按工程设计方法设计双闭环系统的调节器(转速调节器和电流调节器).doc

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1、2.4按工程设计方法设计双闭环系统的调节器（转速调节器和电流调节器）Q0系统设计对象/原则/步骤Q1电流调节器的设计Q2速度调节器的设计Q3转速调节器退饱和时转速超调量的计算Q4算例Q0系统设计对象/原则/步骤1.系统设计对象---转速、电流双闭环调速系统(图2-22)双闭环调速系统的实际动态结构图双闭环调速系统的实际动态结构图绘于图2-22，它与前述的图2-6不同之处在于增加了滤波环节，包括电流滤波、转速滤波和两个给定信号的滤波环节。n其中nToi—电流给定/反馈滤波时间常数nTon—转速给定/反馈滤波时间常数增加滤波环节的原因：电流环—电流检测信号交流分量，平衡延迟转速环---转速反

2、馈电压换向纹波，平衡延迟2.系统设计原则n系统设计的一般原则--“先内环后外环”从内环开始，逐步向外扩展。在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节，再设计转速调节器。Q1电流调节器的设计设计分为以下4个步骤：1.电流环结构图的简化2.电流调节器结构的选择3.电流调节器的参数计算4.电流调节器的实现1.电流环结构图的简化简化内容（从图2-22出发）n1）忽略反电动势的动态影响n2）等效成单位负反馈系统n3）小惯性环节近似处理1）忽略反电动势的动态影响在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，即DE≈0。这时，电流环如下图所示。2）等效成

3、单位负反馈系统如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成U*i(s)/b，则电流环便等效成单位负反馈系统（图2-23b）。3）小惯性环节近似处理Ts和T0i一般都比Tl小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，其时间常数为T∑i=Ts+Toi（2-55）简化的近似条件是什么？（2-56）2.电流调节器结构的选择n典型系统的选择l从稳态要求上看，希望电流无静差，以得到理想的堵转特性，由图2-23c可以看出，采用I型系统就够了。l从动态要求上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用时有太大的超调，以保证电流在动态过程中不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗

4、扰作用只是次要的因素，为此，电流环应以跟随性能为主，应选用典型I型系统。n电流调节器选择图2-23c表明，电流环的控制对象是双惯性型的，（由p73表2-8）要校正成典型I型系统，显然应采用PI型的电流调节器，其传函可写成（2-57）式中Ki—ACR的比例系数；ti—ACR的超前时间常数调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择（2-58）校正后电流环的结构和特性图2-24校正成典型I型系统的电流环a)动态结构框图b)开环对数幅频特性:3.电流调节器的参数计算参数有：Ki和ti，其中ti已选定(2-58)剩下的只有比例系数Ki，可根据所需要的动态性能指标选取。n参数选择在一般情况下，希

5、望电流超调量si≤5%，由表2-2，可选x=0.707，KITSi=0.5，则(2-59)(2-60)再利用式（2-59）和式（2-58）得到(2-61)注意如果实际系统要求的跟随性能指标不同，式（2-60）和式（2-61）当然应作相应的改变。此外，如果对电流环的抗扰性能也有具体的要求，还得再校验一下抗扰性能指标是否满足。有关的近似条件供校验（见p78）1)电力电子变换器纯滞后的近似处理2)忽略反电动势变化对电流环的动态影响3)电流环小惯性环节的近似处理4.电流调节器的实现n模拟式ACR电路(图2-25)含给定滤波与反馈滤波的PI型电流调节器符号说明：U*i电流给定电压；–bId电流负反

6、馈电压；Uc电力电子变换器的控制电压。nACR电路参数的计算公式(2-62)(2-63)(2-64)Q2转速调节器的设计n设计分为以下几个步骤：1.电流环的等效闭环传递函数2.转速调节器结构的选择3.转速调节器参数的选择4.转速调节器的实现1.电流环的等效闭环传递函数n电流环闭环传递函数电流环经简化后可视作转速环中的一个环节,须求出它的闭环传函。由图2-24a可知（2-65）n传递函数化简（忽略高次项）（2-66）近似条件可由式（2-52）求出（2-67）式中wcn—转速环开环频率特性的截止频率。n电流环等效传递函数接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为U*i(s)，因此电流环在转速环

7、中应等效为（2-68）Then,原来是双惯性环节的电流环控制对象，经闭环控制后，可近似等效成只有较小时间常数的一阶惯性环节。（图）n物理意义电流的闭环控制改造了控制对象，加快了电流的跟随作用，这是局部闭环（内环）控制的一个重要功能。2.转速调节器结构的选择n转速环的动态结构用电流环的等效环节代替图2-22中的电流环后，整个转速控制系统的动态结构图便如图2-26a所示。图2-26a转速环的动态结构框图及其简化n系统等效和小惯性的近似处