电力拖动自动控制系统运动控制系统第4章.ppt

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1、第4章转速、电流双闭环控制的直流调速系统运动控制系统问题的提出动态性能要求:对于经常正、反转运行的调速系统，缩短起、制动过程的时间是提高生产率的重要因素。如何控制动态性能？电力拖动系统的运动方程：结论：要得到好的动态性能，必须控制好转矩，即控制好电流。在起动（或制动）过渡过程中，希望始终保持电流（电磁转矩）为允许的最大值，使调速系统以最大的加（减）速度运行。当到达稳态转速时，最好使电流立即降下来，使电磁转矩与负载转矩相平衡，从而迅速转入稳态运行。图4-1时间最优的理想过渡过程单闭环系统的问题转速单闭环系统不能控制电流（或转矩）的动态过程。电流截止负反馈环节只是用来限制电流的冲击，并不能

2、很好地控制电流的动态波形。a)理想的快速起动过程IdLntIdOIdmb)带电流截止负反馈的单闭环调速系统n理想的起动过程IdLntIdOIdmIdcrn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，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流。4.1.1转速、电流反馈控制直流调速系统的组成两个调节器在系统中如何连接？系统结构是怎样的？电流调节器的输入-电流给定如何确定呢？把转速调节器的输出当作电流调节

3、器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。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。形成了转速、电流反馈控制直流调速系统（简称双闭环系统）。图4-2(a)转速、电流反馈控制直流调速系统原理图图4-2(b)双闭环直流调速系统电路原理图图4-3双闭环直流调速系统的稳态结构图α——转速反馈系数β——电流反馈系数4.1.1稳态结构图与参数计算1.稳态结构图和静特性转速调节器ASR的输出限幅电压决定了电流给定的最大值，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压。对于静特性来说，只有转速调节器饱和与不饱和两种情况，设计合理的电流调节器不进

4、入饱和状态。当调节器饱和时，输出达到限幅值，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；当调节器不饱和时，PI调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压在稳态时为零。（1）转速调节器不饱和两个调节器都不饱和，稳态时，它们的输入偏差电压都是零，即转速、电流均无静差。(4-1)（2）转速调节器饱和ASR输出达到限幅值时，转速外环呈开环状态，转速的变化对转速环不再产生影响。双闭环系统变成一个电流无静差的单电流闭环调节系统。稳态时(4-2)AB段是两个调节器都不饱和时的静特性，Id

5、双闭环直流调速系统的静特性在负载电流小于Idm时表现为转速无静差，转速负反馈起主要调节作用。当负载电流达到Idm时，转速调节器为饱和输出U*im，电流调节器起主要调节作用，系统表现为电流无静差。采用两个PI调节器形成了内、外两个闭环的效果。当ASR处于饱和状态时，Id=Idm，若负载电流减小，Idn0，Δn<0，ASR反向积分，使ASR调节器退出饱和。2．各变量的稳态工作点和稳态参数计算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(4-3)(4-4)(4-5)根据各调节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数：转速反馈系数(4-6)电流

6、反馈系数(4-7)两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设计者选定。4.2转速、电流反馈控制直流调速系统的数学模型与动态过程分析4.2.1转速、电流反馈控制直流调速系统的动态数学模型图4-5双闭环直流调速系统的动态结构图4.2.2转速、电流反馈控制直流调速系统的动态过程分析对调速系统而言，被控制的对象是转速。跟随性能可以用阶跃给定下的动态响应描述。能否实现所期望的恒加速过程，最终以时间最优的形式达到所要求的性能指标，是设置双闭环控制的一个重要的追求目标。1．起动过程分析-以拖动反抗性负载为例电流Id从零增长到Idm，然后在一段时间内维持其值等于Idm不变，以后又下降并经调节后到达稳态

7、值IdL。转速波形先是缓慢升速，然后以恒加速上升，产生超调后，到达给定值n*。起动过程分为电流上升、恒流升速和转速调节三个阶段，转速调节器在此三个阶段中经历了不饱和、饱和以及退饱和三种情况。图4-6双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形第Ⅰ阶段：电流上升阶段（0~t1）电流从0到达最大允许值。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