jìn)行,電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面,是內(nèi)環(huán);轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面,形成外環(huán)。這就是轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。3.1.1單閉環(huán)控制系統(tǒng)存在的問題

1.1PN結(jié)的形成3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

同時從工業(yè)控制領(lǐng)域來看,由于加工工藝特點和生產(chǎn)的需要,許多生產(chǎn)機(jī)械經(jīng)常處于起動、制動、反轉(zhuǎn)的過渡過程中,此時,速度的變化能達(dá)到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的為梯形速度圖,如圖3-1(a)所示,速度的變化不能達(dá)到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的為三角形速度圖,如圖3-1(b)所示。

從速度圖可以看出,電動機(jī)起動和制動過程的大部分時間是工作在過渡過程中,如何縮短這一時間,充分發(fā)揮生產(chǎn)機(jī)械效率是生產(chǎn)工藝對調(diào)速系統(tǒng)首先提出的要求,為此提出了“最佳過渡過程”的概念。(a)梯形速度圖(b)三角形速度圖圖3-1過渡過程速度圖3.1.1單閉環(huán)控制系統(tǒng)存在的問題

1.1PN結(jié)的形成3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

要使生產(chǎn)機(jī)械過渡過程最短、提高生產(chǎn)率,電動機(jī)在起動或制動時就必須發(fā)出最大起動(或制動)轉(zhuǎn)矩。電動機(jī)可能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩是由它的過載能力所限制的。通常把充分利用電動機(jī)過載能力以獲得最高生產(chǎn)率的過渡過程稱之為限制極值轉(zhuǎn)矩的最佳過渡過程。這樣,既要限制起動時的最大允許電流,又要保證電動機(jī)能發(fā)出最大轉(zhuǎn)矩。最佳過渡過程中各量的變化規(guī)律如圖3-2所示。圖3-2最佳過渡過程中各量的變化規(guī)律3.1.1單閉環(huán)控制系統(tǒng)存在的問題

1.1PN結(jié)的形成3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

我們在討論動態(tài)電流變化規(guī)律時,忽視了主電路電感的影響。實際上電動機(jī)的電樞電流不可能從零突變到最大值,總有一上升過程。因此,實際波形與上述情況不盡相同。為了使電流接近理想波形,必須使電流在起動剛開始的瞬間強迫其迅速上升至系統(tǒng)最大值。這就必須讓晶閘管整流裝置在起動初期提供最大整流輸出電壓,一旦電流達(dá)到Imax,將電壓突降至維持最大電流所需的數(shù)值,然后電壓、轉(zhuǎn)速按線性規(guī)律上升。實際各量的變化規(guī)律如圖3-3所示。圖3-3最佳過渡過程實際各量的變化規(guī)律3.1.1單閉環(huán)控制系統(tǒng)存在的問題

1.1PN結(jié)的形成3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

滿足最佳過渡過程的條件:1)電動機(jī)在起動、制動時,應(yīng)保持主電路電流為最大值不變。當(dāng)過渡過程結(jié)束時,盡快使電流下降至系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值。2)應(yīng)保證晶閘管整流電壓在起動、制動過程的初瞬有一突變,然后按某一線性規(guī)律遞增。這樣可以實現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速以最大加速度上升,縮短過渡過程。3)要想實現(xiàn)主電路電流的這一變化規(guī)律,必須增設(shè)一個PI調(diào)節(jié)器,對電流波形進(jìn)行控制,即引入電流負(fù)反饋環(huán)節(jié),形成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。3.1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1PN結(jié)的形成3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

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基本不變。在起動過程中,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的恒流過程,即采用電流負(fù)反饋來得到近似的恒流過程。但因注意:在起動過程中,應(yīng)只有電流負(fù)反饋作用,而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端,到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主要作用,不再需要靠電流負(fù)反饋來發(fā)揮主要作用。

所以,只有采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋作用,又使它們只能分別在不同階段起作用的功能。

