第2章多环控制的直流调速系统ppt课件.ppt

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1、第2章多环控制的直流调速系统系统开环传递函数和闭环传递函数G(s)H(s)R(s)C(s)B(s)开环传递函数:等效为主反馈断开时，输入信号R(s)到反馈信号B(s)之间的传递函数，即B(s)/R(s)=G(s)H(s)闭环传递函数:本章提要多闭环系统的结构转速、电流双闭环调速系统的组成及其静特性动态数学模型和动态性能分析转速、电流双闭环系统的转速超调及其抑制2.1双闭环系统的结构2.1.1直流电动机的理想启动特性采用带PI调节器的转速负反馈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：要求快速起动、制动，突加负载动态速降小等等时，由转

2、速负反馈构成的单闭环系统还能否满足上述要求？？？一、单闭环系统存在的问题（1）不能完全按照需要来控制动态过程的电流和转矩的动态过程。（2）在单闭环直流调速系统中，电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，但它也只是当电枢电流超过截止电流值Idcr以后，靠强烈的负反馈作用来限制电流的冲击，也并不能很理想地控制电流的动态波形；起动过程电流不是最大，起动时间长。（3）所有的反馈都到一个调节器上，参数整定困难。带电流截止负反馈的无静差单闭环调速系统稳态结构图带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统起动过程如图2.1所示，起动电流达到最大值Idm后，受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

3、过程延长。IdLntIdOIdmIdcrn图2-1带电流截止负反馈的单闭环调速系统单闭环系统的起动过程二、理想起动过程理想起动过程波形如图2.2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。IdLntIdOIdmn图2-2理想的快速起动过程三、起动过程对比分析图2-2直流电机理想的快速起动过程图2-1带电流截止负反馈的单闭环直流调速系统启动过程IdLntIdOIdmIdcrnIdLntIdOIdmnIdcr四、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

4、理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈从理论上讲应该能够得到近似的恒流过程。待解决的问题：我们希望能实现如下控制：起动过程中，只有电流负反馈，没有转速负反馈。达到稳态后，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？采用一个调节器（控制器）还行吗？分析转速和电流信号的控制特点：转速：可以人为给定，整个运行过程中都要控制电流：稳定运行时由负载决定，无法人为给定；只有在转速与给定转速发生误差时，才对其进行控制，且这时的控制值也只是不让电流超过允许的最大值。2.1.2转速、电流双闭环调速系统的组成为了实现转速和

5、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）联接如图2-3所示。一、系统结构图2.3转速、电流双闭环直流调速系统结构转速调节器的输出当作电流调节器的输入电流调节器的输出去控制电力电子变换器ASR—转速调节器ACR—电流调节器TG—测速发电机TA—电流互感器GT—触发装置V—整流装置、---转速给定电压和转速反馈电压；、--电流给定电压和电流反馈电压图中，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晶闸管整流器的触发装置。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

6、。－－这就形成了转速、电流双闭环调速系统。二、双闭环调速系统的结构特点1）设置了两个调节器：分别调节转速和电流；2）两个调节器之间串级连接；3）两个调节器一般采用PI调节器；4）两个调节器输出带限幅；三、系统原理图图双闭环直流调速系统电路原理图图中表出，两个调节器的输出都是带限幅作用的。转速调节器ASR的输出限幅电压，决定了电流调节器给定电压的最大值；电流调节器ACR的输出限幅电压限制了晶闸管整流器的最大输出电压。四、常用限幅电路（Ⅰ）二极管钳位的外限幅电路四、常用限幅电路（Ⅱ）稳压管钳位的外限幅电路2.2.1稳态结构图和静特性图2-4双闭环直流调速系统的稳态结构框图—转速反馈系数—电流

7、反馈系数注意：用带限幅的输出特性表示PI调节器2.2转速、电流双闭环调速系统及其静特性1eCanU*iUctUdIn++-sK0dUEnU-Rb-iU*PI调节器存在的两种状况：饱和——输出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，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——输出未达到限幅值当调节器不饱和时，正