转速、电流双闭环控制的直流调速系统动态分析.ppt

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1、2.4转速、电流双闭环控制的直流调速系统动态分析一、教学目的与教学要求三、教学时间2学时1初步了解双闭环调速系统的动态数学模型2定性分析双闭环调速系统起动过程分析3具备分析转速、电流双环系统的动态性能的能力4了解ASR、ACR两个调节器的作用二、教学内容2.4转速、电流双闭环直流调速系统的数学模型和动态特性分析四、教学思路流程五、教学过程动态数学模型转速电流双闭环调速系统起动过程分析动态抗扰性能分析两个调节器的作用2.4.1双闭环直流调速系统的动态数学模型一、系统动态结构双闭环直流调速系统的动态结构图U*nUc-IdLnUd0Un+--+-UiWASR(s)WA

2、CR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E在单闭环直流调速系统动态数学模型的基础上，考虑双闭环控制的结构，即可绘出双闭环直流调速系统的动态结构图，如下图所示。看图说话——参数意义二、数学模型WASR(s)和WACR(s)分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。U*nUc-IdLnUd0Un+--+-UiWASR(s)WACR(s)KsTss+11/RTls+1RTmsU*iId1/Ce+E如果采用PI调节器，则有2.4.2起动过程分析双闭环直流调速系统突加给定电压U*n由静止状态起动时，转速和电流的动态过程示于右图所示。设置双闭环控

3、制的一个重要目的就是要获得接近理想起动过程，因此在分析双闭环调速系统的动态性能时，有必要首先探讨它的起动过程。nOOttIdmIdLIdn*IIIIIIt4t3t2t1一、起动过程分析由于在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图中标明的I、II、III三个阶段。1、第I阶段电流上升的阶段（0~t1）突加给定电压U*n后，Id上升，当Id小于负载电流IdL时，电机还不能转动。当Id≥IdL后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，因而转速调节器ASR的输入偏差电压的数值仍较大，其输出电压保持限幅值U*im，强迫电

4、流Id迅速上升。双闭环直流调速系统起动时的转速和电流波形nOOttIdmIdLIdn*IIIIIIt4t3t2t1IdLIdnn*IdmOOIIIIIIt4t3t2t1tt直到，Id=Idm，Ui=U*im电流调节器很快就压制Id了的增长，标志着这一阶段的结束。在这一阶段中，ASR很快进入并保持饱和状态，而ACR一般不饱和。2、第II阶段恒流升速阶段（t1~t2）IdLIdnn*IdmOOIIIIIIt4t3t2t1tt在这个阶段中，ASR始终是饱和的，转速环相当于开环，系统成为在恒值电流U*im给定下的电流调节系统，基本上保持电流Id恒定因而系统的加速度恒定，转速

5、呈线性增长。为了保证电流环的主要调节作用，在起动过程中电流调节器ACR能否进入饱和？恒流升速阶段是起动过程中的主要阶段！！ACR是不应饱和的！另外，电力电子装置UPE（V系统或PWM系统）的最大输出电压也须留有余地，设计时必须注意的！！3、第Ⅲ阶段转速调节阶段（t2以后）当转速上升到给定值时，转速调节器ASR的输入偏差减少到零，但其输出却由于积分作用还维持在限幅值U*im，所以电机仍在加速，使转速超调。转速超调后，ASR输入偏差电压变负，使它开始退出饱和状态，U*i和Id很快下降。但是，只要Id仍大于负载电流IdL，转速就继续上升。IdLIdnn*IdmOOIIII

6、IIt4t3t2t1tt看图说话？？（t2以后）控制的物理过程：直到Id=IdL时，转矩Te=TL，则dn/dt=0，转速n才到达峰值（t=t3时）。什么时候（条件），转速n才到达最大的峰值？看图说话：IdLIdnn*IdmOOIIIIIIt4t3t2t1ttIdLIdnn*IdmOOIIIIIIt4t3t2t1tt在（t3~t4）时间段内，由于此时Id

7、这最后的转速调节阶段内，ASR和ACR都不饱和，ASR起主导的转速调节作用，而ACR则力图使Id尽快地跟随其给定值U*i，或者说，电流内环是一个电流随动子系统。第Ⅲ阶段（t3~t4）工作波形分析二、起动过程的特点分析1、饱和非线性控制起动过程中，可根据速度调节器ASR的饱和与不饱和，整个系统处于完全不同的两种状态：（1）当ASR饱和时，转速环开环（恒值输出），系统表现为恒电流值控制的单闭环系统；（2）当ASR不饱和时，转速环闭环，整个系统是一个无静差调速系统，而电流内环表现为电流随动系统。也就是说，该系统在不同的控制阶段，呈现不同的控制结构，产生的原因又是ASR