為了實現(xiàn)在允許條件下的最快起動,設(shè)想引入一個電流調(diào)節(jié)器,使電動機(jī)在起動時保持電流為最大值Imax的恒流過程,起動過程結(jié)束轉(zhuǎn)入無靜差的速度調(diào)節(jié)過程。由于電流的變化率和速度的變化率相差較大,往往把電流調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)分開進(jìn)行,給定信號加到速度調(diào)節(jié)器輸入端,速度調(diào)節(jié)器的輸出為電流調(diào)節(jié)器的輸入,電流調(diào)節(jié)器的輸出去驅(qū)動晶閘管觸發(fā)裝置。兩個調(diào)節(jié)器互相配合,同時調(diào)節(jié),稱之為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng),其系統(tǒng)原理圖如圖3-4所示。3.1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1PN結(jié)的形成3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成圖3-4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1PN結(jié)的形成3.1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,在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器,一個調(diào)節(jié)電流,稱電流調(diào)節(jié)器,用ACR表示;另一個調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,稱速度調(diào)節(jié)器,用ASR表示。兩者之間實行串級聯(lián)接,從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看,電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面,叫作內(nèi)環(huán);轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外邊,叫作外環(huán),如圖3-4所示。這就是說,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)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)原理圖,如圖3-5所示。圖3-5轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)原理圖3.1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1PN結(jié)的形成3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

為了獲得良好的靜、動態(tài)性能,雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器,通常兩個PI調(diào)節(jié)器的輸出都是帶限幅的,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅(飽和)電壓決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值;電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓限制了晶閘管整流器輸出電壓的最大值。圖3-6二極管鉗位的外限幅電路

雙閉環(huán)系統(tǒng)中常見的輸出限幅電路有兩種:二極管鉗位的外限幅電路和穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路。

如圖3-6所示為二極管鉗位的外限幅電路。

-

構(gòu)成正向輸出限幅電路,

-

構(gòu)成負(fù)向輸出限幅電路。

調(diào)節(jié)正向限幅值,

調(diào)節(jié)負(fù)向限幅值。其工作原理為

:當(dāng)輸出電壓為正時,忽略二極管管壓降,輸出最大值不會超出M點電位,否則導(dǎo)通,輸出被嵌位(等于M點電位)。同理,當(dāng)輸出電壓為負(fù)時,忽略二極管管壓降,輸出最小值不會超出N點電位,否則

導(dǎo)通,輸出被嵌位(等于N點電位)。3.1.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1PN結(jié)的形成3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成

如圖3-7所示為穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路。假設(shè)穩(wěn)壓管

的穩(wěn)壓值為

,穩(wěn)壓管

的穩(wěn)壓值為

。其工作原理為:當(dāng)輸出電壓為正時,輸出最大值不會超出穩(wěn)壓管

的穩(wěn)壓值

+0.7V,否則VS1導(dǎo)通,輸出被嵌位在穩(wěn)壓管

+0.7V。同理,當(dāng)輸出電壓為負(fù)時,輸出最小值不會超出穩(wěn)壓管

的穩(wěn)壓值

-0.7V,否則

導(dǎo)通,輸出被嵌位

-0.7V。圖3-7穩(wěn)壓管鉗位的外限幅電路3.2.1穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與靜特性

根據(jù)轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)的原理圖畫出穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖,如圖3-8所示。其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR與電流調(diào)節(jié)器ACR均采用有限幅輸出特性的PI調(diào)節(jié)器。1.1PN結(jié)的形成3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性分析

PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征是: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)。當(dāng)PI調(diào)節(jié)器不飽和時,PI調(diào)節(jié)器的作用使輸入偏差電壓在穩(wěn)態(tài)時總是零。圖3-8轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖3.2.1穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與靜特性

實際上,在正常運行時,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3-9所示,實線為理想特性,虛線為實際特性。1.1PN結(jié)的形成3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性分析

正常工作狀態(tài)下,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR不飽和,此時輸出轉(zhuǎn)速為:圖3-8轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖(3-1)

即轉(zhuǎn)速由轉(zhuǎn)速給定值決定,轉(zhuǎn)速給定沒變,所以轉(zhuǎn)速不變,而電流可為任意值。與此同時,由于ASR不飽和,

<

,也就是說

<

。這就是說,圖3-9所示CA段靜特性從理想空載狀態(tài)的

=0一直延續(xù)到

=

,

而一般都是大于額定電流

的。這就是靜特性的運行段,它是水平的特性。3.2.1穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖與靜特性

恒流調(diào)節(jié)階段,ASR飽和,此時與系統(tǒng)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和。這時,ASR輸出達(dá)到限幅值

,轉(zhuǎn)速環(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閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速

