2-2双闭环调速系统的动态性能

§2-2双闭环调速系统的动态性能一、动态数学模型Kp)s(u*n)s(un)s(uct)s(IdL0du--)s(unn(s)图1-34反馈控制闭环调速系统动态结构图1ssTk)sT(Rl1112sTsTTCe/mlmM-+*nU0R0RnRdU+-dI-+iRctUnCASRiUTAGTiC*iUTGnACR0R0R图2-3双闭环调速系统电路原理图11sTR/lsTRmCe1)s(Ud0-+-+)s(Id)s(IdLE(s)n(s)*nunuctudLI0du--nun*iUiU-图2-6双闭环调速系统动态结构图ASRACRWASR(s)WACR(s)1sTKss1sTR/1lsTRmCe1E-二、起动过程分析§2-2双闭环调速系统的动态性能n*ndIdmIdLI0t1I:0～t1，电流上升段Id≥IdL后电机开始转动n*nnUUU数值很大，ASR输出很快达到限幅值*imUASR：不饱和饱和不饱和*nunuctudLI0du--nun*iUiU-图2-6双闭环调速系统动态结构图ASRACRWASR(s)WACR(s)1sTKss1sTR/1lsTRmCe1E-dmdII时*imiUUId不再迅猛增长，该阶段结束。强迫电流快速上升当系统表现为在恒值给定作用下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定二、起动过程分析§2-2双闭环调速系统的动态性能I:0～t1，电流上升n*nnUUUASR输出很快达到限幅值*imUII：t1~t2恒流升速段n*ndIdmIdLI0t1t2*imUdmdII*nunuctudLI0du--nun*iUiU-ASRACRWASR(s)WACR(s)1sTKss1sTR/1lsTRmCe1E-ASR饱和，转速环开环Id二、起动过程分析§2-2双闭环调速系统的动态性能I:0～t1，电流上升段ASR输出很快达到限幅值*imUdmdIIII：t1~t2恒流升速段III：t2以后转速调节段n*ndIdmIdLI0t1t2t3t4*nunuctudLI0du--nun*iUiU-图2-6双闭环调速系统动态结构图ASRACRWASR(s)WACR(s)1sTKss1sTR/1lsTRmCe1E-转速出现超调，ASR输入端出现负的偏差电压，迫使其退出饱和状态，其输出立即从限幅值降下，主电流Id因而下降*iU恒值给定下电流调节系统*imU双闭环调速系统起动过程特点§2-2双闭环调速系统的动态性能（一）饱和非线性控制ASR饱和时，转速环开环，系统表现为恒值电流调节的单闭环系统ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，电流内环表现为电流随动系统不能简单地应用线性控制理论来分析和设计系统，可以采用分段线性化方法处理*nunuctudLI0du--nun*iUiU-图2-6双闭环调速系统动态结构图ASRACRWASR(s)WACR(s)1sTKss1sTR/1lsTRmCe1E-双闭环调速系统起动过程特点（二）准时间最优与理想快速起动过程有差距，主要表现在第I、II两段电流不是突变§2-2双闭环调速系统的动态性能（一）饱和非线性控制n*ndIdmIdLI0t1t2t3t4起动过程主要是第II阶段，即恒流升速阶段，电流保持恒定，一般选择为允许的最大值。这个阶段属于电流受限制条件下的最短时间控制，或称“时间最优控制”tndLIdmIndI0t双闭环调速系统起动过程特点§2-2双闭环调速系统的动态性能（一）饱和非线性控制（二）准时间最优（三）转速超调n*ndIdmIdLI0t1t2t3t4由于采用饱和非线性控制，起动过程结束进入第III阶段，必须使转速调节器退出饱和状态。按照PI调节器特性，只有使转速超调，ASR的输入偏差电压ΔUn为负值，才能使ASR退饱和。即，采用PI调节器的双闭环调速系统的转速动态响应必然有超调不可逆双闭环调速系统制动、减速过程特点§2-2双闭环调速系统的动态性能晶闸管整流器的输出电流是单方向的，不可能在制动过程中产生负的反馈制动转矩。KAG制动时，当电流下降到零以后，只好自由停车。如果必须加快制动，只能采用电阻能耗制动或电磁抱闸。Idn-Id-n三、动态性能和两个调节器的作用§2-2双闭环调速系统的动态性能（一）动态跟随性能起动和升速过程中，能够在电流受电机过载能力约束的调节下，表现出很快的动态跟随性能。减速过程中，由于主电路电流不可逆型，跟随性能变差。n*ndIdmIdLI0t1t2t3t4（二）动态抗扰性能§2-2双闭环调速系统的动态性能（一）动态跟随性能1.