毕业论文：直流双闭环调速系统.docVIP

双闭环调速系统的介绍 系统的组成 转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好，应用最广的直流调速系统, 采用转速电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性 图1 直流调速系统起动过程的电流和转速波形 带电流截止负反馈的单闭环调速系统起动过程 （b）理想的快速起动过程 为了实现转速和电流两种负反馈分别在系统中起作用，可以在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引人转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）连接，如图2所示。把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。从闭环结构上看，电流环在里面称为内环；转速环在外面称为外环。这就组成了调速、电流双闭环调速系统。 图2 转速、电流双闭环直流调速系统 系统的电路原理图 为了获得良好的静、动态性能，转速和电路两个调节器一般都采用PI调节器，这样组成直流双闭环调速系统电路原理图如图3所示。图中ASR为转速调节器，ACR为电流调节器，TG为测速发电机，GT是触发电路，TA表示电流互感器，UPE是电力电子变换器。 图3 直流双闭环调速系统电路原理图 系统的稳态结构图 双闭环直流系统的稳态结构图如图3所示，其中α为转速反馈系数，β电流反馈系数。 图4 直流双闭环调速系统的稳态结构框图 在考虑双闭环控制的结构的基础上，即可绘出直流双闭环调速系统的动态结构框图，如图5所示。图中WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。为了引出电流负反馈，在电动机的动态结构框图中必须把电流Id显示出来。 在实际设计过程中，由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需要加低通滤波。滤波环节传递函数可以用一阶惯性环节来表示，滤波时间常数Toi按需要选定，以滤平电流检测信号为准。在抑制交流分量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节，称为给定滤波环节。其意义是让给定信号和反馈信号经过相同的延时，使二者在时间上得到恰当的配合。 由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向波纹，因此也需要滤波，滤波时间常数用Ton表示。与电流环一样的道理，在转速给定通道上也加入时间常数Ton的给定滤波环节。 于是直流双闭环调速系统的实际动态结构框图与图5相比，应该增加电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节，如图6所示 图6 直流双闭环调速系统的实际动态结构框图 实例分析 设计参数及要求 电动机参数：功率，额定电压，额定电流，额定转速，电枢电阻，主电路总电阻，，电感，机电时间常数， 滤波时间常数，过载倍数,电流反馈系数，转速反馈系数。额定转速时给定电压，调节器输出电压，自行决定，也可参考习题2-14中相应的值。系统要求无静差，调速范围D=10 。 电流调节器的设计 电流环结构框图的简化 图6所示的电流内环中，反电动势与电流反馈的作用相互交叉，设计时很麻烦。实际上 反电动势与转速成正比，它代表转速对电流环的影响。一般情况下，系统的电磁时间常数Ti远小于机电时间常数Tm，因此，转速的变化往往比电流变化慢的多，对电流环来说，反电动势是一个变化慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即 ΔE≈0。这样，在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势的动态影响，即可以把反电动势的作用去掉，得到电流环的近视结构图如图7所示。忽略反电动势的作用的近似条件是： 式中 ——电流环开环频率特性的截止频率 如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效的移到环内，同时把给定信号该成，则电流环便等效成单位负反馈系统，如图8所示。 最后，由于Ts和Toi一般都比Ti小得多，可以当做小惯性群而近似看做是一个惯性环节，其时间常数是： 则电流环框图可以简化为图9所示。简化的近似条件是： 电流调节器结构的选择 首先考虑把电流环校正成哪一类典型系统。从稳态要求上看，希望电流无静差，可以得到理想的堵转特性，由图9可看出采用Ι型系统就够了。再从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要因素。为此，电流环应以跟随性能为主，即应选用典型Ι性系统。 图9表明，电流环的控制对象是双惯性型的，要校正成I型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传递函数可以写成： 式中 ——电流调节器的比例系数 ——电流调节器的超前时间常数 为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择 则电流环的动态结构图如图所示，其中： 图10