双环调速系统.doc

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1、第二章双闭环直流调速系统和仿真软件2.1转速、电流双闭环调速系统概述采用调节器的单闭环直流调速系统，既保证了动态稳定性，又能作到无静差，很好地解决了系统中动、静态之间的矛盾。然而系统中只靠电流截止环节来限制启动和升速时的冲击电流，其性能仍然不能令人满意。主要问题是，不能在充分利用电机过载能力的条件下获得最快的动态响应，甚至使启动和加速过程拖长。自动控制理论提示，进一步解决问题的唯一途径就是对电流这个物理量也实行负反馈控制。同时在电流控制回路中设置一个调节器，专门用于调节电流量。这样，系统中设置两个调节

2、器，分别调节转速和电流。这样的系统，称为转速、电流双闭环调速系统。2.2转速、电流双闭环调速系统的组成为了实现转速负反馈和电流负反馈在系统中分别起作用，又不致互相牵制而影响系统的性能，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流。二者之间实行串级联接，即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管的触发装置。其原理结构图如图2.1所示。图中，是转速调节器，是电流调节器，两种调节器作用互相配合，相辅相成。从闭环反馈的结构上看，电流调节环在里面，是内环；转速调节环在外面，成为外

3、环。这样就组成了转速、电流双闭环调速系统。为了使转速、电流双闭环调速系统具有良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环。图中还标出了两个调节器输入输出电压的实际极性，它们是按照触发装置的控制电压需要正电压，并考虑到运算放大器的倒相作用后确定的。这是在组成双闭环调速系统时首先应解决的实际问题之一。在组成双闭环调速系统时必须解决的另一个问题是调节器限幅值的整定问题。转速调节器的输出限幅（饱和）电压决定了电流调节器给定电流的最大值，它完全取决于电动机的过载能力和系

4、统对最大加速度的需要；电流调节器输出电压的正限幅（+）则表示对触发装置最小移相角的限制（即）或对晶闸管装置输出电压最大值的限制。采用运算放大器作调节器时，输出限幅可采用内限幅和外限幅两种方法。图2.1双闭环调速系统原理结构图2.3双闭环调速系统的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，绘制稳态结构图的关键是掌握限幅输出的调节器在稳态时的特征。一般有两种状况：饱和—输出达到限幅值；不饱和—输出未达到限幅值。当调节器饱和时，输出为恒值，输入量的变化不再影响输出；当调节器不饱和时，比

5、例积分作用使稳态输入偏差电压总是零。在图2.1中，只要注意用带限幅的输出特性表示调节器，就可以很方便地绘出双闭环调速系统稳态结构图，如图2.2所示。实际上，在正常运行时，电流调节器不会达到预先设计好的饱和状态，因此，对于静特性来说，只有转速调节器的饱和与不饱和两种情况。1.转速调节器不饱和这时，两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零。因此，（2-1）（2-2）图2.2双闭环调速系统的稳态结构图R由式（2-1）可得（2-3）从而可画出图2.3所示的静特性的段。图2.3双闭环调速系统的静特性

6、与此同时，由于不饱和，，从式（2-2）可知：。这表明，段静特性从（理想空载状态）一直延续到，而一般都是大于额定电流的。这正是静特性的运行段。2.转速调节器饱和转速调节器饱和，输出达到限幅值，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闭环系统。稳态时，（2-4）式中，最大电流是由设计者选定的，取决于电机的容许过载能力和拖动系统允许的最大加速度。式（2-4）所描述的静特性是图2.3中的段。这样的下垂特性只适合于的情况。因为时，，将退出饱和状态。综上所述，双闭环调速系

7、统的静特性在负载电流小于时表现为转速无静差；当负载电流达到后表现为电流无静差，使系统得到保护。这就是采用两个调节器分别形成两个“串级”闭环的效果。这样的特性显然比带有电流截止负反馈的单闭环系统的静特性要强得多。2.4稳态工作点和稳态参数的计算由图2.2可以看出，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：（2-5）（2-6）（2-7）上述关系表明，在稳态工作点上，转速是由给定电压决定的，的输出量是由负载电流决定的，而控制电压的大小则同时取决于和，或者说，同时取决于和。这些

8、关系反映了调节器不同于调节器的特点。比例环节的输出量总是正比于其输入量，而调节器则不然，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的。后面需要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。鉴于这一特点，双闭环调速系统的稳态参数计算与单闭环有静差系统完全不同，而是和无静差系统的稳态计算相似。稳态时，转速等于给定值，电流等于负载电流，和的输入偏差电压都是零，但由于积分作用，它们都有恒定的输出电压。根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