抗负载扰动*nunuctudLI0du--nun*iUiU-图2-6双闭环调速系统动态结构图ASRACRWASR(s)WACR(s)1sTKss1sTR/1lsTRmCe1E-负载扰动在电流环之后，只能靠转速调节器来产生抗扰作用。为减少动态速降（升），必须在设计ASR时，要求系统具有较好的抗扰性能。对于ACR，只要电流环具有良好的跟随性能三、动态性能和两个调节器的作用2.抗电网电压扰动§2-2双闭环调速系统的动态性能（一）动态跟随性能（二）动态抗扰性能1.抗负载扰动*nunuctudLI0du--nunASR1sTKss1sTR/1lsTRmCe1E-dUdIa单闭环调速系统三、动态性能和两个调节器的作用电网电压扰动ΔUd和负载电流扰动IdL都在反馈环包围的前向通路上。静特性而言，系统抗扰效果一样。动态性能，IdL作用在n之前，它的变化经就可被转速检测，在ASR上反应。ΔUd作用点离n更远，它的波动要受到电磁惯性的阻挠后影响到Id，再经过机电惯性的滞后才能反应到n上，等到转速反馈产生调节作用，已经嫌晚。sTRm三、动态性能和两个调节器的作用§2-2双闭环调速系统的动态性能（一）动态跟随性能（二）动态抗扰性能1.抗负载扰动2.抗电网电压扰动*nunuctudLI0du--nun*iUiU-图2-9调速系统动态抗扰作用ASRACR1sTKss1sTR/1lsTRmCe1E-dUdI*nunuctudLI0du--nunASR1sTKss1sTR/1lsTRmCe1E-dUdIa单闭环调速系统双闭环系统中，ΔUd被包围在电流环内当电压波动时，可以通过电流反馈得到及时的调节，不必等到影响到转速后才在系统中有所反应。因此，双环调速系统中，由电网电压波动引起的动态速降会比单闭环系统中小的多。三、动态性能和两个调节器的作用§2-2双闭环调速系统的动态性能（一）动态跟随性能（二）动态抗扰性能1.抗负载扰动2.抗电网电压扰动（三）两个调节器的作用1.转速调节器的作用（1）使转速n跟随给定电压变化，稳态无静差（2）对负载变化起抗扰作用（3）其输出限幅值决定允许的最大电流*nU*imUdmI三、动态性能和两个调节器的作用§2-2双闭环调速系统的动态性能（三）两个调节器的作用1.转速调节器的作用（1）使转速n跟随给定电压变化，稳态无静差（2）对负载变化起抗扰作用（3）其输出限幅值决定允许的最大电流2.电流调节器的作用（1）对电网电压波动起及时抗扰作用（2）起动时保证获得允许的最大电流（3）在转速调节过程中，使电流跟随其给定电压变化（4）当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流最大值*iUdmI*nU课堂习题在转速、电流双闭环调速系统中，若ASR、ACR均采用PI调节器，则1.试作出负载突增时IdL,Id与n在调整过程中的波形2.若2RA20IV10Ur1500nV15Umimmnm,,min,/,**rmin/v127.0C,20Kes当A10I,V5UdL*n求稳态运行时的cti*inU,U,U,U,n3.若系统中测速机励磁和电网电压发生变化时，系统有没有克服这两种扰动的能力？为什么？课堂习题在转速电流双闭环调速系统中，若ASR、ACR均采用PI调节器，则1.试作出负载突增时IdL,Id与n在调整过程中的波形n*ndIdmI)I(I1dL1d0t1t2t3t4dLI1dLI2dLI)2dL2dI(ImLdLCTI答案1.课堂习题在转速电流双闭环调速系统中，若ASR、ACR均采用PI调节器，则1.试作出负载突增时IdL,Id与n在调整过程中的波形2.若2RA20IV10Ur1500nV15Umimmnm,,min,/,**rmin/v127.0C,20Kes当A10I,V5UdL*n求稳态运行时的cti*inU,U,U,U,n答案2.502010IU010150015nUmimmnm..**min/r50001.05Un*nV5UU*nnV5105.0IUdL*iV5UU*iiV175.420210500127.0KRInCKUUsdLesdctRKs*nunuctudIdu--nunCe1*iUiU-图2-4闭环调速系统稳态结构图ASRACR课堂习题在转速电流双闭环调速系统中，若ASR、ACR均采用PI调节器，则1.试作出负载突增时IdL,Id与n在调整过程中的波形2.若2RV20IV10Ur1500nV15Umimmnm,,min,/,**rmin/v127.0C,20Kes当A10I,V5UdL*n求稳态运行时的cti*inU,U,U,U,n3.若系统中测速机励磁和电网电压发生变化时，系统有没有克服这两种扰动的能力？为什么？答案3.测速机励磁不包括在回路的前向通路中，系统没有抗扰能力电网电压包括在电流回路中，系统有抗扰能力作业•2-8