双闭环直流调速系统

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1、摘要：在现代科学的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。例如，数控机床按照预定程序自动地切削工件；化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定；雷达和计算机组成的导弹发射和制导系统，自动地将导弹引导到敌方目标；无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行；人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收等。这一切都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。近几十年来，随着电子计算机技术的发展和应用，在宇宙航行、机器

2、人控制、导弹制导以及核动力等高新技术领域中，自动控制技术更具有特别重要的作用。不仅如此，自动控制技术的应用范围现已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域中，自动控制已成为现代社会生活中不可缺少的重要组成部分。许多生产机械，由于加工和运行的要求，使电动机经常处于起动、制动、反转的过渡过程中，因此起动和制动过程的时间在很大程度上决定了生产机械的生产效率。为缩短这一部分时间，仅采用PI调节器的转速负反馈单闭环调速系统，其性能还不很令人满意。双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能（两个调节器均采用PI调节器），由于调整系统

3、的主要参量为转速，故将转速环作为主环放在外面，电流环作为副环放在里面，这样可以抑制电网电压扰动对转速的影响。在双闭环调速系统中，电动机、晶闸管整流装置、触发装置都可按负载的工艺要求来选择和设计。根据生产机械和工艺的要求提出系统的稳态和动态性能指标，而系统的固有部分往往不能满足性能指标要求，所以需要设计合适的校正环节来达到。自动控制原理中，为了区分系统的稳态精度，按照系统中所含积分环节的个数，把系统分为0型、I型、II型…系统。系统型别越高，系统的准确度越高，但相对稳定性变差。0型系统的稳态精度最低，而III型及III型以上的系统则不易稳定，实际上极少应用。因此，为了保证一

4、定的稳态精度和相对稳定性，通常在I型和II型系统中各选一种作为典型，称为典型I型和II型系统，作为工程设计方法的基础。一.设计控制系统的思想概述任何一个理论都是为现实生活服务的，任何一条理论都是用来知道实践的。一个控制系统提出，是一个理论与实践相结合的过程，要通过实践来指导理论，理论才趋于。控制系统的初步实际是指通过调查、研究、分析设计任务，根据对系统提出的工业工程性能指标要求初步设计方案。在初步思路确定之后根据系统的原理选择系统的主要参数。晶闸管直流传动70年代前后在我国得到大力的推广和应用，经过30多年的发展历史，还停留在分立器件的基础上，体积大，接线复杂，使用极不方

5、便而且价格昂贵。而双闭环直流调速模块，本着集成和使用方便的原则将直流调速系统模块化。先进的工艺流程和高性能的电路设计大大提高了模块的使用寿命和可靠性，而且性价比很高，为直流调速领域增添了新的活力。控制电路晶由闸管、移相控制电路、转速电流双闭环调速电路、积分电路、电流反馈电路、以及缺相和过流保护电路，其方框图见图1-1。1．功率晶闸管完成变流及功率调整。2．积分环节可实现直流电机软起动，并且起动时间可调，设计时给用户预留两个端口，其连接如图1-6，调节两个电位器，可改变积分时间长短，从而达到改变电机起动时间的目的。积分环节适用于起动过渡过程平稳的场合，如高炉卷扬机、矿井提升

6、机、冷热连轧机等。当输入为阶跃信号时，通过给定积分器变换成有一定斜率的线性渐变输出信号，作为速度调节器的给定输入，给定积分器的稳定输出即为电机的速度给定，给定积分器输出的变化斜率即为电机的加速度，其启动电流波形图见图1-2。如果用户要求在负载一定的条件下，电机以最大的等加速度起动，可把积分环节去掉，模块留出两个端口作为电流环和速度环的输出限幅(如图1-6)，调节电流环的输出限幅，改变电机的最大起动电流，获得理想的过渡过程。其起动电流波形图见图1-33．转速电流双闭环电路速度调节及抗负载和电网扰动，采用双PI调节器，可获得良好的动静态效果。设计过程采用“二阶最佳”参数设计法

7、设计，结合系统动静态效果选择最佳参数。从抑制超调的观点出发，电流环校正成典型I型系统。为使系统在阶跃扰动时无稳态误差，并具有较好的抗扰性能，速度环设计成典型II型系统。内外环对数幅频特性的比较，图1-4画出了电流环和转速环的开环对数幅频特性。从上图可以看出，图中转折频率和截止频率点一个比一个小，这是一个必然的规律。这样设计的双环系统，外环总比内环慢。一般来说，调整过程一般是先外环后内环，电流环要想提高系统的动态效果，可增大电流环阻容端的电阻，但要减小电容，其关系是C1*0.03/R1。速度环要想提高动态效果，从典型II型系统的