第二章 双闭环直流调速系统(红姐).pptVIP

直流拖动控制系统 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 转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广、性能很好的直流调速系统。 本章着重阐明其控制规律、性能特点和设计方法，是各种交、直流电力拖动自动控制系统的重要基础。 内容提要 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 *弱磁控制的直流调速系统。 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 第1章中表明，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。 但是，如果对系统的动态性能要求较高，例如：要求快速起、制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足需要。 1. 主要原因 因为在单闭环系统中不能随心所欲地控制电流和转矩的动态过程。 在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它只能在超过临界电流值 Idcr 以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想地控制电流的动态波形。 起动过程如图所示。 （挖土机特性） 起动电流突破Idcr 后，受电流负反馈的作用电流只能再升高一点 3. 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，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。 现在的问题是，我们希望能实现下述控制： 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？ 采用：转速电流双闭环系统 2.1.1 转速、电流双闭环直流调速系统的组成 为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可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。 系统原理图 2.1.2 稳态结构框图和静特性 为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构图。 分析静特性的关键是掌握这样的 PI 调节器的稳态特征。 2. 限幅作用 存在两种状况： 2.2 双闭环直流调速系统的数学模型和动态性能分析 本节提要 双闭环直流调速系统的动态数学模型 起动过程分析 动态抗扰性能分析 转速和电流两个调节器的作用 2.2.1 双闭环直流调速系统的动态数学模型 在单闭环直流调速系统动态数学模型的基础上，考虑双闭环控制的结构，即可绘出双闭环直流调速系统的动态结构框图，如下图所示。 前已指出，设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近理想起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要首先探讨它的起动过程。 双闭环直流调速系统突加给定电压U*n由静止状态起动时，转速和电流的动态过程示于左图。 由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。 2.2.3 动态抗扰性能分析 一般来说，双闭环调速系统具有比较满意的动态性能。 对于调速系统，最重要的动态性能是抗扰性能。 主要是抗负载扰动和抗电网电压扰动的性能。 抗电网电压扰动（续） 3. 对比分析 在单闭环调速系统中，电网电压扰动的作用点离被调量较远，调节作用受到多个环节的延滞，因此单闭环调速系统抵抗电压扰动的性能要差一些。 双闭环系统中，由于增设了电流内环，电压波动可以通过电流反馈得到比较及时的调节，不必等它影响到转速以后才能反馈回来，抗扰性能大有改善。 4. 分析结果（结论） 因此，在双闭环系统中，由电网电压波动引起的转速动态变化会比单闭环系统小得多。 2.2.4 转速和电流两个调节器的作用 综上所述，转速调节器和电流调节器在双闭环直流调速系统中的作用可以分别归纳如下： 1. 转速调节器的作用 （1）转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地跟随给定电压U*n变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差 （2）对负载变化起抗扰作用。 （3）其输出限幅值决定电机允许的最大电流。 2. 电流调节器的作用 2. 电流调节器的作用 2.3 调节器的工程设计方法 2.3.0 问题的提出 必要性 用经典的动态校正方法设计调节器须同时解决稳、