电力拖动与控制系统第3章转速、电流反馈控制的直流调速系统_

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1、2021/8/171第3章转速、电流反馈控制的直流调速系统电力拖动自动控制系统—运动控制系统2021/8/172内容提要转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型转速、电流反馈控制直流调速系统调节器的工程设计方法MATLAB仿真软件对转速、电流反馈控制的直流调速系统的仿真2021/8/1733.1转速、电流反馈控制直流调速系统的组成及其静特性本节提要3.1.1转速、电流反馈控制直流调速系统的组成3.1.2稳态结构图与参数计算2021/8/174简单复习第2章内容2021/8/175第2章中表明，采用转速负反馈和PI调节器的单闭环

2、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,消除负载转矩扰动对稳态转速的影响，并用电流截止负反馈限制电枢电流的冲击，避免出现过电流现象。但转速单闭环系统并不能充分按理想要求控制电流（或电磁转矩）动态过程。2021/8/176转速单闭环无静差调速系统的起动过程如图所示：起动电流突破Idcr以后，受电流负反馈的作用，只能再升高一点达到最大值Idm后，就降低下来，电机的电磁转矩也随之减小，加速过程延长。IdLntIdOIdmIdcr图带电流截止负反馈的转速单闭环调速系统转速单闭环调速系统的局限性：仅考虑了静态性能，没考虑动态性能，在系统快速性要求较高的场合，仅考虑静态性能

3、是不够的。2021/8/177问题的提出对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。2021/8/178起动电流呈矩形波，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得的最快的起动（制动）过程。图3-1时间最优的理想过渡过程理想的起动过程2021/8/1793.1.1转速、电流反馈控制直流调速系统的组成现在的问题是，我们希望能实现

4、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？2021/8/17103.1.1转速、电流反馈控制直流调速系统的组成实现方法在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，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；转速环在外边，称作外环。形成了转速、电流反馈控制直流调速系统（简称双闭环系统）。2021/8/17113.1.1转速、电流反馈控制

5、直流调速系统的组成图3-2转速、电流反馈控制直流调速系统原理图ASR——转速调节器ACR——电流调节器TG——测速发电机2021/8/17123.1.2稳态结构图与参数计算本节提要1.稳态结构图和静特性2.稳态工作点和稳态参数计算2021/8/17131.稳态结构图和静特性转速调节器ASR的输出限幅电压U*im决定了电流给定的最大值，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当调节器饱和时，输出达到限幅值，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，相当于调节环开环。当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是

6、使输入偏差电压在稳态时为零。对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况，电流调节器不进入饱和状态。2021/8/1714图3-3双闭环直流调速系统的稳态结构图α——转速反馈系数β——电流反馈系数稳态结构图2021/8/1715（1）转速调节器不饱和两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。(3-1)2021/8/1716（2）转速调节器饱和ASR输出达到限幅值时，转速外环呈开环状态，转速的变化对转速环不再产生影响。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(3-2)2021/8/1717静特性AB段是两个调节器都不饱和时的静特性，Id

7、,n=n0。BC段是ASR调节器饱和时的静特性，Id=Idm,n