双闭环控制的直流调速系统.ppt

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1、2.2转速、电流双闭环直流调速系统双闭环问题的引入双闭环调速系统的稳态结构与稳态参数计算双闭环直流调速系统的动态数学模型与动态性能分析考虑转速单闭环调速系统的局限性：仅考虑了静态性能，没考虑启、制动过程（动态性能）未考虑对负载扰动的电流控制问题*知识回顾*转速闭环（P）开环加电流截至负反馈转速无静差系统（PI）特性太软堵转电流过大系统有静差启、制动波形理想的启、制动波形时间最优的理想过渡过程时间最优的理想过渡过程：在过渡过程中始终保持转矩为允许的最大值，使直流电动机以最大的加速度加、减速，缩短启、制动过

2、程的时间。到达给定转速时，立即让电磁转矩与负载转矩相平衡，从而转入稳态运行。电机轴上的动力学方程：总结：控制转速的本质是控制转矩，对于恒磁通的直流电机，就是控制电枢电流。单环系统中转速、电流共用一个调节器，无法保证Id=Idm。1、原理图转速、电流双闭环的优势：将电流、转速调节器分开，分别用两个调节器；转速环为外环，转速环的输出作为电流环的给定。一、双闭环调速系统的稳态结构与稳态参数计算ASR-转速调节器ACR-电流调节器TA-电流互感器图2-23双闭环直流调速系统的稳态结构框图α——转速反馈系数β——

3、电流反馈系数带限幅的PI调节器：ASR调节器的输出限幅电压决定了电流给定的最大值Uim*；ACR调节器的输出电压Ucm限制了电子电力变换器的最大输出电压Udm。2、稳态结构在启、制动过程中，电流闭环起作用，保持电流恒定，缩小系统的过渡过程时间。一旦到达给定转速，转速闭环起主导作用，而电流内环起跟随作用，使实际电流快速跟随给定值（转速调节器的输出），以保持转速恒定。当调节器ASR不饱和时，ASR、ACR均不饱和，其输入偏差电压均为零。转速不变，。满足：3、双闭环调速系统的静特性问题：如果n>n0，ASR如

4、何变化？对于静特性来说，有两种情况(稳态时)当调节器ASR饱和时，ASR输出达到限幅值，转速外环呈开环状态，电流不变，，。AB段是两个调节器都不饱和时的静特性，Id

5、载电流减小，使得转速上升，，，ASR反向积分，使得ASR调节器退出饱和又回到线性调节状态。反馈系数计算转速反馈系数电流反馈系数二、双闭环直流调速系统的动态数学模型与动态性能分析图2-25双闭环直流调速系统的动态结构框图WASR(s)——转速调节器的传递函数WACR(s)——电流调节器的传递函数设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想启动过程，因此首先讨论双闭环调速系统突加给定电压Un*时的启动过程。按转速调节器ASR不饱和、饱和、退饱和分成三个阶段：I.电流上升阶段II.恒流升速阶段III.转

6、速调节阶段由静止状态开始启动时，转速和电流随时间变化的波形1、动态特性--启动过程分析第Ⅰ阶段：电流上升阶段（）。电流从0到达最大允许值Idm在t=0时，系统突加阶跃给定信号Un*，在ASR和ACR两个PI调节器的作用下，Id很快上升，在Id上升到Idl之前，电动机转矩小于负载转矩，转速为零。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，ASR输入偏差电压仍较大，ASR很快进入饱和状态，而ACR一般不饱和。直到Id=Idm，Ui=U*im。第Ⅱ阶段:恒流升速阶段（t1~t2）Id基

7、本保持在Idm,电动机加速到了给定值n*。ASR调节器始终保持在饱和状态，转速环仍相当于开环工作。系统表现为使用PI调节器的电流闭环控制电流调节器的给定值就是ASR调节器的饱和值U*im，基本上保持电流Id=Idm不变电流环的闭环系统是Ⅰ型系统。电流调节系统的扰动是电动机的反电动势，它是一个线性渐增的扰动量，所以系统做不到无静差，而是略低于Idm。第Ⅲ阶段：转速调节阶段（t2以后）第Ⅲ阶段是转速调节阶段，当电机转速上升到大于给定转速时，ASR退饱和。转速超调后，ASR输入偏差电压变负，开始退出饱和状态，

8、Ui*和Id很快下降。只要Id仍大于负载电流IdL，转速就继续上升。直到Id=IdL时，转矩Te=TL，则dn/dt=0，转速n到达峰值。此后，电动机开始在负载的阻力下减速，Id