=0,而電流給定和電樞電流均達(dá)到最大值,電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用,系統(tǒng)主要表現(xiàn)為恒電流調(diào)節(jié),起到自動過電流保護(hù)作用。1.1PN結(jié)的形成3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性分析

即為靜特性是如圖3-9中的AB段,它是垂直的特性。

然而實際上運算放大器的開環(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。

雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于

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,當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到

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)。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。(3-2)3.2.2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)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時,在穩(wěn)態(tài)工作點上,轉(zhuǎn)速n是由給定電壓

決定的,即1.1PN結(jié)的形成3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性分析(3-3)

而此時的ASR的輸出量

是由負(fù)載電流

決定,即

控制電壓

的大小為:

即控制電壓

同時取決于n和

,或者說,同時取決

和。(3-4)(3-5)3.2.2穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算

以上關(guān)系反映了PI調(diào)節(jié)器其輸出量的穩(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,直到飽和為止。鑒于這一特點,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)。1.1PN結(jié)的形成3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的特性分析

轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)為:(3-6)(3-7)

電流反饋系數(shù)為:

兩個給定電壓的最大值

由設(shè)計者選定,

受運算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制;

為ASR的輸出限幅值。3.3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動

設(shè)置雙閉環(huán)的一個重要目的就是要獲得接近于理想的起動過程。當(dāng)雙閉環(huán)系統(tǒng)加入給定電壓

起動時,轉(zhuǎn)速和電流的過渡過程如圖3-10所示。整個過渡過程可分為電流上升、恒流升速和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)三個階段。1.1PN結(jié)的形成3.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析

0~t1段為電流上升階段。加入給定電壓

后,由于電動機(jī)慣性作用,電動機(jī)的轉(zhuǎn)速增長較慢,所以轉(zhuǎn)速負(fù)反饋電壓很小,造成偏差電壓

數(shù)值較大,使得轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸出值很快變?yōu)檗D(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的飽和限幅電壓

,強迫電流

迅速上升。當(dāng)

上升至

,電流反饋電壓

趨于或等于電流環(huán)給定電壓

,電流調(diào)節(jié)器的作用使不再上升,標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。在這一階段中,ASR由不飽和很快達(dá)到飽和,電流調(diào)節(jié)器ACR一般不飽和,以達(dá)到保證電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用。圖3-10轉(zhuǎn)速和電流的過渡過程3.3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動

~

為恒流升速階段。從電流升到最大值

開始,電動機(jī)轉(zhuǎn)速

n

線性上升。在這一階段中,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR一直飽和,系統(tǒng)在恒流給定

作用下進(jìn)行電流調(diào)節(jié),與此同時電動機(jī)的反電動勢

正比于轉(zhuǎn)速線性上升,它欲使電樞電流下降。電樞電流一旦減小,

就會減小,反饋到ACR輸入端,產(chǎn)生了偏差電壓

。

使ACR繼續(xù)積分,其輸出

線性增大,從而保證了

隨E

的增長而等速增長,維持

不變,即獲得恒流升速到電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到給定值。1.1PN結(jié)的形成3.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析

~

為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段。電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升至略大于給定轉(zhuǎn)速時,速度調(diào)節(jié)器輸入信號

變負(fù),并在一段時間內(nèi)受負(fù)偏差電壓控制,ASR退出飽和,其輸出電壓(即

)使主電流

下降。此時ASR與ACR都不飽和,兩個調(diào)節(jié)器同時起調(diào)節(jié)作用,由于轉(zhuǎn)速環(huán)為外環(huán),所以ASR處于主導(dǎo)作用,使得轉(zhuǎn)速逐漸下降至給定轉(zhuǎn)速。1.1PN結(jié)的形成綜上所述,雙閉環(huán)系統(tǒng)起動過程具有以下三個特點:①飽和非線性。即指轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器有不飽和、飽和、退飽和3種工作狀態(tài)。②準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。雙閉環(huán)系統(tǒng)啟動過程充分發(fā)揮系統(tǒng)的電流過載能力,基本上實現(xiàn)最大允許電流啟動,啟動過程最快。③轉(zhuǎn)速超調(diào)。只有轉(zhuǎn)速超調(diào),才能使ASR退飽和。3.3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的啟動3.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析1.1PN結(jié)的形成

