第3章电力拖动自动控制系统

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1、电力拖动自动控制系统第3章转速、电流反馈控制的直流调速系统学习内容：3.1转速、电流反馈控制直流调速系统组成及其静特性3.2转速、电流反馈控制直流调速系统的数学模型和动态性能分析3.3转速、电流反馈控制直流调速系统的设计3.4转速、电流反馈控制直流调速系统的仿真3.1转速、电流反馈控制直流调速系统组成及其静特性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，单闭环系统就难以满足需要。1.主要原因

2、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。带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程如图所示，起动电流达到最大值Idm后，受电流负反馈的作用降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。ILntIdOIdmIdcr2.起动过程性能比较性能比较（续）理想起动过程波形如图，这时，起动电流呈方形波，转速按线性增长。这是在最

3、大电流（转矩）受限制时调速系统所能获得的最快的起动过程。IdLntIdOIdm3.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。※系统希望能实现：起动过程，电流反馈起主要作用，维持恒定电流。稳态时，转速反馈起主要作用，维持恒定速度。转速，电流双闭环控制3.1.1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

4、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）联接如下图所示。TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPE-+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2.系统电路结构为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用PI调节器，以下以控制电压Uc为正电压的情况考虑，分析时还需考虑到运算放大器的倒相作用。系统原理

5、图双闭环直流调速系统电路原理图++-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd++-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU*iLM3.1.2稳态结构图和静特性1.系统稳态结构图双闭环直流调速系统的稳态结构图—转速反馈系数;—电流反馈系数Ks1/CeU*nUcIdEnUd0Un++-ASR+U*i-RACR-UiUPE2.限幅作用PI调节器两种状况：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

6、饱和；即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。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.限幅的电路实现（外限幅）4.系统静特性一般，在正常运行时，电流调节器是不会达到饱和状态的。因此，对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况。双闭环直流调速系统的静特性如图所示，双闭环直流调速系统的静特性n0IdIdmIdnomOnABC3.1.3各稳态参数计算双闭环调速系统在稳态工作中，当两个调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系反馈系数

7、计算双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差系统完全不同，而是和无静差系统的稳态计算相似，即根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数：转速反馈系数电流反馈系数两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设计者选定，设计原则如下：U*nm受运算放大器允许输入电压和稳压电源的限制；U*im为ASR的输出限幅值。讨论:1在双闭环调速系统中,若要调节电机的转速可以调什么参数?若要调节堵转电流需要调节什么参数?2转速,电流双闭环系统稳态运行时,两个调节器的输入偏差和输出电压各是多少?3双闭环调速系统中,均用P

8、I调节器,当ASR输出Ui*达到8V时,电流达到最大电流80A,问:当负载电流由40A增加到70A时,Ui*如何变化?4双闭环调速系统中,均用PI调节器,系统带额定负载运行，转速反馈突然断线，系统重新进入稳态，电流调节器的输入偏差电压是否为0？为什么?重点总结双闭环系统与单闭环系统相比的优势。双闭环系统的原理图，稳态结构图及静特性理解。限幅的定义，实现电路及对系统的影响。会进行系统调节过程分析。3.2转速、电流反馈控制直流调速系统的数学模型和动态性能分析