双闭环控制的直流调速系统PPT文件格式下载.ppt

1、单环系统中转速、枢电流。单环系统中转速、电流共用一个调节器，无电流共用一个调节器，无法保证法保证I Id d=I=Idmdm。1、原理图 n转速、电流双闭环的优势：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一、双闭环调速系统的稳态结构与稳态参数计算与稳态参数计算 ASR-转速调节器转速调节器 ACR-电流调节器电流调节器 TA-电流互感器电流互感器 图图2-23 双闭环直流调速系统的稳态结构框图双闭环直流调速系统的稳态结构框图转速反馈系数转速反馈系数电流反馈系数电流反馈系数带限幅的PI调节器：nAS

2、RASR调节器的输调节器的输出限幅电压决定出限幅电压决定了电流给定的最了电流给定的最大值大值U Uimim*；nACRACR调节器的输调节器的输出电压出电压U Ucmcm限制了限制了电子电力变换器电子电力变换器的最大输出电压的最大输出电压U Udmdm。2、稳态结构 n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。渡过程时间。n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，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。使

3、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。n当调节器当调节器ASRASR不饱和时，不饱和时，ASRASR、ACRACR均不饱和，其输入偏差电压均不饱和，其输入偏差电压均为零。均为零。转速不变转速不变，。满足：。3、双闭环调速系统的静特性问题：如果问题：如果nn0，ASR 如何变化？如何变化？对于静特性来对于静特性来说，有两种情说，有两种情况况 （稳态时稳态时）n当调节器当调节器ASRASR饱和时，饱和时，ASRASR输出达到限幅值，转速外环呈开环状输出达到限幅值，转速外环呈开环状态，态，电流不变电流不变，。nABAB段是两个调节器都段是两个调节器都不饱和时的静特性，不饱和时的

4、静特性，I Id d I Idm dm,n n=n n0 0。nBCBC段是段是ASRASR调节器饱调节器饱和时的静特性，和时的静特性，I Id d=I Idm dm,n n n n0 0。双闭环直流调速系统的静特性双闭环直流调速系统的静特性nASRASR不饱和不饱和（ABAB段段）：表现出来的静特性是转速双闭环系统的静特性，表表现出来的静特性是转速双闭环系统的静特性，表现为现为转速无静差转速无静差；nASRASR饱和饱和（BCBC段段）：表现出来的静特性是电流单闭环系统的静特性，表现表现出来的静特性是电流单闭环系统的静特性，表现为为电流无静差电流无静差，电流给定值是转速调节器的限幅值，得到过

5、电流的自动，电流给定值是转速调节器的限幅值，得到过电流的自动保护。保护。n退饱和的条件退饱和的条件:若负载电流减小若负载电流减小 ，使得转速上升，使得转速上升，ASRASR反向积分反向积分，使得，使得ASRASR调节器退出饱和又回到线性调节状态。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转速反馈系数 电流反馈系数电流反馈系数 二、双闭环直流调速系统的二、双闭环直流调速系统的动态数学模型与动态性能分析动态数学模型与动态性能分析图图2-25 双闭环直流调速系统的动态结构框图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转速调节器的传递函数WACR（s）电流调节器

6、的传递函数电流调节器的传递函数n设置双闭环控制的一个重要设置双闭环控制的一个重要目的就是要获得接近于理想目的就是要获得接近于理想启动过程，因此首先讨论双启动过程，因此首先讨论双闭环调速系统突加给定电压闭环调速系统突加给定电压Un*时的启动过程。时的启动过程。n按转速调节器按转速调节器ASRASR不饱和、饱不饱和、饱和、退饱和分成三个阶段：和、退饱和分成三个阶段：I.I.电流上升阶段电流上升阶段 II.II.恒流升速阶段恒流升速阶段 III.III.转速调节阶段转速调节阶段由静止状态开始启动时，转速和电流由静止状态开始启动时，转速和电流随时间变化的波形随时间变化的波形1、动态特性、动态特性 -启

7、动过程分析启动过程分析第第阶段：电流上升阶段（阶段：电流上升阶段（）。n电流从流从0到达最大允到达最大允许值Idmn在在t=0时，系统突加阶跃给时，系统突加阶跃给定信号定信号Un*，在，在ASR和和ACR两个两个PI调节器的作用下，调节器的作用下，Id很快上升，在很快上升，在Id上升到上升到Idl之之前，电动机转矩小于负载转前，电动机转矩小于负载转矩，转速为零。矩，转速为零。n当当 Id IdL 后，电机开始起后，电机开始起动，由于机电惯性作用，转动，由于机电惯性作用，转速不会很快增长，速不会很快增长，ASR输入输入偏差电压仍较大，偏差电压仍较大，ASR很快很快进入饱和状态，而进入饱和状态，而

8、ACR一般一般不饱和。直到不饱和。直到Id=Idm，Ui=U*im。第第阶段阶段:恒流升速阶段（恒流升速阶段（t1t2）nId基本保持在基本保持在Idm,电动机加速电动机加速到了给定值到了给定值n*。nASR调节器始终保持在饱和调节器始终保持在饱和状态，转速环仍相当于开环工状态，转速环仍相当于开环工作。系统表现为使用作。系统表现为使用PI调节器调节器的电流闭环控制的电流闭环控制n电流调节器的给定值就是电流调节器的给定值就是ASR调节器的饱和值调节器的饱和值U*im，基，基本上保持电流本上保持电流Id=Idm不变不变n电流环的闭环系统是电流环的闭环系统是型系统。型系统。电流调节系统的扰动是电动机