電動機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL1下以給定轉(zhuǎn)速ng穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時,若負(fù)載突然增加為TL2,因為電磁轉(zhuǎn)矩

尚未改變,故造成

,使轉(zhuǎn)速下降。然而,雙閉環(huán)系統(tǒng)具有克服這種轉(zhuǎn)速降落、使電動機(jī)恢復(fù)到給定轉(zhuǎn)速運行的能力。系統(tǒng)就會自動進(jìn)行調(diào)整,其調(diào)整過程如下:3.3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的抗擾分析3.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析

↑→

↓→

↓→

↑→

↑→

↑→

↓→

↑→

↑。

一旦電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降,反饋電壓

亦隨之下降,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸入偏差電壓增大,其輸出

加大。電流調(diào)節(jié)器ACR輸入偏差電壓隨

的加大而變大,其輸出電壓即使晶閘管變流器的觸發(fā)角減小,變流器整流電壓

增大,使電樞電流Id

跟著增大,電動機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增加,轉(zhuǎn)速得以回升,其全部變化過程如圖3-11波形所示。1.1PN結(jié)的形成3.3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的抗擾分析3.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析

在圖3-11(a)中,t0時刻負(fù)載轉(zhuǎn)矩由

階段跳躍變?yōu)?轉(zhuǎn)速n下降而偏離給定值,速度調(diào)節(jié)器ASR輸入出現(xiàn)偏差,其輸出

增大,于是電樞電流

隨之增大,這就是電流環(huán)的調(diào)節(jié)作用,

從原來與負(fù)載轉(zhuǎn)矩

相對應(yīng)的電流

值上升。當(dāng)

上升到超過新負(fù)載下穩(wěn)定值

值時,電樞電流上升至

=

,達(dá)到轉(zhuǎn)矩平衡條件

=

,亦即

=

,轉(zhuǎn)速n不再下降,即

時刻對應(yīng)的情況。圖3-11雙閉環(huán)系統(tǒng)負(fù)載擾動波動1.1PN結(jié)的形成3.3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的抗擾分析3.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析

但是,由圖3-11(b)可見,在

時刻及以后期間電動機(jī)轉(zhuǎn)速n仍小于給定值

,即轉(zhuǎn)速反饋電壓

仍低于給定電壓

,所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR輸入仍有正偏差電壓,輸出

繼續(xù)積分增長,以至超過

。由于電流調(diào)節(jié)環(huán)的作用,

總是跟隨

變化,于是

繼續(xù)上升超過

。電磁轉(zhuǎn)矩

超過負(fù)載轉(zhuǎn)矩

使轉(zhuǎn)速n回升,在

時刻n達(dá)到給定值

,即n

=

,t2

時刻ASR輸入偏差為零,其輸出停止積分增長,

達(dá)到頂峰值,

停止增加。在電流調(diào)節(jié)環(huán)的作用下,晶閘管變流器的整流電壓停止增大,電動機(jī)電樞電壓

亦停止增加。

t2時刻以后,仍然存在的情況,所以出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速n的超調(diào),ASR輸入反向偏差電壓,其輸出

積分下降,直到ts時刻n

=

時停止下降。而這時因為

<

<

會使轉(zhuǎn)速再次降低至小于給定轉(zhuǎn)速

。經(jīng)過一次或幾次振蕩后可以獲得穩(wěn)定,如圖3-11所示的

時刻,轉(zhuǎn)速進(jìn)入系統(tǒng)規(guī)定誤差范圍,結(jié)束過渡過程。

系統(tǒng)動態(tài)過程結(jié)束后,在新的負(fù)載下穩(wěn)定運行,系統(tǒng)轉(zhuǎn)速給定電壓

未變,電動機(jī)運行轉(zhuǎn)速也未變,但是,電流環(huán)的給定電壓

加大了,同時晶閘管變流器的控制電壓加大了,電動機(jī)電樞電壓亦加大了,這就是負(fù)載轉(zhuǎn)矩加大后,需要電樞電流加大滿足轉(zhuǎn)矩平衡的條件來維持轉(zhuǎn)速不變。1.1PN結(jié)的形成3.3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的抗擾分析3.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析

