第二章+双闭环直流调速系统探讨.ppt

转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法 ;内容提要;内容提要;2.1 双闭环调速系统的构成;1. 主要原因;b) 理想的快速起动过程; 性能比较;性能比较（续）;3. 解决思路; 现在的问题是，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 双闭环调速系统的构成;2.1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成;TG; 图中，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，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，称作内环；转速环在外边，称作外环。 这就形成了转速、电流双闭环调速系统。;2. 系统电路结构;系统原理图; 图中表出，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Uim决定了电流给定电压的最大值, 完全取决于电动机所允许的过载能力和系统对最大加速度的需要。 电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm表示对最小角cx的限制，限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。; 调节器输出限幅值的计算与整定是系统设计和调试工作中很重要的一环。在具体分析一个系统时必须注意调节器输出限幅值所代表的具体物理意义及其计算和整定方法。;2.1.3 调节器锁零 ;系统中调节器锁零是由零速锁零电路来实现的。并且系统对调节器锁零电路有如下具体要求： ;根据上述要求，锁零电路只需两个信号来控制调节器“锁零”与“开放”两个状态。;必须注意，对于可逆调速系统， Un=0， Ufn≠0 时，调节器不能锁零，以保证调节器对其进行制动停车控制。为使锁零电路对不可逆和可逆系统都具有通用性， Un=0， Ufn≠0 时，要求调节器不能锁零。调节器锁零可以采用场效管来实现，如下图所示。 当Un=Ufn=0时，锁零电路使场效应管导通，从而使调节器锁零。;调节器锁零;2.1.4 系统中调节器输入、输出电压极性的确定 ; 在实际组成双闭环调速系统时，要正确地确定上述信号的极性，必须首先考虑晶闸管触发电路的移相特性要求，并决定ACR输出电压Uc的极性，然后根据ACR和ASR输入端的具体接法（是同相输入还是反相输入）确定Ui和Un的极性，最后按照负反馈要求确定Ufi和Ufn的极性。; 例如，当系统采用下图所示的锯齿波移相特性时，若要使晶闸管变流装置工作在整流状态，电动机工作在电动状态，则要求触发脉冲移相范围在90°～30°之间连续变化，这时要求ACR的输出电压Uc的极性为正，且应具有一定幅值。 只有ACR输出电压幅值达到+Ucm，才能保证足够的移相范围，使电动机获得满压。同时，由于系统中使用的调节器习惯上采用反相输入方式，因此调节器的输入与输出信号的极性应相反。 ;锯齿波移相特性; 由此可接下述关系直接推出双闭环调速系统中两个调节器输入、输出信号的极性： ; 若系统为双环以上的多环调速系统，则完全可以按同样的方法直接推出各个调节器的输入输出信号的极性。但实际分析系统时，必须注意调节器的具体线路及其输入端的具体接法，以免搞错反馈极性使系统无法正常工作。 ;2.2 双闭环调速系统的稳态结构图及其静特性 ;2.2.1 双闭环调速系统的稳态结构图;限幅作用;不饱和——输出未达到限幅值 当调节器不饱和时，正如1.6节中所阐明的那样，PI 作用使输入偏差电压在稳态时总是零。 ;2.2.2 双闭环调速系统的静特性;（1）转速调节器不饱和; 静特性的水平特性;（2） 转速调节器饱和; 静特性的垂直特性;两个调节器的作用; 这就是采用了两个PI调节器分别形成内、外两个闭环的效果。这样的静特性显然比带电流截止负反馈的单闭环系统静特性好。然而实际上运算放大器的开环放大系数并不是无穷大，特别是为了避免零点飘移而采用 “准PI调节器”时，静特性的两段实际上都略有很小的静差，如上图中虚线所示。 ;2.2.3 双闭环调速系统的稳态工作点及其稳态参数计算; 上述关系表明，在稳态工作点上， ? 转速 n 是由给定电压Un决定的； ? ASR的输出量Ui是由负载电流 IL 决定的； ? 控制电压 Uc 的大小则同时取决于 n 和 Id，或者说，同时取决于Un 和 IL。; 这些关系反映了PI调节器不同于P调节器的特点。比例环节的输出量总是正比于其输入量，而PI调节器则不然，其输出量的稳态值与输入无关，而是由它后面环节的需要决定的。后面需要PI调节器提供多么大的输出值，它就能提供多