课程设计（论文）-双闭环直流调速系统

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1、双闭环直流调速系统综述采用PI调节的单个转速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，例如要求快速制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统的动态性能就难以满足需要。这主要是以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。为此本文提出一种将神经网络理论结合传统PID控制机理，构成单神经元PID控制器，并应用于直流调速系统。通过在线边学习边控制的方式，解决了传统PID的不足，实现了调速系统的快速过程实时在线控制要求。仿真结果表明，这控制方法具有良好的自适性，且系统鲁棒性优于传统双闭环控制。20双闭环直流调速系统1双闭环直流

2、调速系统简介1.1单闭环系统的劣势采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统（以下简称单闭环系统）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，例如要求快速制动，突加负载动态速降小等等，单闭环系统的动态性能就难以满足需要。这主要是以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，但是它只能在超过临界电流Idcr值以后，靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电机的动态波形。带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统启动和转速波形如图1-1（a）所示，启动电流突破Idr以后，受

3、电流负反馈的作用，电流只能升高一点，经过某一最大值Idr以后就降了下来，电机的电磁转矩也随之减小，因而加速过程必须延长。对于经常正、反转的调速系统，例如龙门刨床，可逆轧钢机等，尽量缩短起制动过程的时间是提高生产效率的重要因素。为此，在惦记最大准许电流和转矩受限制的条件下，应该充分利用电机的过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流（转矩）为准许最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载平衡，从而转入稳态运行。这样的理想起动过程波形如图1-1（b）所示，这时，起动电流是方形波，转速按线性增长。这是在最大电流（转矩）受限制时调速系统所能获

4、得的最快起动过程。20双闭环直流调速系统实际上，由于主电路电感的作用，电流不可能突跳，图1-1b所示的理想波形只能得到近似的逼近，不可能准确实现。为了实现在准许的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程。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。问题是，应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。怎样才能做到呢？只用一个调速器显然是不可能的，可以考虑采用转速和电流两个调节器，问题是在系统中应该如何连接。1.2双闭环直流调速系统的组

5、成为了实现转速和电流两个负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别为转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行串级连接，如图1-1所示。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；转速环在外面，称作外环。这样，形成了转速、电流双闭环调速系统。+TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAM+-UdIdUPE-MTG图1-1转速、电流双闭环直流调速系统结构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ni1.3双闭环

6、直流调速系统的各部分组成及作用1.3.1转速调节器的作用转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速n很快的跟随给定电压Un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。对负载变化起抗扰的作用，其输出限幅值决定电动机准许的最大电流。2.电流调节器的作用作为内环的调节器，在转速外环的调节过程中，它的作用是使电流紧紧的跟随其给定电压Ui（即外环调节器的输出量）变化。对电网电压的波动起及时抗扰的作用。在转速动态过程中，保证获得电动机准许的最大电流从而加快动态过程。当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护的作用。一旦故障消失，系统应该立即自动恢复正常，

7、这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。20双闭环直流调速系统2双闭环直流调速系统数学模型的建立2.1双闭环系统的原理图，各环节的微分方程的建立图2-1双闭环直流调速系统电路原理图++--TG+-+-RP2U*nR0R0UcUiRiCi++-R0R0RnCnASRACRLMRP1UnU*iLM+MTAIdUdMTGUPE+-+-注：ASR——速度调节器ACR——电流调节器UPE——晶闸管电路2.1.1速度调节器的微分方程及函数-U*i=Rn+U*I----输入端给定电压U*I-