依據(jù)以上分析可以看出,克服負(fù)載擾動的主要環(huán)節(jié)是轉(zhuǎn)速環(huán),而電流環(huán)在調(diào)節(jié)過程中只起電流跟隨作用。從表面上看,在不設(shè)電流環(huán)的單獨轉(zhuǎn)速反饋系統(tǒng)中,可以避免ACR的積分輸出延緩作用,加快調(diào)節(jié)過程。但實際上,電流環(huán)具有加快調(diào)節(jié)電樞電流到達(dá)

的能力,它可以等效為一個小時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié),從而加快了系統(tǒng)響應(yīng)速度,使降落的轉(zhuǎn)速能迅速恢復(fù)。圖3-11雙閉環(huán)系統(tǒng)負(fù)載擾動波動

另外,如果系統(tǒng)原來處于輕載工作狀態(tài),若負(fù)載突然加大使轉(zhuǎn)速降得很多時,ASR輸出進(jìn)入飽和狀態(tài),它能輔之以恒流升速,既避免了電樞電流的過大,又加快了恢復(fù)過程。

通常,在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中,電網(wǎng)電壓擾動的作用點距離被調(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。在雙閉環(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。因此,在雙閉環(huán)系統(tǒng)中,由電網(wǎng)電壓波動引起的轉(zhuǎn)速動態(tài)變化會比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。1.1PN結(jié)的形成

(1)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用1)使轉(zhuǎn)速跟隨給定電壓變化,穩(wěn)態(tài)無靜差。2)對負(fù)載電流變化起抗干擾作用。3)其輸出限幅值決定了最大電樞電流。3.3.3轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器與電流調(diào)節(jié)器的作用3.3雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)分析

(1)電流調(diào)節(jié)器的作用1)使電樞電流跟隨電流給定電壓變化,穩(wěn)態(tài)無靜差。2)對電網(wǎng)電壓波動起及時抗干擾作用。3)在啟動過程中,保證獲得允許的最大電流;在過載甚至堵轉(zhuǎn)時,起自動過電流保護(hù)作用。1.1PN結(jié)的形成

用經(jīng)典的動態(tài)校正方法設(shè)計調(diào)節(jié)器須同時解決穩(wěn)、準(zhǔn)、快、抗干擾等各方面相互有矛盾的靜、動態(tài)性能要求,需要設(shè)計者有扎實的理論基礎(chǔ)和豐富的實踐經(jīng)驗,而初學(xué)者則不易掌握,于是有必要建立實用的設(shè)計方法。

大多數(shù)現(xiàn)代的電力拖動自動控制系統(tǒng)均可由低階系統(tǒng)近似。若事先深入研究低階典型系統(tǒng)的特性并制成圖表,那么將實際系統(tǒng)校正或簡化成典型系統(tǒng)的形式再與圖表對照,設(shè)計過程就簡便多了。這樣,就有了建立工程設(shè)計方法的可能性。3.4.1工程設(shè)計方法的基本思路*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

工程設(shè)計方法的原則:1)概念清楚、易懂;2)計算公式簡明、好記;3)不僅給出參數(shù)計算的公式,而且指明參數(shù)調(diào)整的方向;4)能考慮飽和非線性控制的情況,同樣給出簡單的計算公式;5)適用于各種可以簡化成典型系統(tǒng)的反饋控制系統(tǒng)。

工程設(shè)計方法的基本思路是:1)選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu),使系統(tǒng)典型化并滿足穩(wěn)定和穩(wěn)態(tài)精度。2)設(shè)計調(diào)節(jié)器的參數(shù),以滿足動態(tài)性能指標(biāo)的要求。1.1PN結(jié)的形成

典型系統(tǒng)如圖3-12所示。3.4.2典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

(上式中,分母中的sr項表示該系統(tǒng)在原點處有r重極點,或者說,系統(tǒng)含有r個積分環(huán)節(jié)。根據(jù)r=0,1,2,……等不同數(shù)值,分別稱作0型、I型、Ⅱ型、……系統(tǒng)。

自動控制理論已經(jīng)證明,0型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度低,而Ⅲ型和Ⅲ型以上的系統(tǒng)很難穩(wěn)定。因此,為了保證穩(wěn)定性和較好的穩(wěn)態(tài)精度,多選用I型和II型系統(tǒng)。

一般來說,許多控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)都可表示為圖3-12典型系統(tǒng)(3-8)1.1PN結(jié)的形成

典型I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-13所示。3.4.2典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

式中T:系統(tǒng)的慣性時間常數(shù);

