器的工程设计方法

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1、内容提要第2章转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法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直流调速系统的调节器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.主要原因单闭环系统中不能控制电流和转矩的动态过程。在单闭环直流调速

2、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。2.理想的起动过程b)理想的快速起动过程IdLntIdOIdma)带电流截止负反馈的单闭环调速系统直流调速系统起动过程的电流和转速波形IdLntIdOIdmIdcr3.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。实现控制：稳态时，只有转速负反馈，没有电流负反馈。起动过程，只有电流负反馈，没有转速负反馈；怎样才能做到这种既存

3、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？TGnASRACRU*n+-UnUiU*i+-UcTAVM+-UdIdUPEL-MTG+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2.1.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成系统原理图2.系统电路结构双闭环直流调速系统电路原理图++-+-MTG+-+-RP2nU*nR0R0UcUiTALIdRiCiUd++-R0R0RnCnASRACRLMGTVRP1UnU

4、*iLMMTGUPE+-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U*im决定了电流给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压Ucm限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。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-UiUPE2.1.2稳态结构图和静特性2.限幅作用饱和——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

5、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。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n0IdIdmIdnomOnABC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。（1）转速调节器不饱和静特性的CA段静特性的水平特性ASR不饱和，U*i

6、就是静特性的运行段，它是水平的特性。（2）转速调节器饱和ASR输出达到限幅值U*im，转速外环呈开环状态，转速的变化对系统不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时AB段它是垂直的特性只适于nn0，则Un>U*n，ASR将退出饱和状态。4.两个调节器的作用双闭环调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到Idm后，转速调节器饱和，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差，得到过电流的自动保护。n0IdIdmI

7、dnomOnABC2.1.3各变量的稳态工作点和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上述关系表明，在稳态工作点上，转速n是由给定电压U*n决定的；ASR的输出量U*i是由负载电流IdL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U*n和IdL。比例环节的输出量总是正比于其输入量，而PI调节器不然，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。后面需要PI调节器提供多么大的输出值，它就能提供多少，直到饱和为止。反馈系数计算双闭环调速系统的稳

8、态参数计算与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：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。1.系统动态结构双闭环直流调速系统的动态结构图U*nUc-IdL