电力拖动自动控制系统陈伯时课件第二章.ppt

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1、多环控制的直流调速系统第二章自动控制系统转速、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动态特性直流电动机的双域控制内容提要第一节转速、电流双闭环直流调速系统及其静特性一、单闭环调速系统存在的问题采用PI调节器后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。问题主要原因单闭环系统中不能直接控制电流和转矩的动态过程。而是靠转速降落形成ΔUn后，控制UPE来控制Udo来进行间接控制。设计的调节器的动态参数难以保证两种调节过程具有良好的动态品质。一个调节器综合了多

2、种信号，完成两种任务：正常负载时实现转速调节；电流超过临界值，进行电流调节。对扰动的抑制能力差：等到转速出现偏差才能进行调节，因而Δn大。单闭环调速系统的缺点起动时间长：采用截流负反馈后，起动过程中要等到电枢电流上升到时，截流负反馈起作用又把电流压了下来，仅靠强烈的负反馈作用限制电流的冲击，不能很好地控制电流的动态波形。理想起动过程应该在过渡过程中始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，达到稳态转速后，又让电流立即降低下来，使转矩马上与负载相平衡，立即转入稳态运行。性能比较*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

3、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。带电流截止负反馈的单闭环调速系统IdLntIdOIdmIdcrn*理想起动过程波形如图所示，这时，起动电流呈方形波，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得的最快的起动过程。理想的快速起动过程IdLntIdOIdmn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。我们希望能实现如下控制：（1）起动过程中，只有电流负反馈，没有转速负反馈。（2）稳态时，只有

4、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？只用一个调节器时不可能的，必须用两个调节器分别调节n和I，构成转速电流双闭环调节系统。二、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+-UcTAM+-UdIdUPE-MTG转速、电流双闭环直流调速系统结构系统的组成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

5、—电力电子变换器内环外环ni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；电流内环、转速外环，转速调节器的输出当作电流调节器的输入，二者嵌套连接；调节器均采用PI调节器；调节器均设成带限幅的；稳态时ΔUi＝0（电流无静差），ΔUn＝0（转速无静差）。三、稳态结构图和静特性为了分析双闭环调速系统的静特性，必须先绘出它的稳态结构图，如下图。它可以很方便地根据上图的原理图画出来，只要注意用带限幅的输出特性表示PI调节器就可以了。分析静特性的关键是掌握这样的PI调节器的稳态特征。系统稳态结构框图双闭环直流调速系统的稳态结构框图—转速反馈系数—电流反馈系数Ks1/CeU*nUc

6、IdEnUd0Un++-ASR+U*i-IdRRACR-UiUPEPI调节器的稳态特性存在两种状况：饱和——输出达到限幅值此时，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——输出未达到限幅值此时，反馈信号紧紧跟随给定信号，稳态时，ΔU＝0。正常运行时，ACR不会达到饱和，ASR存在饱和和不饱和两种情况。系统静特性双闭环直流调速系统的静特性n0IdIdmIdNOnABCCA段：水平特性运行段为一水平的直线ASR不饱和直线由延伸至处。AB段：垂直特性ASR饱和，转速外环开环。双闭环系

7、统为一电流单闭环调速系统，系统获得一很好的下垂特性。（1）稳态时最大电流由设计者选定，取决于电机的过载能力和拖动系统允许的加速度（2）只适用于情况，时，，ASR将退出饱和。两点说明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。