K:系統(tǒng)的開環(huán)增益。

典型I型系統(tǒng)傳遞函數(shù)為:圖3-13典型I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(3-9)

典型I型系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性如圖3-14所示。圖3-14典型I型系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性1.1PN結(jié)的形成

典型的I型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,其對數(shù)幅頻特性的中頻段以–20dB/dec的斜率穿越0dB線,只要參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度,系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的,且有足夠的穩(wěn)定裕量,即選擇參數(shù)滿足:3.4.2典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

于是,相角穩(wěn)定裕度

或圖3-15典型Ⅱ型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(3-10)

典型Ⅱ型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-15所示。(3-11)(3-12)1.1PN結(jié)的形成

典型Ⅱ型系統(tǒng)傳遞函數(shù)為:3.4.2典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

典型Ⅱ型系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性如圖3-16所示。圖3-16典型Ⅱ型系統(tǒng)開環(huán)對數(shù)頻率特性(3-13)1.1PN結(jié)的形成

典型的II型系統(tǒng)也是以–20dB/dec的斜率穿越零分貝線。由于分母中s2項對應(yīng)的相頻特性是–180°,后面還有一個慣性環(huán)節(jié),在分子添上一個比例微分環(huán)節(jié)(

+1),是為了把相頻特性抬到–180°線以上,以保證系統(tǒng)穩(wěn)定,即應(yīng)選擇參數(shù)滿足3.4.2典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

比T大得越多,系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度越大。

典型I型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如(3-9)所示,它包含兩個參數(shù):開環(huán)增益K和時間常數(shù)T。其中,時間常數(shù)T在實際系統(tǒng)中往往是控制對象本身固有的,能夠由調(diào)節(jié)器改變的只有開環(huán)增益K,也就是說,K是唯一的待定參數(shù)。設(shè)計時,需要按照性能指標(biāo)選擇參數(shù)K的大小。(3-14)

或(3-15)1.1PN結(jié)的形成

K與開環(huán)對數(shù)頻率特性的關(guān)系如圖3-17所示。圖中繪出了在不同K值時典型I型系統(tǒng)的開環(huán)對數(shù)頻率特性,箭頭表示K值增大時特性變化的方向。3.4.2典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

所以當(dāng)時圖3-17K與開環(huán)對數(shù)頻率特性的關(guān)系(3-16)

K與截止頻率

的關(guān)系:當(dāng)

時,特性以–20dB/dec斜率穿

越零分貝線,系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。由圖中的特性可知

表明,

值越大,截止頻率

也越大,系統(tǒng)響應(yīng)越快,但相角穩(wěn)定裕度

越小,這也說明快速性與穩(wěn)定性之間的矛盾。在具體選擇參數(shù)

時,須在二者之間取折衷。所以當(dāng)

時1.1PN結(jié)的形成

下面將用數(shù)字定量地表示

值與各項性能指標(biāo)之間的關(guān)系。3.4.2典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

1.典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系(1)穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo):系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟隨性能指標(biāo)可用不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差來表示,如表3-1所示。表3-1I型系統(tǒng)在不同輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差

由表3-1可見:在階躍輸入下的I型系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時是無差的;但在斜坡輸入下則有恒值穩(wěn)態(tài)誤差,且與K值成反比;在加速度輸入下穩(wěn)態(tài)誤差為∞。因此,I型系統(tǒng)不能用于具有加速度輸入的隨動系統(tǒng)。(3-15)輸入信號階躍輸入斜坡輸入加速度輸入穩(wěn)態(tài)誤差0∞1.1PN結(jié)的形成

(2)動態(tài)跟隨性能指標(biāo)閉環(huán)傳遞函數(shù):典型I型系統(tǒng)是一種二階系統(tǒng),其閉環(huán)傳遞函數(shù)的一般形式為3.4.2典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

、

與標(biāo)準(zhǔn)形式中的參數(shù)的換算關(guān)系為:(3-17)

式中:無阻尼時的自然振蕩角頻率,或稱固有角頻率;:阻尼比,或稱衰減系數(shù)。(3-18)(3-19)(3-20)1.1PN結(jié)的形成

二階系統(tǒng)的性質(zhì)為:當(dāng)

<1時,系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)是欠阻尼的振蕩特性,當(dāng)1時,系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)是過阻尼的單調(diào)特性;當(dāng)

