变流技术与运动控制--第6课讲解.ppt

2.2 转速、电流双闭环直流调速系统 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 。 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 I dcr 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 。 电流截止负反馈环节： I dL n I dm 图 2-1 直流调速系统起动 / 运行 / 制 动过程的电流和转速波形 2. 理想 ( 起动、运行、制动 ) 控制特性 -I dm 过度过程要求： (1) 启动与 制动时，始终保 持转矩（或电流） 为允许的最大值， 使直流电动机以 最大的加速度加、 减速。 (2) 到达给 定转速时，立即 让电磁转矩与负 载转矩相平衡， 从而转入稳定运 行。 t I d O n 直流电动机 转矩控制 通过 电流控制 达到目的 3 、对电流控制要求 （ 1 ）电动机启、制动的时间控制 （ I dm 、 -I dm ） ---- 完成时间的最优控制 在起、制动过程， ( 电流负反馈起主导作用 ) ， 系统保持电流为最大恒定值，以缩小系统过度过 程时间。 （ 2 ）电动机在负载扰动时的电流控制 （ I dL ） ---- 实现动态特性控制 达到稳态后， ( 转速负反馈起主导作用 ) ，电 流环起跟随作用，使实际电流快速跟随给定值， 以保持转速恒定。 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？ 2.2.1 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）连接，原 理框图如下图所示。 + 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 内环 外 环 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 为了获得良好的静、动 态性能，转速和电流两个调节器 一般都采用 PI 调节器 。 TG n ASR ACR U * n + - U n U i U * i + - U c TA V M + - U d I d UPE L - M TG 2.2.2 稳态结构和稳态参数计算 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。 注意： 图中用带限幅的输出特性表示 PI 调 节器。 1. 系统稳态结构图 图 2-23 双闭环直流调速系统的稳态结构图 K s ? 1 /C e U * n U c I d E n U d0 U n + + - ASR + U * i － R ? ACR － U i UPE PI 调节器 输出限幅 ? —转速反馈系数 ; ? —电流反馈系数 2. 限幅作用 存在两种状况： （ 1 ）饱和——输出达到限幅值 当调节器饱和时，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，饱和的调节器暂时隔断了输入 和输出间的联系，相当于 使该调节环开环 。 （ 2 ）不饱和——输出未达到限幅值 当调节器不饱和时， PI 作用使输入偏差 电压在稳态时 总是零 。 3. 系统静特性 图 2-24 双闭环直流调速系统的静特性 n 0 I d I dm