2、1双闭环直流调速系统的组成及静特性资料

第二章转速、电流双闭环调速系统和调节器的工程设计方法多环：一环套一环的嵌套结构组成的具有两个或以上的控制系统。转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性；双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析；调节器的工程设计方法；按工程设计方法设计双闭环系统的调节器内容提要2.1转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性问题的提出采用转速负反馈和PI调节器的单闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。如果对系统的动态性能要求较高，单闭环系统就难以满足需要。1.主要原因转速单闭环系统不能随意控制电流和转矩的动态过程。采用电流截止负反馈环节只能限制电流的冲击，并不能很好地控制电流的动态波形。b)理想的快速起动过程IdLntIdOIdma)带电流截止负反馈的单闭环调速系统图2-1直流调速系统起动过程的电流和转速波形2.理想的起动过程IdLntIdOIdmIdcr3.解决思路为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程。按照反馈控制规律，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。我们希望能实现控制：起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈；稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈，又使它们只能分别在不同的阶段里起作用呢？2.1.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接如下图所示。TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+图2-2转速、电流双闭环直流调速系统结构1.系统的组成ASR—转速调节器ACR—电流调节器TG—测速发电机TA—电流互感器UPE—电力电子变换器内环外环•2、系统原理图图2-3双闭环直流调速系统电路原理图++-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd++-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE图2-3双闭环直流调速系统电路原理图++-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd++-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLMMTGUPE两个调节器的输出都是带限幅作用的。转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流调节器给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。2.限幅作用限幅存在两种状况：饱和——输出达到限幅值，闭环不工作，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出，除非有反向的输入信号使调节器退出饱和；换句话说，相当于使该调节环开环。不饱和——输出未达限幅值、闭环工作，PI作用使输入偏差电压在稳态时总是零。Ks1/CeUcIdEnUd0++-IdRRACR-UiUPE当ASR饱和时，相当于电流单闭环系统,实现“只有电流负反馈，没有转速负反馈”*imU当ASR不饱和时，ASR成为主导的调节器，转速负反馈起主要作用。3.如何实现限幅二极管钳位的外限幅电路UinRP1RP2RlimVD1VD2R1C1R0Uex+-MN+-+00000C1R1R0RlimVD1VD2RlimVST1VST2R1C1R0UinUex+-00000+稳压管钳位的外限幅电路R1C1VS1VS2R0Rlim2.1.2稳态结构图和的静特性分析静特性的关键是分清PI调节器的两种工作状态。饱和----输出达到限幅值、闭环不起作用。不饱和----输出未达限幅值、闭环工作。1.系统稳态结构图图2-4双闭环直流调速系统的稳态结构图—转速反馈系数;—电流反馈系数Ks1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-RACR-UiUPE2、静特性在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态。设计时，使ACR不会达到饱和状态。至于ASR，在CA段未饱和，在AB段饱和。n0IdIdmIdNOnABC（1）转速调节器不饱和的稳态---转速无静差。Un*=Un=αnUi*=Ui=βId0*nnUn（U*iU*im，IdIdm）（2）转速调节器饱和的稳态------电流无静差。Id=Idm=Ui*/βdm*imdIUI(nn0)3、两个调节器的作用双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到Idm后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，过电流的自动保护。2.1.3各变量的稳态工作点和稳态参数计算双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系0n*nnnUUdLdi*iIIUUsdL*nesdesd0c/KRIUCKRInCKUU(2-3)(2-5)(2-4)两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设计者选定，设计原则如下：n=Un*/α----转速由给定电压决定；U*nm受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限制。Ui*=Idβ----ASR输出负载电流决定；U*im为ASR的输出限幅值。反馈系数计算双闭环调速系统的稳态参数计算与无静差系统的稳态计算相似，即根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数：转速反馈系数电流反馈系数max*nmnUdm*imIU(2-6)(2-7)