=1時,系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)是臨界阻尼。3.4.2典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

由于在典I系統(tǒng)中

<1,代入(3-19)得>0.5。因此在典型I型系統(tǒng)中應(yīng)?。?-21)

由于過阻尼特性動態(tài)響應(yīng)較慢,所以一般常把系統(tǒng)設(shè)計成欠阻尼狀態(tài),即(3-22)(3-23)(3-24)

下面列出欠阻尼二階系統(tǒng)在零初始條件下的階躍響應(yīng)動態(tài)指標(biāo)計算公式。

超調(diào)量

上升時間

峰值時間(3-25)1.1PN結(jié)的形成

表2-2為典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系。3.4.2典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

具體選擇參數(shù)時,應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)工藝要求選擇參數(shù)以滿足性能指標(biāo)。表2-2典型I型系統(tǒng)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系(ζ與KT的關(guān)系服從于式3-18)1.1PN結(jié)的形成

典型I型系統(tǒng)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系

圖3-18是在擾動F作用下的典型I型系統(tǒng),其中,W1(s)是擾動作用點前面部分的傳遞函數(shù),后面部分是W2(s),于是3.4.2典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法(3-26)圖3-18在擾動F作用下的典型I型系統(tǒng)1.1PN結(jié)的形成

只討論抗擾性能時,令輸入作用

=0,得到圖3-19所示的等效結(jié)構(gòu)圖。由于抗擾性能與W1(s)有關(guān),因此抗擾性能指標(biāo)也不定,隨著擾動點的變化而變化。在此,我們針對常用的調(diào)速系統(tǒng),分析的一種情況,其他情況可仿此處理。經(jīng)過一系列計算可得到表2-3所示的數(shù)據(jù)。3.4.2典型系統(tǒng)及其參數(shù)與性能指標(biāo)的關(guān)系*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法圖3-19在擾動F作用下的典型I型系統(tǒng)等效結(jié)構(gòu)圖表2-3典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系(控制結(jié)構(gòu)和擾動作用點如圖3-18、圖3-19所示,已選定的參數(shù)關(guān)系KT=0.5)

由表2-3中的數(shù)據(jù)可以看出,當(dāng)控制對象的兩個時間常數(shù)相距較大時,動態(tài)降落減小,但恢復(fù)時間卻拖得較長。1.1PN結(jié)的形成

1.調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇基本思路,是將控制對象校正成為典型系統(tǒng),如圖3-20所示。3.4.3非典型系統(tǒng)的典型化*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法圖3-20控制對象校正成為典型系統(tǒng)

調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇規(guī)律是,用典型系統(tǒng)替代控制對象。幾種校正成典型I型系統(tǒng)和典型II型系統(tǒng)的控制對象和相應(yīng)的調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)列于表2-4和表2-5中,表中還給出了參數(shù)配合關(guān)系。有時僅靠P、I、PI、PD及PID幾種調(diào)節(jié)器都不能滿足要求,就不得不作一些近似處理,或者采用更復(fù)雜的控制規(guī)律。1.1PN結(jié)的形成*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法表2-4校正成典型I型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇3.4.3非典型系統(tǒng)的典型化1.1PN結(jié)的形成*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法表2-5校正成典型II型系統(tǒng)的幾種調(diào)節(jié)器選擇3.4.3非典型系統(tǒng)的典型化1.1PN結(jié)的形成

(1)高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理

實際系統(tǒng)中往往有若干個小時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié),這些小時間常數(shù)所對應(yīng)的頻率都處于頻率特性的高頻段,形成一組小慣性群。例如,系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

當(dāng)系統(tǒng)有一組小慣性群時,在一定的條件下,可以將它們近似地看成是一個小慣性環(huán)節(jié),其時間常數(shù)等于小慣性群中各時間常數(shù)之和。

、

若為小慣性環(huán)節(jié),則可以合并。(3-27)(3-28)

例如,

當(dāng)滿足條件

可表示為:3.4.3非典型系統(tǒng)的典型化1.1PN結(jié)的形成

(2)高階系統(tǒng)的降階近似處理

上述小慣性群的近似處理實際上是高階系統(tǒng)降階處理的一種特例,它把多階小慣性環(huán)節(jié)降為一階小慣性環(huán)節(jié)。下面討論更一般的情況,即如何能忽略特征方程的高次項。以三階系統(tǒng)為例,設(shè)*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