9、电流调节系统的扰动是电动机的反电动势，它是一个线性渐的反电动势，它是一个线性渐增的扰动量，所以系统做不到增的扰动量，所以系统做不到无静差，而是略低于无静差，而是略低于Idm。第第阶段：转速调节阶段（阶段：转速调节阶段（t2以后）以后）n第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。n转速超调后，ASR输入偏差电压变负，开始退出饱和状态，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。n此后，电动机开始在负载的阻力下减速，IdIdL，直到稳定。nASR、ACR都不饱和，同时起调节作用

10、。ASR处于主导地位，它使转速迅速趋于给定值，并使系统稳定；ACR的作用是使Id尽快地跟随ASR的输出Ui变化，是一个电流随动子系统。2、启动过程的三个特点：、启动过程的三个特点：n饱和非线性控制 不能简单地应用线性控制理论来分析和设计这种系统，可以用分段线性化方法来处理。同时，分析过渡过程时，还应注意初始状态n转速一定有超调只有转速超调，才能使ASR退出饱和。若工艺上不允许转速超调，则应在ASR中引入转速微分负反馈，这样，不仅可以抑制或消除转速超调，而且可以大大降低动态速降。n准时间最优控制（有限制条件的最短时间控制有限制条件的最短时间控制）3、双闭环调速系统的动态抗扰性能、双闭环调速系统的

11、动态抗扰性能 n原则：抑制反馈环内前向通道上的扰动。n两种类型的扰动：n负载扰动在转速反馈环内、电流反馈环外，靠转速环来抑制。在设计ASR时，必须要求系统具有较好的抗负载扰性能力。n电网电压波动在电流环内，可通过电流环对该扰动抑制更及时。ACR的时间常数比ASR小，所以双闭环系统抗电网电压扰动的能力较强。直流调速系统的动态抗扰作用直流调速系统的动态抗扰作用 4、两个调节器的作用、两个调节器的作用n1转速调节器的作用:转速调节器是调速系统的主导调节器，它使转速 n 很快地跟随给定电压变化，稳态时可减小转速误差，如果采用PI调节器，则可实现无静差。对负载变化起抗扰作用。其输出限幅值决定电机允许的最

12、大电流。n2.电流调节器的作用：在外环转速的调节过程中，它的作用是使电流紧紧跟随其给定电压变化。对电网电压的波动起及时抗扰的作用。在转速动态过程中，保证获得电机允许的最大电流，从而加快动态过程。当电机过载甚至堵转时，限制电枢电流的最大值，起快速的自动保护作用。一旦故障消失，系统立即自动恢复正常。这个作用对系统的可靠运行来说是十分重要的。2.3 转速、电流双闭环直流转速、电流双闭环直流 调速系统的数字实现调速系统的数字实现n数字控制系统是采用了数字给定、数字测数字控制系统是采用了数字给定、数字测速装置，把给定信号和反馈信号都用数字速装置，把给定信号和反馈信号都用数字脉冲的形式加以实现。脉冲的形式

13、加以实现。n微型计算机的数字运算功能替代了原先由微型计算机的数字运算功能替代了原先由运算放大器所组成的调节器。运算放大器所组成的调节器。n与模拟控制系统相比较，数字控制系统的与模拟控制系统相比较，数字控制系统的调速精度大大提高。调速精度大大提高。2.4 调节器的设计方法调节器的设计方法n必要性必要性 设设计计调调节节器器须须同同时时解解决决稳稳、准准、快快、抗抗干干扰扰等等各各方方面面相相互互有有矛盾的静、动态性能要求。矛盾的静、动态性能要求。n可能性可能性:电力拖动自动控制系统可由低阶系统近似，事先研究低阶典电力拖动自动控制系统可由低阶系统近似，事先研究低阶典型系统的特性，将实际系统校正成典

14、型系统，设计过程就简型系统的特性，将实际系统校正成典型系统，设计过程就简便多了。便多了。n建立调节器工程设计方法所遵循的原则是：建立调节器工程设计方法所遵循的原则是：概念清楚、易懂概念清楚、易懂计算公式简明、好记计算公式简明、好记不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向不仅给出参数计算的公式，而且指明参数调整的方向能考虑饱和非线性控制的情况，给出简单的计算公式能考虑饱和非线性控制的情况，给出简单的计算公式适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统适用于各种可以简化成典型系统的反馈控制系统工程设计方法的基本思路工程设计方法的基本思路 调节器的设计过程分作两步：调节器的设计过程分作两步：（I）先选择调节器的结构，以确保系统稳定，同时满足所需的稳态精度。（II）再选择调节器的参数，以满足动态性能指标的要求。控制系统的开环传递函数可表示：讨论：系统型别&稳定性、稳态精度的关系。在选择调节器结构时，采用少量的典型系统，它的参数与系