則忽略高次項,可得近似的一階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為:(3-29)

其中a,b,c都是正系數(shù),且bc>a,即系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

若滿足條件:(3-30)(3-31)3.4.3非典型系統(tǒng)的典型化1.1PN結(jié)的形成

(3)低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理

表2-9中已經(jīng)指出,當(dāng)系統(tǒng)中存在一個時間常數(shù)特別大的慣性環(huán)節(jié)時,可以近似地將它看成是積分環(huán)節(jié),即在滿足條件

時,可將

簡化為

。*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法

可簡化為(3-32)

例如:滿足條件3.4.3非典型系統(tǒng)的典型化1.1PN結(jié)的形成

低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對頻率特性的影響,如圖3-21所示,實質(zhì)就是低頻時把特性a近似地看成特性b。*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法3.4.3非典型系統(tǒng)的典型化圖3-21低頻段大慣性環(huán)節(jié)近似處理對頻率特性的影響1.1PN結(jié)的形成

1.電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖的簡化

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E≈0。這時,電流環(huán)如圖3-22所示。*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法3.4.4電流調(diào)節(jié)器設(shè)計圖3-22電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡

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

,則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng),如圖3-23所示。圖3-23等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)1.1PN結(jié)的形成

最后,由于

一般都比

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),當(dāng)滿足簡化條件:*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法3.4.4電流調(diào)節(jié)器設(shè)計圖3-24小慣性環(huán)節(jié)近似處理

電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖最終簡化,如圖3-24所示。

其時間常數(shù)為(3-33)(3-34)1.1PN結(jié)的形成

2.電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇

典型系統(tǒng)的選擇:從穩(wěn)態(tài)要求上看,希望電流無靜差,以得到理想的堵轉(zhuǎn)特性,由圖3-24可以看出,采用I型系統(tǒng)就夠了。

從動態(tài)要求上看,實際系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào),以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值,而對電網(wǎng)電壓波動的及時抗擾作用只是次要的因素,為此,電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主,應(yīng)選用典型I型系統(tǒng)。

電流調(diào)節(jié)器選擇:圖3-24表明,電流環(huán)的控制對象是雙慣性型的,要校正成典型I型系統(tǒng),顯然應(yīng)采用PI型的電流調(diào)節(jié)器,其傳遞函數(shù)可以寫成*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法3.4.4電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(3-35)式中—電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù);—電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。1.1PN結(jié)的形成

為了讓調(diào)節(jié)器零點與控制對象的大時間常數(shù)極點對消,選擇*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法3.4.4電流調(diào)節(jié)器設(shè)計圖3-25電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

則電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖便成為圖3-25a所示的典型形式,其中(3-36)(3-37)圖3-26開環(huán)對數(shù)幅頻特性其對應(yīng)的開環(huán)對數(shù)幅頻特性如圖3-26所示。1.1PN結(jié)的形成

3.電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)計算

式(3-35)給出,電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)有:

,其中

已選定,(3-36),剩下的只有比例系數(shù)

,可根據(jù)所需要的動態(tài)性能指標(biāo)選取。

其參數(shù)選擇時,在一般情況下,希望電流超調(diào)量

<5%,由表2-2,可選

=0.707,

=0.5,則*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法3.4.4電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(3-38)再利用(3-37)和(3-36)得到(3-39)

注意:如果實際系統(tǒng)要求的跟隨性能指標(biāo)不同,(3-38)和(3-39)當(dāng)然應(yīng)做出相應(yīng)的改變。此外,如果對電流環(huán)的抗擾性能也有具體的要求,還得再校驗一下抗擾性能指標(biāo)是否滿足。1.1PN結(jié)的形成

4.電流調(diào)節(jié)器的實現(xiàn)

模擬式電流調(diào)節(jié)器電路如圖3-27所示,電路為含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器。*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法3.4.4電流調(diào)節(jié)器設(shè)計圖3-27含給定濾波與反饋濾波的PI型電流調(diào)節(jié)器

電流調(diào)節(jié)器電路參數(shù)的計算公式為:(3-40)(3-41)(3-42)1.1PN結(jié)的形成

1.電流環(huán)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)

電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié),為此,須求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)。由圖3-25可知*3.4轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計法3.4

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